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千米钻机怎么调点

1、首先中空的钻头内有个信号棒，不断发射超声波信号。

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2、其次地面相应正上方有技术员手持接收器对钻头的位置进行监控。

3、后控制钻头的方向。

千米钻机卡瓦卡不紧什么原因

千米钻机卡瓦卡不紧原因是：

1、夹持器不能完全张开或张开量不够。夹持器是用四根螺杆将主油缸、左卡瓦座和右卡瓦座、副油缸组合连结为一体，若出现四根螺杆受力不均时，夹持器运动受阻，张开量不均匀，导致夹持器不能正常张开。另外，四根螺杆上的螺母拧紧过渡，同样导致夹持器不能正常张开。合理的调整距离是间隔环外留有一片碟型弹簧即可。

2、夹持器夹不牢钻杆，发生打滑现象。先检查卡瓦的磨损状况，再检查碟型弹簧是否破损，若发生卡瓦磨损过大或碟型弹簧损坏的情况时，应予与更换。

3、在钻进过程中发生夹持器夹不住钻杆情况。在这种情况下，往往是因为钻渣塞堵在夹持器左右活动卡瓦座的槽内，致使卡瓦座移动不便，导致夹不住钻杆。因此在钻进过程中，要经常性的清洗夹持器的缝隙，或者在夹持器前做一橡胶挡板，能阻止大量的钻渣进入夹持器活动缝隙，减少钻渣卡住夹持器，即便如此也要经常清洗夹持器保持正常工作。

4、受开孔孔位不正影响或钻机失稳移位影响，造成夹持器与孔位不对正，而产生别劲磨擦钻杆，导致夹持器夹持钻杆阻力过大而影响夹紧力。在钻进工作中，出现上述问题时，应及时调整机身位置，避免发生偏移磨钻杆。

5、夹持器的滑板与卡槽之间的间隙较小，当钻渣进入卡槽间隙时，将夹持器卡住不能自由移动和自由对中。因此，经常性的清洗夹持器托板和卡槽，使夹持器能顺利的移动。

定向钻探施工

定向钻探是一种能提高钻探工程质量、加快勘探施工速度、降低生产成本、提供精确地质资料、减少自然环境破坏的很有发展前途的钻探方法;在地质找矿领域及其他工程项目上得到了越来越广泛的应用。

通常设计施工的每一个钻孔(垂直孔或斜直孔)实际上都有方向要求,都是广义上的定向孔。

而利用各种造斜机具和工艺措施,使钻孔轴线能沿设计的轨迹延伸的钻探方法,称为定向钻探。

(一)定向钻探特点

定向钻探首先应用于石油钻井;由于它能满足多种施工的特殊要求,应用范围越来越广。定向钻探所具有的特点如下:

1)既能造斜又能纠斜,满足特殊钻进需要,提高钻探工程施工质量。

2)一基多孔钻进可节约平地基及搬迁费用。

3)多孔底施工可避免多次穿过复杂地层,节省钻探工作量。

4)纠正孔斜和进行岩矿心补采。

(二)定向钻探定向、造斜原理

1.初级定向孔定向、造斜原理

钻进中不需要采取特殊工具与特殊工艺措施,而是利用地层自然弯曲规律,“以斜就斜”或通过移动孔位、改变开孔顶角、方位角等方法来实现定向钻进的。

初级定向孔也称为自然弯曲定向孔。

2.受控定向孔定向、造斜原理

即单纯采用人工造斜手段或综合利用人工造斜手段与地层造斜规律来实现定向钻进的。自然造斜和人工造斜,可在某一孔段同时使用,也可在不同孔段分别使用。

受控定向孔也称为人工弯曲定向孔或高级定向孔。

(三)定向钻探机具

实现定向钻进,除利用自然弯曲规律以外,还常常采用各种技术手段。这些技术手段工作的实质在于人为地使钻具轴线与钻孔轴线一致,保持原来钻孔的方向;或者人为地使钻具轴线偏离钻孔轴线,改变原来钻孔的顶角和方位角。

1.偏心楔

偏心楔又称偏斜楔或造斜楔。其结构简单,加工方便。可分为固定式和可取式。前者只使用一次,后者可使用多次。从楔子顶部的结构来看,偏心楔有开口式和闭口式的区别。开口式不带导向管,而闭口式则带导向管,有时导向管甚至接到孔口。闭口式偏心楔常用于换径造斜。

偏心楔的主要参数是楔顶角和导斜槽直径。楔顶角不宜过大,一般在3°左右。岩石可钻性级别越高,楔顶角应越小,否则侧钻困难。导斜槽直径应比导斜钻头直径大1～3mm。

偏心楔由圆钢铣制、钢材浇铸或套管切制而成。钢制实体偏心楔常用于硬岩;管材加工的偏心楔常用于软岩。

固定式偏心楔为固定在孔内,导斜钻进后不再取出的导斜装置称固定式导斜器。它分为开口式与闭口式两种。闭口式导斜器是连接套管下人孔内,在导出的新孔完工后,仍随套管取出,但习惯上仍称它为固定式导斜器。

这类导斜器通常用于补取岩矿心,绕开事故钻具或施工分支定向钻孔。

(1)开口式偏心楔

上部为敞开的凹形导斜槽,下部为完整管体,底部有岩心管螺纹,可连续固定装置或加长管。导斜槽的顶角根据设计要求而定,一般为3°～7°,其长度依管径与顶角计算确定开口式偏心楔(图2-77)。

(2)闭口式偏心楔

用一根完整的管子加工而成,上下两端均有螺纹,上端与套管或定向装置连接,下端与加长管连接。管子中上部割去一半成为敞开段,便于导斜钻具能够顺利通过,敞开段的下部便是导斜槽。整个管体长约4.5～5.5m,敞开段长约2.5～3m,导斜槽的长度和顶角与开口式导斜器相同。闭口式偏心楔结构见图2-78所示。

图2-77 开口式偏心楔 图2-78 闭口式偏心楔

2.机械连续造斜器

此种连续造斜器又称无楔体连续造斜器,是一种较新的造斜工具。它利用专门机构产生偏斜力实现定向造斜。造斜周期是从下钻开始,到由于钻头磨损需要更换或由于某些不正常情况要求提钻检查为止。该造斜器是同径造斜,一次成孔。造斜后孔身呈平滑曲线状,无“狗腿”急弯。

(1)LZ型连续造斜器的结构

LZ型连续造斜器的结构见图2-79所示,由内转动件(转子)和外固定件(定子)组成。转子部分的主动轴下部连接有花键轴,被动轴上部连接有花键套。钻具呈自由状态时,由于回位弹簧的作用,主动轴与被动轴彼此脱开。被动轴的下端连接短管和钻头。主动轴上的定位接头与外壳的定位套啮合,使钻具定向时主动轴与外壳固紧成一体。

钻具的支撑止动机构由上半楔、下半楔、上下两半楔之间的滑块和滑块上的滚轮组成。

(2)工作原理

当钻具下到孔底施加轴向压力P时,钻具呈工作状态。主动轴克服工作弹簧和回位弹簧的弹力,向下移动,花键轴与花键套啮合。此时上半楔和外壳受工作弹簧的压力作用,向下半楔移动,滑块被推出。滚轮压向孔壁,对孔壁产生比较大的侧压力Q,与此同时,上、下半楔连同钻头向滑块移动的反方向偏移,在钻头上也产生造斜力A。侧压力使外壳与孔壁固定,不能在圆周方向转动。但是,外壳能在轴向压力作用下随滚轮的向下滚动而沿轴向移动。

