定向井水平井教材
第一章定向井（水平井）钻井技术概述
第一节定向井、水平井的基本概念
1．定向井丛式井发展简史
定向井钻井被（英）T ．A．英格利期定义为：“使井筒按特定方向偏斜，钻遇地下预定目标的一门科学和艺术。”我国学者则定义为，定向井是按照预先设计的井斜角、方位角和井眼轴线形状进行钻进的井。定向井相对与直井而言它具有井斜方位角度而直井是井斜角为零的井，虽然实际所钻的直井它都有一定斜度但它仍然是直井。
定向井首先是从美国发展起来的，在十九世纪后期，美国的旋转钻井代替了顿钻钻井。当时没有考虑控制井身轨迹的问题，认为钻出来的井必定是铅垂的，但通过后来的井筒测试发现，那些垂直井远非是垂直的。并由于井斜原因造成了侵犯别人租界而造成被起诉的案例。最早采用定向井钻井技术是在井下落物无法处理后的侧钻。早在1895年美国就使用了特殊的工具和技术达到了这一目的。有记录定向井实例是美国在二十世纪三十年代初在加利福尼亚享廷滩油田钻成的。
第一口救援井是1934年在东德克萨斯康罗油田钻成的。救援井是指定向井与失控井具有一定距离，在设计和实际钻进让救援井和失控井井眼相交，然后自救援井内注入重泥浆压死失控井。
目前最深的定向井由BP勘探公司钻成，井深达10，654米；
水平位移最大的定向井是BP勘探公司于己于1997年在英国北海的Rytch Farm 油田钻成的M11井，水平位移高达1，0114米。
垂深水平位移比最高的是Statoil 公司钻成的的33/9—C2达到了1:3.14；
丛式井口数最多，海上平台：96口；人工岛：170口；
我国定向井钻井技术发展情况
我国定向井钻井技术的发展可以分为三个阶段，50—60年代开始起步，首先在玉门和四川油田钻成定向井及水平井:玉门油田的C2—15井和磨三井，其中磨三井总井深1685米，垂直井深表遗憾350米，水平位移444.2米，最大井斜92°，水平段长160米；70年代扩大实验，推广定向井钻井技术；80年代通过进行集团化联合技术攻关，使得我国从定向井软件到定向井硬件都有了一个大的发展。
我国目前最深的水平井是胜利定向井公司完成的DH1-H1井，完钻井深达到：6452.00米。水平位移最大的大位移井是胜利定向井公司完成的埕北21-平1井，水平位移达到3167.34米，最大的丛式井组是胜利石油管理局的河50丛式井组，该丛式井组长384米，宽115米，该丛式井平台共有钻定向井42口。
2．定向井的分类
按定向井的用途分类可以分为以下几种类型：
普通定向井
多目标定向井
定向井丛式定向井
救援定向井
水平井
多分枝井（多底井）
国外定向井发展简况
年代
内容
50 年代60 年代70 年代80 年代90 年代
剖面设计及轨迹计算方法误差很大的正
切法，进行定
向井设计轨迹
计算
18种二维计算
方法，如更精
确的曲率半径
法
发展到三维设
计和大组丛式
井整体设计
计算机专家系
统进行定向井
的设计和指导
定向井施工
发展了大型集
成设计软件包
井斜控制理论斜直井段的二
维分析
考虑了井眼的
曲率及满眼组
合的特性
三维数据分析，
由静态发展到
动态
发展了多种分
析计算方法并
编制了计算机
程序
在原来多种分
析的基础上引
入了数学及其
它边沿学科
定向造斜工艺涡轮加弯接头
斜向器配合转
盘钻
使用效率更高
的螺杆动力钻
具，专用工具
的定型配套
涡轮、螺杆动力
钻具向低速大
扭矩发展。各种
专用井下工具
系列化
发展了复合式
动力钻具，导
向钻井系统，
长寿命PDC钻
头等
发展成熟多分
枝井回接工艺
地质导向钻井
系统
测量方式氢氟酸玻璃管
刻线法和地面
定向法机械式罗盘，
精度较高的单
多点照相测斜
仪
有线随钻测斜
仪投入工业性
使用，无线随
钻测斜仪研制
成功
多种无线随钻
测斜系统投入
工业使用和发
展了电子测量
系统和陀螺测
量系统
发展成熟带地
质参数的无线
随钻测斜仪
定向井钻井水平精度要求不高
中深定向井
可打准确度较
高的定向井和
小组定向井
可打准确度较
高的定向救援
井和大组丛式
井
钻成大量水平
井从大半径水
平井到小半径
水平井多底泄
油井
钻成位移过万
米的大位移井
径向水平井可
在0.3米之内完
成增斜过程
我国定向井钻井技术发展情况
年
代
内容
60年代80 年代90 年代
剖面设计及轨迹计算方法设计采用查表法、
图解法等精度不
高的方法
发展了曲率半径法，最小曲率半径法等多
精确的轨迹计算和设计方法，编制了能进
预测和防碰扫描的计算机软件包。
引入人工智能和专家系统
井斜控制理论进行了钻具的二
维静态分析主要
使用有限元法发展了多种新的分析计算方法，例
如：平衡梁法、加权余量法等，并编
制了计算机分析程序
理论分析模型由静态态发展
到动态，由二维发展到三维
定向造斜工艺使用地面定向法
（钻杆打钢印）。
数据测量使用电
测井数据。使用精度高的磁性单多点测斜仪进
行定向和轨迹数据测量，发展了有线
随钻测斜仪定向。
发展了导向钻井系统初步研
制出径向水平井造斜工艺
测量方式氢氟酸测斜仪，机
械式罗盘的电测
井方法。多种引进的有线随钻测斜系统投入
工业使用和发展了电子测量系统及
陀螺测量系统
发展了无线随钻测斜系统，引
进了带地质参数的MWD系
统
定向井钻井水平简单的单口定向
井、水平井位移
小，精度低
钻成大量高难度定向井、大组丛式
井、多目标井、套管定向开窗井、水
平井也从大半径水平井发展到了中
半径水平井
在水平井方面取得大型突破，
钻成了长、中、短半径水平井
第二节水平井钻井技术简介
所谓水平井，是指一种井斜角大于或等于86°，并保持这种角度钻完一定长度水平段的定向井。
1．水平井钻井技术发展概况
1863年，瑞士工程师首先提出钻水平井的建议；
1870年，俄国工程师在勃良斯克市钻成井斜角达60°的井；
瑞典和美国研制出测量井眼空间位置的仪器，1888年俄国也设计出
了测斜仪器；
1929年，美国国加利福尼亚州钻成了几米长的水平分支井筒；
30年代，美国开始用挠性钻具组合在垂直井内钻曲率半径小的水平井分支井
眼；
1954年苏联钻成第一口水平位移；
1964年—1965年我国钻成两口水平井，磨—3井、巴—24井；
自来80年代以来，随着先进的测量仪器、长寿命马达和新型PDC钻头等技
术的发展，水平井钻井大规模高速度的发展起来。
我国水平井钻井在90年代以来也取得了很大发展，胜利油田已完成各种类型水平井近400口，水平井钻井水平和速度不断提高。
水平井的类型及各种类型水平井的特点
1）．水平井的类型：
根据水平井曲率半径的大小分为：
长曲率半径水平井（小曲率水平井）；
中曲率半径水平井（中曲率水平井）；
短曲率半径水平井（大曲率水平井）。
2）．不同曲率水平井的基本特征及优缺点
（1）．不同曲率水平井的基本特征表
井型
项目
长半径水平井中半径水平井短半径水平井
造斜率< 6°/30米6°—20°/30米150°—300°/30米
曲率半径304—914米291—87米12—6米
井眼尺寸无限制12 1/4″—4 3/4″ 6 1/4″—4 3/4″
钻井方式转盘钻或导向钻井系
统
造斜段：特种马达或导向
钻井系统
水平段：转盘钻井或导向
钻井系统
以使用特种工具的转盘
钻进为主，目前也使用
特种马达方式
钻杆常规钻杆>15°/100米使用抗压钻
杆
铰接驱动钻杆
测量工具无限制有线随钻测斜仪，MWD，
但井眼<6 1/8″时不能使
用
转盘钻井时使用多点测
斜仪
马达钻井时使用有线随
钻测斜仪
地面设备常规钻机常规钻机需要配备顶部驱动系统或动力水龙头
完井方式无限制无限制裸眼或割缝管（2）．长曲率半径水平井的优缺点
优点缺点
1．穿透油层段最长（可以>1000米）1．井眼轨道控制段最长
2．使用标准的钻具及套管２．全井斜深增加最多
3．“狗腿严重度”最小３．钻井费用增加
4．使用常规钻井设备４．各种下部钻具组合较长
5．可使用多种完井方法５．不适合薄油层和浅油层
6．可采用多种举升采油工艺６．转盘扭矩较大
7．测井及取芯方便７．套管用量最大
8．井眼及工具尺寸不受限制８．穿过油层长度与总水平位移比最小（３）．中曲率半径水平井的优缺点
优点缺点
1．进入油层时无效井段较短1．要求使用MWD测量系统
2．使用的井下工具接近常规工具２．要求使用加重钻杆或抗压缩钻杆3．使用动力钻具或导向钻井系统
4．离构造控制点较近
5．可使用常规的套购及完井方法
6．井下扭矩及阻力较小
7．较高及较稳定的造率
8．井眼轨迹控制井段较短
9．穿透油层段较长（1000米）
10．井眼尺寸不受限制
11．可以测井及取芯
12．从一口直井可以钻多口水平分枝井
13．可实现有选择的完井方案
（4）．短曲率半径水平井的优缺点
优点缺点
1．井眼曲线段最短1．非常规的井下工具
2．侧钻容易２．非常规的完井方法
3．能够准确击中油层目标３．穿透油层段短（120—180米）4．从一口直井可以钻多口水平分枝井４．井眼尺寸受到限制
5．直井段与油层距离最小５．起下钻次数多
6．可用于浅油层６．要求使用顶部驱动系或动力水龙头7．全井斜深最小７．井眼方位控制受到限制
8．不受地表条件的影响８．目前还不能进行电测
第三节定向井的基本术语解释
1）井深：指井口（转盘面）至测点的井
眼实际长度，人们常称为斜深。国外
称为测量深度（Measure Depth）。
2）测深：测点的井深，是以测量装置
（Angle Unit）的中点所在井深为准。真北极
