『壹』 經緯儀測量中，水平角觀測，一測回角差怎麼算什麼是一測回角差
測回法，上半測回角值與下半測回角值相差多少秒，稱為一個測回角度相差。這個作用就是檢查讀書誤差大小的，誤差大於規定，那麼你觀測的數據就沒有用了。
『貳』 石油鑽井技術
《中國國土資源報》2007年1月29日3版刊登了「新型地質導向鑽井系統研製成功」的消息。這套系統由3個子系統組成：新型正脈沖無線隨鑽測斜系統、測傳馬達及無線接收系統、地面信息處理與決策系統。它具有測量、傳輸和導向三大功能。在研製過程中連續進行了4次地質導向鑽井實驗和鑽水平井的工業化應用，取得成功。這一成果的取得標志著我國在定向鑽井技術上取得重大突破。
2.3.1.1 地質導向鑽井技術
地質導向鑽井技術是20世紀90年代發展起來的前沿鑽井技術，其核心是用隨鑽定向測量數據和隨鑽地層評價測井數據以人機對話方式來控制井眼軌跡。與普通的定向鑽井技術不同之處是，它以井下實際地質特徵來確定和控制井眼軌跡，而不是按預先設計的井眼軌跡進行鑽井。地質導向鑽井技術能使井眼軌跡避開地層界面和地層流體界面始終位於產層內，從而可以精確地控制井下鑽具命中最佳地質目標。實現地質導向鑽井的幾項關鍵技術是隨鑽測量、隨鑽測井技術，旋轉導向閉環控制系統等。
隨鑽測量（MWD）的兩項基本任務是測量井斜和鑽井方位，其井下部分主要由探管、脈沖器、動力短節（或電池筒）和井底鑽壓短節組成，探管內包含各種感測器，如井斜、方位、溫度、震動感測器等。探管內的微處理器對各種感測器傳來的信號進行放大並處理，將其轉換成十進制，再轉換成二進制數碼，並按事先設定好的編碼順序把所有數據排列好。脈沖器用來傳輸脈沖信號，並接受地面指令。它是實現地面與井下雙向通訊並將井下資料實時傳輸到地面的唯一通道。井下動力部分有鋰電池或渦輪發電機兩種，其作用是為井下各種感測器和電子元件供電。井底鑽壓短節用於測定井底鑽壓和井底扭矩。
隨鑽測井系統（LWD）是當代石油鑽井最新技術之一。Schlumberger公司生產的雙補償電阻率儀CDR和雙補償中子密度儀CDN兩種測井系統代表了當今隨鑽測井系統的最高水平。CDR和CDN可以單獨使用也可以兩項一起與MWD聯合使用。LWD的CDR系統用電磁波傳送信息，整套系統安裝在一特製的無磁鑽鋌或短節內。該系統主要包括電池筒、伽馬感測器、電導率測量總成和探管。它主要測量並實時傳輸地層的伽馬曲線和深、淺電阻率曲線。對這些曲線進行分析，可以馬上判斷出地層的岩性並在一定程度上判斷地層流體的類型。LWD的CDN系統用來測量地層密度曲線和中子孔隙度曲線。利用這兩種曲線可以進一步鑒定地層岩性，判斷地層的孔隙度、地層流體的性質和地層的滲透率。
旋轉導向鑽井系統（Steerable Rotary Drilling System）或旋轉閉環系統（Rotary Closed Loop System，RCLS）。常規定向鑽井技術使用導向彎外殼馬達控制鑽井方向施工定向井。鑽進時，導向馬達以「滑行」和「旋轉」兩種模式運轉。滑行模式用來改變井的方位和井斜，旋轉模式用來沿固定方向鑽進。其缺點是用滑行模式鑽進時，機械鑽速只有旋轉模式鑽進時的50%，不僅鑽進效率低，而且鑽頭選擇受到限制，井眼凈化效果及井眼質量也差。旋轉導向閉環鑽井系統完全避免了上述缺點。旋轉導向鑽井系統的研製成功使定向井鑽井軌跡的控制從藉助起下鑽時人工更換鑽具彎接頭和工具面向角來改變方位角和頂角的階段，進入到利用電、液或泥漿脈沖信號從地面隨時改變方位角和頂角的階段。從而使定向井鑽井進入了真正的導向鑽井方式。在定向井鑽井技術發展過程中，如果說井下鑽井馬達的問世和應用使定向鑽井成為現實的話，那麼可轉向井下鑽井馬達的問世和應用則大大提高了井眼的控制能力和自動化水平並減少了提下鑽次數。旋轉導向鑽井系統鑽井軌跡控制機理和閉環系統如圖2.5所示。
目前從事旋轉導向鑽井系統研製的公司有：Amoco、Camco、Baker Hughes Inteq、Cambridge Drilling Automation以及DDD Stabilizers等。這些公司的旋轉導向閉環鑽井系統按定向方法又可分為自動動力定向和人工定向。自動動力定向一般由確定鑽具前進方向的測量儀表、動力源和調節鑽具方向的執行機構組成。人工定向系統定向類似於導向馬達定向方法，需要在每次連接鑽桿時進行定向。兩種定向系統的定向控制原理都是通過給鑽頭施加直接或間接側向力使鑽頭傾斜來實現的（圖2.6）。按具體的導向方式又可劃分為推靠式和指向式兩種。地質導向鑽井技術使水平鑽井、大位移鑽井、分支井鑽井得到廣泛應用。大位移井鑽井技術和多分支井鑽井技術代表了水平鑽井技術的最新成果水平。