图2-79 LZ型造斜器结构图

1—主动轴;2—单动外管;3—工作弹簧;4—定子外壳;5—定位套;6—定位接头;7—花键轴;8—回位弹簧;9—花键套;10—上半楔;11—被动轴;12—滚轮;13—滑块;14—下半楔;15—连接短管;16—钻头

在造斜力作用下,钻头侧向切削孔壁,实现人工造斜。显然,支撑机构离钻头越近,造斜力越大,造斜强度越高。

卸去轴向压力,钻具提离孔底时,复位弹簧使上、下轴分离,滑块缩回,从而可把钻具提到地表。

3.孔底动力机械造斜钻具

(1)孔底动力机械造斜钻具的特点与分类

孔底动力机有很多优点,首先在于充分利用功率,有利于发挥钻头的切削性能;同时钻杆不转动,可以减少钻杆的磨损和折断,以及钻杆碰撞孔壁引起的坍塌掉块卡钻事故;用孔底动力机配合专门造斜件进行人工造斜,可以实行随钻测量,精确控制钻进方向;造斜件结构简单,使用方便;用孔底动力机造斜钻具打定向孔,孔身平滑,造斜时孔径不减。

孔底动力机有涡轮钻、螺杆钻和电钻等三类。

(2)YL型液动螺杆钻具

1)结构原理。YL型液动螺杆钻具的结构见图2-80所示。YL-54螺杆钻具由旁通阀、螺杆马达、万向联轴节、轴承总成和传动轴组成。轴承总成由硬质合金耐磨径向轴承组成。用总流量5%～10%的冲洗液对轴承各部位进行冷却和润滑。传动轴是钻具出露在外部的旋转部件。旁通阀的作用是:在正常钻进时,高压液体迫使活阀封闭溢流孔,使液体全部进入马达,推动螺杆转子旋转;在停泵提钻时,弹簧顶起活阀,使钻杆内液体从溢流孔排出,不致在拧卸钻杆时喷溅出来,污染机台。另外,在下钻过程中,还可防止孔内液体由钻头底部来推动马达,使转子反转而引起脱扣事故。螺杆马达转子外层为钢壳,其内腔衬有耐油、耐磨、耐温橡胶。橡胶硬度为邵氏75°～80°。转子用经热处理的优质钢制造,为了增加转子表面的耐磨性,表面镀以硬铬。镀层厚度为0.15～0.25mm。转子和定子采用过盈配合,其值为0.2～0.6mm。万向联轴节采用鼓形齿内花键结构,它的径向密封性好,传递扭矩大,旋转灵活,使用寿命长。

图2-80 YL型液动螺杆钻具结构图

1—旁通阀;2—螺杆马达;3—万向联轴节;4—轴承总成;5—传动轴

2)YL系列液动螺杆钻具的规格和性能。YL系列液动螺杆钻具的规格和技术性能见表2-34所示。

表2-34 YL系列螺杆钻具技术性能表

(四)定向钻探施工工艺

定向钻孔施工中,多孔底钻孔施工比较复杂。一般单孔底定向钻孔施工所采取的工艺措施,在多孔底分枝孔施工中都必须采用。因此,以下介绍多孔底定向钻孔的施工工艺。

1.“从下往上”施工定向钻孔

主孔尽量按普通方法设计和施工,不设计专门的造斜孔段。一般选用垂直角度或小顶角开孔,而后利用地层自然造斜规律钻进,能够达到设计目的。如果在施工中孔身偏离设计轨迹,有可能达不到地质要求的靶区时,可采用连续造斜器或其他人工措施纠斜。

分枝孔施工可分两种情况:一种是分岔点处岩石坚硬,采用下楔分岔;另一种是分岔点处岩石为中硬,则采用不下偏心楔而直接分岔。这样可大大简化打分枝孔的工序。

一般施工工序如下:

(1)“架桥”建立人工孔底

在选定的分岔点“架桥”,建立人工孔底,目的是堵塞下部孔段,以便在钻孔中部性地安装固定式偏心楔,或者临时性地安装可取式偏心楔,或者给连续造斜器及螺杆钻造斜钻具的定向造斜,提供一个坚固的基础。

常用的“架桥”方法有两种:一种是下木塞堵孔,然后填以碎石或灌注水泥等胶结材料,建立“水泥桥”;另一种是下金属塞,建立“金属桥”。

不下楔分岔时,多采用“水泥桥”。水泥桥的质量,对分枝孔的造斜钻进有决定性的作用。胶结材料应与孔壁岩石面有良好的黏结性和较高的冲击韧性。胶结材料的强度大于或接近于孔壁岩石的强度。一般可采用早强水泥、高标号普通水泥加三和食盐,甚至采用以环氧树脂为基础的快硬混合物。

灌注水泥桥的工艺是:洗刷孔壁→下木塞到预定部位→往木塞上灌注20～30m水泥→待凝24～48h→下钻试探灰面并钻取水泥样。

下楔分岔时,可采用水泥桥,也可采用金属桥。用金属孔底塞架桥,操作简单,可直接在“金属桥”上安装偏心楔。只要“架桥”孔段岩石较完整,不软,不超径,下放位置准确,按要求进行操作,就能保证“架桥”质量。

(2)定向下连续造斜器或定向下楔

这是关键的工序。定向准确与否直接关系到分枝孔的延伸方向。计算的安装角不能有错。

不下楔分岔时,将组合好的造斜钻具下到预定孔深处,用定向仪给弯接头母线定向,确认定向正确,拧紧抗反扭矩器的螺钉后,即可开泵钻进。

下楔分岔时,用接有定向接头的钻杆,将偏心楔下到预定位置,在顶角小于3°的钻孔和垂直孔中,可用KDJ-1磁性定向仪等定向;在顶角大于3°的钻孔中可用其他定向仪定向。地表调整定向仪母线位置时,要经过复算,避免错;要采用耐磨和固定牢靠的实体偏心楔。如果下入部位的岩层不很完整,可以考虑再灌注少量水泥浆。中硬岩层楔顶角3°,硬岩层楔顶角小于30°。

不下楔分岔时,给连续造斜器定向后,即转人造斜钻进;下楔分岔时,还须进行打导向眼、扩孔、扫“狗腿”、导斜延伸钻进等补充工序。

(3)沿楔面分岔的补充工序

1)打导向眼在5级以上岩层,特别是在硬岩层,沿楔面分岔打分枝孔时,一般要两次完成。先打小一级导向孔至楔面以下1m左右,再扩孔钻孔全尺寸。打导向眼的钻头应呈锥形。5～7级岩石可用锥形硬质合金钻头,7级以上岩石则用锥形金刚石钻头。打导向眼的钻具,应连接万向节或连接小一级的柔性较好的钻杆。粗径部分长1.1m左右,可以随钻进逐渐加长。钻进时,压力不要大,转速要低,泵量可大些。

2)扩孔沿楔面扩孔可采用厚壁金刚石钻头或不取心金刚石钻头、牙轮钻头或不取心硬质合金钻头。钻具组成为:导向杆→厚壁钻头→特制接头→岩心管(小一级)→接头→万向节(或柔性钻杆)。粗径长度为1.1m左右,可以随钻进逐渐加长。钻进时,仍用小压力、慢转速和大泵量。如果岩石不硬,沿楔面打导向眼和扩孔两个工序,可以合二为一。采用与钻孔同径的锥形钻头(或牙轮钻头)加接头、加钻杆的钻具沿楔面钻进,必要时,加以万向节。

