定向井技術(shù)(入門基本概念)

PAGEXIPAGE2定向井技術(shù)（部分）編制：李光遠(yuǎn)編制日期：2002注：內(nèi)部資料為企業(yè)秘密，任何人不得相互傳閱或外借泄露！?。∫?、定向井基本術(shù)語解釋1）井眼曲率：指在單位井段內(nèi)井眼前進(jìn)的方向在三維空間內(nèi)的角度變化。它既包含了井斜角的變化又包含著方位角的變化，與“全角變化率”、“狗腿度嚴(yán)重度”都是相同含義。K=式中：2）井斜角、方位角和井深稱為定向井的基本要素，合稱“三要素”。3）αA：A點(diǎn)的井斜角，即A點(diǎn)的重力線與該點(diǎn)的井眼前進(jìn)方向線的夾角。單位為“度”；4）ΦA(chǔ)：A點(diǎn)的井斜方位角，亦簡稱“方位角”，即從正北方向線開始，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)到該點(diǎn)井眼前進(jìn)方向線的夾角。單位為“度”；5）SB’：B’點(diǎn)的水平位移，即井口到B’點(diǎn)在水平投影上的直線距離，也稱“閉合距”。單位為“米”；6）ΦS：閉合距的方位角，也稱“閉合方位角”。單位為“度”；7）LA：A點(diǎn)的井深，也稱“斜深”或“測深”，即從井口到A點(diǎn)實(shí)際長度。單位為“米”；8）HA：A點(diǎn)的垂深，即LA在H軸上的投影。 HA也是A點(diǎn)的H坐標(biāo)值。同樣，A點(diǎn)在NS軸和EW軸上的投影，也可得到A點(diǎn)的N和E坐標(biāo)值。9）磁偏角：某地區(qū)的磁北極與地球磁北極讀數(shù)的差異；10）造斜點(diǎn)：在定向鉆井中，開始定向造斜的位置叫造斜點(diǎn)、通常以開始定向造斜的井深來表示； 11）目標(biāo)點(diǎn)：設(shè)計(jì)規(guī)定的、必須鉆達(dá)的地層位置，稱為目標(biāo)點(diǎn)； 12）高邊：定向井的井底是個(gè)呈傾斜狀態(tài)的圓平面，稱為井底圓。井底圓上的最高點(diǎn)稱為高邊。從井底圓心至高邊之間的連線所指的方向，稱為井底高邊方向。高邊方向上水平投影的方位稱高邊方位，即井底方位； 13）工具面：造斜工具面的簡稱。即在造斜鉆具組合中，由彎曲工具的兩個(gè)軸線所決定的那個(gè)平面； 14）工具面角：工具面角有兩種表示方法： A、高邊基準(zhǔn)工具面角，簡稱高邊工具角，即高邊方向線為始邊，順時(shí)針轉(zhuǎn)到工具面與需要按規(guī)律加入一組數(shù)據(jù)后再進(jìn)行計(jì)算）靶心距＝四、陜北地區(qū)常用鉆具扣型型號(hào)扣型一、鉆頭：121/4〞（Φ311.25）63183/4〞（Φ222.25）43181/2〞（Φ215.9）431二、鉆挺（含無磁）：61/4〞（Φ158.75）4A11x4A1061/2〞（Φ165.1）411x4107〞（Φ177.8）411x410三、鉆桿：5〞（Φ127）411x41041/2〞（Φ114.3）411x41031/2〞（Φ88.9）311x310四、螺桿：61/2〞（Φ165.1）430x4307〞（Φ177.8）430x430五、扶正器：（1）公母本體：61/4〞（Φ158.75）4A11x4A1061/2〞（Φ165.1）411x4107〞（Φ177.8）411x410（2）雙母本體：61/4〞（Φ158.75）430x4A1061/2〞（Φ165.1）430x4107〞（Φ177.8）430x410六、彎接頭：常用：431x4A10也有：431x410五、陜北地區(qū)常用鉆具組合設(shè)計(jì)及配合技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)1.