圖2.5 旋轉導向閉環系統
（1）水平井鑽井技術
目前，國外水平鑽井技術已發展成為一項常規技術。美國的水平井技術成功率已達90%～95%。用於水平井鑽進的井下動力鑽具近年來取得了長足進步，大功率串聯馬達及加長馬達、轉彎靈活的鉸接式馬達以及用於地質導向鑽井的儀表化馬達相繼研製成功並投入使用。為滿足所有導向鑽具和中曲率半徑造斜鑽具的要求，使用調角度的馬達彎外殼取代了原來的固定彎外殼；為獲得更好的定向測量，用非磁性馬達取代了磁性馬達。研製了耐磨損、抗沖擊的新型水平井鑽頭。
圖2.6 旋轉導向鑽井系統定向軌跡控制原理
（2）大位移井鑽井技術
大位移井通常是指水平位移與井的垂深之比（HD/TVD）≥2的井。大位移井頂角≥86°時稱為大位移水平井。HD/TVD≥3的井稱為高水垂比大位移井。大位移井鑽井技術是定向井、水平井、深井、超深井鑽井技術的綜合集成應用。現代高新鑽井技術，隨鑽測井技術（LWD）、旋轉導向鑽井系統（SRD）、隨鑽環空壓力測量（PWD）等在大位移井鑽井過程中的集成應用，代表了當今世界鑽井技術的一個高峰。目前世界上鑽成水平位移最大的大位移井，水平位移達到10728m，斜深達11287m，該記錄是BP阿莫科公司於1999年在英國Wytch Farm油田M-16井中創造的（圖2.7所示）。三維多目標大位移井也有成功的例子。如挪威Gullfalks油田B29大位移井，就是將原計劃用2口井開發該油田西部和北部油藏的方案改為一口井開采方案後鑽成的。為了鑽成這口井，制定了一套能夠鑽達所有目標並最大限度地減少摩阻和扭矩的鑽井設計方案。根據該方案，把2630m長的水平井段鑽到7500m深度，穿過6個目標區，總的方位角變化量達160°。
圖2.7 M-16井井身軌跡
我國從1996年12月開始，先後在南海東部海域油田進行了大位移井開發試驗，截至2005年底，已成功鑽成21口大位移井，其中高水垂比大位移井5口。為開發西江24-1含油構造實施的8口大位移井，其井深均超過8600m，水平位移都超過了7300m，水垂比均大於2.6，其中西江24-3-A4井水平位移達到了8063m，創造了當時（1997年）的大位移井世界紀錄。大位移井鑽井涉及的關鍵技術有很多，國內外目前研究的熱點問題包括：鑽井設備的適應性和綜合運用能力、大斜度（大於80°）長裸眼鑽進過程中井眼穩定和水平段延伸極限的理論分析與計算、大位移井鑽井鑽具摩擦阻力/扭矩的計算和減阻、成井過程中套管下入難度大及套管磨損嚴重等。此外大位移井鑽井過程中的測量和定向控制、最優的井身剖面（結構）設計、鑽柱設計、鑽井液性能選擇及井眼凈化、泥漿固控、定向鑽井優化、測量、鑽柱振動等問題也處在不斷探索研究之中。
（3）分支井鑽井技術
多分支井鑽井技術產生於20世紀70年代，並於90年代隨著中、小曲率半徑水平定向井鑽進技術的發展逐漸成熟起來。多分支井鑽井是水平井技術的集成發展。多分支井是指在一個主井眼（直井、定向井、水平井）中鑽出若干進入油（氣）藏的分支井眼。其主要優點是能夠進一步擴大井眼同油氣層的接觸面積、減小各向異性的影響、降低水錐水串、降低鑽井成本，而且可以分層開采。目前，全世界已鑽成上千口分支井，最多的有10個分支。多分支井可以從一個井眼中獲得最大的總水平位移，在相同或不同方向上鑽穿不同深度的多層油氣層。多分支井井眼較短，大部分是尾管和裸眼完井，而且一般為砂岩油藏。
多分支井最早是從簡單的套管段銑開窗側鑽、裸眼完井開始的。因其存在無法重入各個分支井和無法解決井壁坍塌等問題，後經不斷研究探索，1993年以來預開窗側鑽分支井、固井回接至主井筒套管技術得到推廣應用。該技術具有主井筒與分支井筒間的機械連接性、水力完整性和選擇重入性，能夠滿足鑽井、固井、測井、試油、注水、油層改造、修井和分層開採的要求。目前，國外常用的多分支系統主要有：非重入多分支系統（NAMLS），雙管柱多分支系統（DSMLS），分支重入系統（LRS），分支回接系統（LTBS）。目前國外主要採用4種方式鑽多分支井：①開窗側鑽；②預設窗口；③裸眼側鑽；④井下分支系統（Down Hole Splitter System）。
2.3.1.2 連續管鑽井（CTD）技術
連續管鑽井技術又叫柔性鑽桿鑽井技術。開始於20世紀60年代，最早研製和試用這一技術鑽井的有法國、美國和匈牙利。早期法國連續管鑽進技術最先進，1966年投入工業性試驗，70年代就研製出各種連續管鑽機，重點用於海洋鑽進。當時法國製造的連續管單根長度達到550m。美國、匈牙利製造的連續管和法國的類型基本相同，單根長度只有20～30m。