3)扫“狗腿”沿楔面扩孔钻进后,与偏心楔顶部相对的一侧形成狗腿状急弯,必须及时修整孔壁和将“狗腿”扫掉,以利分枝孔钻进。在中硬岩层中,修整孔壁和扫“狗腿”可以采用“狼牙棒”式组合钻具,开始长度为1.5m,以后可逐渐加长。扫“狗腿”时的钻进规程参数与扩孔相同,并来回在“狗腿”处缓慢上下窜动。扫“狗腿”结束后,要用打捞器将碎合金打捞干净。在硬岩层中,修整孔壁和扫“狗腿”,可采用带上、下金刚石扩孔器的组合钻具。随组合钻具的加长,可以增加扩孔器数量。钻具下部可以连接旧金刚石钻头。

4)导斜延伸钻进。用逐渐加长的短粗径钻具(1m,1.5m,2m)过楔面延伸钻进10m左右测斜。视岩层情况的不同,可采用不取心金刚石钻头、牙轮钻头、不取心硬合金钻头,也可采用取心金刚石钻头或取心硬合金钻头。延伸钻进结束后,可用长粗径钻具试探能否通过,如通不过或通过时阻力较小,还需补充扫“狗腿”和修整孔壁。

(4)造斜钻进

用螺杆钻造斜钻进时,确信定向准确后,即开泵钻进。钻进中严禁提动钻具,钻速应控制在0.5m/h左右,钻进时,随时观察返到地表的岩粉的情况。如采用带弯接头的螺杆钻造斜钻进,因造斜强度一般为(1.0°～1.5°)/10m,施工中不必改用其他钻进方法;如采用弯外壳螺杆钻造斜钻进,因造斜强度较大,每造斜钻进2m左右,改用常规钻进方法钻2m左右,以防钻孔轴线产生急弯。

用机械式连续造斜器造斜钻进时,下降钻具速度应慢放,特别是在可能被卡阻的孔段(坍塌、空洞、缩径、孔内留有偏心楔)和深孔段时,速度应更放慢一些。造斜器下到孔底,大泵量冲孔后,应先加压(钻头所需压力的70%左右),后开车慢转钻进,约5min后,再用较大压力、泵量和中等转速的正常规程钻进。

用连续造斜器进行造斜钻进时,压力的掌握特别重要。一方面要保证钻头轴向破碎岩石;另一方面又要保证在该压力下有适当的侧向卡固力和足以进行侧向克取岩石的造斜力。当孔壁不太硬时,卡固力过大,会使钻具产生悬挂现象。

倒杆时,应先停车使立轴不回转,再卸去轴向压力。若先卸压,后停车,会使造斜器定向方位变动。

连续造斜器定向钻进中,一旦定向破坏,应立即停止造斜钻进。造顶角时,回次进尺控制在1～2m,在钻杆强度允许的情况下,可适当提高造斜强度和加长回次进尺。

回次进尺结束后,提升钻具前,应增加泵量冲孔,连续造斜器造斜钻进转人普通方法钻进前,必须修整人工弯曲孔段的孔壁,用专门钻具扩扫钻孔,以使之后稳斜钻进的钻具能顺利过孔。

如造斜钻进后孔身急剧偏离原定方向,可灌注水泥,然后用长粗径钻具(3.5～5.0m)钻进,使孔身回到原来的方向。

(5)稳斜钻进或自然造斜钻进

造斜钻进达到预计要求、用长粗径能通过人工弯曲孔段后,即可用稳斜钻具或普通钻具继续钻进。只有在钻进中发生钻孔方向偏离设计轨迹较大,影响中靶精度或有可能脱靶时,才考虑用组合钻具或连续造斜器纠正。

2.“从上往下”施工定向钻孔

也有下偏心楔与不下偏心楔两种方法。以下介绍不下偏心楔的施工方法。

主孔应设计有急剧人工弯曲孔段,连续定向造斜的工艺同上。

分枝孔的施工工序如下:

(1)在分岔点导直钻进

由于分岔点一般选在主孔急剧人工弯曲的起始部位,分枝孔开时可用4.5～5.0m长、刚性好的粗径导直钻具。根据岩层情况和地质要求,可以选用取心及不取心合金钻头、金刚石钻头或者牙轮钻头。开孔时,应采取较小压力,使钻头能全直径地进入岩石,形成新孔。

分枝孔开孔前,也可以在主孔分岔点以下一定深度上用木塞“架桥”然后灌注水泥或其他合成树脂,直到略高于分枝孔开孔的部位。待灌注的胶结材料凝固后,再导直钻进。分枝孔开孔直径小于主孔直径,有利于导直分岔。

(2)保直钻进

用加长的粗径钻具导直钻进5～10m后,即可改用常规钻具。为使分枝孔开孔后在长的孔段能保持其保直度,可以采用液动冲击器钻进,以取得较好的稳斜效果。

(3)造斜钻进

稳斜钻进到设计深度后,根据要求可采用连续造斜器或螺杆钻造斜钻具进行定向造斜钻进。其造斜工艺同前述。

(4)稳斜钻进或自然造斜钻进

该工序与“从下往上”施工多孔底孔的第五个工序同。

后应当指出:为使主孔和分枝孔都能够达到地质要求的靶区,进入施工阶段后,必须随时根据测斜资料作图,将实际孔身轨迹与设计孔身轨迹进行对比。如果偏离原定方向,则应按顶角和方位角偏离的程度进行纠斜计算。

水平定向钻机施工原理 水平定向钻机施工原理及注意事项

1、水平定向钻机施工原理：钻导向孔是利用定向钻进设备在入口处开始定向钻进，钻进过程中通过监控和控制手段使钻孔按设计轨迹延伸。并从另一端钻出地表，完成导向孔的施工。扩孔指定向钻机如果欲安装的管线较大，不能同时完成扩孔和回拖作业时，进行逐级扩孔，根据设备能力、地层条件和现场情况来确定每次扩孔直径。一般可以采用回拉扩孔。管线回拖是说定向钻机在出口处将管线通过回拉头和扩孔钻头与分动器连接到钻杆上，利用钻进设备一边回转，一边回拉，同时通过钻杆输送冲洗液到扩孔钻头，扩孔回拖过程连续进行。中间不许有长时间的非作业停顿等。

2、定向钻机技术是从石油钻井领域发展起来的先进技术，是利用岩石钻掘、定向钻机测控等技术手段，在地表不挖槽和地层结构破坏极小的情况下，对诸如供水、煤气、天然气、污水、电信电缆等公用管线进行铺设的施工工艺。定向钻机适用范围很广，可以采用孔底马达或刚性钻杆带动钻头回转钻进成孔，在硬岩或卵石层中也可以进行施工。

3、注意事项：首先要根据穿越的地质情况，选择合适的钻头和导向板或地下泥浆马达，开动泥浆泵对准入土点进行钻进，定向钻施工时，钻头在钻机的推力作用下由钻机驱动旋转切削地层，不断前进，每钻完一次要测量一下位置，以便及时调整钻头的钻进方向，保证所完成的钻孔导向曲线符合设计的要求，如此反复操作直到钻孔完成作业，这样可以避免由于钻头的位置偏移从而影响到机器的工作效率的问题。一般情况下，使用小型钻机时，当直经大于200毫米时，就要进行预扩孔，使用钻机时，当产品管线直径大于350mm时，就需进行预扩孔，预扩孔的范围和次数，具体视钻机型号和地质情况而定。这样使用水平定向钻，即减少了阻力，又保护了管线的防腐层。节约了施工的成本，并且提高了机器的工作效率。

