第一節(jié) 定向井井身參數(shù)和測(cè)斜計(jì)算 一．定向井的剖面類型及其應(yīng)用 定向鉆井就是“使井眼按預(yù)定方向偏斜，鉆達(dá)地下預(yù)定目標(biāo)的一門(mén)科學(xué)技術(shù)”。定向鉆井的應(yīng)用范圍很廣，可歸納如圖9－l所示。定向井的剖面類型共有十多種，但是，大多數(shù)常規(guī)定向井的剖面是三種基本剖面類型，見(jiàn)圖9－2，稱為“J”型、“S”型和連續(xù)增斜型。按井斜角的大小范圍定向井又可分為：常規(guī)定向井井斜角＜55° 大斜度井井斜角55～85° 水平井井斜角＞85°（有水平延伸段） 二．定向井井身參數(shù) 實(shí)際鉆井的定向井井眼軸線是一條空間曲線。鉆進(jìn)一定的井段后，要進(jìn)行測(cè)斜，被測(cè)的點(diǎn)叫測(cè)點(diǎn)。兩個(gè)測(cè)點(diǎn)之間的距離稱為測(cè)段長(zhǎng)度。每個(gè)測(cè)點(diǎn)的基本參數(shù)有三項(xiàng)：井斜角、方位角和井深，這三項(xiàng)稱為井身基本參數(shù)，也叫井身三要素。 1．測(cè)量井深：指井口至測(cè)點(diǎn)間的井眼實(shí)際長(zhǎng)度。 2．井斜角：測(cè)點(diǎn)處的井眼方向線與重力線之間的夾角。 3．方位角：以正北方向線為始邊，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)至方位線所轉(zhuǎn)過(guò)的角度，該方向線是指在水平面上，方位角可在0—360°之間變化。 目前，廣泛使用的各種磁力測(cè)斜儀測(cè)得的方位值是以地球磁北方位線為準(zhǔn)的，稱為磁方位角。磁北方向線與正北方向線之間有一個(gè)夾角，稱磁偏角，磁偏角有東、西之分，稱為東或西磁偏角，真方位的計(jì)算式如下：真方位＝磁方位角十東磁偏角或 真方位＝磁方位角一西磁偏角 公式可概括為“東加西減”四個(gè)字。方位角也有以象限表示的，以南（S）北（N）方向向東（E）西（W）方向的偏斜表示，如N10°E，S20°W。在進(jìn)行磁方位校正時(shí)，必須注意磁偏角在各個(gè)象限里是“加上”還是“減去”，如圖 9－3所示。4．造斜點(diǎn)：從垂直井段開(kāi)始傾斜的起點(diǎn)。5．垂直井深：通過(guò)井眼軌跡上某點(diǎn)的水平面到井口的距離。6．閉合距和閉合方位（l）閉合距：指水平投影面上測(cè)點(diǎn)到井口的距離，通常指靶點(diǎn)或井底的位移，而其他測(cè)點(diǎn)的閉合距離可稱為水平位移。（2）閉合方位：指水平投影響圖上，從正北方向順時(shí)針轉(zhuǎn)至測(cè)點(diǎn)與井口連線之間的夾角。7．井斜變化率和方位變化率：井斜變化率是指單位長(zhǎng)度內(nèi)的井斜角度變化情況，方位變化率是指單位長(zhǎng)度內(nèi)的方位角變化情況，均以度／100米來(lái)表示（也可使用度／30米或度／100英尺等）。8．方位提前角（或?qū)Ы牵侯A(yù)計(jì)造斜時(shí)方位線與靶點(diǎn)方向線之間的夾角。三．狗腿嚴(yán)重度狗腿嚴(yán)重是用來(lái)測(cè)量井眼彎曲程度或變化快慢的參數(shù)（以度／100英尺表示）。可用解析法、圖解法、查表法、尺算法等來(lái)計(jì)算狗腿嚴(yán)重度k。1．第一套公式2．第二套公式cosγ＝cosa1cosa2＋sina1sina2 cosΔj………………………………………（9－3）本式是由魯賓斯基推導(dǎo)出來(lái)的，使用非常普遍。美國(guó)人按上式計(jì)算出不同的a1、a2和Δj值下的狗腿角γ值，并列成表格，形成了查表法。3．第三套公式γ——兩測(cè)點(diǎn)間的狗腿角。若將三套公式作比較，第一套公式具有普遍性，適合于多種形狀的井眼，第二套只適用于平面曲線的井眼（即二維井型），第三套是近似公式，用于井斜和方位變化較小的情況。四．測(cè)斜計(jì)算的主要方法測(cè)斜計(jì)算的方法可分為兩大類二十多種。