定向井钻井技术.doc

一、定向井钻井技术
（一）井眼轨道优化设计
1.概述
井眼轨道优化设计是实现定向钻井的首要任务，它直接关系到钻井的经济技术指标，乃至钻井施工的成败。合理的井眼轨道设计方案应有利于安全、优质、快速钻井。
通常，无论实钻井眼轨迹是二维还是三维,井眼轨道都设计成二维剖面,这是目前井身剖面设计的主要形式,在有靶前位移\障碍物等限制时,也是尽可能的设计成二维轨道,在无法满足地质要求时才设计为三维井眼轨道。随着钻井技术的进步，近年来三维井眼轨道的优化设计技术发展较快，主要体现在以下方面。
1）方位漂移轨道设计
在定向钻进过程中，普遍存在着方位漂移现象。特别是，高陡构造条件下采用旋转钻井方式钻进时，方位漂移问题往往更为突出。在准确了解地层漂移规律的前提下,利用方位漂移规律钻进，可以减少扭方位操作和起下钻次数、减少井眼轨道控制的难度和工作量，由于可采用较大的钻压，所以能够提高钻井速度和井身质量、降低钻井成本。
2）最小摩阻轨道设计
摩阻和扭矩的增加是大位移井中的突出问题。基于最小摩阻原理的井眼轨道优化设计技术，可以提高大位移井的延伸能力、井身质量和钻井钻速。
3）软着陆修正轨道设计
常规的定向井修正轨道设计方法只要求击中目标，对入靶的井眼方向没有要求。随着水平井、大位移井、多目标井等钻井技术的发展，这样的修正设计概念和方法已不能满足对井眼轨道监控的需要。与中靶要求相比，对井眼方向的有效控制往往显得更为重要。否则，将会增大后续井段轨道控制的难度和工作量，给施工带来不利影响，甚至导致脱靶。
软着陆修正轨道设计解决了给定靶点位置和入靶方向条件下的修正轨道设计难题。
2.国内外现状
在井眼轨道优化设计理论的研究方面，总体上国内与国外具有同等的技术水平，其中个别技术我国处于领先地位。
目前，二维井眼轨道优化设计早已是比较成熟的技术。上述三维井眼轨道设计技术的理论问题已基本得到解决，并取得了良好的现场试验效果。
3.发展趋势
井眼轨道的优化设计技术是以满足油田勘探开发要求为基础的。随着油田勘探开发工作的不断深入，特殊工艺井的数量不断增加。因此，多目标井、绕障井、分支井的三维井眼轨道优化设计将是近期的研究热点。
（二）井眼轨迹监测技术
1.概述
实钻井眼轨迹的描述与计算是井眼轨迹监测与控制的基础，也是后续生产作业和油田开发的重要资料。其核心技术是随钻测量和测斜计算。
1）随钻测量技术
近年来，随钻测量(MWD)的重要进步主要体现在：（1）具备了随钻测井及地质导向的能力；（2）传感器更靠近钻头，提高了实时决策的准确性；（3）电磁波传输技术取得了显著进展，它具有传输速率快、不受介质类型影响等特点。目前国际上使用的MWD特别是深井使用的MWD，主要以泥浆脉冲传输为主，套管开窗侧钻井以有线随钻为主，高温探管的使用温度最高在150℃。
随钻测量系统的常用组件及功能见表3-1-1。目前，ADN-MWD-CDR模式三组合随钻测井已经实现，四组合测井也已成为可能。
表3-1-1随钻测量系统的常用组件及功能
测量工具测量项目MWD/LWD(随钻测量/测井)井斜角、方位角、工具面角、钻压、扭矩CDR(双侧向补偿电阻率)浅层电阻率RFS、深层电阻率RAD、射线、环空压力ARC(阵列式补偿电阻率)测量项目类似CDR，具有更高的分辨率ADN(方位密度中子)
/CDN(补偿密度中子)井眼方位、地层中子孔隙度、地层密度ISONIC(声波)声波GST(地层导向测井)钻头倾斜角、钻头电阻率、环形电阻率、射线、液马达转速RAB(近钻头电阻率)侧向电阻率、射线、成像测井AIM(钻头倾角测量)可配合GST使用
2）测斜计算方法
通常认为，实钻井眼轨迹是一条连续光滑的空间曲线，但是测斜时只能获得各测点处的基本参数，很难知道各测段内井眼轨迹的实际形态，所以实钻井眼轨迹的计算方法都是建立在一定的基本假设和数学模型基础上的。目前，应用最为广泛的是：最小曲率法和圆柱螺线法(曲率半径法)。
为了提高计算精度和可靠性，国内外学者一直致力于测斜计算理论的研究，使其不断地发展和完善。近年来，先后提出了自然曲线法、曲线结构法和数值积分法三种新方法，它们具有计算精度高、稳定性好等特点，并得到了国内外的普遍公认,总之,目前公认的测斜计算方法完全可以满足钻井工程的要求,同时也不会因测斜计算方法的差异产生较大的计算误差。
经大量的理论分析和现场应用，各种测斜计算方法的分析和评价结果见表3-1-2。
表3-1-2典型测斜计算方法的评价结果
计算方法基本假设精度次序结论数值积分法井斜角和方位角都是井深的三次函数，用数值积分的方法计算空间坐标。1优秀曲线结构法测段内的坐标增量依赖于两端测点的井眼曲率和井眼挠率，按空间曲线邻近结构理论计算。2很好自然曲线法井斜变化率和方位变化率分别保持为常数的空间曲线。3良好圆柱螺线法在垂直