钻井工艺研究所谢学明2005年5月6日定向井基础知识讲座工作简历谢学明，是江汉油田钻井工艺研究所的一名高级工程 师、局科技明星、定向井学科带头人。自1983年毕业于江 汉石油学院钻井工程专业以来，一直从事定向井、水平井 现场技术工作，先后在辽河、中原、胜利、翼东、四川等 油田进行过定向井技术服务，19971999年应聘中海油定 向井工程师，在东海、南海、渤海进行定向井、水平井技 术服务。2002年参加了Jeolink公司在美国、英国举办的 MWD培训班学习，回来后打成了国内第一口直接对穿连 通的采卤水平井黄盐平1井。近年来多次获局级以上 科研成果奖。 一、定向井水平井国内外发展现状一、定向井水平井国内外发展现状二、基本技术术语二、基本技术术语三、常用工具、仪器三、常用工具、仪器四、现场工艺技术四、现场工艺技术五、今后发展方向五、今后发展方向内容内容分支井分支井水平井水平井钻井技术发展趋势钻井技术发展趋势直井直井定向井定向井定向井技术起源于20世纪初，是美国Eastman公 司开展起来的，到20世纪中期，随着国际钻井三大技术(MWD随钻测量技术、高效PDC钻头、长寿命导向螺 杆钻具)的应用，飞速发展了水平井，1995年，世界上共钻成水平井12590口，我国是继美国和前苏联之 后，第三个钻水平井的国家，1965年在四川钻成了两 口水平井，90年水平井被列入国家“八五”重大科技 攻关项目。四年时间在10个油田钻成了50余口水平井 ，目前全国各油田已经普遍推广应用。 一、定向井水平井国内外发展现状一、定向井水平井国内外发展现状江汉油田定向井技术起步较晚，但发展较快。 1984年打成了江汉第一口江油陆采的定向井黄36井（红旗码头），1999年打成了第一口水平井王平1 井，现在江汉本土完成了16口, 鄂西渝东13口，清河 采油厂23口，吉国3口水平井。累计55口。一、定向井一、定向井 水平井国内外发展现状水平井国内外发展现状与胜利油田比较：建平1井水平段长1046.19米,用了18趟钻，45天完成;建27侧平1井水平段长712.83米，只用两趟钻 4.5天完成。黄盐平1井是国内第一口直接对穿的采卤连通水 平井。胜利油田完成的沙盐平1井，对穿没成功，造成第二次填井重钻。差距在于仪器装备落后，技术人员奇缺。一、一、 水平井国内外发展现状水平井国内外发展现状最深的水平井是意大利米兰所钻的井深6330米，垂深5994米。最浅的水平井是加拿大的一口井，井深597米，垂深162米。最大水平位移的井是美国完成的M16LPZ井水平位移10728米。我国所钻DH-P1超深水平井井深6452米,垂深5782.29米,水平段 长500.46米。我国最大水平位移的井是南海西江A14井的水平位移8060.7米 。国内外水平井之最一、水平井国内外发展现状一、水平井国内外发展现状一、定向井、水平井国内外发展现状一、定向井、水平井国内外发展现状二、基本技术术语二、基本技术术语三、常用工具、仪器三、常用工具、仪器四、现场工艺技术四、现场工艺技术五、今后发展方向五、今后发展方向内容内容二、基本技术术语二、基本技术术语定向井：按照一定目的要求，沿着设计轨道钻达 预定目的层位的井。水平井：指井斜角大于或等于86并在目的层中 维持一定长度的水平段的定向井。定向井的三要素：井斜角、方位角、井深。它是 衡量定向井井身质量优劣，计算定向井井眼轨迹的重 要参数。最小曲率法：把上下两侧点之间的井段看成圆弧 曲线,以曲率半径最小的曲线计算井眼轨迹的方法。装置角：井眼轴线上某点的方位角与工具面之间 的夹角。二、基本技术术语二、基本技术术语 入靶点：是指地质设计规定的目标起始点。终止点：是指地质设计规定的目标结束点。靶前位移：是指入靶点的水平位移。水平段长：入靶点与终止点的轨道长度。矩形靶：即纵向为a米,横向为b的长方体。调整井段：用于施工中调整井眼轨迹的井段。