定向井工艺设计的主要内容是什么? 怎么控制油气井?

作者&投稿:智孙 (若有异议请与网页底部的电邮联系)
无论是定向井,还是水平井,控制井眼轨迹的最终目的都是要按设计要求中靶。但因水平井的井身剖面特点、目的层靶区的要求等与普通定向井和多目标井不同,在井眼轨迹控制方面具有许多与定向井、多目标井不同的新概念,需要建立一套新的概念和理论体系来作为水平井井眼轨迹控制的理论依据和指导思想。
我们在长、中半径水平井的井眼轨迹控制模式的形成和验证过程中,针对不断出现的轨迹控制问题,建立了适应于水平井轨迹控制特点的几个新概念。
一、水平井的中靶概念
地质给出的水平井靶区通常是一个在目的层内以设计的水平井眼轨道为轴线的柱状靶,其横截面多为矩形或圆。我们可以把这个柱状靶看成是由无数个相互平行的法面平面组成,因此,控制水平井井眼轨迹中靶,与普通定向井、多目标井是个截然不同的新概念,主要体现是:
井眼轨迹中靶时进入的平面是一个法平面(也称目标窗口),但中靶的靶区不是一个平面,而是一个柱状体,因此,不仅要求实钻轨迹点在窗口平面的设计范围内,而且要求点的矢量方向符合设计,使实钻轨迹点在进入目标窗口平面后的每一个点都处于靶柱所限制的范围内。也就是说,控制水平井井眼轨迹中靶的要素是实钻轨迹在靶柱内的每一点的位置要到位(即入靶点的井斜角、方位角、垂深和位移在设计要求的范围内),也就是我们所讲的矢量中靶。
二、水平井增斜井段井眼轨迹控制的特点及影响因素
对一口实钻水平井,从造斜点到目的层入靶点的设计垂深增量和水平位移增量是一定的,如果实钻轨迹点的位置和矢量方向偏离设计轨道,势必改变待钻井眼的垂深增量和位移增量的关系,也直接影响到待钻井眼轨迹的中靶精度。
水平井钻井工程设计中所给定的钻具组合是在一定的理论计算和实践经验的基础上得出的,随着理性认识的深化和实践经验总结,设计的钻具组合钻出实际井眼轨迹与设计轨道曲线的符合程度会不断提高。但是,由于井下条件的复杂性和多变性,这个符合程度总是相对的。实钻井眼轨迹点的位置相对于设计轨道曲线总是会提前、或适中、或滞后,点的井斜角大小也可能是超前、适中、或滞后。
实钻轨迹点的位置和点的井斜角大小对待钻井眼轨迹中靶的影响规律是:
① 实钻轨迹点的位置超前,相当于缩短了靶前位移。此时若井斜角偏大,会使稳斜钻至目的层所产生的位移接近甚至超过目标窗口平面的位置,必将延迟入靶,且往往在窗口处脱靶。
② 轨迹点位置适中,若此时井斜角大小也适中,是实钻轨迹与设计轨道符合的理想状态。但若井斜角大小超前过多,往往需要加长稳斜段,可能造成延迟入靶,或在窗口处脱靶。
③ 轨迹点的位置滞后,相当于加长靶前位移。此时若井斜角偏低,就需要提高造斜率以改变待钻井眼垂深和位移增量之间的关系,往往要采用较高的造斜率而提前入靶。
实践表明,控制轨迹点的位置接近或少量滞后于设计轨道,并保持合适的井斜角,有利于井眼轨迹的控制。点的井斜角偏大可能导致脱靶或入靶前所需要的造斜率偏高。实际上,水平井造斜段井眼轨迹控制也是轨迹点的位置和矢量方向的综合控制,这对于没有设计稳斜调整段的井身剖面更是如此。
在实际井眼轨迹控制过程中,我们根据造斜段井眼轨迹控制的新概念和实钻轨迹点的位置、点的井斜角大小对待钻井眼轨迹中靶的影响规律,将造斜井段井眼轨迹的控制程度限定在有利于入靶点矢量中靶的范围内。也就是说,在轨迹预测计算结果表明有余地、并有后备工具条件时,应当充分发挥动力钻具的一次造斜能力,以提高工作效率,减少起下钻次数。
三、井身剖面的特点及广义调整井段的概念
根据长、中半径水平井常用井身剖面曲线的特点,剖面类型大致可分为单圆弧增斜剖面、具有稳斜调整段的剖面和多段增斜剖面(或分段造斜剖面)几种类型,不同的剖面类型在轨迹控制上有不同的特点,待钻井眼轨迹的预测和现场设计方法也有所不同。
1、 水平井常用井身剖面曲线的特点
① 单圆弧增斜剖面
