定向井钻井技术论文
定向井钻井技术论文一
定向井钻井轨迹控制技术分析
[摘要]定向井钻井的关键技术是井眼轨迹控制技术。在分析定向井井眼轨迹剖面优化设计技术的基础上，探讨了钻井井眼轨迹控制技术。
【关键词】定向井；钻孔轨迹；关键技术
中国图书馆分类号:TG998文献识别码:A文号:1009-914x(2015)08-0056-01。
随着我国油气资源勘探开发力度的加大，地面障碍无法正常钻井、地质条件复杂且存在断层等构造障碍、钻井事故需要侧钻等复杂油气藏的勘探开发越来越受到重视。这些油气藏一般需要采用定向钻井技术进行开发，从而增加油气藏的暴露面积，提高油气采收率，降低钻井成本。但定向井钻井的井眼轨迹难以控制，需要优化井眼轨迹设计，在垂直段、斜井段和稳定斜井段采用不同的钻井轨迹控制技术，有效保证定向井的井眼轨迹。探索这些技术措施已成为提高定向井钻井水平的关键。
1.科学设计定向井轨迹和轨道。
1，定向井井眼轨迹优化设计技术
井眼轨迹剖面设计是定向钻井施工的基础。只有不断优化和完善井眼轨道设计，确保井眼轨道设计的科学性和合理性，才能确保定向钻井的预期目标。在定向井轨迹剖面的优化设计中，要坚持一定的原则:实现定向井钻井的地质目标。定向井钻井的地质目标有很多，包括穿越多个含油层系以提高勘探开发效果，避开地层中的断层等地质构造以实现地下剩余油气藏的有效开采，实现油井轨迹在油气藏目的层的大规模延伸以增加油气藏的暴露面积。同时，对于因钻井或油气开采过程中发生事故而无法正常开采的油井，可以利用定向井对油气藏进行侧钻，达到开采的目的，在因地面障碍无法正常钻井的地区，也可以利用定向井达到钻井开采的目的。为了节省钻井成本，还可以通过在丛式平台上开发定向井来节省井场占用的面积。要把高校优质安全的钻探施工作为现场施工的目的。在设计定向井轨迹剖面时，要结合本地区的地质特点进行设计，选择地层稳定、软硬适中的位置进行造斜。造斜点应尽量避开易坍塌、缩径或漏失及压力异常的地层，造斜段倾角应控制在15？-45?另一方面，倾角过大会增加施工难度，容易导致钻孔事故，而倾角过小会造成钻孔定向不稳定，增加调整次数。此外，在造斜率的选择上，要综合考虑油井所在地层的地质条件和钻具的实际造斜率，在满足定向井钻井目标的前提下，尽量降低造斜率，缩短造斜率段长度，以达到快速钻井的目的。后期要尽量满足采油完井技术的要求。在满足定向井钻井要求的前提下，尽量减小井眼曲率，便于后期抽油杆和油套管下入，同时减少两者之间的偏磨，便于后期改造安全采油泵等井下作业施工。
2.定向井钻井轨道设计。
根据固定钻井的不同目的和用途，定向井可分为常规定向井、丛式井和大位移井进行设计。常规定向井水平位移一般小于1km，垂直深度小于3km。丛式井可以减少井场面积。大位移定向井轨迹一般采用悬链线轨迹，井眼轨迹采用高稳定倾角、低造斜率。我国定向井的剖面轨迹有哪些？直增稳？三段式系统？直上直下？四段剖面图和？直-增-稳-减-直？五段剖面有三种类型，具体设计时根据当地层的不同地质特征进行优化。三种井眼轨迹各有优缺点:三段井眼轨迹造斜段短，便于设计和施工操作，无其他特殊要求时可采用三段井眼轨迹剖面；四级井眼轨迹剖面起下钻作业过程中，容易击出键槽增加下钻摩擦力，容易造成卡钻事故和形成岩屑床，一般不使用，仅在特殊情况下使用。五级钻孔的轨迹剖面在目标油气藏中是垂直的，有利于采油泵的安全运行和后期采油工艺的实现。
二、三段定向井轨迹剖面的钻井控制技术
基于三种不同类型轨迹剖面的优缺点，现实中定向钻井设计常采用三段和五段井眼轨迹剖面，其中三段井眼轨迹剖面最为常用。这里研究三段定向井眼轨迹钻井控制技术。
1和垂直井段井眼轨迹控制技术