一類是把井眼軸線視為由很多直線段組成，另一類則視其為不同曲率半徑的圓弧組成。計(jì)算方法多種多樣，測(cè)段形狀不可確定。主要的計(jì)算方法有正切法、平衡正切法、平均角法、曲率半徑法、最小曲率法、弦步法和麥庫(kù)立法。從計(jì)算精度來(lái)講，最高的是曲率半徑法和最小曲率法，其次是平均角法。以下各圖和計(jì)算公式中下角符號(hào)1、2分別代表上測(cè)和下測(cè)點(diǎn)。 1．平均角法（角平均法）此法認(rèn)為兩測(cè)點(diǎn)間的測(cè)段為一條直線，該直線的方向?yàn)樯舷聝蓽y(cè)點(diǎn)處井眼方向的矢量和方向。測(cè)段計(jì)算公式： 2．平衡正切法 此法假定二測(cè)點(diǎn)間的井段為兩段各等于測(cè)段長(zhǎng)度一半的直線構(gòu)成的折線，它們的方向分別與上、下兩測(cè)點(diǎn)處的井眼方向一致。如圖9－6，計(jì)算式為：3．曲率半徑法（圓柱螺線法） 此法假設(shè)兩測(cè)點(diǎn)間的測(cè)段是條等變螺旋角的圓柱螺線，螺線在兩端點(diǎn)處與上、下二測(cè)點(diǎn)處的井眼方向相切。如圖9－7，測(cè)段的計(jì)算公式有三種表達(dá)形式。（1）第一種表達(dá)形式（9－13）～（9－16）式中：這四個(gè)公式是最常用的計(jì)算公式：（3）第三種表達(dá)形式（4）曲率半徑法的特殊情況處理③第三種特殊情況，α1≠α2，且其中之一等于零。此時(shí)，按二測(cè)點(diǎn)方位角相等來(lái)處理，然后代入第二種特殊情況的計(jì)算式中。 4．最小曲率法 最小曲率法假設(shè)兩測(cè)點(diǎn)間的井段是一段平面的圓弧，圓弧在兩端點(diǎn)處與上下二測(cè)點(diǎn)處的井眼方向線相切。測(cè)段計(jì)算如圖9－8。測(cè)段計(jì)算公式如下：令fM＝（2/γ）×tg（γ/2），fM是個(gè)大于1但很接近1的值。在狗腿角γ足夠小的情況下，可近似認(rèn)為fM＝1，這時(shí)上述四個(gè)計(jì)算公式就完全變成平衡正切法的公式了，它是對(duì)平衡正切法公式的校正。 ΔS′是切線1M和M2在水平面上的投影之和，即ΔS′＝1′M′＋ M′2′。ΔS′并不是測(cè)段的水平投影長(zhǎng)度ΔS。要作出井身垂直剖面圖，需要求出ΔS，而最小曲率法卻求不出ΔS，這是最小曲率法的缺點(diǎn)。為了作出垂直剖面圖，可用下式近似地求出ΔS′： ……………………………………………………（9－39）第二節(jié) 定向井剖面設(shè)計(jì) 在開(kāi)鉆前認(rèn)真進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以大大節(jié)約定向鉆井的成本。影響井眼軌跡的因素很多，其中一些因素很難進(jìn)行估算（如在某些地層中的方位漂移情況等）。因此，在同一地區(qū)得到的鉆井經(jīng)驗(yàn)很重要，這些經(jīng)驗(yàn)可以在其他井設(shè)計(jì)過(guò)程中起重要的參考作用。 一．設(shè)計(jì)資料 要進(jìn)行一口定向井的軌道設(shè)計(jì)工作，作業(yè)者至少應(yīng)提供靶點(diǎn)的垂深、水平位移和方位角，或提供井口與靶點(diǎn)的座標(biāo)位置，通過(guò)座標(biāo)換算，計(jì)算出方位角和水平位移。此外，定向井工程師還要收集下列資料： 1．作業(yè)區(qū)域和地理位置。通過(guò)作業(yè)區(qū)域，通?？梢哉业皆摰貐^(qū)已完井的鉆井作業(yè)資料（野貓井除外），并對(duì)地層情況、方位漂移有一定的了解，根據(jù)地理位置，可以計(jì)算或查得到地磁偏角。2．地質(zhì)設(shè)計(jì)書(shū)和井身結(jié)構(gòu)。了解有關(guān)地層壓力、地溫梯度、地層傾角、走向、巖性、斷層，可能遇到的復(fù)雜情況，以及油藏工程師的特殊要求等。 3．作業(yè)者對(duì)造斜點(diǎn)、造斜率、增（降）斜率的要求，以及安全圓柱、最大井斜等井身質(zhì)量的要求。4．