3)井斜角：该测点处的井眼方向线与重
力线之间的夹角（见图1.2）。?井斜真北方位线
角常以希腊字母α表示，单位为度。
4?）井斜方位角：是指以正比方位线为始东磁偏角
边，顺时针旋转至井斜方位线所转过
的角度（见图1.3）。?井斜方位角常
以希腊字母Φ表示，单位为度。实际西磁偏角
应用过程中常常简称为方位角。 ? A地
B地
图1.1磁偏角示意图
5）磁方位角：磁力测斜仪测得的井斜方位角是以地球磁北方位线为准的，称磁方位角。
井口
A
B 正北方位线
αA 井斜方向线井底 B
井斜方位角ΦB 重力线αB井斜方位线
图1.2 井斜角示意图图1.3 井斜方位角示意图
6）磁偏角：磁北方位线与真北方位线并不重合，两者之间有一个夹角，这个夹角称为磁偏角。磁偏角又有东磁偏和西磁偏角之分，当磁北方位线在正北方位线以东时，
称为东偏角；当磁北方位线在正北方位线以西时称为西偏磁偏角。?进行磁偏角校正时按以下公式计算：
真方位角＝磁方位角＋东偏磁偏角
真方位角=磁方位角－西偏磁偏角
7?）井斜变化率：是指井斜角随井深变化的快慢程度，常以Kα表示，?精确的讲井斜变化率是井斜角度（α）对井深（L?）的一阶导数。
dα
Kα＝───
dL
井斜变化率的单位常以每100米度表示。
8）井深方位变化率：实际应用中简称方位变化率，?是指井斜方位角随井深变化的快慢程度，常用KΦ表示。计算公式如下：
dΦ
ＫΦ＝───
dL
井斜方位变化率的单位常以每100米度进行表示。
9）全角变化率（狗腿严重或井眼曲率）：从井眼内的一个点到另一个点，井眼前进方向变化的角度（两点处井眼前进方向线之间的夹角），?该角度既反映了井斜角度的变化又反映了方位角度的变化，通常称为全角变化值。?两点间的全角变化值γ相对与两点间井眼长度ΔL变化的快慢及为全角变化率。用化式表达如下：
γ
Ｋ＝───
ΔL
实际钻井中，井眼曲率的计算方法：目前计算井眼曲率的方法有很多。有公式法、查表法、图解法、查图法和尺算法五种。后四种办法皆来源于公式法。计算井眼，曲率的公式计有三套：
第一套公式：对于一个测点：K＝SQR（Kα2＋KΦ2sin2α）
对于一个测段：K＝SQR（(Δα／ΔL)2＋(ΔΦ／ΔL)2SIN2αc）
B
ΔΦ
γ
αc A
C
Δa
图1.4第一套公式的图解法
第一套公式的图解法（参见图1.4）：
（1）．作水平射线OA；
（2）．作∠BOA＝αc（两测点平均角）；
（3）. 以一定长度代表单位角度，量OB＝ΔΦ（两测点方位角差）；
（4）．自B点向OA作垂线，垂足为C点；
（5）．按步骤(3)中的比例，量CA＝Δα；
（6）．连接A、B，并量AB长度，按步骤(3)比例换算成角度，此角度及狗腿角γ。
第二套公式：（由于误差较大，现场使用少略）
第三套公式：γ＝SQR（α12＋α22－2α1α2COSΔΦ）
B
a2 γ
0 A
a1
图1.5第三套公式的图解法
第三套公式图解法（参见图1.5）：
（1）．选取一定比例，经一定长度代表单位角度，作线段OA，使其长度代表α1；
（2）．作OB线段，使∠BOA＝ΔΦ；
（3）．按步骤(1)的比例，量OB＝α2；
（4）．连接A、B，并量邓AB的长度，按步骤(1)的比例换算成角度，既为γ．
10）垂深（垂直井深）：即某测点的垂直深度，以H表示。?是指井身任意一点至转盘面所在平面的距离。
11）水平投影长度：是指自井口至测点的井眼长度在水平面上的投影长度。以S?表示。
12）水平位移：简称平移，是指测点到井口垂线的距离。在国外又称为闭合距( Closure Distance）。
13）平移方位角：又称为闭合方位角（Closure Azimuth），常用θ表示，?是指以正北方位线为始边顺针方向转至平移方位线上所转过的角度。
14）视平移：又称为投影位移，井身上的某点在垂直投影面上的水平位移。在实际定向井钻井过程中，这个投影面选在设计方位线上。所以视不移也可以定义为水平位移在设计线上的投影。
15）高边：在斜井段用一个垂直于井眼轴线的平面于井眼（这时的井眼不能理解为一条线，而是一个具有一定直径的圆）相交，由于井眼是倾斜的故井眼在该平面上有一个最高点，最高点与井眼圆心所形成的直线及为井眼的高边。
16）工具面：工具面就是造斜工具弯曲方向的平面。
17）磁性工具面角：造斜工具弯曲的平面与正北方位所在平面的夹角。
18）高边工具面角：造斜工具弯曲方向的平面与井斜方位角所在平面的夹角。
19）装置角：造斜工具弯曲方向的平面与原井斜方向所在平面的来夹角，通常用ω?表示。
20）反扭矩：在用井底动力钻具钻进时，都存在一个与钻头转动方向相反的扭矩，该扭矩被称为反扭矩。
21）反扭角：使用井底动力钻具钻进时，都存在一个与钻头转动方向相反的扭矩，由于该扭矩的作用，使得井底钻具外壳向逆时针方向转动一个角度，该角度被称为反扭角。
22) 贮层顶部：水平井段控制油层的顶部
23)贮层顶部：水平井段控制油层的底部
24)设计入口角度：进入储层顶部的井斜角度
25)着陆点：井眼轨迹中井斜角达到90°的点
26)入口窗口高度：入靶点垂直方向上下误差之和
27)入口窗口宽度：入靶点水平方向左右误差之和
28)出口窗口高度：出靶点垂直方向上下误差之和
29)出口窗口宽度：出靶点水平方向左右误差之和
30)着陆点允许水平偏差：着陆点允许水平方向前后的误差
31)单弯动力钻具：动力钻具壳体上具有一个弯曲角度的动力钻具，特点是造斜率较弯
接头组合高，钻头偏移较小
32)双弯动力钻具：同向双弯，动力钻具壳体上具有两个弯曲方向相同的弯曲角度的动
力钻具，具有比单弯动力钻具更高的造斜率
33) DTU动力钻具（异向双弯）：动力钻具壳体上具有两个弯曲方向相反的弯曲角度的
动力钻具，钻头偏移最小，不仅可以导向钻进，而且可以配合转盘钻进；附：常用单弯动力钻具、双弯动力钻具、DTU（异向双弯）造斜率表。
第四节定向井、水平井基本施工步骤简介
1）定向井井位的确定
井位坐标要求：基本数同一般直井。丛式井坐标需一同下发，以便作出丛式井整体设计。注明各中靶点的坐标及垂直深度，提供最新井位构造图。
2）地面井口位置的选择
工程、地质设计及测量人员根据井位坐标和地面实际条件确定井口位置和井架整托方向（丛式井）。井口位置选择尽量利用地层自然造斜规律。多目标井
井口位置在第一靶点和最后一个靶点联线的延长线上。井架立好后需要进行井
口坐标的复测。
3）定向井设计
地质设计在坐标初测后提出初步设计，在坐标复测后提出正式设计。地质设计除包括一般井内容外，在工程施工中要求必须说明靶点相对与井口的位移
和方位，多目标井说明靶点之间的稳斜角度。附最新井位构造图、油藏剖面图、
设计轨迹水平投影图和垂直投影图。
工程设计必须符合地质设计要求。井身轨迹设计数据表，特殊工艺技术措施。井身结构及分段钻具组合和钻井参数等。
4）设备要求（钻机）
根据定向井垂直井深、水平位移、井身结构和井眼曲率选择设备类型。推荐设备标准（使用于位移／垂深〈0.4的定向井）：
垂深〈2800米、水平位移〈600米，选用3200米钻机；
垂深〈3500米、水平位移〈1200米，选用4500米钻机；
垂深〈4500米、水平位移〈2000米，选用6000米钻机；
垂深〈4500米、水平位移〉1500米，选用7000米钻机。
5
不同井深靶区半径要求（总公司标准）：靶区垂深（米）靶区半径（米）靶区垂深（米）靶区半径（米）
≤1000 ≤30 ≤3000 ≤80
≤150 ≤40 ≤3500 ≤100
≤2000 ≤50 ≤4000 ≤120
≤2500 ≤65 ≤4500 ≤140
第二章定向井、丛式井、水平井设计与计算分析
第一节定向井、水平井二维轨道设计
一口定向井的实施，首先要有一个轨道设计，才能以此设计为依据进行具体的定向井钻井施工。对于不同的勘探、开发目的和不同的设计限制条件，定向井的设计方法有多种多样。而每种设计方法，都有一定的设计原则。
定向井设计是一个非常重要的环节。“好的设计是成功的一半”。因此，合理地设计好井身轨道，是定向井成功的保证。
一、设计原则：
一口定向井的总设计原则，应该是能保证实现钻井目的，满足采油工艺及修井作业的要求，有利于安全、优质、快速钻井。在对各个设计参数的选择上，在自身合理的前提下，还要考虑相互的制约。要综合地进行考虑。
(一)选择合适的井眼形状
复杂的井眼形状，势必带来施工难度的增加，因此井眼形状的选择，力求越简单越好。
从钻具受力的角度来看：目前普遍认为，降斜井段会增加井眼的摩阻，引起更多的复杂情况。如图所示(2-1-1)，增斜井段的钻具轴向拉力的径向的分力，与重力在轴向的分力方向相反，有助于减小钻具与井壁的摩擦阻力。而降斜井段的钻具轴向分力，与重力在轴向的分力方向相同，会增加钻具与井壁的摩擦阻力。因此，应尽可能不采用降斜井段的轨道设计。
图2-1-1
(二)选择合适的井眼曲率
井眼曲率的选择，要考虑工具造斜能力的限制和钻具刚性的限制，结合地层的影响，留出充分的余地，保证设计轨道能够实现。
在能满足设计和施工要求的前提下，应尽可能选择比较低的造斜率。这样，钻具、仪器和套管都容易通过。当然，此处所说的选择低造斜率，没有与增斜井段的长度联系在一起进行考虑。
另外，造斜率过低，会增加造斜段的工作量。因此，要综合考虑。
常用的造斜率范围是4°-10°/100米
（三）选择合适的造斜井段长度
造斜井段长度的选择，影响着整个工程的工期进度，也影响着动力钻具的有效使用。