单圆弧增斜剖面是最简单的剖面,它从造斜点开始,以不变的造斜率钻达目标,胜利油田的樊 13- 平 1 井采用了这种剖面。这种剖面要求靶区范围足够宽,以满足钻具造斜率偏差的要求,除非能够准确地控制钻具的造斜性能,否则需要花较大的工作量随时调整和控制造斜率,因而一般很少采用这种剖面。
② 具有切线调整段的剖面
具有切线调整段的剖面,它又可分为:
(a)单曲率—切线剖面:具有造斜率相等的两个造斜段,中间以稳斜段调整。
(b)变曲率—切线剖面:由两个(或两个以上)造斜率不相等的造斜段组成,中间用一个(或一个以上)稳斜段来调整。如永35—平 1 井、草 20—平 1 井、草 20—平 2 井等就属于这种剖面。
这是最常用的剖面类型,因为多数造斜钻具的造斜特性不可能保持非常稳定,常常产生一定程度的偏差,这就需要在造斜井段之间增加一斜直井段来调节补偿这种偏差。单曲率—切线剖面后一段的造斜率可以在钻第一造斜段的过程中比较精确地预测出来,然后及时计算修改稳斜段的长度,以补偿第一段造斜率与设计的偏差,使井眼轨迹准确地钻达目标点的垂深。
③ 多造斜率剖面
多造斜率剖面(或分段造斜剖面),造斜曲线由两个以上不同造斜率的造斜段组成,是一种比较复杂的井身剖面。
在水平 4 井攻关和试验过程中,我们根据胜利油田地质地层特点,采用了三段增斜方法设计水平井井眼轨道,在实钻过程中可以充分发挥动力钻具和转盘钻具各自的优势,提高钻井速度。将常规设计的稳斜井段改为第二增斜段,通过调整该段的造斜率和段长,同样可以弥补钻具造斜能力的偏差,而且还可以实现用一套钻具组合完成第一造斜段的通井和第二造斜段的钻进,并减少了起下钻次数。转盘增斜钻具组合与稳斜的刚性钻具组合比较,其刚性小,摩阻力小,不易出新井眼,有利于井下安全。采用转盘钻具钻进可以使用较大的钻压以提高机械钻速,缩短钻井周期。
2、 广义的调整井段概念
据国外水平井资料介绍,在多数水平井设计中习惯采用具有稳斜调整段的剖面,用稳斜段作为轨迹控制的调整井段。通过实践我们认识到,水平井的调整井段还有更为广泛的含义。
首先,我们知道,目的层入靶点位置的准确性和目的层厚度是影响水平井中靶的重要因素之一。如何利用稳斜调整井段来提高中靶精度,对目的层是薄产层的水平井尤为重要。由于在井斜角较大时,增斜率的偏差主要影响水平位移,而对垂深的影响很小,可以在大井斜角度下提高垂深的精度。因此,在入靶前的大井斜角井段增加一稳斜调整段,既可调整垂深精度,又有助于及时辨别地质标准层,以便及时准确地确定目的层入靶点的相对位置。
其次,由于目前的硬件条件不十分完善,在钻中半径水平井的两趟动力钻具组合井段之间选择一调整井段,采用柔性的转盘增斜钻具组合来钻进,不仅可以钻出较小的造斜率井段以缓解第一和第三段造斜率,满足对井眼轨迹控制的需要,而且对改变井眼的清洁状况、防止出新眼都具有十分重要的作用。
因此,调整井段的广义概念不仅是调整井眼轨迹,同时可以调整钻井过程中井眼的清洁净化状况;不仅调整井眼轨迹的中靶精度,还可根据地质要求及时调整目的层入靶点的相对位置;不仅可以是稳斜井段,还可以是适当造斜率的增斜井段。
四、水平井待钻井眼轨迹的现场设计预测模式
在水平井井眼轨迹的控制过程中,由于地质因素、钻具的造斜能力、钻井参数等发生变化,往往使实际的造斜率与设计或理论造斜率不同,或者由于地质设计目的层发生变化等,这都需要根据实钻情况在现场随时预测待钻井眼的钻进趋势,及时调整和修改设计方案,采取相应措施。
现场待钻井眼的设计和预测,在不同的条件和具有不同的中靶要求下具有不同的计算模式,但水平井待钻井眼轨迹设计和预测的目的都是要计算在一定前提条件下钻至入靶窗口时的垂深、投影位移、井斜角和井斜方位角是否合符要求(也即控制实钻轨迹点的位置和矢量方向在设计精度范围内中靶)。