早期研製的連續管有兩種形式。一種是供孔底電鑽使用，由4層組成，最內層為橡膠或橡膠金屬軟管的心管，孔底電機動力線就埋設在心管內；心管外是用2層鋼絲和橡膠貼合而成的防爆層；再外層是鋼絲骨架層，用於承受拉力和扭矩；最外層是防護膠層，其作用是防水並保護鋼絲。另一種是供孔底渦輪鑽具使用的，因不需要埋設動力電纜，其結構要比第一種簡單得多。第四屆國際石油會議之後，美國等西方國家把注意力集中在發展小井眼井上，限制了無桿電鑽的發展。連續管鑽井技術的研究也放慢了腳步。我國於20世紀70年代曾開展無桿電鑽和連續管鑽井技術的研究。勘探所與青島橡膠六廠合作研製的多種規格的柔性鑽桿，經過單項性能試驗後，於1975年初步用於渦輪鑽。1978年12月成功用於海上柔性鑽桿孔底電鑽，並建造了我國第一台柔桿鑽機鑽探船。1979～1984年勘探所聯合清華大學電力工程系、青島橡膠六廠研究所和北京地質局修配廠共同研製了DRD-65型柔管鑽機和柔性鑽桿。DRD-65型柔管鑽機主要有柔性鑽桿、Φ146mm潛孔電鑽、鑽塔、柔桿絞車及波浪補償器、泥漿泵、電控系統和液控系統等部分組成。研製的柔性鑽桿主要由橡膠、橡膠布層、鋼絲繩及動力線組成。拉力由柔桿中的鋼絲骨架層承擔，鋼絲繩為0.7mm×7股，直徑2.1mm，每根拉力不小於4350N，總數為134根，計算拉力為500kN，試驗拉力為360kN。鑽進過程中，柔性鑽桿起的作用為：起下鑽具、承受反扭矩、引導沖洗液進入孔底、通過設於柔性鑽桿壁內的電纜向孔底電鑽輸送電力驅動潛孔電鑽運轉、向地表傳送井底鑽井參數等。
柔性鑽桿性能參數為：內徑32mm；抗扭矩不小於1030N·m；外徑85～90mm；單位質量13kg/m；抗內壓（工作壓力）40kg/cm2，曲率半徑不大於0.75m，抗外壓不小於10kg/cm2；彎曲度：兩彎曲形成的夾角不大於120°；額定拉力1000kN；柔桿內埋設動力導線3組，每組15mm2，信號線二根；柔桿單根長度為40、80m兩種規格。
Φ146mm型柔桿鑽機由Φ127mm電動機、減速器、液壓平衡器和減震器組成。動力是潛孔電鑽，它直接帶動鑽頭潛入孔底鑽井。Φ146mm孔底電鑽是外通水式，通水間隙寬5mm，通水橫斷面積為2055mm2。
與常規鑽井技術相比，連續管鑽井應用於石油鑽探具有以下優點：欠平衡鑽井時比常規鑽井更安全；因省去了提下鑽作業程序，可大大節省鑽井輔助時間，縮短作業周期；連續管鑽井技術為孔底動力電鑽的發展及孔底鑽進參數的測量提供了方便條件；在製作連續管時，電纜及測井信號線就事先埋設在連續管壁內，因此也可以說連續管本身就是以鋼絲為骨架的電纜，通過它可以很方便地向孔底動力電鑽輸送電力，也可以很方便地實現地面與孔底的信息傳遞；因不需擰卸鑽桿，因此在鑽進及提下鑽過程中可以始終保持沖洗液循環，對保持井壁穩定、減少孔內事故意義重大；海上鑽探時，可以補償海浪對鑽井船的漂移影響；避免了回轉鑽桿柱的功率損失，可以提高能量利用率，深孔鑽進時效果更明顯。正是由於連續管鑽井技術有上述優點，加之油田勘探需要以及相關基礎工業技術的發展為連續管技術提供了進一步發展的條件，在經過了一段時間的沉寂之後，20世紀80年代末90年代初，連續管鑽井技術又呈現出飛速發展之勢。其油田勘探工作量年增長量達到20%。連續管鑽井技術研究應用進展情況簡述如下。
1）數據和動力傳輸熱塑復合連續管研製成功。這種連續管是由殼牌國際勘探公司與航空開發公司於1999年在熱塑復合連續管基礎上開始研製的。它由熱塑襯管和纏繞在外面的碳或玻璃熱塑復合層組成。中層含有3根銅質導線、導線被玻璃復合層隔開。碳復合層的作用是提供強度、剛度和電屏蔽。玻璃復合層的作用是保證強度和電隔離。最外層是保護層。這種連續管可載荷1.5kV電壓，輸出功率20kW，傳輸距離可達7km，耐溫150℃。每根連續管之間用一種特製接頭進行連接。接頭由一個鋼制的內金屬部件和管子端部的金屬環組成。這種連續管主要用於潛孔電鑽鑽井。新研製的數據和動力傳輸連續管改變了過去用潛孔電鑽鑽井時，電纜在連續管內孔輸送電力影響沖洗液循環的缺點。