若造斜井段过长，一方面由于动力钻具的机械钻速偏低，使施工周期加长，另一方面由于长井段使用动力钻具，必然造成钻井成本的上升。所以，过长的造斜井段是不可取的。
若造斜井段过短，则可能要求很高的造斜率，一方面造斜工具的能力限制，不易实现，另一方面过高的造斜率给井下安全带来了不利因素。所以，过短的造斜井段也是不可取的。
因此，应结合钻头、动力马达的使用寿命限制，选择出合适的造斜段长，一方面能达到要求的井斜角，另一方面能充分利用单只钻头和动力马达的有效寿命。
（四）选择合适的造斜点
造斜点的选择，应充分考虑地层稳定性、可钻的限制。尽可能把造斜点选择在比较稳定、均匀的硬地层，避开软硬夹层、岩石破碎带、漏失地层、流沙层、易膨胀或易坍塌的地段，以免出现井下复杂情况，影响定向施工。
造斜点的深度应根据设计井的垂深、水平位移和选用的轨道类型来决定。并要考虑满足采油工艺的需求。
应充分考虑井身结构的要求，以及设计垂深和位移的限制，选择合理的造斜点位置。
（五）选择合适的稳斜段井斜角和入靶井斜角
井斜角的大小，直接影响了轨迹的控制。
井斜角太小时，方位不好控制。而井斜角太大时，施工难度却又增加。因此，稳斜段井斜角和入靶井斜角的选择，应充分满足轨迹控制的需要。另外，它对方位控制、电测、钻速都有明显的影响。
一般来讲，井斜角的大小与轨迹控制的难度有下面的关系：
1．井斜角小于15°时，方位难以控制；
2．井斜角在15°--40°时，既能有效地调整井斜角和方位，也能顺利地钻井、固井和电测。是较理想的井斜角控制范围；
3．井斜角在40°--50°时，钻进速度慢，方位调整困难；
4．井斜角大于60°，电测、完井作业施工的难度很大，易发生井壁垮塌。
二、设计方法
定向井的设计方法分为常规设计方法和特殊井的设计方法。
常规设计方法指的是在两维平面内作的轨道设计，即设计的井眼轴线只在某个给定的铅垂面内变化，也就是说，只有井斜角的变化，没有方位角的变化。
把常规设计之外的所有设计方法都叫做特殊设计方法。
（一）常用两维轨道设计方法
目前常用的两维定向井轨道设计，采用的是恒定造斜率的设计，设计轨道由铅垂面内的圆弧和直线组成。对于这种恒定造斜率的设计，通常有下列三种设计方法。
1．查图法
这是国外以前常用的设计方法之一。使用这种方法设计定向井轨道，需要事先将每种造斜率钻达不同最大井斜角的数据作在同一张图上。这样，各种不同的造斜率下作出的图形，就可得到一套图表。在进行轨道设计时，根据设计造斜率的不同选择一套适用的图表。在该图上，就可查出未知的设计数据。
下面就是2°/ 30米标准造斜率曲线图。
图2-1-2 查图法图表
2．几何作图法
这种设计方法是根据已知的设计条件，应用平面几何作图的原理，用圆规和直尺，按比
H0
a R
H
b
S C
图2-1-3 几何作图法
由于计算机在石油钻井领域的广泛应用，查图法和几何作图法已很少在我国采用。目前使用最多的是下面将要介绍的解析计算法。
3．解析计算法
解析计算法是根据已知设计条件，应用解析计算公式求解出设计轨道的各个未知参数的方法。这种方法由于计算复杂、工作量太大，在计算机普及之前，未能得到广泛的应用。而在现在，已经广泛应用于定向井的设计之中。这种计算方法的最大特点是计算准确、求解对象可灵活改变。
下面以“直—增—稳”三段制轨道类型，介绍解析计算法的设计步骤。 已知条件：Kop —造斜点 Kb---造斜率
Tv---设计垂深 Tb---设计位移 求：αm---求最大井斜角 H----稳斜段长度 求解步骤：
①求造斜段的曲率半径：R=1/Kb ②求θ的角度值： ΔS=Tb-R ΔV=Tv-Kop
θ=arctg(ΔS/ΔV) ③求φ的角度值:
φ=arccos(R/L) ④求最大井斜角:am=φ-θ ④求稳斜段段长度:
KOP R ΔS
L
ΔV
θ
αm
TV TB 图2-1-4 解析计算法图形
以前在采用查图法和几何作图法进行轨道设计时，通常都是只能求解某个固定的未知参数，由于计算机在石油钻井领域的广泛应用，现在的定向井轨道设计已经基本上采用了计算机设计，这就使得轨道设计的灵活性得到了充分的体现，配合解析几何设计方法，能2
2V S L ?+?=2
2R L H +=
够对任何两个未知参数进行求解，这就使得定向井轨道设计变得更加灵活，更加多样化了。
（二）特殊定向井轨道设计方法
对于特殊定向井的轨道设计，则根据其钻井目的和设计条件的限制，采用了各种不同的方法。如：
1．多增降轨道设计 2.缓降轨道设计
3. 缓降轨道设计
4.悬链轨道设计
5.三维轨道设计
三、特殊要求定向井的轨道设计
（一）多目标井设计
图2-1-5 多目标井示意图
如图2-1-5所示，在断块油田内，由于非垂直断层的封闭，沿断层聚集形成了一串的多套含油、气层。
多目标井的钻探目的是为了让定向井井眼轨迹按规定的井斜角和方位角钻穿这一串油、气藏，以使该井眼轨迹能代替多口直井的作用，发挥更大的经济效益，因此，地质方面给出了两个靶点。分别代表井眼贯穿油层的开始点和终止点。
该如何这样的井设计呢？
如图2-1-6所示，这种井的设计是这样进行的：由两个靶点计算出入靶井斜角和方位角，然后反推井口位置。其中包括了对造斜率的选择、稳斜段长和造斜点的选择。
KOP R αm
αm H T V T B 图2-1-6
已知条件：
αm-------求最大井斜角 Kb-------造斜率 Tv-------设计垂深 Tb-------设计位移 求：
Kop------造斜点 H--------稳斜段长度
求解步骤：
①求造斜段的曲率半径：R=1÷Kb ②求稳斜段段长度：
③求造斜点
Kop=Tv-H*cos αm-R*sin αm
多目标井的设计靶区仍然是水平面上的圆形区域，其轨迹控制难度较一般定向井略难。
（二）二维水平井轨道设计
水平井的轨道设计在算法上类似于多目标井，但其设计思想有根本的不同。它的钻探目的是要在油层内水平钻进一段距离，尽量增加油层的暴露面积，以提高单井的产量。
水平井的设计靶区是一垂直于设计入靶线的平面（称作法面）上的矩形区域。也称作入靶窗口。由于入靶窗口的上下限通常在十米之内，因此其控制难度很大，在轨迹控制时的一点失误，都有可能导致最后的脱靶。常用的水平井二维轨道设计类型有三种：
单圆弧型—设计轨道从造斜点到入靶点，由一段圆弧组成。适合中曲率半径和短曲率半径的水平井。
双增稳型—设计轨道从造斜点到入靶点，由两圆弧段和连接这两圆弧段的稳斜段组成，适合中半径和长半径水平井。
三段增斜型—这种设计类型是由双增稳型发展而来的，设计轨道从造斜点到入靶点，由三个圆弧段组成。适合中半径和长半径水平井。 m
m b R T H ααsin )
cos 1(--=
将稳斜段改为增斜段，是因为钻双增稳型水平井时，在第一增斜段钻完后，首先要下一趟柔性钻具组合通井，然后再下刚性稳斜钻具组合钻进。这就带来了两个方面的不利。一方面多下一趟通井钻具组合却不能多打进尺。另一方面，再下入刚性钻具组合钻进时，钻具组合不容易通过造斜段。
改成稳斜段后，下同一趟钻具组合，既可通井，又可打进尺，简化了钻具组合，节约了时间，同时也减小了事故发生的可能性。
下面，介绍双增类型水平井轨道设计的计算方法：
H0
R1 S1
α1 m
γβ H3
H
H1
L R2
H2
α2
S Sn
图2-1-7
如图所示，图2-1-7
已知：H------设计垂深
S------入靶点位移
S0-----水平段长
a1-----第一增斜终点井斜角
确定：H0----造斜点
K1----第一增斜率
K2----第二增斜率
a2----第二增斜终点井斜角
L-----稳斜段长度
则：
曲率半径为：
R 1=1/ K 1 R 2=1/ K 2 R 0= R 1- R 2
H 3=H- H 0- R 2×sina 2 S 2=S+ R 2×cosa 2- R 1
第一段增斜终点井斜角为：
稳斜段长度为：
第二节 定向井、水平井的三维轨道设计
三维轨道设计主要应用于以下几个方面：
第一，对于方位漂移严重的地区，为了有效利用地层的自然造斜规律，减少井眼轨道
控制和造斜的工作量，可将井眼轨道设计成考虑方位漂移的三维轨道。这样的设计对指导现场施工会更有意义。这种设计称为方位漂移设计。
第二，若地面井位和目标点固定，而在由它们所确定的铅垂面内，存在着不允许通过
或难以穿过的障碍物，如已钻井眼、复杂的地层（盐丘、金属矿床、断层、气顶等），要设计一口定向井使其绕过障碍物钻达目标点，这样的定向井称之为绕障定向井。绕障定向井在密集丛式井和油田开发后期，用定向钻井方法打调整井时会遇到。
第三，在钻井过程中，要使实钻轨道与设计轨道完全吻合几乎是不可能的，二者之间
总会有一定的偏差。很小的偏差是允许的，有时也许对钻进参数或钻具组合稍作调整，仍可继续钻进；如果偏差很大，就需要以原设计轨道为依据，对下一段未钻井眼作出新的设计。另外，由于地质勘探等方面的原因，需要中途改变目标点的位置时，也需要设计出一条新的井眼轨道。这种修正设计在钻进过程中是随时可能发生的，因此称之为随钻修正设计。
第四，在老井侧钻尤其是定向井的侧钻中，往往是要钻达的油层位置不在原来定向井
的剖面上，这就需要调整井斜和方位钻三维井眼才能到达目的层。
一、 空间绕障定向井的设计方法
1）剖面类型的判别
由于三维定向井的设计和施工都比二维定向井难度大，所以，如果条件允许应首选二维剖面。 2
32
2H S M +=???
