mwd技术服务人员培训手册

mwd技术服务人员培训手册内容摘要：

常用单弯动力钻具、双弯动力钻具、 DTU（异向双弯）造斜率表。 第四节 定向井、水平井基本施工步骤简介 1）定向井井位的确定 井位坐标要求：基本数同一般直井。 丛式井坐标需一同下发，以便作出丛式井整体设计。 注明各中靶点的坐标及垂直深度，提供最新井位构造图。 2）地面井口位置的选择 工程、地质设计及测量人员根据井位坐标和地面实际条件确定井口位置和井架整托方向（丛式井）。 井口位置选择尽量利用地层自然造斜规律。 多目标井井口位置在第一靶点和最后一个靶点联线的延长线上。 井架立好后需要进行井口坐标的复测。 3）定向井设计 地质设计在坐标初测后提出初步设计，在坐标复测后提出正式设计。 地质 设计除包括一般井内容外，在工程施工中要求必须说明靶点相对与井口的位移和方位，多目标井说明靶点之间的稳斜角度。 附最新井位构造图、油藏剖面图、设计轨迹水平投影图和垂直投影 图。 工程设计必须符合地质设计要求。 井身轨迹设计数据表，特殊工艺技术措施。 井身结构及分段钻具组合和钻井参数等。 4）设备要求（钻机） 13 根据定向井垂直井深、水平位移、井身结构和井眼曲率选择设备类型。 推荐设备标准（使用于 位移／垂深〈 ）： 垂深〈 2800米、水平位移〈 600米，选用 3200米钻机； 垂深〈 3500米、水平位移〈 1200米，选用 4500米钻机； 垂深〈 4500米、水平位移〈 2020米，选用 6000米钻机； 垂深〈 4500米、水平位移〉 1500米，选用 7000米钻机。 5）定向井靶区半径标准 不同井深靶区半径要求（总公司标准） 靶区垂深（米） 靶区半径（米） 靶区垂深（米） 靶区半径（米） ≤ 1000 ≤ 30 ≤ 3000 ≤ 80 ≤ 1500 ≤ 40 ≤ 3500 ≤ 100 ≤ 2020 ≤ 50 ≤ 4000 ≤ 120 ≤ 2500 ≤ 65 ≤ 4500 ≤ 140 14 第二章 定向井、丛式井、水平井设计与计算分析 第一节 定向井、水平井二维轨道设计 一口定向井的实施，首先要有一个轨道设计，才能以此设计为依据进行具体的定向井钻井施工。 对于不同的勘探、开发目的和不同的设计限制条件，定向井的 设计方法有多种多样。 而每种设计方法，都有一定的设计原则。 定向井设计是一个非常重要的环节。 “好的设计是成功的一半”。 因此，合理地设计好井身轨道，是定向井成功的保证。 一、设计原则： 一口定向井的总设计原则，应该是能保证实现钻井目的，满足采油工艺及修井作业的要求，有利于安全、优质、快速钻井。 在对各个设计参数的选择上，在自身合理的前提下，还要考虑相互的制约。 要综合地进行考虑。 (一 )选择合适的井眼形状 复杂的井眼形状，势必带来施工难度的增加，因此井眼形状的选择，力求 越简单越好。 从钻具受力的角度来看：目前普遍认为，降斜井段会增加井眼的摩阻，引起更多的复杂情况。 如图所示 (211)，增斜井段的钻具轴向拉力的径向分力，与重力在轴向的分力方向相反，有助于减小钻具与井壁的摩擦阻力。 而降斜井段的钻具轴向分力，与重力在轴向的分力方向相同，会增加钻具与井壁的摩擦阻力。 因此，应尽可能不采用降斜井段的轨道设计。 图 211 (二 )选择合适的井眼曲率 井眼曲率的选择，要考虑工具造斜能力的限制和钻具刚性的限制，结合地层的影响，留出充分的余地，保证设计轨道能够实 现。 在能满足设计和施工要求的前提下，应尽可能选择比较低的造斜率。 这样，钻具、仪器 15 和套管都容易通过。 当然，此处所说的选择低造斜率，没有与增斜井段的长度联系在一起进行考虑。 另外，造斜率过低，会增加造斜段的工作量。 因此，要综合考虑。 常用的造斜率范围是 4176。 10176。 /100米。 此处应为每 30 米 （三）选择合适的造斜井段长度 造斜井段长度的选择，影响着整个工程的工期进度，也影响着动力钻具的有效使用。 若造斜井段过长，一方面由于动力钻具的机械钻速偏低，使施工周期加长，另一方面由于长井段使用动力钻具，必然造成钻井成本 的上升。 所以，过长的造斜井段是不可取的。 若造斜井段过短，则可能要求很高的造斜率，一方面造斜工具的能力限制，不易实现，另一方面过高的造斜率给井下安全带来了不利因素。 所以，过短的造斜井段也是不可取的。 因此，应结合钻头、动力马达的使用寿命限制，选择出合适的造斜段长，一方面能达到要求的井斜角，另一方面能充分利用单只钻头和动力马达的有效寿命。 （四）选择合适的造斜点 造斜点的选择，应充分考虑地层稳定性、可钻性的限制。 尽可能把造斜点选择在比较稳定、均匀的硬地层，避开软硬夹层、岩石破碎带、漏失地层、流沙层、易膨胀或 易坍塌的地段，以免出现井下复杂情况，影响定向施工。 造斜点的深度应根据设计井的垂深、水平位移和选用的轨道类型来决定。 并要考虑满足采油工艺的需求。 应充分考虑井身结构的要求，以及设计垂深和位移的限制，选择合理的造斜点位置。 （五）选择合适的稳斜段井斜角和入靶井斜角 井斜角的大小，直接影响了轨迹的控制。 井斜角太小时，方位不好控制。 