对设计的二维剖面水平井,控制井眼轨迹的中心任务是控制其造斜率Kα(也即控制剖面曲率半径 Rv),中半径水平井更是如此。在这类水平井中虽然控制方位变化率也是非常重要的,但通过我们的现场实践和分析比较后认为有下列几方面的原因,在待钻井眼轨迹现场设计预测时可以先不考虑方位变化率 KФ,待造斜率 Kα设计完成后(由 Kα=5730/Rv 求得),再根据所需方位变化量△Ф求出待钻井眼的方位变化率KФ,或求出单位水平投影位移的方位变化量 KvФ。
① 造斜率 Kα 远比方位漂移率 KФ高,Kα 非常接近井眼曲率 K(即狗腿严重度),因而在作待钻井眼轨迹设计时可以先忽略KФ。
② 一般在大井斜角情况下的井斜方位角变化很小,趋于稳定。
③ 在以动力钻具为主控制井眼轨迹时,随时可以修正调整方位角Ф。
④ 入靶窗口和靶区往往对横距 △d 的要求范围较大,因而对方位角Ф 的允许误差范围 △Ф 也较大。
因此,我们所建立的待钻井眼设计模式主要以设计 Rv 为主,对待钻井眼的三维设计和预测,我们也建立了相应的设计预测模式。 。
2)、目前钻井现场常用的定向造斜方法
随着定向井钻井技术和测量仪器的发展,定向造斜的方法也不断向着更科学更精确的方向发展变化,从最早使用的转盘钻井定向钻进,发展到目前的井底动力钻具定向钻进,从地面定向法,经过氢氟酸井底定向法、磁力测斜仪井底定向法、有线随钻测斜仪定向法发展到今天的MWD随钻测斜仪配合动力钻具的导向钻井系统。

定向井的定向井的基本概念~

定向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。采用定向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。定向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。其剖面主要有三类:  (1)两段型:垂直段+造斜段;(2)三段型:垂直段+造斜段+稳斜段;(3)五段型:上部垂直段+造斜段+稳斜段+降斜段+下部垂直段。水平井是定向井的一种,一般的油井是垂直或倾斜贯穿油层,通过油层的井段比较短。而水平井是在垂直或倾斜地钻达油层后,井筒转达接近于水平,以与油层保持平行,得以长井段的在油层中钻进直到完井。这样的油井穿过油层井段上百米以至二千余米,有利于多采油,油层中流体流入井中的流动阻力减小,生产能力比普通直井、斜井生产能力提高几倍。胜利油田定向井技术闻名全国,胜利油田钻井院和胜利油田钻井工程技术公司已形成了普通定向井、多目标定向井、救援定向井、丛式定向井、水平井、分支井等几十种类型的定向井施工工艺。胜利油田黄河钻井总公司和渤海钻井总公司的定向井施工能力享誉国内外。

钻井工作不仅要求速度快,而且要求质量好。井身质量的好坏是油气井完井质量的前提和基础,它直接影响到油气田勘探和开发工作的顺利进行。
井身轴线偏离铅垂方向的现象叫井斜。大量实践说明,井斜严重将给钻井、油气田开发及采油等带来各种危害,甚至引起事故。因此,有关井斜的一些指标是衡量一口井井身质量的重要参数。
井身斜度大了,为钻达同一目的层所需的进尺就会增加。这样不仅费用高,而且还可能由于深度的误差,使地质资料不真实而得出错误的结论,漏掉油气层。井斜过大、井底偏离设计位置过多,将会打乱油气田开发井网分布方案,影响油气层的采收率。
井斜使井眼变曲。钻具在弯曲井眼中旋转容易产生疲劳折断。钻具在严重弯曲的井段内,受下部钻具拉力的作用,将给井壁和套管以接触压力,加剧钻具和套管的磨损。同时,在长期的旋转和起下钻中,井壁将被钻具磨起“键槽”而造成卡钻。
固井时,在井斜变化大的严重弯曲井段,比钻具刚度大的套管及测井仪器将不易下入,易发生卡钻;下入井内的套管由于井斜不能居中,使水泥浆不易充满整个套管外环形空间而影响固井质量。
综上所述,井斜的危害是多方面的,后果是严重的,需要引起钻井工作者的注意。