??+?
??
?
??=M R H S arctg 0321arcsin α2
2R M L +=
在设计绕障定向井时，除需要一般定向井的设计条件外，还应该有对障碍物的具体描述。障碍物的形态描述依赖于它们各自的特点，如已钻井眼的一般模型为曲圆台或直圆台；复杂地层可假设为斜直圆台或球体等。尽管它们的表达形式可能是多种多样的，但是其一般模型都可以用如下的通式来表示
g(X ，Y ，Z)=0 （2－1）
过所设计井的井口点和目标点作一个铅垂平面，则该平面就是二维绕障定向井的设计平面,如图2-2-1所示
绕碍定向井的剖面类型判别设计平面与障碍物边界的交线是平面曲线。为了描述这条平面曲线，建立一个二维坐标系0-SH 。
图2-2-1绕障定向井的剖面类型判别 因为
X =Scos Y =Ssin Z =H 00 фф???
?
? （2－2）
式中ф0————井口至目标点连线的方位角。
所以，将（2－2）式代入（2－1）式，可以得到障碍物的边界在设计平面内的二维表达形式
h （H ，S ）=0 （2－3）
假设先不考虑障碍物的存在，那么选定一个剖面类型并且确定出造斜点位置、增斜率等相应的参数之后，应用§2.2给出的方法，就可以得到一种二维剖面的设计结果。此时，设计轨道方程可表示为：
f （H ，S ）=0
（2－4）
当然，根据设计轨道的特点，（2－23）式往往是某种分段函数。 联立（2－22）和（2－23）式，得：
h H S =0
f H S =0 （，）（，）???
（2－5）
求解（2－24）式时，只有两种可能的结果：
⑴无解。表示设计轨道不通过障碍物的控制范围。此时，井眼轨道设计成二维剖面就可实现绕障。
⑵有解。说明设计轨道已通过障碍物的控制范围。此时，可以调整设计参数或剖面类型。重新设计出井眼轨道，然后再对（2－5）式进行求解。如此重复设计、求解和判断。如果在可供选择的剖面类型和允许的设计参数范围内，（2－5）式均有解，则该井需要设计成三维绕障定向井。否则，可以不必进行三维绕障设计。
下面结合实例给出（2－5）式的具体表达形式和求解方法。交点为P 点，则P 点的坐标（X P ，Y P ，Z P ）以及井斜角αP 、方位角фP 等参数可以通过测斜计算（若P 点不是测点，可采用插值法）求得。在P 点以已钻轨道的切线方向为ζ轴，以井眼高边为ζ轴，建立右手坐标P-ξηζ。如图2-2-2所示。
由于ξ、η、ζ轴在0-XYZ 坐标系下的方向余弦分别为 O X ζ
Y P ζ η Z
图2-2-2 障碍物的描述
T =cos T =cos T =-sin T =-sin T =cos T =0 T =sin T =sin sin T =cos 11P P 12P P 13P 21P 22P 2331P P 32P P 33P
афафаффафафа???
??
(2－6) 式中 T ij 表示i 轴（i=1，2，3。分别代表ξηζ轴）对于j 轴（j=1，2，3。分别代表X ，Y ，Z 轴）的方向余弦。
所以，P-ξηζ与0-XYZ 坐标系的转换关系为
ξηζ??????????=T11 T12 T13T21 T22 T23T31 T32 T33 ??
??????
?
?
X -X Y -Y Z -Z P P P ???????
???
（2－7）
即
ξафафаηффζафафа=( X -X )cos cos +( Y -Y )cos sin P -( Z-Z )sin =-( X -X )sin +( Y -Y )cos
=( X -X )sin cos +( Y -Y )sin sin +( Z-Z )cos
P P P P P P P P P P P P P P P P P P P ???
??
(2－8)
如果将P 点附近已钻井眼的控制范围用半径为R P 的空间圆柱体来描述，则有：
ξ2+η2≤R 2
P （2－9） 由（2－27）和（2－28）式可以得到控制体边界的议程为：
g(X ，Y ，Z)=（X-X P ）2+（Y-Y P ）2+( Z-Z P )2
-[( X-X P )sin аP cos фP +（
Y-Y P )sin аP sin фP +（Z-Z P )cos аP ]2- R 2
P =0 （2－10） 将（2－21）式代入（2－29）式，得
h(H,S)=aH 2-2bHS+cS 2
-2dH-2eS+f=0 (2－11) 其中
a =sin
b = sin cos cos(- )
c =1-sin cos (- )
d = Z -cos
e = X cos + Y sin -sin cos(- )
f = X + Y + Z - - R = X sin cos + Y sin sin + Z cos 2P P P P 02P 2P 0P P P 0P 0P P 02P 2P 2P 2P 2P P P P P P P P P аааффаффλаффλаффλλафафа
???
????
??
???? (2－
12)
O S O S Αi Mi L α αf αi Mi Mf i
Mf a b 图2-2-3 设计轨道的描述
假设给定一种剖面类型以及相应的设计参数，那么就可以设计出一条二维的井眼轨道。如果设计轨道各段起始点M I 处的井深、井斜角和坐标值分别为L i 、аi 和H i 、S i ，则设计轨道可描述如下：参见图2-2-3
对于圆弧井段
a a L L R i i =+?-?
???
?
??180πH =H +R(sina -sina )S =S +R(cosa -cosa) i i i i (2－13)
式中，R —圆弧段的曲率半径。增斜时取正值，降斜时取负值。
水平井钻井技术经验概述
第一章定向井（水平井）钻井技术概述 第一节定向井、水平井的基本概念 1．定向井丛式井发展简史 定向井钻井被（英）T．A．英格利期定义为：“使井筒按特定方向偏斜，钻遇地下预定目标的一门科学和艺术。”我国学者则定义为，定向井是按照预先设计的井斜角、方位角和井眼轴线形状进行钻进的井。定向井相对与直井而言它具有井斜方位角度而直井是井斜角为零的井，虽然实际所钻的直井它都有一定斜度但它仍然 石油管理局的河50丛式井组，该丛式井组长384米，宽115米，该丛式井平台共有钻定向井42口。 2．定向井的分类 按定向井的用途分类可以分为以下几种类型： 普通定向井 多目标定向井 定向井丛式定向井 救援定向井 水平井 多分枝井（多底井） 国外定向井发展简况
（表一）
10．井眼尺寸不受限制 11．可以测井及取芯 12．从一口直井可以钻多口水平分枝井 13．可实现有选择的完井方案 （4）．短曲率半径水平井的优缺点 优点缺点 1．井眼曲线段最短1．非常规的井下工具 2．侧钻容易２．非常规的完井方法 3．能够准确击中油层目标３．穿透油层段短（120—180米）4．从一口直井可以钻多口水平分枝井４．井眼尺寸受到限制
5．直井段与油层距离最小５．起下钻次数多 6．可用于浅油层６．要求使用顶部驱动系或动力水龙头 7．全井斜深最小７．井眼方位控制受到限制 8．不受地表条件的影响８．目前还不能进行电测 第三节定向井的基本术语解释 1）井深：指井口（转盘面）至测点的井 眼实际长度，人们常称为斜深。国外 称为测量深度（MeasureDepth）。 2）测深：测点的井深，是以测量装置 率是井斜角度（α）对井深（L?）的一阶导数。 dα Kα＝─── dL 井斜变化率的单位常以每100米度表示。 8）井深方位变化率：实际应用中简称方位变化率，?是指井斜方位角随井深变化的快慢程度，常用KΦ表示。计算公式如下： dΦ ＫΦ＝─── dL
定向井常用井下工具概要
油田技术－定向井工程师序列培训讲义（T2－21） 第一部分定向井常用井下工具的分类 1、泥浆马达（PDM） 2、旋转导向工具 3、扶正器（STB） 4、非磁钻铤（NMDC） 5、悬挂短节（HOS） 6、短非磁钻铤（SNMDC） 7、浮阀（F/V） 8、定向接头（O/S） 9、挠性短节（F/J） 10、震击器（JAR） 11、加重钻杆（HWDP） 12、短钻铤 13、弯接头 14、套管开窗工具 15、其它定向井工具 第二部分定向井常用井下工具的现场检查测绘及使用 一、泥浆马达 1、泥浆马达的主要组成部分 1) 旁通阀总成2) 马达总成 3) 万向轴总成4) 驱动轴总成 2、泥浆马达的工作原理: 马达是一种螺杆钻具（SCREW DRILLS），它是以泥浆作为动力的一种井下动力钻具。马达工作原理：泥浆泵产生的高压泥浆流，经旁通阀进入马达时，转子在压力泥浆的驱动下，绕定子的轴线旋转，马达产生的扭矩和转速，通过万向轴和传动轴传递给钻头，来实现钻井作业。 3、旁通阀结构及工作原理： 旁通阀有旁通和关闭两个位置，在起下钻时位于旁通位置，下钻时允许环空的泥浆由旁通阀阀体侧面的阀口孔流向钻杆(钻具)内孔，起钻时使钻杆内孔的泥浆从阀体侧面的阀口流入环空，减少井台溢出泥浆，当泥浆流量及压力达到一定值时，旁通阀关闭，泥浆流经马达，将泥浆能量转换为机械能。 4、马达总成的结构及工作原理： 马达总成由转子和定子两部分组成。定子与转子之间形成若干个密封腔，在泥浆动力作用下，密封腔不断的形成与消失，完成能量交换从而推动转子在定子中旋转。马达可形成几个密封腔就称几级马达。
