第五章：井斜及其控制.ppt

钻井工程,井斜及其控制——钻井工程,重庆科技学院石油工程学院制作,第一节 井斜及其控制标准 第二节 井斜原因 第三节 控制井斜的措施 第四节 虹吸测斜仪,本节主要内容：,第五章 井斜及其控制,概述：,井眼轨道：一口井开钻之前，预先设计的井眼轴线形状 直井轨道：过井口的铅垂线 定向井轨道： 二维定向井：过井口和目标点的铅垂面上的曲线 三维定向井：具有不同曲率的空间曲线 轨道设计：定向井、水平井、侧钻井、大位移井等 井眼轨迹：一口井实际钻成后的井眼轴线形状 轨迹控制： 直井防斜打直 特殊工艺井控制井斜和方位，使轨道与轨迹相一致垂直剖面图原理,井眼轨迹的图示法 １．水平投影图 投影面：水平面 坐标系：以井口为原点、Ｎ坐标轴、Ｅ坐标轴 表达的参数：Ｎ坐标值、Ｅ坐标值、水平位移S、水平长度Lp、闭合距、井斜方位角φ、平移方位角θ、闭合方位角 2．垂直剖面图 垂直剖面：过井眼轴线上各点垂线组成的柱面展开图 坐标系：原点（井口）、横坐标（水平长度）、纵坐标（垂深） 表达的参数：垂深D、水平长度Lp、井深Dm、井斜角α什么是井斜？,井深轴线偏离铅垂方向的现象叫井斜,第一节 井斜及其控制标准,一、井斜的危害,井斜给钻井、油田开发、采油等带来各种危害甚至引起事故1.井身斜度大：钻达目的层尺寸增加，费用提高，深度误差大，地质资料失真；2.井斜使井眼弯曲，钻具易疲劳折断，加剧井壁与套管磨损，易形成键槽卡钻；3.井斜变化大，刚度大的套管及测井仪器不易下入，套管不居中，水泥浆不易充满整个套管外环形空间影响固井质量；4.井斜大井中采油时，封隔器密封困难，油管磨损严重，抽油杆易断；,井斜的危害总结： 1. 在地质勘探方面：造成地质资料失真；打乱合理的地下井网和开发方案。

2. 在钻井施工方面：恶化钻柱工作条件；易造成井壁坍塌和卡钻；易造成固井下套管困难和注水泥窜槽；纠斜侧钻增加成本 3. 在开发采油方面：影响分层开采；影响修井工作；影响采收率（死油区）二、衡量井斜的参数,目的：掌握有关参数的概念及这些参数之间的关系 1．轨迹的基本参数测量方法：非连续测量，间断测量测段”，“测点”井深、井斜角和井斜方位角----轨迹的三个基本参数 (1)井深（或称为斜深、测深）井口(通常以转盘面为基准)至测点的井眼长度以字母Dm表示，单位为米(m)井深增量（井段）：下测点井深与上测点井深之差以ΔDm表示2)井斜角(α)：指井眼方向线与重力线之间的夹角单位为度(°) 井眼方向线：过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部分称 为井眼方向线 井斜角增量( Δα )：下测点井斜角与上测点 井斜角之差 Δα＝αB－αA,(3)井斜方位角φ （井眼方位角、方位角）：在水平投影图上，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 井眼方位线（井斜方位线）：某测点处的井眼方向线 在水平面上的投影 井斜方位角增量Δφ ：上下测点的井斜方位角之差。

Δφ ＝φB－φA 井斜方位角的变化范围：0～360° 3) 井斜方位角φ： 井斜方位角的另一种表示方式：象限角：指井斜方位线与正北方位线或与正南方位线之间的夹角 象限角的变化范围：0～90之间 磁偏角：磁北方位与正北方位 之间的夹角 磁偏角校正： 真方位角＝磁方位角＋东磁偏角 真方位角＝磁方位角－西磁偏角,,(4) 井斜变化率单位长度井段（一般30米或100米）井斜角的变化值叫井斜变化率衡量井斜的变化程度由相邻两测点的井斜角计算值如下：,Kα——井斜变化率，°/30m； α3、α2——3、2两测点井斜角，°； ΔL——3、2两测点间井段长，m；,(4) 井斜方位变化率单位长度井段井斜方位角的变化值叫井斜方位变化率衡量井斜方位的变化程度由相邻两测点的井斜方位角计算值如而得：,Kφ——井斜方位变化率，°/30m； φ3、 φ2——3、2两测点井斜方位角，°； ΔL——3、2两测点间井段长，m；,(4) 井眼曲率井眼曲率K（“狗腿严重度”、“全角变化率”）：它反映了井眼轴线的弯曲程度，是衡量井身质量的重要指标：指井眼轨迹曲线的曲率 平均曲率:,K——井眼曲率，°/30m；φ； β——ΔL所对应的圆心角，°； ΔL——相邻两测点间井段长，m；,2.轨迹的计算参数(选讲） (1)垂直深度Ｄ(垂深)轨迹上某点至井口所在水平面的距离。