第一次開鉆（表層）：Ф311.2mmMP2鉆頭+配合接頭+檔板+Ф159mm無磁*1根+Ф159mm鉆鋌*n+配合接頭+Ф127mm配合技術(shù)參數(shù)：鉆壓：30～50KN轉(zhuǎn)速：60～90rpm排量：15～25L/s泵壓：2～3Mpa2.第二次開鉆（上直段）：Ф215.9mmBJ22(或XHP2B等)鉆頭+配合接頭+檔板+Ф159mm無磁*1根+Ф159mm鉆鋌*n+配合接頭+Ф127mm鉆桿*必要時(shí)可采用鐘擺結(jié)構(gòu)：Ф215.9mmBJ22(或XHP2B等)鉆頭+配合接頭+檔板+Ф159mm無磁*1根+Ф159mm鉆鋌*1根+Ф213mm螺旋扶正器+Ф159mm鉆鋌*n+配合接頭+配合技術(shù)參數(shù)：鉆壓：50～120KN轉(zhuǎn)速：60～110rpm排量：20～32L/s泵壓：3～8Mpa3．定向造斜井段（或扭方位段）：Ф215.9mmBJ22(或XHP2B等)鉆頭+Ф165mm直螺桿+1.5～2度彎接頭+Ф159mm無磁*1根+Ф159mm鉆鋌*n+配合接頭+Ф127mm配合技術(shù)參數(shù)：鉆壓：50～80KN轉(zhuǎn)速：螺桿排量：20～28L/s泵壓：4～9Mpa4.轉(zhuǎn)盤增斜井段：Ф215.9mmBJ22(或XHP2B等)鉆頭+配合接頭（0～1m）+Ф213mm螺旋扶正器+檔板+Ф159mm無磁*1根+Ф159mm鉆鋌*n+配合接頭+配合技術(shù)參數(shù)：鉆壓：150～220KN轉(zhuǎn)速：60～90rpm排量：22～32L/s泵壓：5～10Mpa5.穩(wěn)斜井段：Ф215.9mmBJ22(或XHP2B等)鉆頭+配合接頭（1.5～2.5m）+Ф213mm螺旋扶正器+檔板+Ф159mm無磁*1根+Ф159mm鉆鋌*n+配合接頭+Ф配合技術(shù)參數(shù)：鉆壓：160～230KN轉(zhuǎn)速：60～90rpm排量：25～35L/s泵壓：7～11Mpa6.微降斜井段（必要時(shí)使用）：Ф215.9mmBJ22(或XHP2B等)鉆頭+配合接頭（3～4m）+Ф213mm螺旋扶正器+檔板+Ф159mm無磁*1根+Ф159mm鉆鋌*n+配合接頭+Ф配合技術(shù)參數(shù)：鉆壓：100～180KN轉(zhuǎn)速：60～90rpm排量：25～35L/s泵壓：7～11Mpa注：以上各井段鉆具組合中的鉆鋌數(shù)量和配合技術(shù)參數(shù)，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場具體情況（井眼狀況，泥漿性能，設(shè)備能力，軌跡需要等）做相應(yīng)調(diào)整。如所鉆井為直井，則只采用一、二鉆具組合，配合鉆壓適當(dāng)加大。建議本井組余下定向井二開上直段、定向段使用Ф222.2鉆頭，以保證井眼安全。六、鉆井參數(shù)的調(diào)整對軌跡(井斜、方位)的影響(排除地層因素)一.鉆壓:1．對井斜的影響:①：增斜結(jié)構(gòu)：鉆壓↑，增斜率也在不同程度上↑；反之，則可以控制增斜率過快增長。②：降斜結(jié)構(gòu)：正常情況下，鉆壓↓，降斜率↑；反之,則可以控制降斜率。2．對方位的影響：①：增斜結(jié)構(gòu)：鉆壓↑，對增方位有利；鉆壓↓，對降方位有利。②：降斜結(jié)構(gòu)：鉆壓↑，對降方位不利；鉆壓↓，對降方位有利。二：轉(zhuǎn)速1．對井斜的影響：①：轉(zhuǎn)速↑，對井斜的變化不利；轉(zhuǎn)速↓，對井斜的變化有利。2．對方位的影響：①：轉(zhuǎn)速↑，對增方位有利；轉(zhuǎn)速↓，對降方位有利。三.配合參數(shù)的確定原則：1．考慮井隊(duì)的設(shè)備能力、滿足鉆進(jìn)速度的正常需要為前提。Φbγα2．符合軌跡需要。