5、万向轴总成的工作原理： 万向轴总成位于转子下端，其作用是把马达产生的扭矩和转速传递到传动轴上。由于转子作的是偏心运动，因此要求万向轴具有较好的挠性功能，能将偏心运动转换成传动轴的定轴转动。 6、传动轴总成(drive shaft assembly) 的工作原理： 它的作用是将马达的旋转动力（扭矩和转速）传递给钻头，同时承受钻压所产生的轴向和径向负荷。 7、泥浆马达操作参数及注意事项 <工作压力 <循环压力 <工作压差 <马达井口试验应注意的问题 <不同马达所允许的轴向间隙 <马达使用结束后应注意的问题 <马达到达井场后先要作什么 二、旋转导向工具（另有专题讨论） 旋转导向工具是钻柱保持旋转状态下就能实现造斜、增斜、稳斜、降斜和扭方位等定向钻井目的的井下工具。旋转导向工具的种类繁多，工作原理各异，从技术手段上分有全机械式、电子机械式、电子液压式等，从工作原理上分有静止式和调节式等。静止式是指，当钻柱旋转时，导向支撑块不转动，可沿井眼轴线方向滑动；调节式是指，当钻柱旋转时，支撑块随钻柱一起转动，但其整体工作效果具有导向作用。 到目前为止我们只用过SCHLUMBERGER公司的POWER DRIVE、BAKER HUGHES INTEQ公司的AUTO TRAK 和HALLIBURTON公司的GEO-PILOT旋转导向系统。前者为调节式，后两者为静止式 三、扶正器 1、扶正器的分类 可调扶正器 一体式扶正器 近钻头扶正器 可换套筒式扶正器 2、扶正器的作用 1)．在增斜钻具组合和降斜钻具组合中，稳定器起支点作用，通过改变稳定器在下部钻具组合中的位置，可改变下部钻具组合的受力状态，达到控制井眼
Landmark钻井软件培训基本内容
PetroChina勘探生产分公司工程技术处Landmark 钻井软件培训基本内容 Landmark北京办公室 2005．3．21
目录 一、EDM(工程数据模型) 二、定向井设计系统(COMPASS) 5 三、管柱设计系统Tubulars 四、钻井工程设计和分析系统WELLPLAN 五、钻井时效分析与成本预算系统Drillmodel 1 六、钻井数据管理解决方案OpenWells
一、EDM(工程数据模型) 工程数据模型EDM （Engineering Data Model）是Landmark公司新一代油井设计、施工报表系统、采油生产与经济评价的公共数据库平台，它通过一个完全的井架构解决方案提供钻井与井服务的无缝集成。通过一致的数据管理、导航、安全、统一单位控制、参考基准面、多应用程序并发等手段，应用COMPASS、WELLPLAN、CasingSeat 、Stresscheck和OpenWells实现工程工作流。EMD为详细施工作业和工程工作流提供一个单一的平台，实现从原形到计划及钻井与油井服务等各个阶段的管理。 1998年7月释放的DEX（数据交换）可以在应用程序之间移动数据，提供了高水平的可交互性，能实现内部机制的工作流。随着2003年5月的释放版本，EDM提供了更先进的功能，其中包括统一数据库支撑的强壮的集成平台，数据库集中存储井生命周期（设计、实施、分析）各个阶段的数据。 通过高效的、自然集成的工作流，在钻井设计过程中，EDM平台使得工程师能够评估生产收益。它集成各种应用程序，通过单一的公共数据入口点，在井设计与实施过程中，保证数据的质量。EDM为实时工程设计提供基础，根据最新的施工参数，应用工程分析工具，很容易实现当前施工分析。EDM为第三方工具提供集成平台。 1、EDM 的优点 所有数据存储在统一位置 精确的、可信的、实时更新的数据集的共享拷贝被多用户存取，免去了管理多份数据所带来的麻烦。它对提高数据质量、加强应用间数据一致性有所帮助，本系统实施跨公司公共进程和标准化来减少钻井工程中的管理费用。 数据的易组织性 层次分明的数据组织，数据层次包括公司、项目、站点、井、井筒、设计、和场地，钻井实施还包括完井、事件、报告与装备。 支持知识管理 根据任何井设计方法，你能够应用所有捕获的数据进行偏移井分析，制定技术限定分析计划，进行经验讨论。 协同工作 提供Landmark公司的钻井软件与井服务软件之间的无缝集成，将来的版本提供开发与经济评价应用的跨领域的集成。
定向井(水平井)钻井技术概述
第一章定向井（水平井)钻井技术概述 第一节定向井、水平井的基本概念 1．定向井丛式井发展简史 定向井钻井被(英)Ｔ.A．英格利期定义为:“使井筒按特定方向偏斜，钻遇地下预定目标的一门科学和艺术。”我国学者则定义为,定向井是按照预先设计的井斜角、方位角和井眼轴线形状进行钻进的井。定向井相对与直井而言它具有井斜方位角度而直井是井斜角为零的井，虽然实际所钻的直井它都有一定斜度但它仍然是直井。 定向井首先是从美国发展起来的,在十九世纪后期,美国的旋转钻井代替了顿钻钻井。当时没有考虑控制井身轨迹的问题,认为钻出来的井必定是铅垂的,但通过后来的井筒测试发现,那些垂直井远非是垂直的。并由于井斜原因造成了侵犯别人租界而造成被起诉的案例。最早采用定向井钻井技术是在井下落物无法处理后的侧钻。 早在1895年美国就使用了特殊的工具和技术达到了这一目的。有记录定向井实例是美国在二十世纪三十年代初在加利福尼亚享廷滩油田钻成的。 第一口救援井是1934年在东德克萨斯康罗油田钻成的。救援井是指定向井与失控井具有一定距离,在设计和实际钻进让救援井和失控井井眼相交，然后自救援井内注入重泥浆压死失控井。 目前最深的定向井由BP勘探公司钻成,井深达1０,654米; 水平位移最大的定向井是BＰ勘探公司于己于199７年在英国北海的Ｒｙtｃh Ｆａｒｍ油田钻成的M1１井,水平位移高达１，011４米。 垂深水平位移比最高的是Sｔatoｉl公司钻成的的33/9—Ｃ2达到了１：3.1４； 丛式井口数最多，海上平台:9６口;人工岛:170口; 我国定向井钻井技术发展情况 我国定向井钻井技术的发展可以分为三个阶段，50—60年代开始起步，首先在玉门和四川油田钻成定向井及水平井:玉门油田的C2—１5井和磨三井,其中磨三井总井深16８5米，垂直井深表遗憾350米，水平位移4４4.2米，最大井斜9２°，水平段长１60米；7０年代扩大实验,推广定向井钻井技术;80年代通过进行集团化联合技术攻关，使得我国从定向井软件到定向井硬件都有了一个大的发展。 我国目前最深的水平井是胜利定向井公司完成的JＦ128井,井深达到70００米，垂深位移比最大的大位移井是胜利定向井公司完成的郭斜井,水平位移最大的大位移井是大港定向井公司完成的井，水平位移达到2666米，最大的丛式井组是胜利石油管理局的河50丛式井组,该丛式井组长３８4米,宽１1５米,该丛式井平台共有钻定向井４2口。 2．定向井的分类 按定向井的用途分类可以分为以下几种类型： 普通定向井 多目标定向井 定向井丛式定向井 救援定向井 水平井
定向井工程师安全技术操作规程正式样本
文件编号：TP-AR-L8415 There Are Certain Management Mechanisms And Methods In The Management Of Organizations, And The Provisions Are Binding On The Personnel Within The Jurisdiction, Which Should Be Observed By Each Party. （示范文本） 编制：_______________ 审核：_______________ 单位：_______________ 定向井工程师安全技术 操作规程正式样本
定向井工程师安全技术操作规程正 式样本 使用注意：该操作规程资料可用在组织/机构/单位管理上，形成一定的管理机制和管理原则、管理方法以及管理机构设置的规范，条款对管辖范围内人员具有约束力需各自遵守。材料内容可根据实际情况作相应修改，请在使用时认真阅读。 1、定向井工程施工人员须按相关要求，劳保穿 戴齐全才能进入井场施工； 2、定向井工程师应与井队队长或工程师联系， 安排电工按照安全用电标准进行绞车、操作间和野营 房的接线并测试，保证用电安全； 3、进入施工现场应及时进行我方工具设备的检 查、测试或调试，发现安全隐患及时向生产运行部或 项目部汇报； 4、现场施工人员要求持有效证件上岗； 5、定向工程师在施工过程中对发现的安全隐
患，应及时上报，对发现的违章行为应及时制止；工程施工人员在现场施工时严禁脱岗乱岗； 6、有线随钻和绞车测斜施工时，绞车房内应准备电缆切割钳或钢丝切割钳，便于井喷失控时采取紧急切断电缆或钢丝的措施； 7、施工全过程应做好防火、防触电、防滑倒、防坠落、防物体打击、防盗、防洪等与公司及自身安全密切相关的工作，安全标识应清楚； 8、井场内、操作间内禁止吸烟，应定期检查安全设施，确保灭火器、逃生门、应急灯、急救箱等安全设施能正常可用； 9、对于涉及人身安全的危险化学品、易燃易爆物品和放射源，必须按要求存放、保管与使用； 10、对于海上平台作业，由于存在高风险，施工人员必须持“五小证”上岗，相关具体安全措施执行
钻井工程常用名词术语