水平定向钻机工作原理

在水平定向钻机施工过程中，需要使用与钻机功率相匹配的泥浆搅拌装置，它对钻头的钻进和井壁的支撑保护起着非常重要的作用。

水平定向钻机的工作原理

1.1新型泥浆搅拌装置的结构与水平定向钻机结构相匹配

新型搅拌装置结构简单，分为以下几个系统:汽油机通过软管系统与搅拌罐连接，软管系统由汽油机泵、软管、Y型过滤器、弯头等组成。其特征在于汽油机泵通过Y型过滤器连续搅拌泥浆；罐顶喷嘴系统，由内外螺纹接头、喷嘴、圆柱形接头、弯头、过滤器盖、三通、管道中的文丘里喷嘴、弯头、垫圈、锁紧螺母、塑料管和内衬喷嘴组成。内外螺纹接头固定在喷嘴上，喷嘴固定在三通上，弯头和过滤器盖固定在圆柱形接头上，圆柱形接头固定在三通上，内衬喷嘴固定在管道内的文丘里喷嘴上。管道的内文丘里喷嘴和弯头固定在塑料管上，垫圈和锁紧螺母固定在搅拌罐的顶部。其特征在于:一方面不断搅拌搅拌罐内的混合液，另一方面系统循环时罐顶喷嘴系统中的文丘里喷嘴形成的负压自动将膨润土通过进料塑料软管吸入搅拌罐内，从而快速完成搅拌罐内泥浆的配比要求；下喷嘴系统由罐内文丘里喷嘴、加强筋、罐内喷嘴、内锁紧螺母、软垫圈、外锁紧螺母、弯头、水管和外垫圈组成，其特征在于罐内文丘里喷嘴焊接在加强筋上，由大小头、直圆管和扩大管组成。罐内喷嘴的一端焊接在加强筋上，另一端固定在内锁紧螺母上，其头端为大小头。

1.2水平定向钻机新型泥浆混合装置的结构工作原理

首先，水通过进水口10注入水箱。汽油发动机泵从底部橡胶软管1吸水，并将其泵入进水橡胶软管3。在被Y形过滤器5过滤后，它被分成两个路径:一个路径通过罐顶部的喷嘴系统9。

从罐体11的顶部喷射；另一路从底部喷嘴系统2通过四通阀14和橡胶软管15喷出，大大提高了搅拌效率；同时，罐顶的喷嘴系统9利用系统中文丘里喷嘴产生的负压，从塑料管7中吸出膨润土并与水混合，混合溶液在罐体11中不断循环搅拌，从而达到配浆的目的。此外，水与膨润土的比例可以通过膨润土的摄入量来控制。一般十分钟左右就可以完成1700L液体的配制。

水平钻机结构:

2.1水平定向钻机结构-底盘结构

水平定向钻机底盘是指连接在机体和行走机构之间的部件，它将机体的重量传递给行走机构，减轻地面对机体的冲击，保证水平定向钻机的乘坐舒适性和稳定性。底盘是水平定向钻机的骨架，用来安装所有的总成和部件，使整机成为一个整体。目前，水平钻机的底盘一般都是液压驱动、刚性连接的车架。底盘主要包括车架和行走机构，车架为焊接框架结构，带有发动机、油水散热器、燃油和液压油箱、控制装置等的安装支架。底盘的行走装置主要包括驱动轮、导向轮、支撑轮、支撑链轮、履带总成、履带张紧装置、行走减速器、纵梁等。行走装置中的左、右纵梁分别焊接成一体，然后通过高强度螺栓与中间整体车架连接成一个整体车架。底盘车架的后端可以设置两个叉腿或两个竖腿，可以有效减轻腿的重量，简化结构。水平定向钻机工作时，支腿起支撑作用，增强整车稳定性。目前起落架减速器一般采用进口内置行星减速器(含电机)或两点可变电机减速器，可从帝人或其他厂家进口。可以实现行走速度和速度，输出扭矩大，结构紧凑。底盘的行走装置主要包括履带张紧器、橡胶履带总成、驱动轮、导向轮、支撑轮和行走减速器等。底盘橡胶履带有两种结构方式可供选择。一个是布里吉斯顿公司的整体橡胶履带。二是可以采用BERCO公司的组合式橡胶履带结构。与前者相比，前者结构简单，节距更小，车架高度更低，但后者强度高，能承受更大的载荷。损坏后可更换，驱动轮、导向轮、支撑轮、履带张紧装置可直接匹配。底盘履带张紧装置由张紧油缸、张紧弹簧、导向轮、油杯等组成。

2.2水平定向钻机结构-发动机系统结构

水平钻机的发动机系统一般包括发动机、散热器、空气滤清器、消声器、油箱等。一般在设计水平定向钻机时，采用国外约翰迪尔增压水冷发动机或美国康明斯增压中冷器发动机作为发动机。为满足不同用户的需求，还可安装国产二汽东风康明斯发动机和玉柴发动机。水散热器、空气滤清器等配件国产，油箱国产。

2.3水平定向钻机结构-动力头结构

一般水平钻动力头的结构是由高速电机驱动动力头，齿轮箱的输出轴带动钻杆旋转，输出轴是空心的。动力头具有以下功能:驱动钻头旋转；承受钻回过程中产生的反作用力；泥浆进入钻杆的通道。目前国内水平定向钻的动力头结构基本相同，区别在于:减速器的选择不同:相同吨位的水平定向钻无法选择相同的减速器，所以各厂家的减速比和性能参数都有所变化。动力头减速比不同:由于减速器传动比的变化，动力头减速比也随之变化。目前动力头的传动方式主要有链传动和齿轮传动；比如套管钻机动力头的传动方式就是链传动:链传动的优点是结构简单，制造容易，缺点是传动平衡性，使用寿命短，输出扭矩小。沟渠开关公司钻机动力头的传动方式为齿轮传动；齿轮传动的优点是传动平衡，使用寿命长，输出扭矩大。缺点是制造要求精度高。另外，动力头的推拉装置是动力头拉回或进给运动的执行机构。一般一对减速器由一对低速大扭矩电机驱动，减速器驱动链轮链条机构，链轮链条机构给动力头提供进给力或回拉力。目前动力头推拉装置每个厂家都不一样，比如沟渠开关公司的链轮机构；该机构具有工作速度快、工作稳定、结构紧凑、成本适中的优点。缺点是链轮链条受力大；机箱的链轮链条加力机构；这种机构的优点是链条受力是推拉的一半，工作平稳；缺点是工作速度慢，结构尺寸大，成本高；廊坊国产双缸机构。该机构的优点是拉力大于钻力，成本较低；缺点是结构尺寸过大，工作稳定性，使用寿命短，不能用于自动化要求高的车型和自走式车型。

2.4水平定向钻机结构-钻杆装卸结构

目前水平定向钻机的钻杆装卸机构:该机构一般由钻杆、钻杆盒、钻杆升降、可伸缩的梭臂、钻杆编号自动选择装置等组成。国内外厂商的结构不同，主要表现在钻杆的接入和运输上。其中有些采用人工存取钻杆，人工装卸钻杆不仅效率低而且增加了操作人员的劳动强度。有的采用四连杆机构接入钻杆，但一般都是利用弹簧的回缩力作为夹紧力，往往会出现钻杆脱落、工作不可靠等事故，不仅影响工作效率，还可能造成钻孔坍塌、钻孔掩埋等严重事故。有的采用旋转结构运输钻杆，可以方便装卸钻杆，减轻操作人员的劳动强度，提高工作效率。该机构采用柔性送料和安装，协调性高。需要对钻杆的升降、梭臂的伸缩、动力头的位置、装卸检测等功能进行逻辑控制。，从而实现多个动作之间的自动切换。控制系统采用先进的PLC控制；总之，上述动作流程和逻辑控制基本相似，以沟巫公司为。勾神液压夹纱器、梭臂液压停止、自动涂线油、排数自动选择装置等功能。，已被视为钻杆接入速度、可靠性和效率的行业标准。