旋转钻井发展至今,还很难钻成一口一点都不斜的直井。井眼总是或多或少要斜的。井斜给钻井、开采带来的危害程度与井斜的严重程度有关。轻微的井斜不致造成危害;严重井斜可能引发事故甚至使井报废。那么,什么样的井斜程度才是被允许的呢?这就存在一个井斜控制标准问题。在此标准之内的井,即可认为是可以接受的“直井”,从而避免徒劳追求绝对直井的行为,把井身质量建立在工程实际的基础上。
我国井斜控制的标准为井眼曲率不大于3°/100m。至于井斜角及其他规定,要根据各地区的具体情况而定。胜利油田的评价情况见表5-1。


井斜控制评价
二、井内压力控制1.压力平衡关系在钻进过程中,地层压力ps是靠钻井液柱作用在井底的压力p0来平衡的。根据这两个压力的相对大小,有可能出现三种情况:
(1)p0=ps,称为平衡状态。这是最理想的状态。在这种状态下,将取得快速、安全、高效、低成本的钻进效果。
(2)p0>ps,称为过平衡状态。压差如果过大,会引发一些工程事故,如压裂地层、卡钻等,还会降低钻进速度。如果压差控制在允许范围内,在钻井生产实践中也还是可行的。
(3)p0<ps,称为欠平衡状态。在一般情况下,这种状态将引起井喷、井塌。但在一些低压、低渗透地区,采用这种状态能充分暴露油气层,收到很好的生产效果。
由前面的分析可以推断,不同的钻井工况下,钻井液柱作用在井底的压力p0是不同的。如果暂不考虑岩屑、气侵或油(水)侵入对钻井液柱压力的影响,则有:
静止时,p0=pm(5-1)起钻时,p0=pm-psb-pdp(5-2)钻进时,p0=pm+pc(5-3)下钻时,p0=pm+psb(5-4)划眼时,p0=pm+pc+psb(5-5)式中 p0——钻井液柱作用于井底的压力;pm——由钻井液柱重力产生的压力;psb——波动压力;pc——环空循环压力损失;pdp——起钻使液面下降而减小的压力。
在划眼和下钻时,钻井液柱作用于井底的压力具有最大值;而在起钻和静止时,钻井液柱作用于井底的压力具有最小值,这就是起钻时容易发生井喷的原因;钻进时,井底压力居中。
充分了解和掌握钻井液柱作用于井底的压力的变化规律,就能根据不同压力平衡状态采取不同的措施。
2.压井方法当井内钻井液柱作用于井底的压力小于地层压力时,地层流体流入井内的现象叫做溢流。如不及时发现,并迅速采取控制措施制止溢流,地层流体会无控制地大量入井,造成井喷。理论与实践都证明:采用平衡压力钻井技术,由于井底压差很小,条件稍有变化就会破坏井内压力平衡,所以发生溢流的概率是比较高的。早期发现溢流、迅速控制溢流、恢复和重建压力平衡是防止井喷的关键,也是实施平衡压力钻井技术的基础保证与配套措施。
1)控制井口的方法发现溢流显示、证明地层流体已流入井内后,应立即停止作业,尽快安全控制井口,关闭封井器,最大限度地保持井内的钻井液,为以后的顺利压井创造条件。不同的钻井作业情况发生溢流后的控制措施是不同的。
(1)钻进时。发生溢流后控制井口的操作程序是:停泵、停钻→上提方钻杆使接头露出转盘面→打开节流阀→关闭防喷器→关闭节流阀将井关闭→记录钻杆压力和套管压力→记录钻井液池内的钻井液增量,准备压井。
(2)起、下钻时。发生溢流后停止作业,将钻柱坐入转盘内→抢接钻具回压阀→打开节流阀→关闭防喷器→关节流阀将井关闭→记录钻杆压力和套管压力→记录钻井液池钻井液增量→开泵取得立管压力→决定下一步行动。
(3)空井时。如果溢流严重,有立即发生井喷的可能,应迅速关闭全闭防喷器;如果井内有电缆,应该果断切断;如果没有立即发生井喷的危险,则应迅速下入尽可能多的钻具,然后按起、下钻时的程序进行控制。
上述控制程序目的在于迅速制止地层流体继续流入井筒,尽可能地保持井内的钻井液量,为下一步的压井创造条件。