钻井工程常用名词术语 钻井总论 钻井drilling 钻井方法drilling method 顿钻钻井cable drilling 杆式顿钻rod tool drilling 绳式顿钻cable tool drilling 轻便钻井portable drilling 直井straight hole 深井deep well 超深井super deep well 地热井geothermal well 热采井thermal production well 工程井engineering rejection well 工程报废井abandoned well 弃井abandoned well 钻井设计well design 钻井质量drilling quality 岩石的物理机械性质physical-mechanical properties of rock 矿物的微硬度micro-hardness of rook 肖氏岩石硬度Shores hardness 史氏岩石硬度Shi's hardness 矿物的弹性模量elastic modulus of mineral 岩石的弹性模量elastic modulus of rock 矿物的泊松比Poissons ratio mineral 岩石的泊松比Poissons ratio rock 矿物的切变模量shear modulus of mineral 岩石的切变模量shear modulus of rock 矿物和岩石的体积压缩模量bulk compressibility mineral and rock 岩石的体积压缩系数coefficient of bulk compressibility mineral and rock 岩石的抗拉伸强度tensile strength of rock 岩石的直接拉伸试验direct tensile test of rock 岩石的巴西劈裂拉伸实验Brazilian test of rock 岩石的筒形抗内压胀裂试验burst test of hollow cyling by internal pressure 岩石的常规抗压缩强度compressive strength of rock 岩石的抗剪切强度shear strength of rock 岩石的抗剪切强度试验shear test of rock 岩石的三轴强度试验tri-axial test of rock 岩石的常规三轴试验ordinary tri-axial test of rock 岩石的真三轴试验true tri-axial test of rock 脆性岩石brittle rock 塑性岩石plastic rock 岩石的假塑性破坏pseudo-plastic breakage of rock 岩石塑性系数coefficient of plasticity of rock
定向井、水平井专用工具
第章定向井、水平井专用工具 第一节定向接头 一、定向接头类别 目前国内常用的定向接头有两种：定向直接头和定向弯接头，定向直接头用于弯壳体螺杆定向钻进，而定向弯接头则用于直壳体螺杆定向钻进。定向弯接头因其具有制造简单、使用方便、成本低廉等特点，目前使用较为普遍。 二、技术规格 定向弯接头规格表表1-1 三、基本结构 1、直接头的基本结构，包括壳体、扶正套、定向键和定位螺钉，如图1-1所示： 图1-1
2．定向弯接头的基本结构，包括壳体、扶正套、定向键、定位螺钉如图1-2所示： 定向弯接头结构示意图 图1-2 弯接头弯曲度数的计算公式： α=57.3(a-b)/d 式中：α——弯曲角度（o） a——长边长度（mm） b——短边长度（mm） d——外径（mm） 四、弯接头性能 不同螺杆钻具使用弯接头在不同井眼的造斜率表1-2
第二节无磁钻铤 一、作用 由于所有磁性测量仪器在测量井眼的方向时，感应的是井眼的大地磁场，因而测量仪器必须是一个无磁环境。然而在钻井过程中，钻具往往具有磁性，具有磁场，影响磁性测量仪器，不能得到正确的井眼轨迹测量信息数据，利用无磁钻铤可实施无磁环境，并且具有钻井中钻铤的特性。国外已有相当数量的无磁钻铤产品于1990年列入API标准。我国根据国外产品和产品样本制订了SY/T 5145-86《无磁钻铤》标准。 二、工作原理 无磁钻铤工作原理如图2-1所示： 无磁钻铤的作用原理示意图2-1 注：①地磁场线；②磁性测量仪；③钢钻铤；④干扰磁场线；⑤钻头接头；⑥无磁钻铤 无磁钻铤上下的干扰磁场线对测量仪器部位没有影响，因而无磁钻铤为磁性测量仪器创造了一个无磁环境，保证了磁性测量仪器测到的数据为真实大地磁场信息。 三、无磁钻铤材料 1、蒙乃尔合金 （1）、化学成分及机械性能见表2-1 （2）、蒙乃尔合金的特点 蒙乃尔合金虽然具有不易腐蚀的优点，但是由于镍含量高而存在以下缺点： a.价格昂贵。 b.易磨损。 2、铬-镍合金 这种合金钢约含18%的铬和镍。易于塑性变形导致螺纹过早损坏，特别对需要上紧扭矩高的大钻铤更为不利。其化学成分见表2-2。
基本术语
基本术语 1）井深：指井口（转盘面）至测点的井 眼实际长度，人们常称为斜深。国外 称为测量深度（Measure Depth）。 2）测深：测点的井深，是以测量装置 （Angle Unit）的中点所在井深为准。 3)井斜角：该测点处的井眼方向线与重 力线之间的夹角（见图1.2）。?井斜 角常以希腊字母α表示，单位为度。 4?）井斜方位角：是指以正北方位线为始 边，顺时针旋转至井斜方位线所转过 的角度（见图1.3）。?井斜方位角常 以希腊字母Φ表示，单位为度。实际 应用过程中常常简称为方位角。 ? A 5）磁方位角：磁力测斜仪测得的井斜方位角是以地球磁北方位线为准的，称磁方位角。 井口 B 图1.2 井斜角示意图图1.3 井斜方位角示意图 6）磁偏角：磁北方位线与真北方位线并不重合，两者之间有一个夹角，这个夹角称为磁偏角。磁偏角又有东磁偏角和西磁偏角之分，当磁北方位线在正北方位线以东时，称为东偏磁偏角；当磁北方位线在正北方位线以西时称为西偏磁偏角。?进行磁偏角校正时按以下公式计算： 真方位角＝磁方位角＋东偏磁偏角 真方位角=磁方位角－西偏磁偏角 7?）井斜变化率：是指井斜角随井深变化的快慢程度，常以Kα表示，?精确的讲井斜变化率是井斜角度（α）对井深（L?）的一阶导数。 dα Kα＝─── dL 井斜变化率的单位常以每100米度表示。 8）井深方位变化率：实际应用中简称方位变化率，?是指井斜方位角随井深变化的快慢程度，常用KΦ表示。计算公式如下：
dΦ ＫΦ＝─── dL 井斜方位变化率的单位常以每100米度进行表示。 9）全角变化率（狗腿严重或井眼曲率）：从井眼内的一个点到另一个点，井眼前进方向变化的角度（两点处井眼前进方向线之间的夹角），?该角度既反映了井斜角度的变化又反映了方位角度的变化，通常称为全角变化值。?两点间的全角变化值γ相对与两点间井眼长度ΔL变化的快慢及为全角变化率。用公式表达如下： γ Ｋ＝─── ΔL 实际钻井中，井眼曲率的计算方法：目前计算井眼曲率的方法有很多。有公式法、查表法、图解法、查图法和尺算法五种。后四种办法皆来源于公式法。计算井眼，曲率的公式计有三套： 第一套公式：对于一个测点：K＝SQR（Kα2＋KΦ2sin2α） 2L)2SIN2αc） Δa 图1.4第一套公式的图解法 第一套公式的图解法（参见图1.4）： （1）．作水平射线OA； （2）．作∠BOA＝αc（两测点平均角）； （3）. 以一定长度代表单位角度，量OB＝ΔΦ（两测点方位角差）； （4）．自B点向OA作垂线，垂足为C点； （5）．按步骤(3)中的比例，量CA＝Δα； （6）．连接A、B，并量AB长度，按步骤(3)比例换算成角度，此角度及狗腿角γ。 第二套公式：（由于误差较大，现场使用少略） 第三套公式：γ＝SQR（α12＋α22－2α1α2COSΔΦ）
定向井三级工程师考题-A
定向井三级工程师考题 A卷 一、填空题： 1.定向井的设计原则，应是①能实现定向钻井的目的；②尽可能 利用地层的自然造斜率；③满足采油工艺的要求；④安全优质快速钻井 c。 2.常用丛式井防碰分析计算方法有三种，即水平面法、最近距离 法、计算机扫描。a 3．在测井中，测中子项目的目的是测地层中的含H量. 4. 水平井的主要用途有_天然垂直裂缝_,__低渗透油层薄油层_,__不规则油层,___提高采油率____。 5. 常规MWD探管所承受的最高温度为125度。 6. 套管开窗方式一般分为锻铣开窗、下斜向器开窗两种。 7．泥浆马达由__旁通阀__、___定子和转子__、__万向轴__、__驱动接头__四个基本部分组成。所设计的旁通阀的作用是：__帮助泥浆从钻具泄出（起钻）和进入钻具的内部（下部）__。 8．单点测斜时，为了避免磁干扰，非磁钻铤的长度由__地区__、__井斜__、__方位__决定。 9. 非磁钻铤上扣扭矩为同类尺寸钻铤上扣扭矩的____80-85%___。 10.按造斜率的大小可分为三类，造斜率小于6?/30米称为__常规定向井（长曲率定向井__;造斜率6?~20?/30米称为__中曲率定向井__;造斜率5?~10?/10米称为__短曲率定向井__。
二、判断题 1．硫化氢是一种剧毒、无色、易燃、易爆气体，它比空气重，容易积蓄在不通风的低洼处。（√） 2．大斜度井中更易发生地层破裂和坍塌，井眼压力过大，发生张性破裂，井眼压力过小，发生坍塌。（√） 3．一般在小井眼中，环空压耗占全部压力损失的90%，而在常规井中环空压耗仅占10%。（√） 4．磁北极是恒定不变的。（×） 5．完井液与钻井泥浆的区别是完井液体系对产层的影响必须是能用酸化、氧化或通过完井技术及一些生产作业等补救措施消除的。（√） 6.全角变化率也就是狗腿严重度，受井斜与方位的影响大小是一样的。（×） 7.钻铤的作用是提供钻压，增加下部钻具组合的刚度，减少变形，以利于控制井斜和方位。（√） 8.钻具在重力的作用下总是倾向于回复到垂直位置，利用此原理设计的钻具叫钟摆钻具。该类钻具组合能够起到显著的防斜和纠斜作用。（√） 9.满眼钻具是由几个外径接近或等于钻头直径的稳定器和一些外径较大的钻铤所组成。其作用效果是直井段不易产生井斜，斜井段不易降斜。（√） 10.起钻过程中,有时要错扣起钻，其目的是减少卡瓦坐在同一钻杆上
初学者必读钻井基本术语及相关知识.