了解鉆井承包商的情況，如泥漿泵性能，井下鉆具組合各組件的基本情況等。二．設(shè)計(jì)原則 1．能實(shí)現(xiàn)鉆定向井的目的 定向井設(shè)計(jì)首先要保證實(shí)現(xiàn)鉆井目的，這是定向井設(shè)計(jì)的基本原則。設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)不同的鉆探目的對(duì)設(shè)計(jì)井的井身剖面類型、井身結(jié)構(gòu)、鉆井液類型、完井方法等進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，以利于安全、優(yōu)質(zhì)、快速鉆井。 如救險(xiǎn)井的鉆井目的是制服井噴和滅火，保護(hù)油、氣資源。因此，救險(xiǎn)井的設(shè)計(jì)應(yīng)充分體現(xiàn)其目的：一是靶點(diǎn)的層位選擇合理。二是靶區(qū)半徑?。ㄐ∮?0米），中靶要求高；三是盡可能選擇簡(jiǎn)單的剖面類型，以減小井眼軌跡控制和施工難度，加快鉆井速度。四是井身結(jié)構(gòu)、井控措施等應(yīng)滿足要求。 2．盡可能利用方位的自然漂移規(guī)律在使用牙輪鉆頭鉆進(jìn)時(shí)，方位角的變化往往有向右增加的趨勢(shì)，稱為右手漂移規(guī)律。如圖9－9所示，靶點(diǎn)為T(mén)，設(shè)計(jì)方位角為j′。若按j′定向鉆進(jìn)，則會(huì)鉆達(dá)T′點(diǎn)，只有按照j角方向鉆進(jìn)，才會(huì)鉆達(dá)目標(biāo)點(diǎn)T。Δj角稱為提前角，提前角的大小，要根據(jù)地區(qū)的實(shí)鉆資料，統(tǒng)計(jì)出方位漂移率來(lái)確定，我國(guó)海上開(kāi)發(fā)井一般取2～7度。 目前流行的PDC鉆頭（如RC426型等），對(duì)方位右漂具有較好的抑制效果。在地層傾角小、巖性穩(wěn)定時(shí)，PDC鉆頭具有方位左漂的趨勢(shì)，這主要是由于PDC鉆頭的切削方式造成的。因此，要使用PDC鉆頭鉆進(jìn)的定向井，提前角要適當(dāng)?shù)匦∫稽c(diǎn)。3．根據(jù)油田的構(gòu)造特征，有利于提高油氣產(chǎn)量，提高投資效益。4．有利于安全、優(yōu)質(zhì)和快速鉆井，滿足采油和修井的作業(yè)要求。三．剖面設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮的問(wèn)題 1．選擇合適的井眼曲率 井眼曲率不宜過(guò)小，這是因?yàn)榫矍氏拗铺?huì)增加動(dòng)力鉆具造斜井段、扭方位井段和增（降）斜井段的井眼長(zhǎng)度，從而增大了井眼軌跡控制的工作量，影響鉆井速度。 井眼曲率也不宜過(guò)大，否則鉆具偏磨嚴(yán)重、摩阻力增大和起下鉆困難，也容易造成鍵槽卡鉆，還會(huì)給其他作業(yè)（如電測(cè)、固井以及采油和修井等）造成困難。因此，在定向井中應(yīng)控制井眼曲率的最大值，我國(guó)海上定向井一般取7～16°／100米，最大不超過(guò)20°／100米。不同的井段要選用不同的井眼曲率，具體如下：井下動(dòng)力鉆具造斜的井眼曲率?。?～16°／100米。轉(zhuǎn)盤(pán)鉆增斜的增斜率取：7～12°／100米。 轉(zhuǎn)盤(pán)鉆降斜的降斜率取：3～8°／100米。 井下動(dòng)力鉆具扭方位的井眼曲率?。?～14°／100米。 導(dǎo)向馬達(dá)調(diào)方位或增斜的井眼曲率?。?～12°／100米。 說(shuō)明：隨著中曲率大斜度井和水平井的迅速發(fā)展，對(duì)普通定向井的井眼曲率（或狗腿嚴(yán)重度）的限制越來(lái)越少，API標(biāo)準(zhǔn)中已不再規(guī)定常規(guī)定向井的狗腿嚴(yán)重度。為了保證起下鉆順利和套管安全，必須對(duì)設(shè)計(jì)剖面的井眼曲率進(jìn)行校核，以限制最大井眼曲率的數(shù)值。井下動(dòng)力鉆具造斜和扭方位井段的井眼曲率Km應(yīng)滿足下式：Dc――套管外徑，厘米。 