在等待压井的过程中,井口压力可能会不断上升,应注意观察。当井口压力上升到某个允许值时(如井口装置的最高工作压力、套管最小抗内压强度、地层破裂压力等),就要从节流阀处泄压,使井口压力保持在安全范围内,同时记录放出的钻井液量。
2)压井循环的特点发生溢流后关闭防喷器,有控制地向井内注入一定密度的加重钻井液,循环排除溢流的作业称为压井。压井是出现溢流或发生井喷后恢复和重建井内压力平衡的唯一方法。
采用一般的循环方法(井口敞开循环)是无法制止和排除溢流的。因为溢流发生时井内的压力平衡已经被破坏。泵入的加重钻井液在循环过程中仍会受到地层流体侵入而降低密度,仍无法平衡地层压力。因此,压井循环时必须用节流阀在井口造成一定的局部阻力来增加环形空间的压力,即在井口造成回压。由于流体都能传递压力,该回压也同样作用于整个井筒和井底,再加上钻井液柱的压力,即可平衡地层压力,制止地层液体的继续流入。显然,在压井循环过程中,随着环形空间内加重钻井液柱高度的增加,受侵钻井液被逐渐排出,井口回压应逐渐降低。当环空全部充满加重钻井液后,单是钻井液柱压力就可平衡地层压力,不再需要井口回压。调节节流阀的开启度即可控制井口回压。节流阀处于全开状态时回压为零,标志着溢流完全被排除,井内压力平衡得到恢复。
综上所述,压井循环的特点可归纳为:在控制井口的前提下,使用小排量进行循环,同时不断调节节流阀的开启度,造成不同的井口回压作用于井底,自始至终保持回压与钻井液柱压力之和等于地层压力,直到加重钻井液充满整个环空,恢复井内的压力平衡为止。
三、轨迹控制定向钻井技术是在井口与井底需要有一定水平位移时,采用合理的井身轨迹及特殊的钻井措施钻达目的层的一种钻井技术。与直井比较,定向井不但有井斜、方位的变化,还需保证自始至终沿井身轨迹钻进、上环中靶。因此,定向钻井技术要比一般钻井技术复杂和困难得多,是目前最热门的钻井技术之一。利用定向钻井技术,可根据需要钻出水平井、丛式井、侧钻井及救援井等,极大地丰富了钻井生产的内容,为油气资源的勘探开发提供了有效的技术手段。
钻定向井始于20世纪30年代。井下动力钻具的出现、井下测量仪器的逐步完善以及钻井技术与经验的积累,使定向钻井技术从50年代开始广泛应用于陆地和海上。60年代至70年代,计算机用于定向井的设计和施工以及随钻测量技术的出现,使定向井的钻速、钻深、钻远、钻准等方面大大地提高,进一步显示出定向钻井技术在加速油气田勘探开发,克服钻直井所遇到的某些难以解决的技术问题等方面所具有的优越性。
目前,定向钻井技术的应用一般集中在以下几个方面:
(1)地下地质条件特殊,钻直井的勘探开发效果不好。采用定向钻井技术钻出大斜度井、水平井,能最大限度地穿越油气层,暴露油气层;最大限度地提高产量和采收率。
(2)地面条件限制。钻探高山、湖泊、海洋、荒漠地区的油气藏时,采用定向钻井技术,钻成丛式井、多底井,可极大地节省投资,降低生产成本。
(3)钻井技术的需要。处理钻井事故时,常常采用定向钻井技术。对井下落物长期不能捞获的井进行侧钻;对井口失控、井喷失火的井,钻救援井沟通进行压井处理,从而保证钻井生产的安全。
定向钻井技术包含的主要内容有井身轨迹设计、井身轨迹控制、井身轨迹测量。下面主要介绍二维定向井的基本工艺技术。
1.井身轨迹设计在定向钻井中,井身轨迹是钻井施工的基础和依据。因此,井身轨迹的设计是否合理,在很大程度上决定着定向钻井的成效。
常规井身轨迹是由不同长度、曲率和先后顺序的铅直段、斜直段(稳斜段)和造斜段(增斜或减斜段)组成的。这三种井段可以组成多种井身轨迹形状,最常见的主要有两种。
一种是“直—增—稳”井身轨迹,我国现场上称为“三段式”井身轨迹。其显著特征是井身结构简单、井底水平位移可以很大,所以多用于打探井和救险井等。这种井身轨迹又可分为低造斜点和高造斜点两类。稳斜段可长可短,甚至可以没有稳斜段。“三段式”井身轨迹为满足钻井生产条件和要求提供了极大的灵活性,被广泛应用于定向钻井中,特别是近年发展起来的水平井和大斜度井。