2.5水平定向钻机结构-虎钳结构

水平钻井的虎钳位于钻机的前部，由前后虎钳组成。前、后虎钳均可通过液压缸径向推动卡瓦夹紧钻杆，后虎钳可在液压缸的作用下与前虎钳相对转动，使前、后虎钳相互配合，便于拆卸钻杆。国内厂家除了勾神公司的结构都不多，勾神公司的虎钳整体安装在浮动支撑座上，保护虎钳在装卸钻杆时不受冲击。

2.6水平定向钻机的结构-锚固装置的结构

水平钻机的锚固装置用于整机作业时的稳定和锚固，提高整机的稳定性。它位于整机的前端。目前生产厂家普遍采用螺旋钻孔机构；螺杆由低速大扭矩电机驱动，液压缸用于推拉钻孔或钻孔。每个厂商的具体结构略有不同。此外，水平定向钻机的锚固装置设计一般采用两种方案来匹配整体外观:将地面锚固阀置于锚固装置内，便于结构布置，易于布管；后一种地锚阀是单独放置的，比如在发动机罩内，但它完全改变了主机的形状和外观。

2.7水平定向钻机结构|-导向系统

目前水平钻井有手持式跟踪系统和电缆导向系统。前者经济易用，但由于操作人员需要到达钻头正上方的地面，容易受到地形、电磁干扰和探测深度的限制，所以多用于中小型钻机上。后者可以穿越任何地形，不受电磁干扰，但复杂，使用麻烦，效率低，价格昂贵。目前国内市场上主要有DCI公司的Digitrak导向仪和雷迪公司的RD386导向仪，其中DCI应用为广泛，精度和数据处理速度更快，技术更先进，用户反应更好。

2.8水平定向钻机结构-泥浆系统结构

水平钻井泥浆系统由车载泥浆系统和泥浆搅拌系统组成；泥浆混合系统用于混合和搅拌泥浆，并向车载泥浆系统提供泥浆。车载泥浆系统将泥浆加压，通过动力头、钻杆、钻头打入孔内，以稳定孔壁，降低扭矩和拔管阻力，冷却钻头。拍探头，清除钻孔等产生的土屑。车载泥浆泵采用液压马达驱动，选用FMC活塞式泥浆泵或国产衡阳活塞式泥浆泵。流量450L/min，泥浆流量大，能保证泥浆要求:泥浆搅拌系统要求:搅拌系统应具有快速均匀搅拌、提供大流量泥浆、调整泥浆配比、同时搅拌输送等功能。混合系统包括料斗、汽油泵、混合罐、车载泥浆泵及相关设备。泥浆罐的容量有500加仑和1000加仑。用户也可以选择两个并联的泥浆罐，一个用于搅拌，一个用于供应泥浆。

定向钻机的退钻流程是什么

定向钻机的退钻流程是准备动力头自拆卸装置，该动力头自拆卸装置包括台架、伸缩臂、滑架和底座，所述伸缩臂包括套装在一起的外臂和内臂，外臂与内臂之间装有举升装置，所述伸缩臂的上端铰接在所述台架的下部，所述伸缩臂的下端可转动的安装在所述滑架上，所述滑架滑动安装在所述底座上；所述伸缩臂的侧部与所述台架之间安装有调姿机构；所述台架上部装有与水平定向钻机动力头相适配的齿条，齿条两侧的台架表面是与动力头相适配的滑轨；

步骤二、将水平定向钻机调整成待拆姿态，然后将动力头自拆卸装置运至钻架的后方位置；

步骤三、通过调整滑架的位置，以及通过伸缩臂调整高度、通过调姿机构调整所述台架的角度，实现动力头自拆卸装置的台架与钻架的精准对接，台架上的齿条和滑轨与钻架上的齿条和滑轨衔接；

步骤四、水平定向钻机的动力头上有齿轮，将动力头沿着钻架上的齿条和滑轨运行至台架上的齿条和滑轨上，实现动力头与钻架的自动分离；

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第一节 定向井井身参数和测斜计算

一．定向井的剖面类型及其应用

定向钻井就是“使井眼按预定方向偏斜，钻达地下预定目标的一门科学技术”。定向钻井的应用范围很广，可归纳如图9－l所示。

定向井的剖面类型共有十多种，但是，大多数常规定向井的剖面是三种基本剖面类型，见图9－2，称为“J”型、“S”型和连续增斜型。按井斜角的大小范围定向井又可分为：

常规定向井井斜角＜55°

大斜度井井斜角55～85°

水平井井斜角＞85°（有水平延伸段）

二．定向井井身参数

实际钻井的定向井井眼轴线是一条空间曲线。钻进一定的井段后，要进行测斜，被测的点叫测点。两个测点之间的距离称为测段长度。每个测点的基本参数有三项：井斜角、方位角和井深，这三项称为井身基本参数，也叫井身三要素。

1．测量井深：指井口至测点间的井眼实际长度。

2．井斜角：测点处的井眼方向线与重力线之间的夹角。

3．方位角：以正北方向线为始边，顺时针旋转至方位线所转过的角度，该方向线是指在水平面上，方位角可在0—360°之间变化。

目前，广泛使用的各种磁力测斜仪测得的方位值是以地球磁北方位线为准的，称为磁方位角。磁北方向线与正北方向线之间有一个夹角，称磁偏角，磁偏角有东、西之分，称为东或西磁偏角，真方位的计算式如下：

真方位＝磁方位角十东磁偏角

或 真方位＝磁方位角一西磁偏角

公式可概括为“东加西减”四个字。

方位角也有以象限表示的，以南（S）北（N）方向向东（E）西（W）方向的偏斜表示，如N10°E，S20°W。在进行磁方位校正时，必须注意磁偏角在各个象限里是“加上”还是“减去”，如图 9－3所示。

4．造斜点：从垂直井段开始倾斜的起点。

5．垂直井深：通过井眼轨迹上某点的水平面到井口的距离。

6．闭合距和闭合方位

（l）闭合距：指水平投影面上测点到井口的距离，通常指靶点或井底的位移，而其他测点的闭合距离可称为水平位移。

（2）闭合方位：指水平投影响图上，从正北方向顺时针转至测点与井口连线之间的夹角。

7．井斜变化率和方位变化率：井斜变化率是指单位长度内的井斜角度变化情况，方位变化率是指单位长度内的方位角变化情况，均以度／100米来表示（也可使用度／30米或度／100英尺等）。

8．方位提前角（或导角）：预计造斜时方位线与靶点方向线之间的夹角。

三．狗腿严重度

狗腿严重是用来测量井眼弯曲程度或变化快慢的参数（以度／100英尺表示）。可用解析法、图解法、查表法、尺算法等来计算狗腿严重度k。

1．第一套公式

2．第二套公式

cosγ＝cosa1cosa2＋sina1sina2 cosΔj………………………………………（9－3）

本式是由鲁宾斯基推导出来的，使用非常普遍。美国人按上式计算出不同的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——两测点间的狗腿角。