钻井工程常识 (讲义)
目录 一、钻井工程术语 二、钻机组成及其主要作用 三、主要钻具 四、钻井方法 五、钻井工艺流程
一、钻井工程术语 1、井：以勘探开发石油和天然气为目的的，在地层中钻出的具有一定深度的圆柱形孔眼。 2、井口：井的开口端。 3、井底：井的底端。 4、裸眼：未下套管部分的井段。 5、井深：从转盘补心面至井底的深度。 6、井壁：井眼的圆柱形表面。 7、环空：井中下有管柱时，井壁与管柱或管柱与管柱之间的圆环形截面的柱状空间。 8、井眼轴线：井眼的中心线。 9、井身结构：指的是钻头钻深、相应井段的钻头直径、下入的套管层数、直径及深度、各层套管外的水泥返高以及人工井底等。 10、人工井底：设计的最下部油层下的阻流环或水泥塞面。(注：该定义不全面，人工井底是可变的) 11、井的类别：按一定依据划分的井的总类。按钻井的目的可分为探井和开发井等；按完钻后的井深可分为浅井(<1200m)、中深井(1200～3000m)、深井(3000～5000m)和超深井(>5000m)；按井眼轴线形状可分为直井和定向井。 12、探井：指以了解地层的时代、岩性、厚度、生储盖的组合和区域地质构造，地质剖面局部构造为目的，或在确定的有利圈闭上和已发现油气的圈闭上，以发现油气藏、进一步探明含油气边界和储量以及了解油气层结构为目的所钻的各种井，包括地层探井、预探井、详探井和地质浅井。 13、开发井：指为开发油气田所钻的各种采油采气井、注水注气井，或在已开发油气田内，为保持一定的产量并研究开发过程中地下情况的变化所钻的调整井、补充井、扩边井、检查资料井等。 14、直井：井眼轴线大体沿铅垂方向，其井斜角、井底水平位移和全角变化率均在限定范围内的井。 15、定向井：沿着预先设计的井眼轨道，按既定的方向偏离井口垂线一定距离，钻达目标的井。 16、丛式井：在一个井场上或一个钻井平台上，有计划地钻出两口或两口以
定向井水平井坐标系统的选择
定向井水平井坐标系统的选择 使用蓝德马克软件设计轨迹时，第一步就是选择有效的坐标系统，大多数人选地磁模型universal transverse mercator 而坐标体系选世界最新WGS1984 而当前区域选则根据井位 所在的带位确定。如我们大港是在20带，而高斯坐标体系把我们地球分为60带，南北半球各为30 带而每带的度数为6度。 如一口井的坐标Y轴值为20499130说明在具体选择MAP ZONE 时20+30（加上常量） =50 加之我们为北半球当然ZONE 50N 而我们所处带宽为20所能我们更细分为 20×6=120 进一步展切开平面坐标由于每带为6度所以井位范围为120-6=114 （114-120）之间，由于把英国格林威志划为带0点中国在东所以（114E-120E） 排列顺序为universal transverse mercator WGS1984 ZONE 50N（114E-120E） 常规水平井控制策略 周洪林
摘要: 调整井斜角是井眼控制的中心，常规仪器盲区一般长达16-12m，下部井眼井斜将直接影响到水平井轨迹能否在合理的井斜角揭开目的层，控制准确将提高水平井油层钻遇率，减少探油层无效进尺，如做到井眼预计与实际测量角度控制在0.5—1°之间,对一口井最终产能有重要意义,对于薄层为1-2m的薄层水平井,盲区井斜误差超过2°，钻头将钻出主产层则需要再次调整井眼轨迹，通过对水平井控制策略的认识，现场施工人员通过钻压及钻具组合的调整来解决井眼增降斜问题。调整钻具刚度及欠尺稳定器的尺寸大小及位置来保证仪器稳定性,及钻具增降斜能力。 关健词:稳定、井斜、控制、水平井 引言: 数据精确、传输信号快MWD、LWD仪器是钻水平井前题保证，80、90年代单点加有线随钻水平井的时代结束,由于有线随钻仪器测量方式的不同、如在无磁位置局限性井斜、方位有一定的误差,2000年后MWD开始在各油田水平井中普及，水平井成为高效开发油田的有效手段，在我油田通过多年总结，使用LWD成功钻遇各种不同油藏如高渗透底水油层，裂缝性油藏，复杂断块油藏，低渗透油藏，现场通过对井斜，及电阻，自然伽码值时实分析，目前基本上实现了地质导向的功能，通过对不同产层的数值分析,精确的定位井斜数据,满足了地质导向需求。 1、水平井入窗前控制 在稳定仪器保证下，控制造斜率准确预测井斜，选定合理角度弯马达，正确匹配钻具组合，优化钻井参数，依据地质设计及邻井测井数据落实油层上部岩性，做好入窗前的准备。 1.1钻具组合对仪器影响 中半径、长半径水平井保持马达上部的刚度是增加造斜率、保证仪器稳定工作重要措施、因为足够刚度的钻具，在大斜度滑动钻井中不产正弦弯曲，不自锁钻具，对于水平井井眼轨迹
定向井常规控制理论
定向井常规控制理论 一、川东地区定向井概况 四川石油管理局川东钻探公司是全国大型专业化钻井公司，地处四川盆地东部。公司在川东地区高陡构造上面临井深(平均4500～5000米；最深达6016米)、地层倾角大(一般30～60°，最大达80°)、断层多、地层硬及高温、高压、高含硫、地质靶区狭窄等一系列恶劣的地层条件，实施钻井勘探作业已四十载。经过多年的探索，研究，使公司形成了独具特色的深井工艺技术，能承担各类深井、复杂井、工艺井技术作业。 定向井公司是川东钻探公司所属的专门从事定向井、特殊工艺井技术开发研究及技术服务、钻井工程设计的技术服务公司，我公司拥有业务熟练、工作态度踏实、任劳任怨、纪律性强的钻井专业技术人员和先进的工具仪器装备。目前已完成定向井、中靶工艺井及套管开窗侧钻井170余口，均准确中靶，为我局的油气勘探做出了突出贡献。所钻定向井中水平位移最大达1231.1米(茨竹1井)，最大井斜角56.3°(塔中59井)，完钻井井深最深5810米(云安7-1井)，造斜点最深4539米(龙会2井)，高精度双靶定向井，实钻靶心距仅1.54 m(下25井)。近年来分别到贵州、新疆、湖北、青海、河南及新星公司等油田进行了定向井技术服务，所承包的项目技术指标均达到甲方的要求。 （一）发展历史 第一阶段（1988年以前），为培训专业技术人才和专业工具配套准备阶段。在此期间，主要采用井下定向或地面定向的方法，成功地完成了数十口难度较大的定向侧钻井，其中有大井眼硬地层的定向侧钻井，如池2、罐8井等，也有小井眼深井段逆地层自然造斜方向的定向侧钻井，如卧90、板东14等井。这些井主要是井下事故难以处理及井斜超标，难以钻达地质目标而实施的定向侧钻井。该阶段主要成果是：成功地自行设计和指导完成川东钻探公司成立以来第一口定向井——天2井。 第二阶段（1989～1999年），为公司全面开展高陡构造定向钻井研究和实践阶段，以
定向井工程师工程测试题复习课程
定向井工程师工程测 试题
定向井工程师工程测试题 1、磁方位的概念及校正方法？ 答：用磁性测斜仪测得的方位角称为磁方位角。他是以磁北方位线为基准，由于地磁场随着地理位置和时间在不断变化，所以需要以地理真北方位为基准进行校正，这种校正称为磁方位校正。其校正计算方法：磁方位角值加上该地区的磁偏角。 2、简述工具面角及表示的方法？ 答：工具面角是表示造斜工具下到井底后，工具面所在的位置参数，指弯曲工具的两个轴线的夹角。两种表示方法为：一种是以高边为基准，一种是以磁北为基准。 3、什么是高边工具面角和磁性工具面角，两者之间的关 系？ 答：高边工具面角是指以井眼高边方向线为始边，顺时针旋转到工具面与井底圆平面的交线上所转过的弯角。磁性工具面角是指以现井眼的方位轴线为始边，顺时针旋转到工具面与井底圆平面的交线上所转过的弯角。磁性工具面=高边工具面+井底方位角。 4、定向井剖面设计的类型主要有哪几种？ 答：二段制、三段制、四段制、五段制、悬链线、二次抛物线等。 5、造斜点选着的基本原则是什么？ 答：（1）造斜点应选择在比较稳定的地层，避免在岩石破碎带、漏失层、流砂层或易坍塌等复杂地层。 （2）应选在可钻性均匀、可钻性好的地层。避免在硬夹层和可钻性差的地层中定向造斜。 （3）造斜点的深度应根据设计井的垂直井深、水平位移、造斜率和剖面类型决定，并要利于钻井、完井、采油等工艺的作业。 （4）造斜点的位置应尽可能使斜井段避开地层的自然漂移影响大的层位。
6、简述影响轨迹控制的主要因素？ 答：（1）地质因素。包括：岩石可钻性、不均质性、各向异性、地应力、地层的倾角和倾向等。 （2）下部钻具组合和钻井参数。（3）钻头的类型及与地层的相互作用。（4）井眼的几何参数和钻具的结构参数。 7、一套双稳定器的转盘钻钻具组合，设第一稳定器离钻头 的距离为L1，第二稳定器与第一稳定器的距离为 L2，简述L2、L2对钻具性能的影响？ 答：（1）L2不变，随着L1的增加，钻具的增斜力减弱，当增斜力变为负值时，为降斜钻具组合。 （2）L1不变，随着L2的增加，钻具的增斜力增强，钻具由稳斜变为增斜。 8、水平井依据曲率的不同分哪几类型？怎样划分的？ 答：水平井依据曲率分为：长曲率半径水平井、中曲率半径水平井、中短曲率半径水平井、短曲率半径水平 井。长曲率半径水平井曲率变化一般在8?/30m以内； 中曲率半径水平井曲率变化在8?/30m~20?/30m之间； 中短曲率半径水平井曲率变化在20?/30m~100?/30m之间；短曲率半径水平井曲率变化在4?/1m~10?/m之 间。 9、简述工具面角在坐标的不同象限时，对井眼井斜、方位 的影响？ 答；第一象限， 0?＜ω＜90?时，增斜、增方位；第二象限， 90?＜ω＜180?时，降斜、增方位 第三象限， 1800?＜ω＜270?时，降斜、减方位第四象限， 270?＜ω＜360?时，增斜、减方位 10、依据测量仪器的结构特点和测量参数的传输方式可分 为哪几种测斜仪？分述有线随钻测斜仪和MWD的主 要组成部分？
石油钻井专业英语词汇
目录 第一节钻井英语单词 (2) 第二节井场用语，钻井常用短语及句子 (10) 第三节钻井泥浆术语 (29) 第四节常用安全术语 (31) 第五节钻井设备英语 (33) 第六节石油钻井英语情景会话 (40) 附录一：平台人员、作业者及服务公司人员名称 (47) 附录二：主要设备名称 (48) 附录三：钻具、井口工具、打捞工具名称 (52) 附录四：材料和工具名称 (53) 附录五：常用缩写形式 (55)