2）井下鑽具和鑽具組合取得新進展。XL技術公司研製成功一種連續管鑽井的電動井下鑽具組合。該鑽具組合主要由電動馬達、壓力感測器、溫度感測器和震動感測器組成。適用於3.75in井眼的電動井下馬達已交付使用。下一步設想是把這種新型電動馬達用於一種新的閉環鑽井系統。這種電動井下鑽具組合具有許多優點：不用鑽井液作為動力介質，對鑽井液性能沒有特殊要求，因而是欠平衡鑽井和海上鑽井的理想工具；可在高溫下作業，振動小，馬達壽命長；閉環鑽井時藉助連續管內設電纜可把測量數據實時傳送到井口操縱台，便於對井底電動馬達進行靈活控制，因而可使鑽井效率達到最佳；Sperry sun鑽井服務公司研製了一種連續管鑽井用的新的導向鑽具組合。這種鑽具組合由專門設計的下部陽螺紋泥漿馬達和長保徑的PDC鑽頭組成。長保徑鑽頭起一個近鑽頭穩定器的作用，可以大幅度降低振動，提高井眼質量和機械鑽速。泥漿馬達有一個特製的軸承組和軸，與長保徑鑽頭匹配時能降低馬達的彎曲角而不影響定向性能。在大尺寸井眼（＞6in）中進行的現場試驗證明，導向鑽具組合具有機械鑽速高、井眼質量好、井下振動小、鑽頭壽命長、設備可靠性較高等優點。另外還研製成功了一種連續軟管欠平衡鑽井用的繩索式井底鑽具組合。該鑽具組合外徑為in上部與外徑2in或in的連續管配用，下部接鑽鋌和in鑽頭。該鑽具組合由電纜式遙控器、穩定的MWD儀器、有效的電子定向器及其他參數測量和傳輸器件組成。電纜通過連續管內孔下入孔底，能實時監測並處理工具面向角、鑽井頂角、方位角、自然伽馬、溫度、徑向振動頻率、套管接箍定位、程序狀態指令、管內與環空壓差等參數。鑽具的電子方位器能在鑽井時在導向泥漿馬達連續旋轉的情況下測量並提供井斜和方位兩種參數。
其他方面的新進展包括：連續管鑽井技術成功用於超高壓層側鑽；增加連續管鑽井位移的新工具研製成功；連續管鑽井與欠平衡鑽井技術結合打水平井取得好效果；適於連續管鑽井的混合鑽機研製成功；連續管鑽井理論取得新突破。
2.3.1.3 石油勘探小井眼鑽井技術
石油部門通常把70%的井段直徑小於177.8mm的井稱為小井眼井。由於小井眼比傳統的石油鑽井所需鑽井設備小且少、鑽探耗材少、井場佔地面積小，從而可以節約大量勘探開發成本，實踐證明可節約成本30%左右，一些邊遠地區探井可節約50%～75%。因此小井眼井應用領域和應用面越來越大。目前小井眼井主要用於：①以獲取地質資料為主要目的的環境比較惡劣的新探區或邊際探區探井；②600～1000m淺油氣藏開發；③低壓、低滲、低產油氣藏開發；④老油氣田挖潛改造等。
2.3.1.4 套管鑽井技術
套管鑽井就是以套管柱取代鑽桿柱實施鑽井作業的鑽井技術。不言而喻套管鑽井的實質是不提鑽換鑽頭及鑽具的鑽進技術。套管鑽井思想的由來是受早期（18世紀中期鋼絲繩沖擊鑽進方法用於石油勘探，19世紀末期轉盤回轉鑽井方法開始出現並用於石油鑽井）鋼絲繩沖擊鑽進（頓鑽時代）提下鑽速度快，轉盤回轉鑽進井眼清潔且鑽進速度快的啟發而產生的。1950年在這一思想的啟發下，人們開始在陸上鑽石油井時，用套管帶鑽頭鑽穿油層到設計孔深，然後將管子固定在井中成井，鑽頭也不回收。後來，Sperry-sun鑽井服務公司和Tesco公司根據這一鑽井原理各自開發出套管鑽井技術並制定了各自的套管鑽井技術發展戰略。2000年，Tesco公司將4.5～13.375in的套管鑽井技術推向市場，為世界各地的油田勘探服務。真正意義的套管鑽井技術從投放市場至今還不到10年時間。
套管鑽井技術的特點和優勢可歸納如下。
1）鑽進過程中不用起下鑽，只利用絞車系統起下鑽頭和孔內鑽具組合，因而可節省鑽井時間和鑽井費用。鑽進完成後即等於下套管作業完成，可節省完井時間和完井費用。
2）可減少常規鑽井工藝存在的諸如井壁坍塌、井壁沖刷、井壁鍵槽和台階等事故隱患。
3）鑽進全過程及起下井底鑽具時都能保持泥漿連續循環，有利於防止鑽屑聚集，減少井涌發生。套管與井壁之間環狀間隙小，可改善水力參數，提高泥漿上返速度，改善井眼清洗效果。
套管鑽井分為3種類型：普通套管鑽井技術、階段套管或尾管鑽井技術和全程套管鑽井技術。普通套管鑽井是指在對鑽機和鑽具做少許改造的基礎上，用套管作為鑽柱接上方鑽桿和鑽頭進行鑽井。這種方式主要用於鑽小井眼井。尾管鑽井技術是指在鑽井過程中，當鑽入破碎帶或涌水層段而無法正常鑽進時，在鑽柱下端連接一段套管和一種特製工具，打完這一段起出鑽頭把套管留在井內並固井的鑽井技術。其目的是為了封隔破碎帶和水層，保證孔內安全並維持正常鑽進。通常所說的套管鑽井技術是指全程套管鑽井技術。全程套管鑽井技術使用特製的套管鑽機、鑽具和鑽頭，利用套管作為水利通道，採用繩索式鑽井馬達作業的一種鑽井工藝。目前，研究和開發這種鑽井技術的主要是加拿大的Tesco公司，並在海上進行過鑽井，達到了降低成本的目的。但是這種鑽井技術目前仍處於研究完善階段，還存在許多問題有待研究解決。這些問題主要包括：①不能進行常規的電纜測井；②鑽頭泥包問題嚴重，至今沒有可靠的解決辦法；③加壓鑽進時，底部套管會產生橫向振動，致使套管和套管接頭損壞，目前還沒有找到解決消除或減輕套管橫向振動的可靠方法；④由於套管鑽進不使用鑽鋌，加壓困難，所以機械鑽速低於常規鑽桿鑽井；部分抵消了套管鑽進提下鑽節省的時間；⑤套管鑽井主要用於鑽進破碎帶和涌水地層，其應用范圍還不大。