若将三套公式作比较，第一套公式具有普遍性，适合于多种形状的井眼，第二套只适用于平面曲线的井眼（即二维井型），第三套是近似公式，用于井斜和方位变化较小的情况。

四．测斜计算的主要方法

测斜计算的方法可分为两大类二十多种。一类是把井眼轴线视为由很多直线段组成，另一类则视其为不同曲率半径的圆弧组成。计算方法多种多样，测段形状不可确定。主要的计算方法有正切法、平衡正切法、平均角法、曲率半径法、小曲率法、弦步法和麦库立法。从计算精度来讲，的是曲率半径法和小曲率法，其次是平均角法。以下各图和计算公式中下角符号1、2分别代表上测和下测点。

1．平均角法（角平均法）

此法认为两测点间的测段为一条直线，该直线的方向为上下两测点处井眼方向的矢量和方向。

测段计算公式：

2．平衡正切法

此法假定二测点间的井段为两段各等于测段长度一半的直线构成的折线，它们的方向分别与上、下两测点处的井眼方向一致。

如图9－6，计算式为：

3．曲率半径法（圆柱螺线法）

此法假设两测点间的测段是条等变螺旋角的圆柱螺线，螺线在两端点处与上、下二测点处的井眼方向相切。

如图9－7，测段的计算公式有三种表达形式。

（1）第一种表达形式

（9－13）～（9－16）式中：

这四个公式是常用的计算公式：

（3）第三种表达形式

（4）曲率半径法的特殊情况处理

③第三种特殊情况，α1≠α2，且其中之一等于零。此时，按二测点方位角相等来处理，然后代入第二种特殊情况的计算式中。

4．小曲率法

小曲率法假设两测点间的井段是一段平面的圆弧，圆弧在两端点处与上下二测点处的井眼方向线相切。测段计算如图9－8。

测段计算公式如下：

令fM＝（2/γ）×tg（γ/2），fM是个大于1但很接近1的值。在狗腿角γ足够小的情况下，可近似认为fM＝1，这时上述四个计算公式就完全变成平衡正切法的公式了，它是对平衡正切法公式的校正。

ΔS′是切线1M和M2在水平面上的投影之和，即ΔS′＝1′M′＋ M′2′。ΔS′并不是测段的水平投影长度ΔS。要作出井身垂直剖面图，需要求出ΔS，而小曲率法却求不出ΔS，这是小曲率法的缺点。为了作出垂直剖面图，可用下式近似地求出ΔS′：

……………………………………………………（9－39）

第二节 定向井剖面设计

在开钻前认真进行设计，可以大大节约定向钻井的成本。影响井眼轨迹的因素很多，其中一些因素很难进行估算（如在某些地层中的方位漂移情况等）。因此，在同一地区得到的钻井经验很重要，这些经验可以在其他井设计过程中起重要的参考作用。

一．设计资料

要进行一口定向井的轨道设计工作，作业者至少应提供靶点的垂深、水平位移和方位角，或提供井口与靶点的座标位置，通过座标换算，计算出方位角和水平位移。此外，定向井工程师还要收集下列资料：

1．作业区域和地理位置。通过作业区域，通常可以找到该地区已完井的钻井作业资料（野猫井除外），并对地层情况、方位漂移有一定的了解，根据地理位置，可以计算或查得到地磁偏角。

2．地质设计书和井身结构。了解有关地层压力、地温梯度、地层倾角、走向、岩性、断层，可能遇到的复杂情况，以及油藏工程师的特殊要求等。

3．作业者对造斜点、造斜率、增（降）斜率的要求，以及安全圆柱、井斜等井身质量的要求。

4．了解钻井承包商的情况，如泥浆泵性能，井下钻具组合各组件的基本情况等。

二．设计原则

1．能实现钻定向井的目的

定向井设计首先要保证实现钻井目的，这是定向井设计的基本原则。设计人员应根据不同的钻探目的对设计井的井身剖面类型、井身结构、钻井液类型、完井方法等进行合理设计，以利于安全、优质、快速钻井。

如救险井的钻井目的是制服井喷和灭火，保护油、气资源。因此，救险井的设计应充分体现其目的：一是靶点的层位选择合理。二是靶区半径小（小于10米），中靶要求高；三是尽可能选择简单的剖面类型，以减小井眼轨迹控制和施工难度，加快钻井速度。四是井身结构、井控措施等应满足要求。

2．尽可能利用方位的自然漂移规律在使用牙轮钻头钻进时，方位角的变化往往有向右增加的趋势，称为右手漂移规律。如图9－9所示，靶点为T，设计方位角为 j′。若按j′定向钻进，则会钻达T′点，只有按照j角方向钻进，才会钻达目标点T。Δj角称为提前角，提前角的大小，要根据地区的实钻资料，统计出方位漂移率来确定，我国海上开发井一般取2～7度。

目前流行的PDC钻头（如RC426型等），对方位右漂具有较好的抑制效果。在地

层倾角小、岩性稳定时，PDC钻头具有方位左漂的趋势，这主要是由于PDC钻头的切削方式造成的。因此，要使用PDC钻头钻进的定向井，提前角要适当地小一点。

3．根据油田的构造特征，有利于提高油气产量，提高投资效益。

4．有利于安全、优质和快速钻井，满足采油和修井的作业要求。

三．剖面设计中应考虑的问题

1．选择合适的井眼曲率

井眼曲率不宜过小，这是因为井眼曲率限制太小会增加动力钻具造斜井段、扭方位井段和增（降）斜井段的井眼长度，从而增大了井眼轨迹控制的工作量，影响钻井速度。

井眼曲率也不宜过大，否则钻具偏磨严重、摩阻力增大和起下钻困难，也容易造成键槽卡钻，还会给其他作业（如电测、固井以及采油和修井等）造成困难。因此，在定向井中应控制井眼曲率的值，我国海上定向井一般取7～16°／100米，不超过20°／100米。不同的井段要选用不同的井眼曲率，具体如下：

井下动力钻具造斜的井眼曲率取：7～16°／100米。

转盘钻增斜的增斜率取：7～12°／100米。

转盘钻降斜的降斜率取：3～8°／100米。

井下动力钻具扭方位的井眼曲率取：7～14°／100米。

导向马达调方位或增斜的井眼曲率取：5～12°／100米。

说明：随着中曲率大斜度井和水平井的迅速发展，对普通定向井的井眼曲率（或狗腿严重度）的限制越来越少，API标准中已不再规定常规定向井的狗腿严重度。

为了保证起下钻顺利和套管安全，必须对设计剖面的井眼曲率进行校核，以限制井眼曲率的数值。井下动力钻具造斜和扭方位井段的井眼曲率Km应满足下式：

Dc――套管外径，厘米。

2．井眼尺寸

目前常规的定向井工具能满足152～445毫米（6～171/2英寸）井眼的定向钻井要求，一般地说，大尺寸井眼比较容易控制轨迹，但由于钻铤的尺寸也较大，形成弯曲所需的钻压较大，小井眼要使用更小、更柔的钻具，而且地层因素对轨迹的影响也较大。因此小井眼的轨迹控制更困难一些。

在常规的井眼尺寸中，大多数定向井可采用直井的套管程序。如果实钻井眼轨迹较光滑，没有较大的狗腿，那么即使在大井斜井段，也能较顺利地进行下套管作业。当然，在斜井段，应在套管上加扶正器以支撑套管，避免在下套管过程中发生压卡钻，同时提高固井质量。另外，在大斜度井段，可根据井段长度和作业时间，决定是否使用厚壁套管。

