定向钻进技术的发展状况

定向钻井技术

目录

摘要???????????????????????3 关键词??????????????????????3

一、概述 ????????????????????4

1.1定向钻进技术的发展背景???????????4 1.2国外定向钻进技术的发展状况 ????????5 1.3我国定向钻进技术的发展???????????5 1.4定向钻进及定向钻井（孔）的含义???????6 1.5关于“靶区”与“靶点”的含义????????7 1.6 定向钻井的类型以及应用范围?????????7 二、定向钻井在实际中的应用——水平井???????9 2.1水平井概述及轨迹控制????????????9 2.2管柱受力复杂和钻井液密度选择????????10 2.3 岩屑携带和完井电测中的困难?????????10 2.4 水平井钻井过程中的着陆控制?????????11 2.5水平控制的技术要点和技术监控????????12 三、总结?????????????????????15 参考文献?????????????????????16

摘要

定向钻井就是使井身沿着预先设计的井斜和方位钻达目的层的钻井方法。

定向钻井技术是当今世界石油勘探开发领域最先进的钻井技术之一，它是由特殊井下工具、测量仪器和工艺技术有效控制井眼轨迹，使钻头沿着特定方向钻达地下预定目标的钻井工艺技术，目前在油田开发中广泛使用。采用定向钻井技术可以使地面和地下条件受到限制的油气资源得到经济、有效的开发，能够大幅度提高油气产量和降低钻井成本，有利于保护自然环境，具有显著的经济效益和社会效益。本文着重介绍了水平井钻井中的重点技术。

关键词：定向钻井 井眼轨迹 油田开发

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一、概述

1.1定向钻进技术的发展背景

地质勘探的一般方法：区域地质调查——物探与化探——普查勘探——布置勘探网进行详细勘探与开发——定点取样，提交储量报告。

勘探开发的常规方法：根据地质或设计部门的要求——设计井眼位置、深度、轨迹形式，一般是各种类型的直线井（垂直井居多）——进行钻井技术方案设计——提出井眼弯曲等技术要求——采取防斜、保直措施保证井眼达到勘探要求。 我国70~80年代对普查井的规范：孔斜＜1.5o～2.0o/100m。这也是根据当时的钻井技术水平而制定的。其精度到底如何？能否满足现代钻探与钻井的要求？ 每百米2.0o钻井的水平偏距如下：

表1-1 钻井深 100米 水平偏距 1.75米 钻井深 400米 水平偏距 27.8米 钻井深 200米 水平偏距 7.00米 钻井深 500米 水平偏距 43.5米 钻井深 300米 水平偏距 15.7米 钻井深 800米 水平偏距＞110米 由表中可知：钻孔精度很低，浅孔钻探尚可满足要求，中深孔则偏距过大。 在一些极易造成井斜的地层，有时每百米2.0o的要求往往也难以达到，造成井斜超差，井眼报废。随着钻探与钻井工程向深部的发展，对勘探精度要求的不断提高，1.5o~ 2.0o/100m已不能满足要求，设计部门提出了0.5o/100m的要求，常规钻井技术要达到这一要求是非常困难的，钻井技术中研制了种类繁多的防斜、稳斜机具，取得了一定的成效，但仍然无法从根本上解决这一技术问题。

70～80年代，随着我国的改革开放政策，机械、电子、测试、材料加工等技术的发展，研究、引进和开发受控定向钻进技术取得了巨大的进展，利用地层

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自然弯曲规律钻孔和采用人工强制手段改变井眼轨迹在此基础上迅速发展起来，钻探与钻井工程由过去的被动防斜转变为主动地人为控制，实现了钻探史上的一次飞跃。

1.2国外定向钻进技术的发展状况

国外定向钻进技术研究始于20年代，由于井眼弯曲引起地租界争议，1924年美国A·安德森(Anderson) 设计了测斜仪。1929年，他测量记录255口井的空间位置，发现深度2000m的钻井水平位移竟达177m，井斜角(顶角)超过65o。

稍晚，在俄克拉荷马 (Oklahoma)油田两台钻机施工的两口井井身相遇，结果钻到同一井中。这是从用顿钻打井改为用转盘钻井之后，人们首次意识到井弯的严重性，并想方设法采取对策纠正井斜。