垂深增量称为垂增（ΔＤ） (2)水平投影长度 Lp(水平长度、平长)井眼轨迹上某点至井口的长度在水平面上的投影，即井深在水平面上的投影长度水平长度的增量称为平增(ΔL),轨迹的计算参数 (3)水平位移Ｓ（平移）： 轨迹上某点至井口所在铅垂线的距离（或：在水平投影面上，轨迹上某点至井口的距离）平移方位线：在水平投影面上，井口至轨迹上某点的连线我国将完钻时的水平位移称为闭合距轨迹的计算参数 (4)平移方位角θ平移方位线所在的方位角 (5)Ｎ坐标和Ｅ坐标南北坐标轴，以正北方向为正； 东西坐标轴，以正东方向为正 (6)视平移Ｖ水平位移在设计方位线上的投影长度三、井斜的控制标准,造成危害的主要因素是井眼曲率即“狗腿严重度”大，而不是井斜角大所以井斜控制标准由以井斜角为主改为井眼曲率为主，放宽了井斜角的控制之后，钻速明显提高，控制住狗腿严重度就能避免各种复杂情况和事故石油部井斜控制标准P109《钻井技术》）,第二节 井斜的原因,一、井斜的原因地质因素，钻具因素 1.地质因素地层倾斜和地层可钻性不均匀性两个方面 （1）地层可钻性的各向异性因素 沉积岩特性：垂直层面方向的可钻性高，平行层面方向的可钻性低。

钻头总是有向着容易钻进的方向前进的趋势地层倾角小于45°时，钻头偏向垂直地层层面的方向地层倾角超过60°时，钻头沿着平行地层层面方向下滑，地层倾角在45°～60°之间时，井斜方向属不稳定状态一、井斜的原因 1.地质因素 （2）地层可钻性的纵向变化 地层倾斜且软硬交错，钻头偏向垂直地层层面方向3）地层可钻性的横向变化 垂直于钻头轴线方向上可钻性的变化 如：在钻头的一侧下面钻遇溶洞或较疏松的地层，而另一侧则钻遇较致密的地层2.钻具因素 主要原因是钻具的倾斜和弯曲 引起钻头倾斜，在井底形成不对称切削 使钻头受侧向力的作用，产生侧向切削 “底部钻具组合”( Bottom Hole Assembly )，简称BHA 导致钻具倾斜和弯曲的原因： 钻具和井眼之间有一定间隙 钻压的作用，钻柱受压靠近井壁或发生弯曲 钻具本身弯曲；转盘安装不平、井架安装不正等 3.井眼扩大钻头在井眼内左右移动，靠向一侧，钻头轴线与井眼轴线不重合，导致井斜二、满眼钻具组合控制井斜由钻具引起井斜的原因可归结为：①钻头对井底的不对称切削；②钻头轴线相对于井眼轴线发生倾斜；③钻头上的侧向力导致对井底的侧向切削解决这些问题的方法之一是让钻具填满井眼，即：满眼钻具组合。

基本原理：增大下部钻具组合的尺寸和刚度，近似“填满井眼”，防止钻柱弯曲和倾斜 方法：在下部钻具适当位置上安装3～4个扶正器扶正器尺寸：Δd=dh - ds=1.0 ～2.0 mm,１．YXY 组合的结构近钻头扶正器、中扶正器、上扶正器、第四扶正器 作用：近扶正器：抵抗侧向力，防止侧向切削和不对称切削中扶正器：保证中扶正器与钻头之间的钻柱不发生弯曲其安放位置需严格计算上扶正器：保证钻具上至少有3个稳定点与井壁接触，从而保证井眼的直线性第四扶正器：增大下部钻柱的刚度，协助中扶防止钻柱弯曲Lp ——中扶距钻头的最优长度，m ； C ——扶正器与井眼的半间隙，C=(dh-ds)/2 ，m ； Dh ——井眼直径，m ； Dm ——扶正器外径，m ； E ——钻铤钢材的杨氏模量，KN/m2 ； J ——钻铤截面的轴惯性矩，m4 ； qm ——钻铤在钻井液中的线重，KN/m ； Α ——允许的最大井斜角，(°) 2．YXY 组合“中扶”位置的计算根据等截面梁纵横弯曲理论中的挠度计算公式和压杆稳定的临界载荷计算公式，并进行处理求导可得最优位置：,3.满眼钻具组合的使用(1)只能控制井眼曲率，不能控制井斜角的大小，不能纠斜；(2)“以快保满，以满保直”：间隙对满眼钻具组合性能影响显著，设计间隙一般为Δd=dh-ds=0.8～1.6mm。