Φbγα七、彎接頭度數(shù)的計(jì)算（如右圖） γ=arctg*57.3八、造斜率Φ165（61/2）ScrewDrill鉆具造斜率（度/30米） 彎接頭 井眼尺寸 變化率 1° 222.2（83/4） 2.5° 1.5° 3.5° 2° 4.5° 1° 250.8（97/8） 1.75° 1.5° 3.5° 2° 4.75° 2.5° 5° 1° 269.9（105/8） 1.25° 1.5° 2° 2° 3° 2.5° 4°單彎螺桿鉆具（理論）造斜率（每30米）0.25°0.5°0.75°1°1.25°1.5°1.75°2°2.25°2.5°5LE120x7.0Y2～2.72.5～5.47.5～89.5～10.812.5～13.515.5～16.216.3～1920.3～21.623.3～24.426～275LE165x7.0Y1～23～45～67～89～1010～1213～1415～1617～1819～205LE197x7.0Y1.5～23.5～45.5～67.5～8.29.5～10.211.8～12.313.8～16.315.8～16.318～18.420～20.45九、鉆柱反扭角估算5x6Φ165螺桿開始造斜深度（m） 估算反扭角 0～152 左旋20° 152～305 左旋25° 305～475 左旋35° 475～1524 左旋50° 1524～全井深 左旋增加10°/305米十、定向理論方法（單點(diǎn)定向）在定向之前，應(yīng)先根據(jù)造斜點(diǎn)深度，工具的造斜率，直井段的井斜角和方位角，以及地層影響井眼軌跡的規(guī)律，確定出定向角和反扭角安置角1）下入定向造斜鉆具至造斜點(diǎn)；2）單點(diǎn)測斜，測出造斜點(diǎn)的井斜角、方位角和彎接頭的工具面角。3）定向。把井口鉆桿和方鉆桿上的印痕之偏差角度測量準(zhǔn)確，并計(jì)算出安置角（調(diào)整后的安置角為設(shè)計(jì)定向方位+反扭角），調(diào)整安置角，定向完畢，鎖住轉(zhuǎn)盤，開泵鉆進(jìn)。4）定向鉆進(jìn)。每鉆進(jìn)一或二根單根必須單點(diǎn)測斜一次，根據(jù)測得的井斜角和方位角、工具面值及時(shí)修正反扭角的誤差并調(diào)整造斜工具的安置角。十一、定向井定向（扭方位）具體施工過程1、工作準(zhǔn)備：1）造斜點(diǎn)的選擇（以下以重要程度排序）a、考慮設(shè)計(jì)造斜點(diǎn)b、造斜點(diǎn)的選擇必須是甲方認(rèn)可的c、井組的防碰需要d、必須是無磁干擾環(huán)境e、地層選擇（穩(wěn)定性、可鉆性）f、軌跡位移的需要，井隊(duì)及定向設(shè)備的實(shí)現(xiàn)能力g、定向鉆具結(jié)構(gòu)的方入2）設(shè)備的準(zhǔn)備 a、定向接頭準(zhǔn)備 b、儀器的準(zhǔn)備 c、螺桿井口的試運(yùn)轉(zhuǎn)3）、技術(shù)準(zhǔn)備 a、鉆具結(jié)構(gòu) b、根據(jù)以下各條確定目標(biāo)井斜、目標(biāo)磁方位（=靶心磁方位+超前角）a）上直段的數(shù)據(jù)分析b）鄰井的方位漂移和轉(zhuǎn)盤增斜情況 c、定向角的確定a）造斜點(diǎn)井斜小于2度，定向角=目標(biāo)磁方位b）造斜點(diǎn)井斜大于2度，定向角=造斜點(diǎn)磁方位+裝置角 d、反扭角的確定 e、安置角的確定：安置角=定向角+反扭角 4）施工具體過程 a、測斜[并觀察作鍵情況，同時(shí)在照像前保證鉆具完全活動(dòng)開，并記下鉆桿?。