倒装钻具组合：在钻大斜度井段和水平段时，为了给钻头加压，将部分重量较轻的钻具放至钻具组合下部，把钻铤、加重钻杆等较重的钻具放至直井段或较小井斜的井段的钻具组合。二、基本技术术语二、基本技术术语水平井分类：1、长半径水平井（小曲率水平井）：造斜率 K6/30m，曲率半径R286.5m。2、中半径水平井（中曲率水平井）：造斜率 K=6-20 /30m，曲率半径R=286.5-86m3、短半径水平井（大曲率水平井）：造斜率 K=3-10 /m,曲率半径R=19.1-5.73m二、基本技术术语二、基本技术术语一、定向井、水平井国内外发展现状一、定向井、水平井国内外发展现状二、基本技术术语二、基本技术术语三、常用工具、仪器三、常用工具、仪器四、现场工艺技术四、现场工艺技术五、今后发展方向五、今后发展方向内容内容1、井下马达单弯、双弯、铰链马达、加长马达、非磁性马达等 。其中单弯螺杆钻具应用最多单弯螺杆钻具的设计是根据弯接头配接普通直马达钻具组合用于造斜的基本原理，按照动力钻具在水 平井中的工作要求，在现有直螺杆钻具结构基础上改 制而成的。它可以获得较高的造斜率，为达到更好的 稳定效果，使用中通常配以上下两个稳定器。三、常用工具、仪器三、常用工具、仪器井下钻具组合动力钻具三、常用工具、仪器三、常用工具、仪器2、高效PDC钻头三、常用工具、仪器三、常用工具、仪器3、弯接头：它是造斜钻具产生侧向力的原因。弯接 头壳体上有高边标志线，所谓高边即弯接头的弯曲方向。4、定向接头：其作用是支撑和固定测量仪器，使仪 器测出准确的工具面。5、无磁钻铤：无磁钻铤的作用一是避免由于使用钢 钻铤对测量仪器产生的影响；二是屏蔽上下钻具及井 壁周围的磁场，以保证磁性测量仪器测量结果的准确 性。三、常用工具、仪器三、常用工具、仪器6、抗压缩钻杆：在中曲率水平井的造斜段，由于井眼曲率较大，普通钻铤下不去，故在钻柱的承压部分要用特种钻杆，当造斜率小于15/30m时。7、循环头：当测量仪器是有线随钻时，它被装在水龙带与方钻杆连接处，电缆由它进入钻杆。造斜钻进时，用高压油密封电缆入口，避免泥浆外泄。每打完一立柱，接下一立柱时，必须把测量仪器从井底提出，接好立柱后，再把测量仪器送到井底。三、常用工具、仪器三、常用工具、仪器常用仪器有：1、有线随钻测斜仪。2、MWD。 由探管、脉冲发生器、涡轮发电系统、悬挂短节、地面接收系统组成。3、FEWD。随钻测井，实现地质导向钻井可以控制钻头始终在产层中间钻进。 三、常用工具、仪器三、常用工具、仪器（1）FEWD功能及组成：1、随钻地质参数：双向自然咖玛、电阻率（4种探测深度）、补偿中子孔隙度、岩石密度 2、定向工程参数：井斜角、方位角、 磁性工具面、高边工具面角 3、井下仪器工况诊断：震动传感器、 温度传感器 4、磁参数：地磁场强度，地磁倾角三、常用工具、仪器三、常用工具、仪器地面实时监视界面地质参数曲线（2）随钻测井三、常用工具、仪器三、常用工具、仪器用FEWD测井曲线与邻井测井曲线可以进行对比， 更准确的划分地层界面、确定标志层深度。（3） 用FEWD测井曲线确定标志层垂深 （4）用FEWD曲线划分地层界面、预测到油层的距离用自然伽玛曲线、电阻率曲线，准确的划分出岩 性界面。在随钻监测中，结合岩屑录井，分析轨迹是 否接近油层，为有效调整轨迹方向提供依据。三、常用工具、仪器三、常用工具、仪器 FEWD的双向自然伽玛探测半径为0.30m，油层伽玛值一般在65API至80API之间，用量的概念解释油层变化。FEWD的电阻率探测半径为0.94m,油层电阻率值一般在7-8欧姆/米之间。实钻井眼轨迹与油层走向的相对位置发生变化时，自然伽玛和电阻率均有明显的变化，因此，可根据曲线的相对大小及其变化判断井眼轨迹所处位置、预测油层位置。