3．钻井液设计：

（1）定向井钻井液设计十分重要，钻井液应有足够的携砂能力和润滑性，以减少卡钻的机会；

（2）钻井液性能控制对减少定向井钻柱拉伸与扭矩也很重要；

（3）钻井液中应加润滑剂，钻井液密度与粘度必须随时控制。

（4）如果用水基钻井液，那么在正常压力井段，应使用高排量和低固相含量的钻井液，这样有利于清洁井眼；

（5）水基钻井液应具有良好的润滑性能，以减少钻具摩阻和压卡钻；然而在海上钻井，一定要避免污染问题。

（6）如果有异常高压井段要求钻井液密度达到1.45克／厘米3或更高，那么应考虑在钻开该高压地层前下一层保护套管，以封固所有正常压力井段。

4．造斜点的选择

造斜点的选择要适当浅些，但是在极浅的地层中造斜时，容易形成大井眼。同时，由于地层很软，造斜完成后下入稳斜钻具时，要特别小心，以免出现新井眼，尤其是在稳斜钻具刚度大或造斜率较高时。通常地说，浅层造斜比深层造斜容易一些，因为深层地层往往胶结良好，机械钻速低，需花费较长的造斜时间。

另外，造斜点通常选在前一层套管鞋以下30～50米处，以免损坏套管鞋，同时减少水泥掉块产生卡钻的可能性。

在深层地层造斜时，应尽量在大段砂层中造斜，因为砂层的井眼稳定，钻速较快，而页岩段较易受到冲蚀，钻速较低，而且在以后长时间钻井作业，容易在造斜段形成键槽而可能导致卡钻。

5．靶区形状和范围

靶区形状与范围通常由地质构造、产层位置决定，并考虑油田油井的分布情况，靶区大小是由作业者确定的。通常认为，鞍区范围不能定得太小，很小的靶区范围不仅会增加作业成本，同时也会增加调整方位的次数，造成井眼轨迹不平滑，增加转盘扭矩，同时也增加产生健槽卡钻的可能性。

通常，靶区形状为圆形（严格地讲，应该是球形）。浅井和水平位移小的定向井，其靶区范围小一些，一般靶区半径30～50米，而深井和水平位移大的井，靶区范围可以适当地大一些，一般靶区半径为50～70米。

6．造斜率和降斜率选择

常规定向井的造斜率为7～14°／100米，如果需要在浅层造斜并获得较大的水平位移，造斜率可提高到14～16°／100米。但是，浅层的高造斜率容易出现新井眼，也容易对套管产生较大的磨损。因此，浅层造斜通常选择较低的造斜率，而深层造斜（1000米～2000米）可选择较高的造斜率。

对于“S”型井眼，通常把降斜率选在3～8°／100米，如果降斜后仍然要钻较长的井段，则必须采用较小的降斜率平缓降斜，以避免键槽卡钻，同时，可降低钻进时的摩阻力。

7．井斜角

常规定向井的井斜角，一般在15～45°，如果井斜太小，则井眼的井斜和方位都较难控制。井斜大于60°时，钻具的摩阻力将大大增加。

8．允许的方位偏移与极限

（1）定向钻进时，初始造斜方向通常在设计方位的左边（即选定导角），然后通过自然漂移钻达靶区，井眼轨迹是一条空间曲线。

（2）但是对导角也有一个限制，在井眼密集的井网中，要求定向井轨迹保持在安全圆柱内，以避免与邻井相碰。

（3）同样，由于油藏特性和地质地层条件，也对导角的大小有一定的限制。

9．井身剖面类型

在满足设计和工艺要求的前提下，尽可能缩短井段长度，因为井段短则钻井时间短。在设计井身剖面形状时，要考虑井身结构，造斜点一般选在套管鞋以下30～50米处。目前，我国海上定向井的井身剖面通常由作业者决定，往往选择“J”型剖面。

四．剖面设计

1．设计步骤：

（l）选择剖面类型；

（2）确定增斜率和降斜率，选择造斜点；

（3）计算剖面上的未知参数，主要是井斜角；

（4）进行井身计算，包括各井段的井斜角、水平位移、垂深和斜深；

（5）绘制垂直剖面图和水平投影图。

井身剖面的设计方法有试算法、作图法、查图法和解析法四种。我国海洋定向井通常采用解析法，并使用计算机完成。剖面设计完成以后，应向作业者提供下列资料：

（1）总体定向钻井方案和技术措施。

（2）剖面设计结果，包括设计条件、计算结果、垂直剖面图和水平投影图。

（3）测斜仪器类型和该地区的磁偏角，以及测斜计算方法；

（4）设备和工具。

2．二维定向井设计（解析法）

解析法是根据给出的设计条件，应用解析公式计算出剖面上各井段的所有井身参数的井身设计方法。在使用计算机的条件下，还可同时给出设计井身的垂直投影图和水平投影图。

解析法进行井身剖面设计所用公式如下（用于三段制J型、五段制S型和连续增斜型剖面）。

（1）求井斜角αmax。

（2）各井段的井身参数计算：

①增斜段

②稳斜段

③降斜段

④稳斜段

⑤总井深L

（3）设计计算殊情况的处理

①当Ho2＋So2－2RoSo＝0时，表示该井段设有稳斜段，此时可由下面三个公式中任一个公式来求斜角αmax:

②当2Ro－So＝0时，可用下式求井斜角αmax:

③当Ho2＋So2－2RoSo＜0，说明此种剖面不存在，此时应该改变设计条件，改变造斜点深度、增斜率和降斜率或改变目标点坐标。

井身剖面设计计算结果应整理列表，并校核井身长度和各井段井身参数是否符合设计要求，还应该校核井上曲率，井身剖面曲率应小于动力钻具和下井套管抗弯曲强度允许的曲率。

目前，应用计算机程序进行井身剖面设计时，设计结果列表和均可由打印机和绘图仪自动完成。

4．设计方法举例

例 某定向井设计全井垂深H=2-000米（靶点），上部地层300米至350米是流砂层，1000米至1050米有一高压水层，作出井身剖面设计。

井口座标 X1：3 246 535.0 Y1：2 054 875.0

井底座标 X2：3 245 972.95 Y2：2 054 665.0

先根据井口与井底座标，计算出水平位移和目标方位。

（1）根据提供的地质资料，在进行剖面设计时，应设法使动力钻具造斜的井段和增斜的井段避开流砂层和高压水层。

（2）对于钻井工艺及其它限制条件，在满足（l）项条件的前提下，应选择较简单的剖面类型。

（3）剖面类型选用“直一增一稳”三段制井身剖面。此种剖面简单，地面井口至目标点的井身长度短，有利于加快钻井速度。

（4）选择造斜点。根据垂直井深和水平位移的关系，造斜点应选在350米至600米间。如选在1050米以下，会使井斜角太大，是不合理的。

因300米至350米是流砂层，在井深结构设计时应用套管封固，以利于定向造斜，防止流砂层漏失、垮塌等复杂情况出现。造斜点应选在套管鞋以下不少于50米的地方为宜。因此，造斜点与井口之间井眼长度不应小于450米。

又因1000米至1050米是高压水层，为了下部井段能顺利钻进，也应考虑下入一层中间套管封住高压水层。为了减少井下复杂情况和有利于定向井井眼轨迹控制，在进行套管设计时，应避免套管鞋下在井眼曲率较大的井段中，中间套管的下入深度应进入稳斜井段150米左右为宜。在考虑上述因素后，造斜点的位置应在高压水层以上不少于400米处，也就是造斜点与井口之间的井眼长度不应大于600米。