2．井眼尺寸 目前常規(guī)的定向井工具能滿足152～445毫米（6～171/2英寸）井眼的定向鉆井要求，一般地說(shuō)，大尺寸井眼比較容易控制軌跡，但由于鉆鋌的尺寸也較大，形成彎曲所需的鉆壓較大，小井眼要使用更小、更柔的鉆具，而且地層因素對(duì)軌跡的影響也較大。因此小井眼的軌跡控制更困難一些。 在常規(guī)的井眼尺寸中，大多數(shù)定向井可采用直井的套管程序。如果實(shí)鉆井眼軌跡較光滑，沒(méi)有較大的狗腿，那么即使在大井斜井段，也能較順利地進(jìn)行下套管作業(yè)。當(dāng)然，在斜井段，應(yīng)在套管上加扶正器以支撐套管，避免在下套管過(guò)程中發(fā)生壓差卡鉆，同時(shí)提高固井質(zhì)量。另外，在大斜度井段，可根據(jù)井段長(zhǎng)度和作業(yè)時(shí)間，決定是否使用厚壁套管。 3．鉆井液設(shè)計(jì)： （1）定向井鉆井液設(shè)計(jì)十分重要，鉆井液應(yīng)有足夠的攜砂能力和潤(rùn)滑性，以減少卡鉆的機(jī)會(huì)； （2）鉆井液性能控制對(duì)減少定向井鉆柱拉伸與扭矩也很重要； （3）鉆井液中應(yīng)加潤(rùn)滑劑，鉆井液密度與粘度必須隨時(shí)控制。 （4）如果用水基鉆井液，那么在正常壓力井段，應(yīng)使用高排量和低固相含量的鉆井液，這樣有利于清潔井眼； （5）水基鉆井液應(yīng)具有良好的潤(rùn)滑性能，以減少鉆具摩阻和壓差卡鉆；然而在海上鉆井，一定要避免污染問(wèn)題。 （6）如果有異常高壓井段要求鉆井液密度達(dá)到克／厘米3或更高，那么應(yīng)考慮在鉆開(kāi)該高壓地層前下一層保護(hù)套管，以封固所有正常壓力井段。 4．造斜點(diǎn)的選擇 造斜點(diǎn)的選擇要適當(dāng)淺些，但是在極淺的地層中造斜時(shí)，容易形成大井眼。同時(shí)，由于地層很軟，造斜完成后下入穩(wěn)斜鉆具時(shí)，要特別小心，以免出現(xiàn)新井眼，尤其是在穩(wěn)斜鉆具剛度大或造斜率較高時(shí)。通常地說(shuō)，淺層造斜比深層造斜容易一些，因?yàn)樯顚拥貙油z結(jié)良好，機(jī)械鉆速低，需花費(fèi)較長(zhǎng)的造斜時(shí)間。 另外，造斜點(diǎn)通常選在前一層套管鞋以下30～50米處，以免損壞套管鞋，同時(shí)減少水泥掉塊產(chǎn)生卡鉆的可能性。 在深層地層造斜時(shí)，應(yīng)盡量在大段砂層中造斜，因?yàn)樯皩拥木鄯€(wěn)定，鉆速較快，而頁(yè)巖段較易受到?jīng)_蝕，鉆速較低，而且在以后長(zhǎng)時(shí)間鉆井作業(yè)，容易在造斜段形成鍵槽而可能導(dǎo)致卡鉆。 5．靶區(qū)形狀和范圍 靶區(qū)形狀與范圍通常由地質(zhì)構(gòu)造、產(chǎn)層位置決定，并考慮油田油井的分布情況，靶區(qū)大小是由作業(yè)者確定的。通常認(rèn)為，鞍區(qū)范圍不能定得太小，很小的靶區(qū)范圍不僅會(huì)增加作業(yè)成本，同時(shí)也會(huì)增加調(diào)整方位的次數(shù)，造成井眼軌跡不平滑，增加轉(zhuǎn)盤(pán)扭矩，同時(shí)也增加產(chǎn)生健槽卡鉆的可能性。 通常，靶區(qū)形狀為圓形（嚴(yán)格地講，應(yīng)該是球形）。淺井和水平位移小的定向井，其靶區(qū)范圍小一些，一般靶區(qū)半徑30～50米，而深井和水平位移大的井，靶區(qū)范圍可以適當(dāng)?shù)卮笠恍?，一般靶區(qū)半徑為50～70米。 6．造斜率和降斜率選擇 常規(guī)定向井的造斜率為7～14°／100米，如果需要在淺層造斜并獲得較大的水平位移，造斜率可提高到14～16°／100米。但是，淺層的高造斜率容易出現(xiàn)新井眼，也容易對(duì)套管產(chǎn)生較大的磨損。因此，淺層造斜通常選擇較低的造斜率，而深層造斜（1000米～2000米）可選擇較高的造斜率。 對(duì)于“S”型井眼，通常把降斜率選在3～8°／100米，如果降斜后仍然要鉆較長(zhǎng)的井段，則必須采用較小的降斜率平緩降斜，以避免鍵槽卡鉆，同時(shí)，可降低鉆進(jìn)時(shí)的摩阻力。 