（5） FEWD曲线变化判别轨迹接近油顶或油底情况三、常用工具、仪器三、常用工具、仪器一、定向井、水平井国内外发展现状一、定向井、水平井国内外发展现状二、基本技术术语二、基本技术术语三、常用工具、仪器三、常用工具、仪器四、现场工艺技术四、现场工艺技术五、今后发展方向五、今后发展方向内容内容1、小断块油层准确描述难图四、现场工艺技术四、现场工艺技术（一）水平井技术难点油饱和度剖面动态变化过程2、剩余油定量描述难四、现场工艺技术四、现场工艺技术（一）水平井技术难点由于油层深埋地下几千米，顶 面起伏不平，顶面描述不准确 ，易导致水平井钻入泥岩中。3、油层顶面深度精确预测难四、现场工艺技术四、现场工艺技术（一）水平井技术难点水平段轨迹优化设计4、水平井轨迹设计难四、现场工艺技术四、现场工艺技术（一）水平井技术难点5、油层薄，中靶难需要有合适的角度， 才能达到矢量入靶角度偏大角度偏小四、现场工艺技术四、现场工艺技术（一）水平井技术难点6、井眼轨迹在油层最佳位置穿行难精确控制几千米远的钻头走向难度大油层薄，地层倾角变化，有时上翘或下倾四、现场工艺技术四、现场工艺技术（一）水平井技术难点四、现场定向工艺技术四、现场定向工艺技术四、现场工艺技术四、现场工艺技术（二）水平井应用实例黄盐平1井是江汉油田首口设计施工的采卤连通水平井，准确命中B靶与王东12-13井直接连通。完钻井深2358m，水平段长198m，实钻垂深与设计相差0.3m，A点靶心距1.14m，B点钻入王东12-13井半径为3m的溶腔中，实现了不用压裂，两井直接连通的目的。 四、现场工艺技术四、现场工艺技术（二）水平井应用实例1、直井段要求防斜打直。二开采用塔式钻具，控制钻压1040kN，转速117r/min，确保井斜在较低范围内。三开采用钟摆钻具，钻压2030kN，转速217 r/min，井斜控制在2以内，取得了较好效果。钻具组合为：215.9mmPDC+158.75mm无磁钻铤1根+158.75mm钻铤1根+214mm稳定器+158.75mm钻铤1根+214mm稳定器+158.75mm钻铤6根+127mm钻杆四、现场工艺技术四、现场工艺技术2、造斜段 从1527m开始定向造斜，施工措施与常规定向井，水平井基本相同 ，滑动钻进时造斜率为0.340.4/m，复合钻进时井斜变化率为 0.020.05/m。2050m以后，垂深1988m，进入潜二段16韵律的盐 层，按照正常钻进规律，盐层滑动钻进造斜率偏低，复合钻进时降 斜，为了解决这个问题，采取通过提高钻具造斜力的方法来克服盐 层造斜率的不足，螺杆本体扶正器增大为213mm，造斜率仍保持在 0.330.46/m，复合钻进井斜变化率0.010.04/m，基本保证 了全井段轨迹控制的稳定性。 在进入纯盐层钻进时，为了防止钻进速度过快发生盐卡事故，首 先，控制钻时610min/m；其次，每钻进34m上提钻具划眼一次； 然后，钻进6080m短起下一次，及时清除岩屑床，防止盐卡事故。（二）水平井应用实例四、现场工艺技术四、现场工艺技术3、水平段水平段从A点到B点，靶框为逐渐变小的楔形靶，且全部在纯盐岩层中钻进，由于B点垂深只下移0.3m ，基本是平直的，从A点开始下入1单弯+欠尺寸稳定器，通过复合钻进，保持稳斜效果，使井斜控制在88.590 ，对准靶心钻进。复合钻进到2358m，钻时由8min/m，突然下降到2min/m，泵压由16MPa降到14MPa，钻具放空，证实已钻入王东12-13井的溶腔中。四、现场工艺技术四、现场工艺技术黄盐平1井井眼轨迹图一、定向井、水平井国内外发展现状一、定向井、水平井国内外发展现状二、基本技术术语二、基本技术术语三、常用工具、仪器三、常用工具、仪器四、现场工艺技术四、现场工艺技术五、今后发展方向五、今后发展方向内容内容五、今后发展方向五、今后发展方向旋转导向钻井技术定向井钻井工具最重要的发展趋势之一就是用 旋转导向钻井系统(Steerble Rotary Drilling System)取代常规转盘钻井系统。目前，国外定向 井钻井轨迹已从单纯通过起下钻