我國中石油系統的研究機構也在探索研究套管鑽井技術，但至今還沒有見到公開報道的成果。目前，套管鑽井技術的研究內容，除了研製專用套管鑽機和鑽具外，重點針對上述問題開展。一是進行鑽頭的研究以解決鑽頭泥包問題；二是研究防止套管橫向振動的措施；三是研究提高套管鑽井機械鑽速的有效辦法；四是研究套管鑽井固井辦法。
套管鑽井應用實例：2001年，美國謝夫隆生產公司利用加拿大Tesco公司的套管鑽井技術在墨西哥灣打了2口定向井（A-12和A-13井）。兩井成井深度分別為3222×30.48cm和3728×30.48cm。為了進行對比分析，又用常規方法打了一口A-14井，結果顯示，同樣深度A-14井用時75.5h，A-13井用時59.5h。表層井段鑽速比較，A-12 井的平均機械鑽速為141ft/h，A-13井為187ft/h，A-14井為159ft/h。這說明套管鑽井的機械鑽速與常規方法機械鑽速基本相同。但鑽遇硬地層後套管鑽井，鑽壓增加到6.75t，致使擴眼器切削齒損壞，鑽速降低很多。BP公司用套管鑽井技術在懷俄明州鑽了5口井。井深為8200～9500ft，且都是從井口鑽到油層井段。鑽進過程中遇到了鑽頭泥包和套管振動問題。
此外，膨脹套管技術也是近年來發展起來的一種新技術，主要用於鑽井過程中隔離漏失、涌水、遇水膨脹縮經、破碎掉塊易坍塌等地層以及石油開采時油管的修復。勘探所與中國地質大學合作已立項開展這方面的研究工作。
2.3.1.5 石油鑽機的新發展
國外20世紀60年代末研製成功了AC-SCR-DC電驅動鑽機，並首先應用於海洋鑽井。由於電驅動鑽機在傳動、控制、安裝、運移等方面明顯優於機械傳動鑽機，因而獲得很快的發展，目前已經普遍應用於各型鑽機。90年代以來，由於電子器件的迅速發展，直流電驅動鑽機可控硅整流系統由模擬控制發展為全數字控制，進一步提高了工作可靠性。同時隨著交流變頻技術的發展，交流變頻首先於90年代初成功應用於頂部驅動裝置，90年代中期開始應用於深井石油鑽機。目前，交流變頻電驅動已被公認為電驅動鑽機的發展方向。
國內開展電驅動鑽機的研究起步較晚。蘭州石油化工機器廠於20世紀80年代先後研製並生產了ZJ60D型和ZJ45D型直流電驅動鑽機，1995年成功研製了ZJ60DS型沙漠鑽機，經應用均獲得較好的評價。90年代末期以來，我國石油系統加大鑽機的更新改造力度，電驅動鑽機取得了較快發展，寶雞石油機械廠和蘭州石油化工機器廠等先後研製成功ZJ20D、ZJ50D、ZJ70D型直流電驅動鑽機和ZJ20DB、ZJ40DB型交流變頻電驅動鑽機，四川油田也研製出了ZJ40DB交流變頻電驅動鑽機，明顯提高了我國鑽機的設計和製造水平。進入21世紀，遼河油田勘探裝備工程公司自主研製成功了鑽深能力為7000m的ZJ70D型直流電驅動鑽機。該鑽機具有自動送鑽系統，代表了目前我國直流電驅動石油鑽機的最高水平，整體配置是目前國內同類型鑽機中最好的。2007年5月已出口亞塞拜然，另兩部4000m鑽機則出口運往巴基斯坦和美國。由寶雞石油機械有限責任公司於2003年研製成功並投放市場的ZJ70/4500DB型7000m交流變頻電驅動鑽機，是集機、電、數字為一體的現代化鑽機，採用了交流變頻單齒輪絞車和主軸自動送鑽技術和「一對一」控制的AC-DC-AC全數字變頻技術。該型鑽機代表了我國石油鑽機的最新水平。憑借其優良的性能價格比，2003年投放市場至今，訂貨已達83台套。其中美國、阿曼、委內瑞拉等國石油勘探公司訂貨達42台套。在國內則佔領了近2～3年來同級別電驅動鑽機50%的市場份額。ZJ70/4500DB型鑽機主要性能參數：名義鑽井深度7000m，最大鉤載4500kN，絞車額定功率1470kW，絞車和轉盤擋數I+IR交流變頻驅動、無級調速，泥漿泵型號及台數F-1600三台，井架型式及有效高度K型45.5m，底座型式及檯面高度：雙升式/旋升式10.5m，動力傳動方式AC-DC-AC全數字變頻。
『叄』 渤海稠油油田水平分支井鑽完井技術
如前所述，在渤海已開發的油田中稠油油田佔80%左右。如果將這批稠油油田的採收率提高2個百分點，相當於又發現了一個億噸級的大油田。如果採油速度提高1倍，渤海的原油產量將大幅度提高。綏中36-1油田是典型的稠油油田，經過幾年的開發，單井日產量只有20～80m3,C區油層屬多層系，目前產量只有20m3左右，針對綏中36-1低產區C區的特點，探索採用水平分支井和簡易防砂技術，為開發渤海稠油油田，提高採收率作好技術儲備。水平分支井的井位選擇的兩條原則：第一，原油黏度比較大的稠油區；第二，開採的油層具有一定的產油能力，具有最小的地質風險，具體表現為具有一定的地質儲量，距油水邊界有一定距離，儲層分布穩定，油層的有效厚度較大，一般大於6m。