30年代前后，苏联卡彼柳什尼柯夫（Капелющииков)和美国沙彭伯格 (Scharpenberg) 几乎同时研究涡轮钻。由于勘探海底油田，有意识地利用或制造井弯现象，打定向井采油。才促进了定向钻进技术的发展。

1930年，美国在加里福尼亚 (California) 亨廷顿海滩（Huntington Beach）施工了两口深入海底的定向井。

1934年，苏联在巴库 (Баку ) 也开始从海岸向近海底部打定向井，勘探里海海滨下方的油田。1941年后，二次世界大战刺激石油需求量增加，石油开发投向海底。在海滨向海底打定向井，建海上平台钻丛式井。到1957年，完成了100多万米多井底井。1956年，美国施密斯工具公司 研制了螺杆钻，60年代用于定向钻井。70年代，在深井定向钻进中，西方国家广泛采用螺杆钻。

80年代，为准确控制定向井井身轨迹，普遍采用随钻测量技术，即MWD (Measurement While Drilling) 技术。在钻井过程中可即刻了解井身的空间位置和造斜工具的面向。井底马达、随钻测量技术和计算机辅助钻进CAD (Computer Aids Drilling) 技术的应用，使石油天然气定向钻井达到成熟的阶段。

1.3我国定向钻进技术的发展

我国定向钻进始于50年代。1956年，玉门油田钻成第一口定向井，1962年起，四川油田进行了多种型式的涡轮钻定向钻进试验。70年代以来，我国海洋定向钻井迅速发展，在渤海湾海面打丛式井，在一座钻井平台上施工多达12口定向井。除涡轮钻外，还用螺杆钻作为造斜工具。1977～1982年，全国共完

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成定向井316口，平均井深2478.9m。1982年，在新疆柯克亚地区施工了柯10-3救援井，井深3820m，最大井斜角19o45′，距靶心最小距离为4.78 m，在井底进行爆炸后，压入泥浆才把火扑灭。

自1986年，通过攻关及推广，各油田“七五”期间钻各类定向井4317口，掌握了定向井、丛式井优化设计技术及计算机软件包，包括丛式井开发油田平台数和平台位置的优化设计技术，三维绕障井和三维多目标井设计技术。 “八五”期间，重点攻关“石油水平井钻井成套技术研究”，到1997年钻成长、中、短半径三类水平井共153口，掌握了水平井井眼轨迹优化设计方法，建立了水平井下部钻拄大挠度受力分析模型，以及水平井井眼轨迹预测模型，定向钻进技术总体上达到了90年代国际先进水平。通过研究与引进，我国石油勘探部门基本上拥有了国外专用于定向井的先进工具、仪器，如无线随钻测量仪、有线随钻测量仪、单点陀螺测斜仪、磁性单点和多点井下照相测斜仪、井下动力钻具等。

北京石油勘探机械厂和大港石油机械厂还引进了美国斯密斯公司戴纳螺杆钻具制造技术。西安仪器厂引进单、多点测斜仪与MWD生产线，生产的MWD测量仪已用于钻井作业，可以满足国内需要。另一方面依靠国内力量，自行研制新型工具，实现机具国产化，定向钻进机具装备水平不断提高。

1.4定向钻进及定向钻井（孔）的含义

石油钻井中对定向钻进技术的定义为沿着预先设计的井眼轴线钻达目的层位的钻井方法。

地质勘探中对定向钻进技术的定义是指利用钻孔自然弯曲规律或采用人工造斜工具使钻孔按设计要求进行延伸钻到预定目标的一种钻进方法。 国外有文献认为是为了钻达到一个预定的地下目标，使井眼在特定方向偏斜的工艺和科学。 定义的内涵本质

定向钻进是有预定目标的，根据设计要求，该目标可以是地下某一点，也可以井眼轴线或特定方向和角度；采用一些科学的人为可以控制的技术方法与机具有目的地将井孔轴线由弯变直或由直变弯，使之钻达到目标要求。

