定向水平井轨迹控制.ppt

定向、水平井眼轨迹控制技术 钻井欠平衡井控技术服务公司 目 录 特殊工艺钻井概念 井眼轨迹控制原理 底部钻具组合及其特性 井下动力钻具造斜率的预测方法 转盘钻具组合的力学分析方法 参数研究——影响因素分析 高效防斜理论 测量与计算方法 特殊工艺钻井概念 预置轨道，是指按勘探或开发目标要求设计出的井眼轨道，其基本类型包括直井，定向井或水平井，等等。 沿预定轨道偏离垂直方向而钻达地下目标层位的井，称为定向井；将定向井的井斜增大到86度以上（90度左右）并在油藏内部钻进一定长度的井，称为水平井。 定向井和水平井可通称为斜井，其井眼形状不同于传统的直井，最明显的特点是斜井从井口到井底有一个“大斜度水平位移”。在一个井场或海洋平台上钻出多口井，这些井组合起来称为丛式井。 在石油勘探开发过程中，由于经常遇到种种客观条件的限制，或出于经济和社会效益等方面的考虑，打直井难以实现预期目标，而打斜井及丛式井则可扬长避短、兴利除弊，获得理想的效果。 特殊工艺钻井概念 水平位移（displacement or closere distance） 井眼轨迹上的任意一点与井口铅锤的距离称为该点的“水平位移”。也称该点的闭合距 视平移（vertical section） 特殊工艺钻井概念 高边（High side） 定向井的井底是个呈倾斜状态的圆平面，称为井底圆。井底圆上的最高点称为高边。从井底圆心指向高边连线的方向称为高边方向。高边连线在水平面的投影线所指的方向线为井底方位线。 工具面角（Tool face angle） 它是表示造斜工具下到井底后，工具面角所在位置的参数。工具面角有两种表示方法：1.重力工具面角(高边工具面角) 2.磁性工具面角 井眼曲率 在定向钻井中，井眼曲率是一个很重要的参数。井眼曲率过大会给钻井、采油和修井作业造成困难。因此，在定向钻井过程中，应控制最大井眼曲率的最大值，一般取5°－12°/100m，最大不超过16°/100m。 特殊工艺钻井概念 1.高边工具面角:指以高边的方向线为始边,顺 时针转到工具面与井底圆平面交线上,所转过的角度。 2.磁北工具面角:高边工具面角加井底方位角。 磁偏角（Declination） 在某一地区内，其磁北极方向线与地理北极方向线的夹角。计算方法是以地理北极方向线为始边，磁北极方向线为终边。顺时针为正，逆为负。 定向、水平井的主要用途 在地面上难以建立或不允许建立井场的地区，要勘探开发地下的石油等资源，唯一的办法是从该地区附近打定向井； 在海洋或湖泊等水域上勘探开发石油时，最好是建立固定平台或从岸边打定向井和丛式定向井； 可使用定向井饶过所钻遇的地下复杂地层或障碍物等； 打定向水平井和复杂结构井，可扩大勘探效果及提高开发效益和采收率； 在发生卡钻、断钻及井喷着火等恶性钻井事故的情况下，用侧钻井、救援井来处理这类事故最有效。 Selection of Well Profiles 复杂结构井示意图 1、井眼轨迹控制原理 1、钻头与地层相互作用因素： 钻头：特殊结构，侧切特性，各向异性 地层：岩性，可钻性，各向异性，几何产状 钻头作用力：钻压，侧向力，钻头转角，扭矩 高压射流作用：清洗碎屑，辅助轴向破岩 2、钻柱及其底部钻具组合（BHA）分析 确定钻头对地层的机械作用力：井斜力和方位力 确定钻头指向：转角 确定钻压及钻头扭矩 确定钻柱或BHA任一点内力和挠度 3、钻头与地层相互作用模型——三维钻速方程 石油钻井中使用的牙轮 钻头 钻头的各向异性钻井特性 地层的各向异性钻井特性 实钻地层的各向异性划分 Formation A: Ir1Ir21 (DdipDstrDn) Formation B: Ir1=Ir21 (Ddip=DstrDn) Formation C: Ir1=Ir21 (Ddip=DstrDn) Formation D: Ir1Ir21 (DdipDstrDn) Formation E: Ir2Ir11 (DstrDdipDn) Formation F: Ir11Ir2 (DdipDnDstr) Formation G: Ir1Ir2=1 (DdipDstr=Dn) Formation H: Ir2Ir11 (DstrDdipDn) Formation I: Ir21Ir1 (DstrDnDdip) Formation J: Ir1Ir2=1 (DdipDstr=Dn) Formation K: Ir1=1Ir2 (Ddip