綏中36-1油田為儲層疏鬆砂岩的稠油油田，油田增產措施受到一定的限制。根據油田特性，在C平台共鑽5口水平分支井，每口井有1～4個分支不等，分支井段長度100～150m。
一、水平分支井工程設計
（一）地質工程設計
綏中36-1油田C平台水平分支井的目的層為東營組下段的第1油組第4小層，油層平均厚度約18m。主井眼設計雙靶點，分別位於水平段起始點和終止點，分支井眼設計單靶點，位於分支井段終止點。靶點設計距離第四層頂部6m。主井眼軌跡的控制窗體：長×寬×高為井眼長度×10m×2m；分支井眼軌跡的終了點的窗口寬×高為10m×2m，並且終止點偏離主井眼的距離要大於30m，有利於提高地層流體的泄流面積。圖10-8為井眼軌跡控制窗體示意圖。
六、結束語
水平分支井鑽完井技術在渤海綏中36-1稠油田試驗取得了成功，大大提高了稠油採收率，為渤海開發稠油油田開辟了一條嶄新的、高效的途徑。為開發渤海灣稠油油田，提高採收率做好了技術儲備。
旋轉閉環鑽井系統AutoTrak和PowerDrive在渤海地區都是初次應用。成功地進行了井眼軌跡的控制，保證中靶率100%，而且井眼軌跡平滑，為接下來的鑽完井作業提供了很好的保證。
『肆』 水平鑽井工藝技術在晉城煤層氣中應用實踐
張正修1郭丙政2商敬秋1孫建平2黃尊靈1盧忠良1鍾明1
（1.山東省煤田地質局第二勘探隊 山東嘉祥 272400）
（2.中聯煤層氣有限責任公司 北京 100011）
作者簡介：張正修，1956年生，男，山東省嘉祥縣人，工程師，山東省煤田地質局二隊隊長，從事鑽探施工管理工作。
摘要 煤層氣水平井是增加煤層氣井產量及降低開采成本的有效途徑。在中聯煤層氣有限責任公司山西晉城煤層氣項目開發中，採用車載鑽機，引用無線隨鑽（MWD）技術、綜合地質錄井方法成功實施了國內第一批15＃煤層水平井。煤層氣水平井技術主要包括軌跡設計與控制、目標煤層著陸、儲層保護、完井技術等。
關鍵詞 水平井 煤層氣 軌跡控制 鑽井液
Practice for Application of Horizontal Drilling Technique in Jinche ng CBM Field
Zhang Zhengxiu1，Guo Bingzheng2，Shang Jingqiu1，Sun JianPing2，Huang Zunling1，Lu Zhongliang1，Zhong Ming1
（1.Team No.2，Shandong Bureau of Coal Geology，Jiaxiang 272400；2.China United Coalbed Methane CorP.Ltd.，Beijing 100011）
Abstract：Horizontal drilling in coalbed methane field provides an effective technique to both increase gas proction rate for single well and decrease the cost of development.Using truck-mounted drilling rig，together with the advanced wireless Measure-While-Drilling（MWD）tools and comprehensive geological logging methods，CUCBMsuccessfully drilled several horizontal wells，which is the first group of wells drilled in China and they kept hole extending within coal 15＃.CBM Horizontal drilling technique mainly consists of well design，wellbore extending track inspection and control，landing in the goal coal seam，formation protection and completion method，etc.