定向钻井是指用定向钻进方法控制井眼轨迹钻到预定目标的钻井。它与常

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(2.407m)所致。

⑷、早扭方位

晚扭方位将会增加扭方位的难度。在钻井过程中，通过调整动力钻具的工具面角加强对方位的动态监控。

⑸、稳斜探顶

在中、长半径水平井中， “稳斜探顶”是克服地质不确定度的有效方法。 ⑹、矢量进靶

进靶钻进不仅要控制着陆点，而且还要控制钻头进靶时的方向。 ⑺、动态监控

“动态监控”包括对已钻轨道的计算描述、与设计轨道参数的对比和偏差认定；包括：当前工具已钻井眼造斜率分析计算；对钻头处状态参数(α、φ)的预测；待钻井眼所需造斜率的计算等等。

2.5水平控制的技术要点和动态监控

⑴、钻具稳平

“钻具稳平”的含意是从钻具组合设计和选型方面来提高和加强稳平能力。 ⑵、上下调整

“上下调整”主要表现为对钻头铅垂位置和井斜角(增降)的调整。在水平控制中，要求钻具组合有一定的纠斜能力。 ⑶、多开转盘

开转盘的导向钻进可以：减少摩阻，易加钻压；破坏岩屑床，清洁井眼；提高机械钻速；增加水平段的钻进长度。一般，水平段开转盘的进尺应不小于水平段总进尺的75％。但转盘转速应不大于60r／min为宜。

⑷、注意短起

为保证井壁质量，减少摩阻和避免发生井下复杂情况，在水平段中每钻进一段距离( 如 50m左右，尤其是对定向纠斜井段)，应进行一次短程起下钻。

⑸、动态监控

①、对已钻井段进行计算，并和设计轨道进行对比和偏差认定； ②、对钻具组合的稳平能力(导向状态)和纠斜能力(定向状态)进行过后分析和评价；

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③、钻头位置距上、下、左、右4个边界的距离;

④、待钻井眼设计计算与分析调整。 ⑹、留有余地

水平控制的实钻井眼轨道在竖直平面中是一条上、下起伏的波浪线，当钻头到达边界较近的一点D1时，由D1至D2继续下降，直至D2开始转折，如果不考虑这种滞

后现象，很有可能造成井段出靶。“留有余地”就是分析计算这种滞后带来的增量，保

证在转折点也不出靶。

图4

水平井钻进过程中的动态监控

在定向钻井过程中最重要的就是对井底的实时监测。这就要使用较好的随钻测量工具。

随钻测量定向（MWD）是定向钻进先进的技术手段，可以不间断定向钻进而测量孔底信息，并将信息传送到地表。随着技术的进步，现代随钻测量已发展为随钻测井（Logging While Drilling），简称LWD，不仅可以监控定向钻进，还可以进行综合测井，获取信息的种类有：

①、定向数据(井斜角，方位角，工具面角)； ②、地层特性(伽马射线，电阻率测井记录)； ③、钻井参数(井底钻压，扭矩，每分钟转数)。

随钻测量中，传感器是装在作为下部钻具组合整体的 一部分的特殊井下仪器中。 测量的信息经编码由井下仪器中的发射器通过遥测信道发送。信号在地面译码和处理。 地质人员根据传递上来的信息来分析现在的钻井状况并及时做出调整，这中间也用到了地质导向技术。

地质导向（SRD），就是使用随钻定向测量数据和随钻地层主人测井数据以人

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机对话方式来控制井眼轨迹的钻井技术。它是以井下实际地质特征来确定和控制井眼轨迹的钻井，而不是按预先设计的井眼轨迹进行钻井。使用这一技术，可以精确地控制井下钻具命中最佳地质目标，即，使井眼避开地层界面和地层流体界面并始终位于产层内。

在华北油田水平井钻井中都会有地质人员随钻分析，根据LWD返回的数据分析井底目前层位，判断是否出层并及时调整造斜方向，这在水平井钻井中是十分重要的。

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三、总 结

定向钻井技术现在已经得到了广泛的应用，并在石油行业中占据了较高的地位。它的出现解决了以往很多较复杂油藏开采困难的问题，提高了油田的开发效率，水平井的成功应用也提高了油田的采收率。依靠现有的条件，改善目前的钻具，合理的使用地质导向技术，能大大加强定向钻井的命中率，也为定向钻井的进一步推广应用打下基础。

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参考文献:

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[5] 王同良.国外水平井,大位移井钻技术新进展[J].世界石油工业,2004 [6] 林广辉.地质导向系统的研究与应用[J].中国海上油气（工程）,2005

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ha2d.html