经过上述的分析，如果造斜点应在450米至600米之间选择，那么，把造斜点确定在500米处是比较合理的。

（5）选择造斜率K为7°／100米。根据造斜率计算造斜井段的曲率半径R。

（6）计算井斜角αmax

R——造斜段曲率半径，米。

把已知条件代入上式得：

αmax=24.4°

（7）分段井眼计算：

增斜段

稳斜段

4．三维定向井

设计的井眼轴线，既有井斜角的变化，又有方位角的变化，这类井段为三维定向井，实际作业中，有时会碰到三维定向井的问题，大体上分为三种情况。

第一种情况 原设计为两维定向井，在实钻中偏离了目标方位，如果偏得不多，只要调整钻具组合或扭一次方位就可以了。严格地说，实钻的定向井轨迹，都有井斜角的变化和方位角的变化，这种三维定向井可以简化为二维的。

第二种情况 在地面井位和目标点确定的情况下，在这两点的铅垂平面内，存在着不允许通过或难以穿过的障碍物，不能在铅垂平面上设计轨道，需要绕过障碍，设计绕障三维定向井。在海上丛式井经常碰到这类井。

第三种情况在地面井位确定的情况下，要钻多目标井。地面井位和多目标点不在同一铅垂平面内，只有井斜角和方位角都变化，才能钻达设计的多个目标点。

三维定向井的轨迹设计和测斜计算很复杂，通常使用计算机软件完成这些工作。

第三节 井眼轨迹控制技术

井眼轨迹控制的内容包括：优化钻具组合、优选钻井参数、采用先进的井下工具和仪器、利用计算机进行井眼轨迹的检测预测、利用地层的方位漂移规律、避免井下复杂情况等等。

轨迹控制贯穿钻井作业的全过程，它是使实钻井眼沿着设计轨道钻达靶区的综合性技术，也是定向井施工中的关键技术之一。

井眼轨迹控制技术按照定向井的工艺过程，可分为直井段、造斜段、增斜段、稳斜段、降斜段和扭方位井段等控制技术，其中直井段的控制技术见第七章第四节。

一．定向选斜井段

初始造斜方法有五类，即井下马达和弯接头定向、喷射法、造斜器法、弯曲导管定向、倾斜钻机定向。目前，我国海洋定向井一般采用第一种方式，常用造斜钻具组合为：钻头十井下马达十弯接头十非磁钻铤十普通钻铤（ 0～30米）十挠性接头十震击器十加重钻杆。

这种造斜钻具组合是利用弯接头使下部钻具产生一个弹性力矩，迫使井下动力钻具驱动钻头侧向切削，使钻出的新井眼偏离原井眼轴线，达到定向造斜或扭方位的目的。

造斜钻具的造斜能力主要与弯接头的弯角和动力钻具的长度有关。弯接头的弯角越大，动力钻具长度越短，造斜率也越高。

弯接头的弯角应根据井眼大小、井下动力钻具的规格和要求造斜率的大小选择。现场常用弯接头的弯角为1.5～2.25度，一般不大于2.5度。弯接头在不同条件下的造斜率见第四节。

造斜钻具组合使用的井下动力钻具型号应根据造斜井段或扭方位井段的井深选择。使用井段在2000米以内，一般采用涡轮钻具或普通螺杆钻具，深层走向造斜或扭方位应使用耐高温的多头螺杆钻具。

造斜钻具组合、钻井参数和钻头水眼应根据厂家的钻井参数设计。

由于井下动力钻具的转速高，要求的钻压小〔一般为29.4～ 78.4千牛（3～8吨）〕，因此，使用的钻头不宜采用密封轴承钻头，尤其是在浅层，可钻性好的软地层应使用铣齿滚动轴承钻头或合适的PDC钻头。

根据测斜仪器的种类不同，分为四种定向方式：

1．单点定向

此方法只适用造斜点较浅的情况，通常井深小于1000米。因为造斜点较深时，反扭角很难控制，且定向时间较长。施工过程如下：

（l）下入定向造斜钻具至造斜点位置（注意：井下马达必须按厂家要求进行地面试验）。

（2）单点测斜，测量造斜位置的井斜角，方位角，弯接头工具面；

（3）在测斜照相的同时，对方钻杆和钻杆进行打印，并把井口钻杆的印痕投到转盘面的外缘上，作为基准点；

（4）调整工具面（调整后的工具面是：设计方位角十反扭角）。锁住转盘、开泵钻进；

（5）定向钻进。每钻进2～4个单根进行一次单点测斜，根据测量的井斜角和方位角及时修正反扭矩的误，并调整工具面；

（6）当井斜角达到8～10度和方位合适时，起钻换增斜钻具，用转盘钻进。在单点定向作业中要注意：

①在确定了反扭角和钻压后，要严格控制钻压的变化范围，通常在预定钻压±19.6千牛（2吨）内变化；

②每次接单根时，钻杆可能会转动一点，注意转动钻杆的打印位置至预定位置；

③如果调整工具面的角度较大（＞90度），调整后应活动钻具2～3次（停泵状态），以便钻杆扭矩迅速传递。

2．地面记录陀螺（SRO）定向

在有磁干扰环境的条件下（如套管开窗侧钻井）的定向造斜，需采用SRO定向。这种仪器可将井下数据通过电缆传至地面处理系统，并显示或用计算机打印出来，直至工具面调整到预定位置，再起出仪器，施工过程如下：

（l）选择参照物，参照物应选择易于观察的固定目标，距井40米左右；

（2）预热陀螺不少于15分钟，工作正常才可下井；

（3）瞄准参照物，并调整陀螺初始读数；

（4）接探管，连接陀螺外筒，再瞄准参照物，对探管和计算机初始化；

（5）下井测量，按规定作漂移检查；

（6）起出仪器坐在井口，再次瞄准参照物记录陀螺读数；

（7）校正陀螺漂移，确定测量的精度；

（8）定向钻进。

3．有线随钻测斜仪（SST）定向

造斜钻具下到井底后，开泵循环半小时左右，然后接旁通头或循环接头。把测斜仪的井下仪器总成下入钻杆内，使定向鞋的缺口坐在定向键上。定向造斜时，可从地面仪表直接读出实钻井眼的井斜、方位和工具面，司钻和定向井工程师要始终跟踪预定的工具面方向，保持井眼轨迹按预定方向钻进。

4．随钻测量仪（MWD）定向

MWD井下仪器总成安装在下部钻具组合的非磁钻铤内，其下井前要调整好工作模式和传输速度，并准确地测量偏移值，输入计算机。仪器在井下所测的井眼参数通过钻井液脉冲传至地面，信息经地面处理后，可迅速传到钻台。MWD不仅可用于定向造斜，也可用于旋转钻进中的连续测量，是一种先进的测量仪器。

5．定向造斜中的注意事项：

（1）如果定向作业前的裸眼段较长，应短起下钻一趟，保证井眼畅通。

（2）井下马达下井前应在井口试运转，测量轴承间隙；记录各种参数，工作正常方可下井；

（3）MWD等仪器下井前，必须输入磁场强度、磁倾角等参数；

（4）定向造斜钻进，要按规定加压，均匀送钻，以保持恒定的工具面。

（5）造斜钻进或起下钻，用旋扣钳或动力水龙头上卸扣，不得用转盘上卸扣；

（6）起钻前方位角必须在20～30米井段内保持稳定，且保证预定的提前角。目前，“一次造斜

到位法”也经常在我国海洋定向井中使用，这种方法适用于造斜点较浅，且机械钻速很快的造斜井段，常常配合使用随钻测量仪。

（7）井下马达出井时，按规定程序进行清洗、保养。

《新国内外石油勘探开采技术标准大全》