垂直段井眼轨迹控制技术主要是防斜打直，是定向井轨迹控制的基础。由于地质、工程和井眼扩大等原因，在垂直井段钻进时会发生井斜，地质因素是无法控制的。施工中可采取技术措施，扩大井眼，控制垂直段钻孔轨迹。关键是选择满眼钻具和钟摆钻具组合在垂直段钻进。前者可以防止钻井过程中的倾斜，并使扶正器尽可能靠近井壁。钟摆钻具的工作原理是超过一定角度后会产生回复力，可以纠正井斜问题。但需要保证适当的WOB，因为过大的WOB会降低摆力，增加倾斜力，阻碍纠偏效果。
2.造斜段井眼轨迹控制技术。
在定向井钻井中，造斜段的钻井是关键环节。造斜是从设计造斜点使钻头偏离井口垂直线的过程。关键是让钻头偏离垂直线，开始造斜钻孔。根据设计的井眼轨迹，综合井斜角和方位角偏差计算造斜率，以指导造斜钻井施工。通过增加钻铤等措施，调整滑动钻进和复合钻进的比例，使钻头按照设计的井眼轨迹钻进，引导造斜段完井。
3.稳定井斜段井眼轨迹控制技术。
造斜段完成后，需要进行稳定段的钻孔施工。在稳定段钻进过程中，应选用无线随钻测井仪器，动态跟踪钻头的工作过程，实时监测钻头的实际倾角和方位角偏差，并与设计值进行比较，确保钻头命中目标。在没有无线随钻测井工具的情况下，需要钻穿测斜仪组件，使用单点和多点测斜仪进行定点测斜仪，以确保钻孔中的目标，提高钻井质量。
三。结论
综上所述，定向井是开采复杂油气藏的有效手段，常规油井可以开采。然而，为了成功实现定向井钻井，需要设计井眼轨迹剖面，根据地质特征选择合适的轨迹类型，并针对不同井段采用相应的井眼轨迹控制技术，以保证按照设计的井眼轨迹钻井，提高油气资源开采效果。
参考
[1]王慧云。定向井测井技术难点分析[J].科技信息发展与经济，2009(10)。
卢刚，王刚，邢玉德，孙忠国，张芳芳。定向井钻井空间圆轨道计算中的两个问题[J].石油地质与工程，2006(06)。
王学俭。浅层定向井连续控制钻井技术[J].石油钻井技术，2004(05)。
崔建英，何昌华。定向井信息查询系统的开发[J].数字化学工业，2005(07)。
定向井钻井技术论文2
寿阳区块煤层气定向钻井技术探讨
摘要:介绍了寿阳煤层气开发现状及特点，分析了定向井钻井技术在施工过程中的应用，对今后寿阳区块的定向井具有一定的指导作用。
关键词:寿阳街区；定向井；斜截面；倾斜稳定段
摘要:本文介绍了寿阳煤层气的开发现状及特点，分析了定向钻井技术在施工过程中的应用，对寿阳区块定向井的施工具有一定的指导作用。
关键词:寿阳街区；定向井；斜截面；稳定倾斜截面
中国图书馆分类号:P634.5
1.概观
寿阳区块位于山西省中部，沁水盆地北端，是中国大型含煤盆地之一，煤层气资源丰富。根据远东能源(百慕大)有限公司前期在沁水盆地南部建设的参数井和定向生产井获得的相关数据，表明该地区具有良好的开发前景。
寿阳区块1.1勘探开发历史及现状
65438-0995年，联合国开发计划署(UNDP)利用全球环境基金资助、煤炭科学总院xi分院承担的“中国煤层气资源开发”项目和“阳泉矿区煤层气资源评价”专项科研报告，对阳泉矿区(包括产区、平西地区和寿阳地区)煤层气资源开发进行了评价研究，重点是寿阳地区煤层气资源开发。
中国煤田地质总局在韩庄井田1996至1997施工了一批煤层气勘探参数井，取得了该区相关煤储层参数，并对HG6井主煤层进行了压裂改造和排水试验，取得了该井合层排水的全套数据。在1997 ~ 1998期间，中联公司在寿阳区块施工了4口煤层气生产井，其中探井1口，生产试验井3口，获得了该区有价值的煤储层参数和生产数据。1998年，完成了4条2D地震勘探线，总长167km，取得了丰富的地质成果。2005年，远东公司在该地区建造了三口羽状水平井，其中两口井在煤层段的进尺超过3000米，三口井都在生产。
2007年，远东能源(百慕大)有限公司认为该区15#煤层非常稳定，储层参数有利，是煤层气开发的有利区块。决定在寿阳县南延朱桢部署若干定向井和参数井，以获取该区15#煤层的埋深、厚度等储层参数。
寿阳1.2区块地质背景
