定向鉆井(定向井的定向井的基本概念)
1.定向井的定向井的基本概念
定向井技術是當今世界石油勘探開發(fā)領域最先進的鉆井技術之一，它是由特殊井下工具、測量儀器和工藝技術有效控制井眼軌跡，使鉆頭沿著特定方向鉆達地下預定目標的鉆井工藝技術。采用定向井技術可以使地面和地下條件受到限制的油氣資源得到經(jīng)濟、有效的開發(fā)，能夠大幅度提高油氣產(chǎn)量和降低鉆井成本，有利于保護自然環(huán)境，具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。定向井就是使井身沿著預先設計的井斜和方位鉆達目的層的鉆井方法。
其剖面主要有三類： （1）兩段型：垂直段+造斜段；
(2)三段型：垂直段+造斜段+穩(wěn)斜段；
(3)五段型：上部垂直段+造斜段+穩(wěn)斜段+降斜段+下部垂直段。
水平井是定向井的一種，一般的油井是垂直或傾斜貫穿油層，通過油層的井段比較短。而水平井是在垂直或傾斜地鉆達油層后，井筒轉(zhuǎn)達接近于水平，以與油層保持平行，得以長井段的在油層中鉆進直到完井。這樣的油井穿過油層井段上百米以至二千余米，有利于多采油，油層中流體流入井中的流動阻力減小，生產(chǎn)能力比普通直井、斜井生產(chǎn)能力提高幾倍。
勝利油田定向井技術聞名全國，勝利油田鉆井院和勝利油田鉆井工程技術公司已形成了普通定向井、多目標定向井、救援定向井、叢式定向井、水平井、分支井等幾十種類型的定向井施工工藝。勝利油田黃河鉆井總公司和渤海鉆井總公司的定向井施工能力享譽國內(nèi)外。
2.定向井的定向井基本分類
隨著定向鉆井技術的發(fā)展，定向井的種類越來越多。 Ⅰ兩維定向井：井眼軸線在某個鉛垂平面上變化的定向井，井斜變化，方位不變化。
Ⅱ三維定向井：井眼軸線在三維空間變化的定向井，井斜變化，方位變化。可分為：三維糾偏井和三維繞障井。 Ⅰ低斜度定向井：井斜小于15度，鉆井時井斜、方位不易控制，鉆井難度大。Ⅱ中斜度定向井：井斜在15-45度之間，鉆井時井斜、方位易控制，鉆井難度相對較小，是使用最多的一種。
Ⅲ大斜度定向井：井斜在46-85度之間，其斜度大，水平位移大，增加了鉆井難度和成本。
Ⅳ水平井：井斜在86-120度之間，其鉆井相對較難，需要特殊設備、鉆具、工具、儀器。 Ⅰ單一定向井
Ⅱ雙筒井：一臺鉆機，鉆出井口相距很近的兩口定向井。
Ⅲ叢式井（組）：在一個井場或平臺上，鉆出幾口或幾十口定向井和一口直井。
3.油井定向的詳細介紹
定向井與直井都是石油開采時的術語。
直井是在地上部分條件好的情況下，由設計地上鉆井位置向地下垂直到油層直接鉆方法。定向井是我國二十世紀九十年代初開始采用的一種新式鉆井方法。
定向井的優(yōu)越性就在于可以躍過地面上的障礙，采取斜式、水平式鉆進，直達目標。 直井的優(yōu)點，技術不復雜，可以節(jié)約單井成本。
但定向井技術難度大，要求高。許多過去不可能打的井也能打了，使油田開采過去放棄的鉆井位又能開發(fā)了。
從全局看，地面上建筑物完全不動，公路等，都可以鉆井開采石油了，國家擴大了產(chǎn)能區(qū)塊，使油田利用率提高了。
4.定向井施工技術
地熱資源開發(fā)利用需要“回灌開發(fā)”模式。
回灌開發(fā)是在同一施工地點開鑿兩眼或兩眼以上地熱井，一眼作為開采井，另一眼作為回灌井。受城市用地面積的限制以及運行管理的需要，多以“對井”的方式成井。