7．最大井斜角 常規(guī)定向井的最大井斜角，一般在15～45°，如果井斜太小，則井眼的井斜和方位都較難控制。井斜大于60°時(shí)，鉆具的摩阻力將大大增加。 8．允許的方位偏移與極限 （1）定向鉆進(jìn)時(shí)，初始造斜方向通常在設(shè)計(jì)方位的左邊（即選定導(dǎo)角），然后通過(guò)自然漂移鉆達(dá)靶區(qū)，井眼軌跡是一條空間曲線。 （2）但是對(duì)導(dǎo)角也有一個(gè)限制，在井眼密集的井網(wǎng)中，要求定向井軌跡保持在安全圓柱內(nèi)，以避免與鄰井相碰。（3）同樣，由于油藏特性和地質(zhì)地層條件，也對(duì)導(dǎo)角的大小有一定的限制。9．井身剖面類型 在滿足設(shè)計(jì)和工藝要求的前提下，盡可能縮短井段長(zhǎng)度，因?yàn)榫味虅t鉆井時(shí)間短。在設(shè)計(jì)井身剖面形狀時(shí)，要考慮井身結(jié)構(gòu)，造斜點(diǎn)一般選在套管鞋以下30～50米處。目前，我國(guó)海上定向井的井身剖面通常由作業(yè)者決定，往往選擇“J”型剖面。 四．剖面設(shè)計(jì) 1．設(shè)計(jì)步驟： （l）選擇剖面類型； （2）確定增斜率和降斜率，選擇造斜點(diǎn)； （3）計(jì)算剖面上的未知參數(shù)，主要是最大井斜角；（4）進(jìn)行井身計(jì)算，包括各井段的井斜角、水平位移、垂深和斜深；（5）繪制垂直剖面圖和水平投影圖。 井身剖面的設(shè)計(jì)方法有試算法、作圖法、查圖法和解析法四種。我國(guó)海洋定向井通常采用解析法，并使用計(jì)算機(jī)完成。剖面設(shè)計(jì)完成以后，應(yīng)向作業(yè)者提供下列資料： （1）總體定向鉆井方案和技術(shù)措施。（2）剖面設(shè)計(jì)結(jié)果，包括設(shè)計(jì)條件、計(jì)算結(jié)果、垂直剖面圖和水平投影圖。（3）測(cè)斜儀器類型和該地區(qū)的磁偏角，以及測(cè)斜計(jì)算方法； （4）設(shè)備和工具計(jì)劃。 2．二維定向井設(shè)計(jì)（解析法）解析法是根據(jù)給出的設(shè)計(jì)條件，應(yīng)用解析公式計(jì)算出剖面上各井段的所有井身參數(shù)的井身設(shè)計(jì)方法。在使用計(jì)算機(jī)的條件下，還可同時(shí)給出設(shè)計(jì)井身的垂直投影圖和水平投影圖。 解析法進(jìn)行井身剖面設(shè)計(jì)所用公式如下（用于三段制J型、五段制S型和連續(xù)增斜型剖面）。（1）求最大井斜角αmax。（2）各井段的井身參數(shù)計(jì)算：①增斜段 ②穩(wěn)斜段③降斜段④穩(wěn)斜段⑤總井深L（3）設(shè)計(jì)計(jì)算中特殊情況的處理①當(dāng)Ho2＋So2－2RoSo＝0時(shí)，表示該井段設(shè)有穩(wěn)斜段，此時(shí)可由下面三個(gè)公式中任一個(gè)公式來(lái)求最大斜角αmax:②當(dāng)2Ro－So＝0時(shí)，可用下式求最大井斜角αmax:③當(dāng)Ho2＋So2－2RoSo＜0，說(shuō)明此種剖面不存在，此時(shí)應(yīng)該改變?cè)O(shè)計(jì)條件，改變?cè)煨秉c(diǎn)深度、增斜率和降斜率或改變目標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)。井身剖面設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果應(yīng)整理列表，并校核井身長(zhǎng)度和各井段井身參數(shù)是否符合設(shè)計(jì)要求，還應(yīng)該校核井上曲率，井身剖面最大曲率應(yīng)小于動(dòng)力鉆具和下井套管抗彎曲強(qiáng)度允許的最大曲率。