沁水盆地北端位于太行山隆起西部，新华夏第三隆起，汾河地堑东部，阳曲蔚县带状构造带的南翼。总体形状呈东西走向、向南倾斜的单斜构造。区内构造简单，地层平缓，倾角一般为10？关于。燕山运动和喜马拉雅运动期间，由于大规模岩浆侵入，大地热流背景值增大。该区石炭、二叠系煤层在原有深成变质作用的基础上，叠加区域岩浆热变质作用，使煤化作用大大加深，形成了该区高变质瘦煤、贫煤和少量无烟煤。
本区钻遇的地层有:第四系(Q)、下三叠统刘家沟组(T1l)、上二叠统石千峰组(P2sh)、上二叠统上石盒子组(P2x)、下二叠统下石盒子组(P1x)和下二叠统山西组(P
寿阳1.3区块煤储层特征
主要含煤地层为上石炭统太原组和下二叠统山西组，含煤10余层，其中3#、9#和15#煤为主要煤层。
3#煤层:俗称七尺煤，全区煤层厚0 ~ 3.78 m，煤层较稳定。寿阳矿区西部和阳泉三矿区煤层较厚，其他地区煤层较薄甚至尖灭。结构简单，有时含一层夹矸，顶底板为泥岩、砂质泥岩、粉砂岩，局部为炭质泥岩、细砂岩。
9#煤层:全区煤层厚度不一，煤层相对稳定。结构简单，顶底板为泥岩、砂质泥岩、粉砂岩，局部为炭质泥岩、细砂岩。
15#煤层:煤层厚度0.27 ~ 6.48 m，是寿阳区块煤层气开发的主要煤层。15#煤含1 ~ 3层夹矸，结构中等，顶底板为K2灰岩，底板为泥岩、砂质泥岩，局部为炭质泥岩、细砂岩。
沁水盆地北端煤储层厚度大，埋深适中。煤热化程度高，已进入生气高峰期，煤层顶底板封闭性好，含气量高；煤储层裂缝发育，孔隙以小孔和微孔为主，渗透性好。煤具有很强的吸附性能，但其气体饱和度较低。
2.设备选择
2.1钻机选择
寿阳区块定向生产井井深一般在1000米以内，水平段不超过500米，根据我钻井队现有装备，选用TSJ-2000和GZ-2000钻机。钻机的提升和旋转能力能够满足煤层气定向生产井施工的需要。
2.2设备配置
水泵:TBW-850(立式)、3NB-1000、F-500；排量0 ~ 42l/s，压力5 ~ 32mpa。
动力:PZ12V-190，PZ8V-190，12V 135；功率120 ~ 800 HP。
钻塔:27.5米/座塔(750千牛)。
钻井工具:？127毫米钻杆。203钻铤，178钻铤+？159钻铤。
2.3定向钻井工具
？172(1.5?)螺丝，？165(1.5?)螺丝
？172MWD定向短节，？165MWD定向短节
？165mm 、?159毫米短钻挺杆
？214mm扶正器，？48MWD
？165mm无磁钻铤，172无磁钻挺杆
3钻井技术
3.1井筒结构
井身结构在钻井工程中处于最基础的地位，体现了钻井的目的，也是决定这一目的能否顺利实现的重要因素之一。井身结构设计以钻井目的为目标，根据实际钻井工程和地质条件，将目标和过程统一起来。
第一次领养？311mm钻头钻至稳定基岩，水文显示正常，下钻？244.5mm表层套管，固井，待凝48小时。
二开领养？215.9mm钻头钻至完井，达到钻井目的后下钻？139.7毫米生产套管和固井。
3.2位选择
HJ537G钻头用于二开选择合适的岩石。
3.3动力钻具的选择
为了适应松软和中松软地层，选用了中速中转矩电机。
3.4钻井液的选择
煤储层保护是煤层气井建设的关键。在煤层钻进中，主要采用清水钻进，严格控制钻井液的固相含量和比重。当井内有大量岩粉时，可采用高粘度无污染钻井液排出岩粉，既能保证孔内安全，又能防止储层污染。
4.定向钻井组件及钻井处理措施
定向井施工主要分为三段:垂直段、造斜段和稳定段。需要根据不同地层、不同井深、不同排量，有效选择三段钻具组合。实现设计的井眼轨迹是施工的关键。
4.1垂直井段钻井技术
直井段防斜是定向井施工的重要保证，一般要求在100m以内井斜小于1？。直井段钻具组合关系到定向井下定向造斜段的难度。
(1) BHA:一开采用BHA塔。311 bit+？203钻铤+？178钻铤+？159钻铤+？127钻杆。