另一种是“直—增—稳—降—稳”井身轨迹,现场上称之为“S型”井身轨迹或“五段式”井身轨迹,多用于丛式井钻井。“S型”井身轨迹设计也可以灵活变化。例如,增斜后的稳斜段可以很长,也可以很短,甚至为零;降斜后的稳斜段也是可长可短;井底井斜角可大可小,甚至为零,垂直进入目的层,如图5-8所示。

图5-8 定向井轨迹示意图
实际上,可以说“三段式”井身轨迹只是“S型”井身轨迹的一种特殊情况而已。“S型”井身轨迹可以作为所有常规二维定向井井身轨迹的代表,使井身轨迹的设计得到和谐的统一。
常规井身轨迹设计应遵循以下原则:
(1)能实现钻定向井的目的。对于裂缝性油层、厚度小的油层,为了增大油层的裸露面积、提高产量,往往设计成水平井或多底井。为满足采油工艺的要求,丛式定向井多数设计成“S型”井身结构。为了避开井下障碍或防止井眼交叉,井身结构还可以设计成三维“S型”。对于救险井,主要是要求准确钻达目标。因事故需侧钻的定向井,只要避开井下落鱼(即井下落物),斜出一定的水平位移即可。
(2)尽可能利用地层的造斜规律,可以大大减少人工造斜的工作量和困难。
(3)要有利于满足采油工艺的要求。井眼曲率不宜过大,以利于改善抽油杆的工作条件;最好是垂直井段进入油层,以便于坐封封隔器以及进行其他增产措施。
(4)要有利于安全、优质、快速钻井。这就要求选择合适的井眼曲率、井身轨迹、造斜点以及相关的井身结构。
2.井身轨迹控制井身轨迹控制包括井斜控制和方位控制两个方面。在定向钻进过程中,为确保井眼按预定的井身轨迹发展,需要进行井身轨迹控制。一旦井眼偏离井身轨迹,也需要进行井身轨迹控制。因此,井身轨迹控制是定向钻井技术中最重要的内容之一。
井斜控制即控制井眼井斜角的变化,可以采用两种方法:一种是利用造斜工具造斜或增斜。有特殊需要时,也可以利用造斜工具来降斜。另一种方法是利用井底钻具组合进行增斜、降斜和稳斜。
方位控制是控制井眼方位角的变化,也可采用两种方法:一种是利用地层特性的自然漂移与井底钻具组合达到目的。另一种方法是利用造斜工具强行改变井眼方位。
无论是井斜控制还是方位控制,都要利用两种基本工具,造斜工具和井底钻具组合。在定向钻井发展初期,人们就开始利用造斜工具控制井斜和方位。随着造斜工具的发展,有关造斜工具的理论和现场使用已日益成熟。至于井底钻具组合,虽然人们很早就发现它对井斜和方位的变化都有很大影响,但在很长时间内对它的研究不够。从20世纪50年代起,美国学者鲁宾斯基开始研究钻具组合的力学性能,主要用于打直井。直到60年代,才有人提出定向钻井的井底钻具组合的力学模型。井底钻具组合的研究一时间成了热门,不少学者使用不同的数学、力学方法进行研究和分析,至今方兴未艾。
3.井身轨迹测量定向井测量资料是控制井身轨迹的依据。在井身轨迹的控制过程中,需要及时、准确地了解和掌握定向井基本参数的变化,才能采取相应措施,确保井身轨迹沿预定路径发展。定向钻井实践证明:要完成高质量的定向井,除了合理的井身轨迹设计和有效的井身轨迹控制外,还需要使用性能优良的定向井测量仪器和装备。目前这种趋势日益明显。
从20世纪50年代至今,井身轨迹测量技术发展极快,主要经历了以下过程:钻杆打印地面定向→氟氢酸玻璃管定向→单、多点磁性测斜仪定向→单、多点陀螺测斜仪定向→有线随钻测斜定向系统定向→无线随钻测斜定向系统定向。
钻杆打印地面定向和氟氢酸玻璃管定向方法效率低、精度差,已被淘汰。单、多点磁性测斜仪和陀螺测斜仪是目前定向井施工中使用最多的测斜工具。有线随钻测斜定向系统是20世纪70年代中期研究成功的,广泛用于造斜段测量。无线随钻测斜定向系统是70年代末期出现的,已在北海油田及美国某些油田使用,尚处于发展及完善阶段。

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