目前，應(yīng)用計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行井身剖面設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)結(jié)果列表和均可由打印機(jī)和繪圖儀自動(dòng)完成。4．設(shè)計(jì)方法舉例 例 某定向井設(shè)計(jì)全井垂深H=2-000米（靶點(diǎn)），上部地層300米至350米是流砂層，1000米至1050米有一高壓水層，作出井身剖面設(shè)計(jì)。井口座標(biāo) X1：3 246 Y1：2 054 井底座標(biāo) X2：3 245 Y2：2 054 先根據(jù)井口與井底座標(biāo)，計(jì)算出水平位移和目標(biāo)方位。 （1）根據(jù)提供的地質(zhì)資料，在進(jìn)行剖面設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)設(shè)法使動(dòng)力鉆具造斜的井段和增斜的井段避開(kāi)流砂層和高壓水層。（2）對(duì)于鉆井工藝及其它限制條件，在滿足（l）項(xiàng)條件的前提下，應(yīng)選擇較簡(jiǎn)單的剖面類型。（3）剖面類型選用“直一增一穩(wěn)”三段制井身剖面。此種剖面簡(jiǎn)單，地面井口至目標(biāo)點(diǎn)的井身長(zhǎng)度短，有利于加快鉆井速度。 （4）選擇造斜點(diǎn)。根據(jù)垂直井深和水平位移的關(guān)系，造斜點(diǎn)應(yīng)選在350米至600米間。如選在1050米以下，會(huì)使井斜角太大，是不合理的。 因300米至350米是流砂層，在井深結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)用套管封固，以利于定向造斜，防止流砂層漏失、垮塌等復(fù)雜情況出現(xiàn)。造斜點(diǎn)應(yīng)選在套管鞋以下不少于50米的地方為宜。因此，造斜點(diǎn)與井口之間井眼長(zhǎng)度不應(yīng)小于450米。 又因1000米至1050米是高壓水層，為了下部井段能順利鉆進(jìn)，也應(yīng)考慮下入一層中間套管封住高壓水層。為了減少井下復(fù)雜情況和有利于定向井井眼軌跡控制，在進(jìn)行套管設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)避免套管鞋下在井眼曲率較大的井段中，中間套管的下入深度應(yīng)進(jìn)入穩(wěn)斜井段150米左右為宜。在考慮上述因素后，造斜點(diǎn)的位置應(yīng)在高壓水層以上不少于400米處，也就是造斜點(diǎn)與井口之間的井眼長(zhǎng)度不應(yīng)大于600米。 經(jīng)過(guò)上述的分析，如果造斜點(diǎn)應(yīng)在450米至600米之間選擇，那么，把造斜點(diǎn)確定在500米處是比較合理的。（5）選擇造斜率K為7°／100米。根據(jù)造斜率計(jì)算造斜井段的曲率半徑R。（6）計(jì)算最大井斜角αmax R——造斜段曲率半徑，米。把已知條件代入上式得： αmax=°（7）分段井眼計(jì)算：增斜段穩(wěn)斜段4．三維定向井 設(shè)計(jì)的井眼軸線，既有井斜角的變化，又有方位角的變化，這類井段為三維定向井，實(shí)際作業(yè)中，有時(shí)會(huì)碰到三維定向井的問(wèn)題，大體上分為三種情況。 第一種情況 原設(shè)計(jì)為兩維定向井，在實(shí)鉆中偏離了目標(biāo)方位，如果偏得不多，只要調(diào)整鉆具組合或扭一次方位就可以了。嚴(yán)格地說(shuō)，實(shí)鉆的定向井軌跡，都有井斜角的變化和方位角的變化，這種三維定向井可以簡(jiǎn)化為二維的。 第二種情況 在地面井位和目標(biāo)點(diǎn)確定的情況下，在這兩點(diǎn)的鉛垂平面內(nèi)，存在著不允許通過(guò)或難以穿過(guò)的障礙物，不能在鉛垂平面上設(shè)計(jì)軌道，需要繞過(guò)障礙，設(shè)計(jì)繞障三維定向井。在海上叢式井經(jīng)常碰到這類井。 第三種情況在地面井位確定的情況下，要鉆多目標(biāo)井。