当间隙Δd达到或超过两倍的设计值时，应及时更换或修复扶正器，在井径扩大井段不适用，要抢在井径扩大以前钻出新的井眼；(3)不宜在井眼曲率大的井段使用，防止卡钻；(4)在钻进软硬交错，或倾角较大的地层时，要注意适当减小钻压，勤划眼，以便消除可能出现的“狗腿”；(5)为了发挥满眼钻具的防斜作用，在钻具上至少要有3个稳定点即：至少要安放3个稳定器；,三. 钟摆钻具组合控制井斜 1.钟摆钻具组合的原理,在下部钻柱的适当位置安装一个扶正器，当发生井斜时，该扶正器支撑在井壁上形成支点，使下部钻柱悬空则该扶正器以下的钻柱就好象一个钟摆，产生一个钟摆力钻头在此钟摆力的作用下切削下井壁从而使新钻的井眼不断降斜2、YXY钟摆钻具组合设计（不讲）钻头上的钟摆力：可产生最大钟摆力的最优扶正器安放位置计算：W ----钻压，kN；dh----井径， m；dc----钻铤直径，m考虑到扶正器磨损和 井径扩大，使用距离比计 算距离适当减小LS=（0.9 ～ 0.95） Lz,3. 钟摆钻具组合的使用(1)多数用于井斜角较大的井纠斜直井内无防斜作用(2)其性能对钻压特别敏感钻压增大，则增斜力增大，钟摆力减小使用时必须严格控制钻压。

3)只能使用小钻压“吊打”如果使用大钻压,可能形成新的支点4)不能有效控制井眼曲率，易形成“狗腿”5)间隙对钟摆钻具组合性能的影响比较明显四.其它直井方斜技术 1.塔式钻具（钟摆原理） 2.偏心钻铤（形成公转和钟摆力） 3.方钻铤（满眼钻具原理） 4.钻铤偏心短节（形成钻铤公转）第六章 定向钻井,第一节 概述,直井用途：油田开发和勘探有井斜限制要求 定向井用途： 1.地面环境条件的限制高山，湖泊，沼泽，河流，沟壑，海洋，农田或重要的建筑物等 2.地下地质条件的要求断层遮挡油藏、薄油层、倾角较大的地层钻进等 3.处理井下事故的特殊手段井下落物侧钻、打救援井等 4.提高油藏采收率的手段钻穿多套油气层、老井侧钻等地面环境条件限制,地下地质条件要求,处理井下事故,井眼轨迹的图示法 对一条空间曲线可以有不同的表示方法 三维坐标法： 柱面图示法：垂直剖面图（柱面展开图）+水平投影图柱面：设想经过井眼轨迹上每一个点作一条铅垂线，所有这些铅垂线构成的曲面称为柱面将柱面展平，就形成了垂直剖面图 可以反映出真实的井身参数，如：井深、井斜角、垂深； 作图简便垂直剖面图原理,井眼轨迹的图示法 １．水平投影图 投影面：水平面 坐标系：以井口为原点、Ｎ坐标轴、Ｅ坐标轴。

表达的参数：Ｎ坐标值、Ｅ坐标值、水平位移S、水平长度Lp、闭合距、井斜方位角φ、平移方位角θ、闭合方位角 2．垂直剖面图 垂直剖面：过井眼轴线上各点垂线组成的柱面展开图 坐标系：原点（井口）、横坐标（水平长度）、纵坐标（垂深） 表达的参数：垂深D、水平长度Lp、井深Dm、井斜角α第二节 轨迹测量及计算（选讲）,目的：掌握井眼轨迹参数的测量、计算、轨迹绘图方法 一．测斜方法 1、测斜仪分类 按工作方式分：单点式、多点式、随钻测量（有线、无线） 按工作原理分：磁性测斜仪（罗盘）、陀螺测斜仪（高速陀螺空间指向恒定） 2、测量内容井深Dm、井斜角α 、方位角φ 二．对测斜计算数据的规定 1．测点编号：测斜自下而上，测点编号自上而下第一个井斜角不等于零的测点作为第一测点 2．测段编号：自上而下编号第i-1 个点与第i 点之间所夹的测段为第i测段 3．第０测点：第１测点的井深大于25m 时，第０测点的井深比第１测点的井深小25m，且井斜角规定为零第１测点的井深小于或等于25m时，规定第０测点的井深和井斜角均为零。