ㄓ洖椤便@印0” b、讀片：井斜0、磁方位0、工具面0（如直螺桿+彎接頭則工具面0=讀得的工具面；如彎螺桿+定向直接頭，則工具面0=讀得工具面值+彎螺桿彎方與定向直接頭之角差） c、鉆具旋轉(zhuǎn)=安置角-工具面0 d、(1)鉆印0鉆印0轉(zhuǎn)至0方鉆桿某棱與該印角差0該棱轉(zhuǎn)至0(2)接單根鉆印1與鉆印0之角差1鉆印1轉(zhuǎn)至1方鉆桿某棱與該印角差1該棱轉(zhuǎn)至1(3)接單根鉆印2與鉆印1之角差2鉆印2轉(zhuǎn)至2方鉆桿某棱與該印角差2該棱轉(zhuǎn)至2注：鉆印0轉(zhuǎn)至0=鉆印0+鉆具旋轉(zhuǎn)；該棱轉(zhuǎn)至0=鉆印0轉(zhuǎn)至0+方鉆桿某棱與該印角差0；鉆印1轉(zhuǎn)至1=鉆印0轉(zhuǎn)至0+接單根鉆印1與鉆印0之角差1；該棱轉(zhuǎn)至1=鉆印1轉(zhuǎn)至1+方鉆桿某棱與該印角差1；鉆印2轉(zhuǎn)至2=鉆印1轉(zhuǎn)至1+接單根鉆印2與鉆印1之角差2；該棱轉(zhuǎn)至2=鉆印2轉(zhuǎn)至2+方鉆桿某棱與該印角差2；e、重新測斜[要求同上]；分析測斜結(jié)果：井斜、磁方位、工具面，進(jìn)一步修正反扭角，并合理地調(diào)整造斜工具的安置角；270軌跡方位線18090270軌跡方位線18090注：工作時(shí)工具面值與軌跡方位之差為裝置角（如圖）裝置角=0全力增斜=180全力降斜=90全力增方位（實(shí)際上應(yīng)80～70）=270全力降方位（實(shí)際上應(yīng)280～290）其他值起組合效果十二、近鉆頭穩(wěn)定器的穩(wěn)定塊與鉆頭之間的距離（增斜時(shí)）一般為： 215.9mm鉆頭，158.7mm鉆鋌：L1=0.8 311.5mm鉆頭，203.2mm鉆鋌：L1L1對增斜率特別敏感。L1過大，將使造斜力降低，從而減小增斜率；L1過小，近鉆頭穩(wěn)定器就失去支點(diǎn)作用，從而將低增斜率。十三、鉆鋌的一、二次彎曲臨界鉆壓 P1 P261/4 3.84 7.647 5.27 10.488 7.16 14.2253/4 2.92 5.8141/2 1.74 3.654 1.48 2.94趨近臨界鉆壓P2前瞬間時(shí)，鉆頭傾角達(dá)到最大值。一般認(rèn)為，一次臨界鉆壓P1和二次臨界鉆壓P2之間呈鉆壓禁用區(qū)。正常鉆進(jìn)鉆壓應(yīng)稍大于二次臨界鉆壓P2。十四、鐘擺法扶正器安裝高度推薦121/4”井眼 9”81/2” 7”6” 43/4”十五、鉆頭破碎巖石的機(jī)械作用及鑲齒的齒型1）牙輪鉆頭是以沖擊壓碎、滑動(dòng)剪切作用破巖2）刮刀鉆頭是以切削刮擠作用破巖3）金剛石鉆頭是以犁式切削作用破巖4）鑲齒的齒型：1）楔形齒；2）錐形齒；3）球形齒十六、在鉆遇巖性軟硬變化頻繁或巖層中含有硬質(zhì)結(jié)核、團(tuán)塊及裂縫發(fā)育的破碎地層，常會(huì)出現(xiàn)蹩跳鉆。十七、地層因素對井斜的影響1、傾斜的層狀對地層的影響當(dāng)鉆頭在傾斜層狀地層中鉆進(jìn)時(shí)，鉆至每個(gè)層面交界處，地層上傾斜的巖石在鉆壓作用下，發(fā)生垂直于層面方向的破碎。而使井眼上側(cè)留下一個(gè)易破碎的楔形巖塊。這一巖塊起變相器作用，給鉆頭一橫向力而把鉆頭推向井眼上側(cè)造成井傾。地層傾角越大，鉆壓越大，井斜也就越大。此外這種作用除造成井斜外，還會(huì)減少井眼的有效尺寸，引起事故發(fā)生。2、地層各向異性對井斜的影響地層水平，不發(fā)生傾斜；地層傾斜，鉆頭一般趨向于垂直地層面方向傾斜；地層呈垂直狀態(tài)，由于垂直于層面強(qiáng)度小，所以井壁巖石易破碎，鉆頭穩(wěn)定性差，鉆進(jìn)時(shí)容易發(fā)生井斜，且方向不穩(wěn)定。（經(jīng)驗(yàn)表明：在常規(guī)的轉(zhuǎn)盤鉆進(jìn)情況下，鉆頭趨向于右漂；但在使用井下動(dòng)力鉆具的情況下，反作用力矩將迫使鉆頭趨向于左漂。地層傾角小于45度，鉆頭沿上傾鉆進(jìn)；地層傾角小于60度，鉆頭沿下傾鉆進(jìn)。）3、巖性軟硬交錯(cuò)對井斜的影響1）鉆頭從軟地層進(jìn)入硬地層時(shí)，地層高點(diǎn)先接觸硬巖石，而低點(diǎn)還在軟巖石內(nèi)。因此，高點(diǎn)鉆速慢，低點(diǎn)鉆速塊。必