而井斜角太大时，施工难度却又增加。 因此，稳斜段井斜角和入靶井斜角的选择，应充分满足轨迹控制的需要。 另外，它对方位控制、电测、钻速都有明显的影响。 一般来讲，井斜角的大小与轨迹控制的难 度有下面的关系： 1． 井斜角小于 15176。 时，方位难以控制； 2． 井斜角在 15176。 40176。 时，既能有效地调整井斜角和方位，也能顺利地钻井、固井和电测。 是较理想的井斜角控制范围； 3． 井斜角在 40176。 50176。 时，钻进速度慢，方位调整困难； 4． 井斜角大于 60176。 ，电测、完井作业施工的难度很大，易发生井壁垮塌。 二、设计方法 定向井的设计方法分为常规设计方法和特殊井的设计方法。 常规设计方法指的是在两维平面内作的轨道设计，即设计的井眼轴线只在某个给定的铅垂面内变化，也就是说，只有井斜角的变化，没有方位角的变化。 把常规设计之外的所有 设计方法都叫做特殊设计方法。 （一） 常用两维轨道设计方法 目前常用的两维定向井轨道设计，采用的是恒定造斜率的设计，设计轨道由铅垂面内的圆弧和直线组成。 对于这种恒定造斜率的设计，通常有下列三种设计方法。 1． 查图法 这是国外以前常用的设计方法之一。 使用这种方法设计定向井轨道，需要事先将每种造斜率钻达不同最大井斜角的数据作在同一张图上。 这样，各种不同的造斜率下作出的图形，就可得到一套图表。 在进行轨道设计时，根据设计造斜率的不同选择一套适用的图表。 在该图上，就可查出未知的设计数据。 16 下面就是 2176。 / 30米标准造斜率曲线 图。 图 212 查图法图表 2． 几何作图法 这种设计方法是根据已知的设计条件，应用平面几何作图的原理，用圆规和直尺，按比例画出符合设计要求的设计轨道的图形。 然后用比例尺和量角规量出需要的设计数据。 H0 a R H b S C 图 213 几何作图法 17 由于计算机在石油钻井领域的广泛应用，查图法和几何作图法已很少在我国采用。 目前使用最多的是下面将要介绍的解析计算法。 3． 解析计算法 解析计算法是根据已知设计条件，应用解析计算公式求解出设计轨道的各个未知参数的方法。 这种方法由于计算复杂、工作量太大，在计算机普及之前，未能得到广泛的应用。 而在现在，已经广泛应用于定向井的设计之中。 这种计算方法的最大特点是计算准确、求解对象可灵活改变。 下面以“直 — 增 — 稳”三段制轨道类型，介绍解析计算法的设计步骤。 已知条件： Kop— 造斜点 Kb造斜率 Tv设计垂深 Tb设计位移 求：α m求最大井斜角 H稳斜段长度 求解步骤： ① 求造斜段的曲率半径： R=1/Kb ② 求θ的角度值： Δ S=TbR Δ V=TvKop θ =arctg(Δ S/Δ V) ③ 求φ的角度值 : φ =arccos(R/L) ④求最大井斜角 :am=φ θ ④ 求稳斜段段长度 : KOP R Δ S L Δ V θ α m TV TB 图 214 解析计算法图形 以前在采用查图法和几何作图法进行轨道设计时，通常都是只能求解某个固定的未知参数，由于计算机在石油钻井领域的广泛应用，现在的定向井轨道设计已经基本上采用了计算机设计，这就使得轨道设计的灵活性得到了充分的体现，配合解析几何设计方法，能22 VSL 22 RLH  18 够对任何两个未知参数进行求解，这就使得定向井轨道设计变得更加灵活，更加多样化了。 （二） 特殊定向井轨道设计方法 对于特殊定向井的轨道设计，则根据其钻井目的和设计条件的限制，采用了各种不同的方法。 如： 1． 多增降轨道设计 3. 缓降轨道设计 5. 三维轨道设计 三、特殊要求定向井的轨道设计 （一） 多目标井设计 图 215 多目标井示意图 如图 215所示，在断块油田内，由于非垂直断层的封闭，沿断层聚集形成了一串的 多套含油、气层。 多目标井的钻探目的是为了让定向井井眼轨迹按规定的井斜角和方位角钻穿这一串油、气藏，以使该井眼轨迹能代替多口直井的作用，发挥更大的经济效益， 因此，地质方面给出了两个靶点。 分别代表井眼贯穿油层的开始点和终止点。 该如何这样的井设计呢。 如图 216 所示，这种井的设计是这样进行的：由两个靶点计算出入靶井斜角和方位角，然后反推井口位置。 其中包括了对造斜率的选择、稳斜段长和造斜点的选择。 KOP R α m α m H TV TB 图 216 19 已知条件： α m求最大井斜角 Kb造斜率 Tv设计垂深 Tb设计位移 求： Kop造斜点 H稳斜段长度 求解步骤： ① 求造斜段的曲率半径： R=1247。 Kb ② 求稳斜段段长度： ③求造斜点 Kop=TvH*cosα mR*sinα m 多目标井的设计靶区仍然是水平面上的圆形区域，其轨迹控制难度较一般定向井略难。 （二） 二维水平井轨道设计 水平井的轨道设计在算法上类似于多目标井，但其设计思想有根本的不同。 它的钻探目的是要在油层内水平钻进一段距离，尽量增加油层的暴露面积，以提高单井的产量。 水平井的设计靶区是一垂直于设计入靶线的平面（称作法面）上的矩形区域。 也称作入靶窗口。 由于入靶窗口的上下限通常在十米之内，因此其控制难度。