钻井井身质量控制.ppt

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1、钻井井身质量控制钻井井身质量控制一、井身质量相关概念一、井身质量相关概念二、直井井身质量二、直井井身质量三、定向井井身质量三、定向井井身质量四、水平井井身质量四、水平井井身质量井身质量井身质量是指所钻井眼形状的质量，它是钻井工程质量的重要组成部分，是钻井勘探开发目的和要求的保证，还对钻井后续工程（如测井、固井、采油等）的质量和安全产生重要影响。1.1.井身质量定义井身质量定义一、井身质量相关概念一、井身质量相关概念井斜角：又叫井斜，通常定义为井眼轴线上某点的切线与铅垂线的夹角。方位角：井眼轴线的切线在水平面投影的方向与正北方向之间的夹角。一、井身质量相关概念一、井身质量相关概念2.2.井身质量

2、指标井身质量指标全角变化率：又称狗腿度或者井眼曲率 ，单位井段长度井眼轴线在三维空间的角度变化。一、井身质量相关概念一、井身质量相关概念2.2.井身质量指标井身质量指标水平位移：指井眼轨迹上的点至井口所在铅垂线的的距离。井径扩大率：是指所钻井眼的实际井径比所用钻头直径增大的百分比。一、井身质量相关概念一、井身质量相关概念2.2.井身质量指标井身质量指标NOBA定向井的靶：定向井的靶是对应某一垂深的水平圆（一口井不一定只有一个靶），判断是否中靶就是看实际井眼轨迹与这一垂深的水平面的交点到靶心的距离是否小于允许的靶圆半径。一、井身质量相关概念一、井身质量相关概念2.2.井身质量指标井身质量指标水平

3、井的靶：是横截面为矩形或圆的水平柱状体，水平井的中靶就是要使轨迹沿着水平柱状体的延伸方向从入靶面到出靶面水平穿过这个柱状体。一、井身质量相关概念一、井身质量相关概念2.2.井身质量指标井身质量指标靶前靶前位移位移水平段水平段水平井的靶：水平井的靶：垂深垂深水平位移水平位移测斜仪：是钻井过程中用于测量井斜角、方位角的仪器。 测量方式：单点测斜仪 多点测斜仪 记录方式：磁力测斜仪 电子测斜仪一、井身质量相关概念一、井身质量相关概念3.3.测量仪器测量仪器随钻定向仪：MWD，是用于钻探工程的专业工具，主要作用是能随时把井内探管获取的井底钻具方向的信息，经电缆、电磁波、脉冲信号传送到地面指示装置。一、

4、井身质量相关概念一、井身质量相关概念3.3.测量仪器测量仪器 在泥浆泵排量恒定情况下，改变泥浆的流通面积会造成泥浆液柱压力变化。 通过有规律的控制泥浆流通面积，就会产生规律的泥浆压力变化，从而传输数据。一、井身质量相关概念一、井身质量相关概念二、直井井身质量二、直井井身质量三、定向井井身质量三、定向井井身质量四、水平井井身质量四、水平井井身质量直井：是一条铅垂线的井，地面井口位置与钻达目的层的井底位置的地理坐标一致，并且井眼从井口开始始终保持垂直向下钻进至设计深度的井。在实际钻井施工中，不可能钻出完全垂直的井，通常所说的直井是指接近垂直的井。（一）直井概述（一）直井概述1.1.直井定义直井定义

5、u勘探方面：l地质资料失真；l错过油气层；l测井困难。（一）直井概述（一）直井概述2.2.井斜的危害井斜的危害u开发方面：l打乱布井影响开发方案；l下封隔器、及其座封困难；l影响分层开采、注水开采等作业；l加剧抽油杆与油管间磨损；l下电潜泵困难。（一）直井概述（一）直井概述2.2.井斜的危害井斜的危害u钻井工程：l键槽卡钻、起下钻遇阻、井壁坍塌；l钻柱磨损套管；l钻柱疲劳破坏；l钻杆接头产生热龟裂损坏；l下套管困难、套管不居中、影响固井质量。（一）直井概述（一）直井概述2.2.井斜的危害井斜的危害u层状地层机理：重压崩掉遗留小台阶直至井眼与斜面垂直为止方向：60，下倾影响：倾角越大、成层性越强