Keywords：Horizontal drilling；CBM；extending track control；drilling fluid
1 概述
1.1 煤層氣鑽井的現狀
據預測，我國煤層氣的資源量居世界第三位，是煤層氣資源大國。近兩年，隨著石油價格的上漲，油氣及煤層氣的開發利用顯得越來越重要；同時，煤礦重大安全事故的接連發生使地面開採煤層氣的呼聲日益高漲。鑒於上述情況，國家政策對煤層氣開採的支持力度明顯增強，煤層氣的勘探開發也因之得到了迅速發展。2002年前的10年時間內，全國共完成216口各類煤層氣井，全部採用常規直井鑽井技術。而2005年一年完成的工程量已超過了2002年前10年的總和，鑽井類型也已向叢式井、造穴井及水平井、多分支水平井發展。
1.2 水平井是增加煤層氣井產量的必然方向
在美國煤層氣的開發中，水平井的施工及完井技術的成功使煤層氣的產量大大提高，使美國的煤層氣產業得到了空前發展。分析我國煤層氣的具體賦存條件，我國煤層普遍存在低壓、低滲和低飽和的特性，一般採用直井壓裂技術，單井產量在1000～3500m3/d。利用直井開發煤層氣，存在佔地多、投資大、投資回收期長、經濟效益低等缺點，嚴重製約了我國煤層氣開發速度。近兩年，我國的煤層氣鑽井領域採用石油部門的鑽井設備及石油水平井的鑽井技術，利用美國先進的儀器設備及人員服務，成功地施工了多分支水平井，取得了較好的效果。但由於工程造價較高，在我國快速推廣有一定難度。
中聯煤層氣有限責任公司在實施潘河示範項目一期工程和端氏項目多分支水平井的基礎上，深入總結沁南地區鑽井完井技術、壓裂增產技術，針對15號煤層單井產能低的問題，按照由簡單到復雜的原則，提出了在潘河示範項目區內利用水平井技術開發15煤的試驗，以期掌握並擁有自主知識產權的煤層氣水平井技術。因此，在中聯煤層氣有限責任公司和山東煤田地質局二隊的共同努力下，由山東煤田地質局二隊負責關鍵設備的配套並組織施工，在晉城潘河示範項目區內15＃煤層中成功地實施了兩口水平井（PHH-001，PHH-002），取得了一定的經驗，達到了鑽井設計目標。
2 設備選擇
2.1 鑽機選擇
我國煤層氣水平井主井眼井深一般在2000m以內。水平段一般不超過1500m。水平段超過1500m時，對設備要求高，施工難度加大，施工成本會大大增加。施工水平井，一般要選用頂驅能力在100t以上的鑽機。國內目前施工水平井的頂驅鑽機，最小能力250t，施工成本高。晉城地區煤層埋深較淺，3＃煤層埋深一般在300～350m左右，15＃煤層在400～450m范圍內。根據我隊現有設備的情況，選擇了T130XD鑽機。
T130XD頂驅車載鑽機主動力760馬力，名義鑽井深度1900m（311mm井徑，114mm鑽桿）。提升能力60t，頂驅給進能力14.5t，扭矩12kN·m，車載空壓機2.4MPa，排量38m3/min。鑽台可升起2.41m，因此能夠直接安裝防噴器。
該鑽機搬遷安裝極為方便，提升、回轉能力均能滿足煤層氣水平井施工的需要。該鑽機既可使用常規鑽井液鑽進，也可使用空氣鑽井。特別是該鑽機接單根用時很短，一般不超過1分鍾，有效地減少了接單根時因停泵造成的井下復雜的幾率。
2.2 隨鑽儀器選擇
在實際施工中，採用不同角度的彎接頭或彎螺桿鑽進，RST-48型無線隨鑽系統的電子探管將井底參數通過泥漿傳輸至地面，遠程計算機系統將泥漿脈沖進行解析後反饋給軌跡控制人員，軌跡控制人員通過採用滑動鑽進、復合鑽進、調整工具面、選擇鑽具造斜率等手段進行鑽井軌跡控制。
2.3 專用鑽具選擇
根據設計要求，選擇了兩種規格的單彎馬達4根、兩種規格的無磁鑽鋌4根、穩定器2根、隨鑽震擊器1件以及加重鑽桿4根。
3 水平井工藝技術
3.1 水平井的井眼軌跡設計