對井井口直線距離在2.5~10m之間，為防止開采、回灌地熱流體短時間內(nèi)相互干擾，井底距離一般保持在800m以上，這就需要有定向井施工技術的支持。（一）定向井設計定向井設計原則是為實現(xiàn)鉆井目的，合理選擇目標點的層位、確定靶區(qū)半徑，盡可能選擇簡單的井身剖面類型；設計的基本數(shù)據(jù)包括地面井位坐標、井底坐標、方位角、井底水平位移、造斜點位置、最大井斜角。
定向井設計前要了解設計井區(qū)的地質(zhì)條件，如地層、巖性、壓力、傾角、傾向、斷層等。還要了解地層造斜特性（以便利用地層的方位漂移規(guī)律），分析井區(qū)已有定向井資料等，從設計上避免井下復雜情況發(fā)生。
地熱井不同于石油開采井。首先，地熱井要有泵室，泵室為直井段；其次，以扶盆地熱儲層在一定范圍內(nèi)目的層可近似看作水平無限延伸（斷裂型地熱井除外），因此，定向井目標靶區(qū)半徑可適當放大，這些都為定向井設計提供了方便。
1）井身剖面設計：定向井井身剖面類型多種多樣，常見的有三段制（多目標、較淺井）和五段制（小位移、較深井），選用的原則是保證達到鉆井目的；盡可能簡單，利于安全、快速地進行作業(yè)以降低鉆井成本。地熱定向井多用五段制，即直井段、增斜段、穩(wěn)斜段、降斜段、直井段。
2）造斜點設計：造斜點的選擇是定向井成功的關鍵因素之一。一方面定向井施工要求造斜點巖石結(jié)構比較穩(wěn)定、可鉆性比較均勻，避免巖石破碎段、流砂層或易坍塌等復雜地層，同時巖石的硬度應能起到對造斜鉆具的支撐作用。
另一方面造斜點的深度應根據(jù)設計井的垂直井深、水平位移大小和選用的井身剖面類型而決定。實際工作中往往把造斜點選擇在盡可能淺的地層中，以利于用盡量小的井斜達到理想的成井水平位移。
3）最大井斜角設計：井斜角是鉆具行跡與垂直方向的夾角，主要依據(jù)鉆井設備定向能力、垂直井深與目標水平位移確定。大量的鉆井實踐證明，井斜角小于15°，方位不穩(wěn)定，容易漂移。
井斜角大于45°，施工難度較大，井壁易失穩(wěn)，所以，最大井斜角最好控制在15°~45°之間。（二）定向井施工安全措施由于定向井井眼形狀復雜，水平位移較大，易發(fā)生井下復雜情況和產(chǎn)生井下事故。
1）壓差卡鉆。在定向井施工中，斜靠在井壁上的鉆具與井壁的接觸面積大，作用在井壁上的正壓力也增大，易發(fā)生壓差卡鉆。
預防措施主要是采用潤滑性能優(yōu)良的鉆井液：①加入潤滑劑使泥餅摩擦系數(shù)小于0.2；②采用混油泥漿、混油量8%~15%；③下套管及電測井之前加1.5%~2%的固體潤滑劑，保證順利施工。2）鍵槽卡鉆。
定向井鉆進和起下鉆過程中，鉆具長時間拉、摩、碰井壁，容易形成鍵槽。預防措施有：①在曲率較大的井段，定期下入鍵槽破壞器，破壞鍵槽；②認真記錄起下鉆遇阻遇卡位置，結(jié)合測斜資料分析，提前破壞處理。
3）其他防卡措施：鉆井液應具有良好的凈化系統(tǒng)，至少配備三級凈化裝置，保證鉆井液含砂量不大于0.5%；控制鉆井液，使其屈服值不小于6Pa，提高攜帶巖屑能力，保證井眼干凈。（三）定向井施工實例目前，天津地區(qū)地熱定向井有90對之多，積累了在中低溫沉積盆地地熱定向井的施工經(jīng)驗，下面以SR19D,SR20D基巖地熱定向“對井”為例，對地熱定向井施工工藝進行探討。