6、、钻压越大，则井斜越大。（二）井斜的原因（二）井斜的原因1.1.地质因素地质因素u地层各向异性机理：钻头将沿岩石可钻性最好的方向钻进。 钻进往往沿着强度最低，可钻性最好的方向进行。但预定的钻进方向往往和可钻性最好的方向不重合，故井眼发生偏斜。一般说来由于成层状况、胶结、层理等造成垂直于层面的方向强度低、可钻性好。（二）井斜的原因（二）井斜的原因1.1.地质因素地质因素u岩性交替变化 井斜方向：上倾 影响机理： 由软地层硬地层 硬地层支撑，软地层吃入钻进快，偏转力矩造成井斜。 由硬地层软地层 产生台阶力（二）井斜的原因（二）井斜的原因1.1.地质因素地质因素 以上三因素均与地层倾角有关，可见，地

7、层倾角是影响井斜的一个关键因素！u断层破碎带疏松不稳定，钻头受力不均、工作不稳造成井斜。u地应力u裂缝发育带（二）井斜的原因（二）井斜的原因1.1.地质因素地质因素基本原理：（二）井斜的原因（二）井斜的原因2.2.下部钻具弯曲对井斜的影响下部钻具弯曲对井斜的影响u垂直井内下部钻柱弯曲对井斜的影响：钻压为零或在合适的小钻压下：钻柱是直的钻压增至钻压临界值：钻柱发生弯曲。弯曲钻柱与井壁的接触点称为切点，弯曲钻柱使钻头偏离井眼轴线一个角度、称为钻头倾斜角(钻头转角)。切点处钻柱与井壁相磨刮可能产生坍塌；弯曲钻柱旋转产生交变应力以至疲劳破坏；钻头转角使钻头不再垂直向下，可能造成井眼倾斜。（二）井斜的原

8、因（二）井斜的原因2.2.下部钻具弯曲对井斜的影响下部钻具弯曲对井斜的影响u斜井内下部钻柱弯曲对井斜的影响：钻头上受的力：在井眼方向：井眼方向钻压分量：Pcos造斜力：F1=钻压分量地层造斜力 =Fi+Ff=Psin+Ff钟摆力：Fd=F/2（二）井斜的原因（二）井斜的原因2.2.下部钻具弯曲对井斜的影响下部钻具弯曲对井斜的影响当：当：F1F1FdFd时，平衡时，平衡F1FdF1Fd时，时， 井斜角增大井斜角增大F1FdF1-达到新的平衡。达到新的平衡。（二）井斜的原因（二）井斜的原因3.3.其它因素对井斜的影响其它因素对井斜的影响u设备安装质量不好u钻井操作水平不高u防斜措施不当（三）井斜的

9、控制（三）井斜的控制井斜的控制方法：井斜的控制方法：1.钻具组合：通过增斜力与减斜力之间的平衡关系控制井斜。u提高钻头上的防斜力；u降低钻头上产生的增斜力。 例如：钟摆钻具、满眼钻具、塔式钻具等。2.MWD随钻跟踪3.垂直钻井技术（三）井斜的控制（三）井斜的控制1.1.钟摆钻具钟摆钻具u工作原理 利用提高钻铤钟摆力的方法增大钻头上的降斜力。增加降斜力的途径：增大钻柱(切点以下)刚度增大切点高度增加钻铤重量增大切点高度的方法：在比切点略高处安装一个稳定器（三）井斜的控制（三）井斜的控制1.1.钟摆钻具钟摆钻具u稳定器安放位置稳定器位置的安放是钟摆钻具的关键：过低：纠斜力偏小，效果差。过高：稳定器

10、以下可能形成新的切点、使钟摆钻具失效。理想位置：在保证稳定器以下钻柱不与井壁接触条件下尽可能高。影响因素：钻铤尺寸、钻压、井眼斜度（三）井斜的控制（三）井斜的控制1.1.钟摆钻具钟摆钻具u钟摆钻具的适用条件l不易井斜地区l用于纠斜u钟摆钻具的特点l在直井无防斜作用（三）井斜的控制（三）井斜的控制2.2.满眼钻具满眼钻具u满眼钻具组成三个以上稳定器外径较大的钻铤u满眼钻具特点刚性大，填满井眼（三）井斜的控制（三）井斜的控制2.2.满眼钻具满眼钻具u工作原理l刚度大，间隙小，稳定器与井壁多点支撑，在大钻压下不易弯曲所造成的井斜，使钻压对井斜影响小。l地层横向力使稳定器顶住井壁而能承受了部分造斜力。