地面井位和多目標(biāo)點(diǎn)不在同一鉛垂平面內(nèi)，只有井斜角和方位角都變化，才能鉆達(dá)設(shè)計(jì)的多個(gè)目標(biāo)點(diǎn)。三維定向井的軌跡設(shè)計(jì)和測(cè)斜計(jì)算很復(fù)雜，通常使用計(jì)算機(jī)軟件完成這些工作。第三節(jié) 井眼軌跡控制技術(shù) 井眼軌跡控制的內(nèi)容包括：優(yōu)化鉆具組合、優(yōu)選鉆井參數(shù)、采用先進(jìn)的井下工具和儀器、利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行井眼軌跡的檢測(cè)預(yù)測(cè)、利用地層的方位漂移規(guī)律、避免井下復(fù)雜情況等等。 軌跡控制貫穿鉆井作業(yè)的全過(guò)程，它是使實(shí)鉆井眼沿著設(shè)計(jì)軌道鉆達(dá)靶區(qū)的綜合性技術(shù)，也是定向井施工中的關(guān)鍵技術(shù)之一。 井眼軌跡控制技術(shù)按照定向井的工藝過(guò)程，可分為直井段、造斜段、增斜段、穩(wěn)斜段、降斜段和扭方位井段等控制技術(shù)，其中直井段的控制技術(shù)見(jiàn)第七章第四節(jié)。 一．定向選斜井段 初始造斜方法有五類，即井下馬達(dá)和彎接頭定向、噴射法、造斜器法、彎曲導(dǎo)管定向、傾斜鉆機(jī)定向。目前，我國(guó)海洋定向井一般采用第一種方式，常用造斜鉆具組合為：鉆頭十井下馬達(dá)十彎接頭十非磁鉆鋌十普通鉆鋌（ 0～30米）十撓性接頭十震擊器十加重鉆桿。 這種造斜鉆具組合是利用彎接頭使下部鉆具產(chǎn)生一個(gè)彈性力矩，迫使井下動(dòng)力鉆具驅(qū)動(dòng)鉆頭側(cè)向切削，使鉆出的新井眼偏離原井眼軸線，達(dá)到定向造斜或扭方位的目的。 造斜鉆具的造斜能力主要與彎接頭的彎角和動(dòng)力鉆具的長(zhǎng)度有關(guān)。彎接頭的彎角越大，動(dòng)力鉆具長(zhǎng)度越短，造斜率也越高。 彎接頭的彎角應(yīng)根據(jù)井眼大小、井下動(dòng)力鉆具的規(guī)格和要求造斜率的大小選擇?，F(xiàn)場(chǎng)常用彎接頭的彎角為～度，一般不大于度。彎接頭在不同條件下的造斜率見(jiàn)第四節(jié)。 造斜鉆具組合使用的井下動(dòng)力鉆具型號(hào)應(yīng)根據(jù)造斜井段或扭方位井段的井深選擇。使用井段在2000米以內(nèi)，一般采用渦輪鉆具或普通螺桿鉆具，深層走向造斜或扭方位應(yīng)使用耐高溫的多頭螺桿鉆具。 造斜鉆具組合、鉆井參數(shù)和鉆頭水眼應(yīng)根據(jù)廠家推薦的鉆井參數(shù)設(shè)計(jì)。 由于井下動(dòng)力鉆具的轉(zhuǎn)速高，要求的鉆壓小〔一般為～ 千牛（3～8噸）〕，因此，使用的鉆頭不宜采用密封軸承鉆頭，尤其是在淺層，可鉆性好的軟地層應(yīng)使用銑齒滾動(dòng)軸承鉆頭或合適的PDC鉆頭。根據(jù)測(cè)斜儀器的種類不同，分為四種定向方式：1．單點(diǎn)定向 此方法只適用造斜點(diǎn)較淺的情況，通常井深小于1000米。因?yàn)樵煨秉c(diǎn)較深時(shí)，反扭角很難控制，且定向時(shí)間較長(zhǎng)。施工過(guò)程如下：（l）下入定向造斜鉆具至造斜點(diǎn)位置（注意：井下馬達(dá)必須按廠家要求進(jìn)行地面試驗(yàn)）。（2）單點(diǎn)測(cè)斜，測(cè)量造斜位置的井斜角，方位角，彎接頭工具面； （3）在測(cè)斜照相的同時(shí)，對(duì)方鉆桿和鉆桿進(jìn)行打印，并把井口鉆桿的印痕投到轉(zhuǎn)盤(pán)面的外緣上，作為基準(zhǔn)點(diǎn)； （4）調(diào)整工具面（調(diào)整后的工具面是：設(shè)計(jì)方位角十反扭角）。鎖住轉(zhuǎn)盤(pán)、開(kāi)泵鉆進(jìn)； （5）定向鉆進(jìn)。