1.地層及巖性該“對井”鉆遇地層為第四系平原組，新近系明化鎮(zhèn)組、館陶組，古生界寒武系，新元古界青白口系景兒峪組、龍山組，中元古界薊縣系霧迷山組（目的層），見表4-3。2.定向井工藝（1）定向工具的選擇該“對井”定向井段為Φ311mm（ ″）井眼，選用8″無磁鉆鋌、 ″納維鉆具、2.5°彎接頭、高壓循環(huán)頭等定向工具，測量儀器定向井段采用有線隨鉆測斜儀，增斜和穩(wěn)斜井段采用自浮式電子測斜儀。
表4-3 設計對井鉆遇地層及巖性（2）定向井設計1）井身結(jié)構設計。根據(jù)鉆井所在區(qū)域地質(zhì)情況和地熱鉆井技術特點，設計為四開井，井身結(jié)構及套管程序為：一開鉆頭直徑Φ444.5mm，套管直徑Φ339.7mm，下深400m；二開鉆頭直徑Φ311mm，套管直徑Φ244.5mm，進入基巖2m左右封閉松散軟地層；三開鉆頭直徑Φ215.9mm，套管直徑Φ177.8mm，進入取水目的層霧迷山組白云巖2m左右下管；所有套管必須符合美國石油協(xié)會指定的API標準。
四開鉆頭直徑為Φ152.4mm，裸眼成井，井身結(jié)構見表4-4。表4-4 定向井井身結(jié)構表2）井身剖面的設計。
根據(jù)施工井地層特點和井身結(jié)構設計定向井為五段制井身剖面，即直井段、增斜段、穩(wěn)斜段、自然降斜段和直井段。3）造斜點的確定。
根據(jù)施工設計和實際鉆進地層分析，SR19D造斜點定在820m,SR20D造斜點定在765m的新近系膠結(jié)較好的泥巖中。4）設計方位角、水平位移、造斜率和最大井斜角。
根據(jù)地層產(chǎn)狀、鉆井深度和構造情況，設計SR19D井方位角為135°，水平位移為400m,SR20D井方位角為315°，水平位移為400m，井眼曲率為12°/100m以內(nèi)，最大井斜角21°。（3）定向井施工工藝措施和注意。
5.石油鉆井過程中定向主要做那些工作
通俗簡單的說吧：
能源是電力，
機械傳動，通過方鉆桿，轉(zhuǎn)動的力在zhidao地面?zhèn)鹘o方鉆桿，方鉆桿下面是鉆桿，鉆桿下面是鉆頭，跟我們在地面上用電鉆鉆一個孔原理差不多
不同的是鉆桿之間用螺紋連接，鉆到一定深度，就得擰開中間再加一節(jié)鉆桿，這樣一專節(jié)一節(jié)鉆下去，就可以達到幾千米深了。
每鉆一定深度，還得測量，有專門的測井公司，如發(fā)生偏差及時修正，
現(xiàn)在的鉆井水平，十分厲害，可以在直著鉆屬上千米深后再拐彎90度，鉆孔能拐彎這種情況，在其它行業(yè)，是完全不可能的，
6.定向井的定向井的基本應用
油田埋藏在高山、城鎮(zhèn)、森林、沼澤海洋、湖泊、河流等地貌復雜的地下，或井場設置和搬家安裝碰到障礙時，通常在他們附近鉆定向井。
用直井難以穿過的復雜層、鹽丘和斷層等，常采用定向井。
如：安718段塊的井漏、二連地區(qū)巴音區(qū)塊的井，自然方位120-150度。 遇到井下事故無法處理或不易處理時，常采用定向井技術。如：掉鉆頭、斷鉆具、卡鉆等。
Ⅰ原井鉆探落空，或鉆通油水邊界和氣頂時，可在原井眼內(nèi)側(cè)鉆定向井。
Ⅱ遇多層系或斷層斷開的油氣藏，可用一口定向井鉆穿多組油氣層。
Ⅲ對于裂縫性油氣藏可鉆水平井穿遇更多裂縫、低滲透性地層、薄油層都可鉆水平井，提高單井產(chǎn)量和采收率。
Ⅳ在高寒、沙漠、海洋等地區(qū)，可用叢式井開采油氣。