11、l短钻铤的弹性弯曲在钻头上产生抗斜力。 关键：保证钻铤不发生弯曲，从而防止和减小了钻头出现的偏斜。（三）井斜的控制（三）井斜的控制2.2.满眼钻具满眼钻具u在垂直井眼内作用：保持井眼沿垂直方向钻进原理：稳定的居中钻柱减少钻柱弯曲； 近钻头稳定器限制钻头横向位移 和钻头偏转。（三）井斜的控制（三）井斜的控制2.2.满眼钻具满眼钻具u在增斜井眼内作用：减缓增斜速度原理：钻头稳定器限制钻头横向位移和 偏转；钻头横向位移使短钻铤产 生弯矩抗拒弯曲。（三）井斜的控制（三）井斜的控制2.2.满眼钻具满眼钻具u在降斜井眼内作用：限制降斜速度原理：钻头稳定器限制钻头横向位移和 偏转；短钻铤的弹性恢复力使降 斜

12、减缓。（四）直井井身质量标准（四）直井井身质量标准1.1.探井探井井深井深 （m）井斜角（井斜角（）井底水平位移井底水平位移（m）0-5000-500110501-1000501-10002301001-20001001-20003502001-30002001-30005803001-40003001-400071204001-50004001-500091605001-60005001-6000112006001-70006001-7000122407001-80007001-8000142908001-90008001-900016350井斜、井底水平位移要求井深井深m m井段井段m m

13、100020003000400050006000600010002.0020001.752.2530001.502.002.5040001.501.752.252.7550001.251.752.002.503.0060001.251.502.002.252.503.2560001.251.501.752.252.753.253.5全角变化率要求u直井井斜、全角变化率连续三点超过规定为不合格；u直井井斜角、全角变化率两项中任一项合格则该井井身质量合格。（四）直井井身质量标准（四）直井井身质量标准2.2.评价井、开发井评价井、开发井u评价井直井井身质量考核标准同开发井部分；u直井井斜、全角变化率

14、连续三点超过规定为不合格；u直井井斜角、全角变化率两项中任一项合格则该井井身质量合格。 井别井别 项目项目开发井开发井二次开发井二次开发井井斜角井斜角全角变化率全角变化率/井底水平位移井底水平位移m m井斜角井斜角全角变化率全角变化率/井底水平位移井底水平位移m m 0-10000-1000212021151001-20001001-20003115403115202001-30002001-300041456042303001-40003001-4000521570521550一、井身质量相关概念一、井身质量相关概念二、直井井身质量二、直井井身质量三、定向井井身质量三、定向井井身质量四、水平

15、井井身质量四、水平井井身质量 定向井是使井筒沿特定方向钻达 地下预定目标的油气井。 定向钻井是使井眼沿预先设计的井眼轴线（井眼轨迹）钻达预定目标的钻井过程。（一）定向井概述（一）定向井概述1.1.定向井定义定向井定义2.2.定向井的应用范围定向井的应用范围u地面限制 油田所处地面不利于或不充许设置井场钻井或搬家安装受到极大障碍。（一）定向井概述（一）定向井概述2.2.定向井的应用范围定向井的应用范围u地下地质条件要求:增产 由于地质构造特点，定向井能更有利于发现油藏、增加开发速度。（一）定向井概述（一）定向井概述2.2.定向井的应用范围定向井的应用范围u丛式井平台 丛式井垂直剖面图丛式井垂直剖

16、面图（一）定向井概述（一）定向井概述2.2.定向井的应用范围定向井的应用范围u钻井技术的需要 需用定向井来处理井下复杂情况或易斜地层的钻井。u井喷失控需要钻定向救援井。u易斜区块的定向井开发。（一）定向井概述（一）定向井概述（二）定向井井身剖面设计（二）定向井井身剖面设计1.1.名词解释名词解释直井段: 井斜角为0造斜点：开始定向造斜的位置增斜段：井斜角随井深增加的井段定向造斜段：造斜点以下的增斜段稳斜段：井斜不变的井段降斜段：井斜角随井深增加而减小的井段（二）定向井井身剖面设计（二）定向井井身剖面设计2.2.定向井井身剖面设计的原则定向井井身剖面设计的原则u保证实现钻定向井的目的根据不同的定向井钻井目的对定向井井身剖面进行合理设计。例如：裂缝性油藏：横穿裂缝薄油层：大斜度或水平井低渗块状油层：多底井（二）定向井井身剖面设计（二）定向井井身剖面设计2.2.定向井井身剖面设计的原则定向井井身剖面设计的原则u保证实现钻定向井的目的 救援：目标层位、靶区半径、简单（快速、经济） 落鱼侧钻：避开落鱼、一定水平位移 整块油藏：按开发井网布置要求（二）定向井井身剖面设计（二）定向井井身剖面设计2.