第一节钻井英语单词 drilling crew 钻井队 drill floor,rig floor,floor 钻台drawworks 绞车 well-site, rig-site 井场 rig manager 平台经理 DC (drill collar) 钻铤 drilling engineer 钻井工程师 DP (drill pipe) 钻杆 toolpusher 带班队长 rotary table 转盘 driller 司钻 assistant driller 副司钻derrickman, monkeyman 井架工roughneck, floorman 钻工roustabout 场地工 liner 缸套 motor fire man 司机（motorman）wellhead 井口 circulation & solid system 循环固控系统 machinist 机械师,机工,机械大班electrician 电器师,电工,电器大班operation program 作业程序(指令) cathead 猫头 caravan 营房，大篷车 tong 大钳 elevator 吊卡 well depth 井深 slip 卡瓦makeup 上扣 spud in 开钻 breakout 卸扣 ROP (rate of penetration),drilling speed, penetration rate 钻速 trip 起下钻 diesel-engine 柴油机 loss circulation 井漏，循环漏失working uniform 工作服 brake handle, brake bar 刹把 water well condition 水井井况circulating tank, circulation tank 循环罐 normal drilling 正常钻进 reserve tank 储备罐 parameter 参数 trip tank 补给罐，尖底罐, 起下钻泥浆罐（起下钻计量罐） rotary speed 转盘转速（转速）shale shaker 振动筛 pump pressure 泵压 WOB (weight on bit) 钻压 mesh 目,网孔;啮合,编织 torque 扭矩 screen cloth 筛布 displacement 排量 safety meeting 班前会 pump stroke 泵冲 shift exchange 交班、（倒班）
定向井工程师工程检测试题
定向井工程师工程测试题 1、磁方位的概念及校正方法？ 答：用磁性测斜仪测得的方位角称为磁方位角。他是以磁北方位线为基准，由于地磁场随着地理位置和时间在不断变化，所以需要以地理真北方位为基准进行校正，这种校正称为磁方位校正。其校正计算方法：磁方位角值加上该地区的磁偏角。 2、简述工具面角及表示的方法？ 答：工具面角是表示造斜工具下到井底后，工具面所在的位置参数，指弯曲工具的两个轴线的夹角。两种表示方法为：一种是以高边为基准，一种是以磁北为基准。 3、什么是高边工具面角和磁性工具面角，两者之间的关 系？ 答：高边工具面角是指以井眼高边方向线为始边，顺时针旋转到工具面与井底圆平面的交线上所转过的弯角。磁性工具面角是指以现井眼的方位轴线为始边，顺时针旋转到工具面与井底圆平面的交线上所转过的弯角。磁性工具面=高边工具面+井底方位角。 4、定向井剖面设计的类型主要有哪几种？ 答：二段制、三段制、四段制、五段制、悬链线、二次抛物线等。 5、造斜点选着的基本原则是什么？ 答：（1）造斜点应选择在比较稳定的地层，避免在岩石破碎带、漏失层、流砂层或易坍塌等复杂地层。 （2）应选在可钻性均匀、可钻性好的地层。避免在硬夹层和可钻性差的地层中定向造斜。 （3）造斜点的深度应根据设计井的垂直井深、水平位移、造斜率和剖面类型决定，并要利于钻井、完井、采油等工艺的作业。 （4）造斜点的位置应尽可能使斜井段避开地层的自然漂移影响大的层位。 6、简述影响轨迹控制的主要因素？
答：（1）地质因素。包括：岩石可钻性、不均质性、各向异性、地应力、地层的倾角和倾向等。 （2）下部钻具组合和钻井参数。（3）钻头的类型及与地层的相互作用。（4）井眼的几何参数和钻具的结构参数。 7、一套双稳定器的转盘钻钻具组合，设第一稳定器离钻头 的距离为L1，第二稳定器与第一稳定器的距离为L2， 简述L2、L2对钻具性能的影响？ 答：（1）L2不变，随着L1的增加，钻具的增斜力减弱，当增斜力变为负值时，为降斜钻具组合。 （2）L1不变，随着L2的增加，钻具的增斜力增强，钻 具由稳斜变为增斜。 8、水平井依据曲率的不同分哪几类型？怎样划分的？ 答：水平井依据曲率分为：长曲率半径水平井、中曲率半径水平井、中短曲率半径水平井、短曲率半径水平井。 长曲率半径水平井曲率变化一般在8?/30m以；中曲率 半径水平井曲率变化在8?/30m~20?/30m之间；中短曲 率半径水平井曲率变化在20?/30m~100?/30m之间；短 曲率半径水平井曲率变化在4?/1m~10?/m之间。 9、简述工具面角在坐标的不同象限时，对井眼井斜、方位 的影响？ 答；第一象限，0?＜ω＜90?时，增斜、增方位；第二象限，90?＜ω＜180?时，降斜、增方位 第三象限，1800?＜ω＜270?时，降斜、减方位第四 象限，270?＜ω＜360?时，增斜、减方位 10、依据测量仪器的结构特点和测量参数的传输方式可分为 哪几种测斜仪？分述有线随钻测斜仪和MWD的主要 组成部分？ 答：目前分为：有线随钻测斜仪、无线随钻测斜仪、陀螺测斜仪。 有线随钻测斜仪的主要组成：井下测量系统，地面信号的接受、转换、显示系统，信号传输电缆，密封装备 等。 MWD的主要组成：井下探测仪器总成，地面接受系统，
基本术语
一、基本概念 1、井深：指井口（转盘面）至测点的井眼实际长度，人们常称为斜深。国外称为测量深度（Measure Depth）。 2、测深：测点的井深，是以测量装置（Angle Unit）的中点所在井深为准。 3、井斜角：该测点处的井眼方向线与重力线之间的夹角（见图1.1）。?井斜角常以希腊字母α表示，单位为度。 4、井斜方位角：是指以正比方位线为始东磁偏角边，顺时针旋转至井斜方位线所转过的角度（见图1.2）。?井斜方位角常以希腊字母Φ表示，单位为度。实际应用过程中常常简称为方位角。 5、磁方位角：磁力测斜仪测得的井斜方位角是以地球磁北方位线为准的，称磁方位角。 井口 B 图1.1 井斜角示意图图1.2 井斜方位角示意图 6、磁偏角：磁北方位线与真北方位线并不重合，两者之间有一个夹角，这个夹角称为磁偏角。磁偏角又有东磁偏和西磁偏角之分，当磁北方位线在正北方位线以东时，称为东偏角；当磁北方位线在正北方位线以西时称为西偏磁偏角。?进行磁偏角校正时按以下公式计
算： 真方位角＝磁方位角＋东偏磁偏角 真方位角=磁方位角－西偏磁偏角 7、井斜变化率：是指井斜角随井深变化的快慢程度，常以K α表示，?精确的讲井斜变化率是井斜角度（α）对井深（L?）的一阶导数。 dα Kα＝─── dL 井斜变化率的单位常以每100米度表示。 8、井深方位变化率：实际应用中简称方位变化率，?是指井斜方位角随井深变化的快慢程度，常用KΦ表示。计算公式如下： dΦ ＫΦ＝─── dL 井斜方位变化率的单位常以每100米度进行表示。 9、全角变化率（狗腿严重或井眼曲率）：从井眼内的一个点到另一个点，井眼前进方向变化的角度（两点处井眼前进方向线之间的夹角），?该角度既反映了井斜角度的变化又反映了方位角度的变化，通常称为全角变化值。?两点间的全角变化值γ相对与两点间井眼长度ΔL变化的快慢及为全角变化率。用化式表达如下：
水平井特点及司钻讲解
水平井特点 一、由垂直井眼变成倾斜（水平）井眼带来的特性 1、钻具贴井壁，受力状况发生变化 从造斜段开始，钻具受力状况相对直井发生了根本的变化。 ①造斜段：由于斜井段钻具的斜向拉力造成此处钻具被＂拉向＂上井壁。造斜点较高的 井可明显在井口出现钻具向定向方向的＂偏移＂。随着井深增加，造斜点以下钻具重量随着造斜率的增大，在造斜段出现的侧向力F侧随之增大、起下的摩阻增大，随着时间的延长，起下钻和转动在此处形成键槽。 图１ ②斜井段：由于钻具自重，钻具＂躺在＂下井壁，对井壁侧压力的增大，带来磨阻（起 下）和扭矩的增大（旋转）。 图２ ③钻头的受力变化出现侧向分力，当使用增斜钻具结构时，由于近钻头扶正器的＂支点＂ 作用而产生向高边的侧向力；使用降斜组合时，由于＂钟摆力＂作用而向低边产生侧向力；由于下部钻具结构和钻头重力作用，始终产生＂降斜趋势，需用刚性组合来保持井斜的稳定或大于此趋势产生增斜力。
2、偏心环空和岩屑床 国外专家和＂七五＂攻关项目中刘希圣教授等专家研究表明，由于斜井钻具偏向下井壁而形成了＂偏心环空＂，岩屑的沉降，运移与直井相比发生了根本的变化，岩屑出现向井壁径向沉降的趋势，由于偏心环空流速的不均匀，在下井壁形成岩屑床，在一定条件下还会发生岩屑床的滑移、堆积。给大斜度、水平井施工带来威胁，如何正确认识此特点和采取相应 的措施是定向井，尤其是大斜度井、水平井成功与否的关键。
图５ 研究的主要结论有： ①偏心环空场中，大环隙处流速大，小环隙处流速小，促使岩屑床的 产生。 ②岩屑床厚度随流速的减少和井眼斜度的增加而增加，但倾角大于一 定值后，其岩屑床厚度基本保持不变。 ③环空岩屑浓度在临界角（30°≤θ≤60°）范围内最大。环空岩屑 浓度随流速的增加而降低。 注：对临界角的界限，有人认为35°～70°，但总的范围是相近的。 ③当井眼倾角处于临界倾角范围内时，由于岩屑床的形成及滑移，岩 屑势必下滑堆积。容易造成钻具的阻卡。 ④各倾角都存在一个＂临界流速＂。当环空流速大于该临界流速时， 理论认为不会产生岩屑床。 ⑤流体粘度升高导致岩屑床厚度降低，岩屑浓度降低，提高了岩屑输 送效果。 下面就斜井几种状态下的井屑运动方式做一分析： 以临界角为界把斜井分为三种类型： 第一种：小于临界角的范围（＜30°），只有垂直沉降，而无径向沉 降。vs为垂直沉降速度，vsr为径向沉降速度，vsa为轴向沉降速度。 Vs 图６－１ Vs≈0 Vsa≈Vs θ升高则Vsa越大，?该范围最易形成岩屑床，越接近上界越易产生岩屑床下滑堆集，是大斜度井、水平井施工中主要清除岩屑床的井段。该种情况可近似为直井状态，不易形成岩 屑床。