文档介绍：《定向钻井理论与技术》讲稿
授课教师:史玉才
授课对象:船舶与海洋工程2003级1~2班
授课时间:2006~2007学年第一学期
2006年9月
定向钻井理论与技术
授课教师:史玉才 8392278(O) **********
授课对象:船舶与海洋工程2003级01~02班
学****目的:(1)在必修课中定向钻井内容的基础上,进一步拓宽和加深,使学生掌握定向井设计和计算的基本理论和方法,初步具备分析和解决定向钻井过程中的具体问题的能力,同时对当前大量出现的定向井新技术有最基本的了解,为以后从事定向井工作打下较好的基础。
(2)通过本课程的学****要求学生掌握定向井井眼轨迹计算、井身剖面设计、井眼轨迹预测等方法;能初步进行钻柱摩阻扭矩计算、动力钻具反扭角计算和无磁钻铤使用长度计算。
总学时:32
教材:韩志勇,《定向井设计与计算》,石油工业出版社,1989
主要参考资料:有关定向井的科技论文。
第1章定向井钻井技术概述
定向井:目标点和井口不在一条铅垂线上的井。按照事先设计的具有井斜和方位变化的轨道钻进的井。
一口直井打斜了,也具有井斜角和井斜方位角的变化,但那不是定向井。
井眼轨道:指在一口井钻进之前人们预想的该井井眼轴线形状。
井眼轨迹:指一口井实际钻出来后的井眼轴线形状。
§1-1 定向井的用途
20世纪30年代初,在海边向海里打定向井开采海上油田的尝试成功之后,定向井得到了广泛的应用,其应用领域大体有以下三种情况。
地面上是高山,湖泊,沼泽,河流,沟塑,海洋,农田或重要的建筑物等,难以安装钻机进行钻井作业时,或者安装钻机和钻井作业费用很高时,为了勘探和开发它们下面的油田,最好是钻定向井。
对于断层遮挡油藏,定向井比直井可发现和钻穿更多的油层;
对于薄油层,定向井和水平井比直井的油层裸露面积要大得多。
对于垂直裂缝的构造带,打直井很难钻遇裂缝,若钻定向井或水平井,则钻遇裂缝的机会就大得多;
另外,侧钻井,多底井,分支井,大位移井,侧钻水平井,径向水平井,等等定向井的新种类,显著地扩大了勘探效果,增加了原油产量,提高了油藏的采收率。
新提法:用钻井方法提高油藏采收率
当井下落物或断钻事故最终无法捞出时,可从上部井段侧钻打定向井;
特别是遇到井喷着火常规方法难以处理时,在事故井附近打定向井(称作救援井),与事故井贯通,进行引流或压并,从而可处理井喷着火事故。
随着定向井钻井技术的发展,定向井建井周期和总成本已接近钻直径的水平,定向钻井已成为油田勘探开发的极为重要的手段。
§1-2 井眼轨迹的基本概念
1、井眼轨迹的基本参数
井眼轨迹为空间曲线。为了进行井眼轨迹控制,就要了解这条空间曲线的形状,就要进行轨迹测量,也即“测斜”。目前常用的测斜方法并不是连续测斜,而是每隔一定长度的井段测一个点,这些井段被称为“测段”,这些点被称为“测点”。
轨迹基本参数:井深、井斜角、井斜方位角。
(1)井深(L)
指井口(通常以转盘面为基准)至测点的井眼长度,也有人称之为斜深,国外称为测量井深(Measure Depth,MD)。井深是以钻柱或电缆的长度来量测。
井深既是测点的基本参数之一,又是表明测点位置的标志。
一个测段的两个测点中,井深小的称为上测点,井深大的称为下测点。
井深的增量()总是下测点井深减去上测点井深。
(2)井斜角(α)
在井眼轴线上某测点作井眼轴线的切线,该切线向井眼前进方向延伸的方向为井眼方向线。井眼方向线与重力线之间的夹角就是井斜角。
图1-2-1 井斜角与井斜方位角
(3)井斜方位角(φ)
某测点处的井眼方向线投影到水平面上,称为井眼方位线,或井斜方位线。以正北方位线为始边,顺时针方向旋转到井眼方位线上所转过的角度,即井斜方位角,简称方位角。
一个测段内的井斜角增量总是下测点井斜角减去上测点井斜角。
一个测段内的方位角增量总是下测点方位角减去上测点方位角。
如图1-2-1(a)所示,A点的井斜角为、方位角为,B点的井斜角为、方位角为,AB井段的井斜角增量、方位角增量分别为:
2、井眼轨迹的计算参数
轨迹计算参数可用于描述轨迹的形状和位置,可用于轨迹绘图。计算参数包括:
(1)垂直深度(D)
简称垂深,是指轨迹上某点至井口所在水平面的距离。垂深的增量()称为垂增。
如图1-2-1所示,A、B两点的垂深分别为、,AB井段的垂增
(2)N坐标(N)和E坐标(E)
N坐标和E坐标是指井眼轨迹上某点在以井口为原点的水平面坐标系里的坐标值。
南北坐标轴,以正北方向为正方向;
东西坐标轴,以正东方向为正方向。
如图1