每鉆進(jìn)2～4個(gè)單根進(jìn)行一次單點(diǎn)測(cè)斜，根據(jù)測(cè)量的井斜角和方位角及時(shí)修正反扭矩的誤差，并調(diào)整工具面； （6）當(dāng)井斜角達(dá)到8～10度和方位合適時(shí)，起鉆換增斜鉆具，用轉(zhuǎn)盤(pán)鉆進(jìn)。在單點(diǎn)定向作業(yè)中要注意： ①在確定了反扭角和鉆壓后，要嚴(yán)格控制鉆壓的變化范圍，通常在預(yù)定鉆壓±千牛（2噸）內(nèi)變化； ②每次接單根時(shí)，鉆桿可能會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)一點(diǎn)，注意轉(zhuǎn)動(dòng)鉆桿的打印位置至預(yù)定位置； ③如果調(diào)整工具面的角度較大（＞90度），調(diào)整后應(yīng)活動(dòng)鉆具2～3次（停泵狀態(tài)），以便鉆桿扭矩迅速傳遞。 2．地面記錄陀螺（SRO）定向 在有磁干擾環(huán)境的條件下（如套管開(kāi)窗側(cè)鉆井）的定向造斜，需采用SRO定向。這種儀器可將井下數(shù)據(jù)通過(guò)電纜傳至地面處理系統(tǒng)，并顯示或用計(jì)算機(jī)打印出來(lái)，直至工具面調(diào)整到預(yù)定位置，再起出儀器，施工過(guò)程如下：（l）選擇參照物，參照物應(yīng)選擇易于觀察的固定目標(biāo)，距井40米左右；（2）預(yù)熱陀螺不少于15分鐘，工作正常才可下井； （3）瞄準(zhǔn)參照物，并調(diào)整陀螺初始讀數(shù)；（4）接探管，連接陀螺外筒，再瞄準(zhǔn)參照物，對(duì)探管和計(jì)算機(jī)初始化；（5）下井測(cè)量，按規(guī)定作漂移檢查；（6）起出儀器坐在井口，再次瞄準(zhǔn)參照物記錄陀螺讀數(shù)；（7）校正陀螺漂移，確定測(cè)量的精度； （8）定向鉆進(jìn)。 3．有線隨鉆測(cè)斜儀（SST）定向 造斜鉆具下到井底后，開(kāi)泵循環(huán)半小時(shí)左右，然后接旁通頭或循環(huán)接頭。把測(cè)斜儀的井下儀器總成下入鉆桿內(nèi)，使定向鞋的缺口坐在定向鍵上。定向造斜時(shí)，可從地面儀表直接讀出實(shí)鉆井眼的井斜、方位和工具面，司鉆和定向井工程師要始終跟蹤預(yù)定的工具面方向，保持井眼軌跡按預(yù)定方向鉆進(jìn)。 4．隨鉆測(cè)量?jī)x（MWD）定向 MWD井下儀器總成安裝在下部鉆具組合的非磁鉆鋌內(nèi)，其下井前要調(diào)整好工作模式和傳輸速度，并準(zhǔn)確地測(cè)量偏移值，輸入計(jì)算機(jī)。儀器在井下所測(cè)的井眼參數(shù)通過(guò)鉆井液脈沖傳至地面，信息經(jīng)地面處理后，可迅速傳到鉆臺(tái)。MWD不僅可用于定向造斜，也可用于旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)中的連續(xù)測(cè)量，是一種先進(jìn)的測(cè)量?jī)x器。 5．定向造斜中的注意事項(xiàng)： （1）如果定向作業(yè)前的裸眼段較長(zhǎng)，應(yīng)短起下鉆一趟，保證井眼暢通。（2）井下馬達(dá)下井前應(yīng)在井口試運(yùn)轉(zhuǎn)，測(cè)量軸承間隙；記錄各種參數(shù)，工作正常方可下井；（3）MWD等儀器下井前，必須輸入磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁傾角等參數(shù)； （4）定向造斜鉆進(jìn)，要按規(guī)定加壓，均勻送鉆，以保持恒定的工具面。 （5）造斜鉆進(jìn)或起下鉆，用旋扣鉗或動(dòng)力水龍頭上卸扣，不得用轉(zhuǎn)盤(pán)上卸扣； （6）起鉆前方位角必須在20～30米井段內(nèi)保持穩(wěn)定，且保證預(yù)定的提前角。目前，“一次造斜到位法”也經(jīng)常在我國(guó)海洋定向井中使用，這種方法適用于造斜點(diǎn)較淺，且機(jī)械鉆速很快的造斜井段，常常配合使用隨鉆測(cè)量?jī)x。（7）井下馬達(dá)出井時(shí)，按規(guī)定程序進(jìn)行清洗、保養(yǎng)。