两开:？215.9 bit+？178钻铤+？159钻铤+？127钻杆。
(2)钻进参数:WOB 10 ~ 80 kN排量12 L/s泵压0.5 ~ 2 MPa。
钻井液性能:密度1.02 ~ 1.10g/cm3粘度21 s。
(3)遇基岩时，轻压慢转，防止井斜。
(4)改变垂直井段直径时，必须悬挂，并在更换定向钻具前记录偏差。
4.2造斜段钻井技术
造斜段下到底后，EMWD仪器开始无干扰定向钻井；施工采用1.5？单弯螺杆，实际搭设坡度为9？/30m。在定向过程中，滑动钻进和复合钻进交替使用，保证狗腿符合要求。
BHA？215.9 bit+？172(1.5?)螺丝+？172MWD定向奶嘴+？172无磁*1+？178钻铤*2 +411*4A10+？159钻铤*9+？127钻杆
(2)钻进参数:WOB 40 ~ 80 KN，排量20 ~ 24 L/s，泵压2 ~ 4 MPa。
钻井液性能:密度1.02 ~ 1.05g/cm3粘度16 s。
(3)调整钻井液性能，采用三级固控设备，控制固相含量不超标。
(4)及时测量井斜和方位，如发现与设计不符，应立即采取措施。
(5)保持泥浆性能，提高防塌性能和携岩能力，清洗井眼。
4.3稳定倾斜段钻井技术
该区稳定井斜段钻具组合可采用以下三种方法，也可交替操作，确保井斜方向符合要求，同时应保持第三班的钻井参数，确保井下安全。
(1)采用螺杆复合钻进，倾角稳定。
钻具组合:？215.9 bit+？172(1.5?)螺丝+？172MWD定向奶嘴+？172无磁*1+？178钻铤*2 +411*4A10+？159钻铤*9+？127钻杆
钻井参数:WOB 40 ~ 80 KN，排量20 ~ 24 L/s，泵压3 ~ 5 MPa。
钻井液性能:密度1.02 ~ 1.05g/cm3粘度17s。
(2)利用近钻头扶正器稳定井斜。
钻具组合:？215.9 bit+？214扶正器+？172MWD定向奶嘴+？172非磁性* 1+411 * 4a 10+？159钻铤*9+？127钻杆
钻井参数:WOB 40 ~ 80 KN，排量20 ~ 24 L/s，泵压2 ~ 4 MPa。
钻井液性能:密度1.02 ~ 1.05g/cm3粘度17s。
(3)用光滑的钻铤钻孔。
钻具组合:？215.9 bit+？172MWD定向奶嘴+？172非磁性* 1+411 * 4a 10+？159钻铤*9+？127钻杆
钻井参数:WOB 80 ~ 120kn排量20 ~ 24 L/s泵压2 ~ 4 MPa。
钻井液性能:密度1.02 ~ 1.05g/cm3粘度16 s。
5.经验和建议
通过该地区FCC-HZ-23D、FCC-HZ-33D、FCC-HZ-11D、FCC-HZ-47D和FCC-HZ-70D井的施工，获得了以下经验:
(1)及时测斜、准确计算、描图是保证井眼轨迹的关键。利用MWD可以准确把握井眼轨迹的变化，有效控制轨迹。
(2)钻进过程中，随时观察扭矩和泵压的变化，及时分析和解决问题。
(3)定期测量泥浆中固相含量的变化，确保固相含量不超标，不影响螺杆的使用。有可能的话可以去三级固控设备。
④拿？旋转+滑动？基于无线实时随钻监控的复合钻进方法能有效保证井眼轨迹质量，使施工安全快速。用于边坡稳定的过程中？旋转+滑动？复合钻进方法能有效降低摩阻和扭矩，降低施工风险。
(5)在定向造斜过程中，实际井斜略超前于设计井斜，提前结束造斜段，使稳斜段实钻井斜略小于设计井斜段，在复合钻井中略增井斜以满足设计轨迹要求，达到快速安全的目的。参考
[1]王。2006.寿阳区块煤层气勘探开发现状、地质特征及前景分析。北京:地质出版社。
大港油田。1999.钻井工程技术。北京:石油工业出版社
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