根據國內外施工水平井的經驗，設計的基本原則是：在充分了解地質資料的情況下，設計剖面應盡量避開可能的復雜地層，縮短增斜井段的水平位移，縮短增斜井段的長度，減少增斜及水平段扭矩的摩阻。為了確保在預計深度進入靶區，增加可調節的穩斜段。
3.1.1 增斜段設計
15號煤層薄，結構相對復雜，軌跡控制中調整頻繁、難度大，設計中要求做到：
（1）詳細了解地質構造、地層傾角、可鑽性等情況，結合鄰井地質、鑽井、測井資料、卡准煤層位置、准確地設計靶區。
（2）設計造斜率應適當低於動力鑽具結合的造斜能力，縮短動力鑽具定向鑽井井段，增長導向鑽進井段，確保井眼的平滑、安全。
（3）優化剖面結構，最大限度減少摩阻和扭矩，為後期水平段施工提供安全基礎。
3.1.2 水平段的設計
掌握煤層的厚度、傾角、走向及煤層頂底板的岩性和地層的構造情況，盡量減少調整段。
對水平井的長度的設計，從理論上講，水平段的長度越長越好，水平段長度的增加受到工程技術及煤層地質條件、煤質等多因素的限制，一般根據預測的施工長度及施工中遇到的具體情況決定水平井的最佳長度。
3.2 鑽具組合
（1）直井段：一般選用塔式鑽具組合。
（2）造斜增斜段：採用了單彎螺桿造斜。
（3）水平段：優化鑽具組合，使用短無磁鑽鋌及無磁扶正器，縮短隨鑽測量儀器與鑽頭的位置距離，盡量選擇造斜能力強的鑽具組合，以便及時調整鑽井軌跡。
在施工中，為保證井壁圓滑規則，減少工程風險，盡量增大復合鑽進的比例。
通過兩口水平井的實踐，鑽頭+導向馬達+無磁鑽鋌+MWD短節+抗壓縮鑽桿+鑽桿的鑽具組合，應用效果較好。
3.3 動力鑽具選擇
為了適合軟及中硬地層，選擇了中轉速中扭矩馬達。
3.4 鑽頭的選擇
二開造斜段選擇HJ517L鑽頭，三開水平段選擇PDC鑽頭。
3.5 鑽井液的選擇
煤層氣井施工時，煤儲層保護極為關鍵。在本次鑽井中，主要採用清水鑽進，嚴格控制鑽井液固相含量、比重，井內岩粉較多時，通過泵入高粘無污染鑽井液排出岩粉，既保證了井內安全，又防止了儲層污染。
3.6 軌跡控制技術
水平井的井眼軌跡控制技術是水平鑽井成套技術中的關鍵環節，總的要求是具有一定的控制精度，具有較強的應變能力，具有較高的預測准確度，達到較穩、較快的施工水平。
3.6.1 彎馬達的選擇
根據軌跡全形變化率選擇相對應的彎馬達，見下表：
單彎馬達造斜率
單彎馬達的造斜率與地質構造及現場施工參數有關，不同的地層和施工參數造斜率不同，在實際施工中，選擇馬達的造斜率應大於設計造斜率。
3.6.2 著陸軌道控制
（1）著陸點應在水平預計點前部小於20m。
（2）著陸前下入LWD，對鑽進地層進行自然伽馬跟蹤，通過氣測錄井、鑽時錄井、地質錄井，確保著陸准確，並在煤層中鑽進。
4 工程成果
PHH-001水平井共完成主井眼一個、分支井眼2個，完成鑽井總進尺1678m，其中6寸井眼進尺1056m，15＃煤層段進尺1050m，現場評定煤層鑽遇率93.1%。主井眼軌跡控制達到設計要求，分支井軌跡控制較差，但通過增加進尺，確保了該井控制面積。實際建井周期46.42d。
PHH-002水平井共完成主井眼一個、分支井眼5個，完成鑽井總進尺2624m，其中6寸井眼進尺2047m，15＃煤層段進尺2030m，現場評定煤層鑽遇率80.7%。實際建井周期33.67d。
5 經驗與建議
通過兩口水平井的施工，取得了以下經驗：
（1）及時測斜、准確計算、跟蹤作圖是保證井身軌跡的關鍵。使用MWD能准確掌握井身軌跡的變化情況，使軌跡得到有效控制。
（2）在鑽井過程中，隨時觀察扭矩、泵壓的變化，發現問題及時分析、解決。
（3）根據馬達的使用特性和鑽井要求，確保馬達的排量和使用要求。按照馬達的水平推力和鑽壓平衡圖，選擇最優的鑽壓，確保馬達在平衡狀態下工作。
（4）使用柔性鑽具組合，以加重鑽桿替代鑽鋌。
（5）正常鑽進時，密切關注拉力變化，發現問題及時上提鑽具或短起下。
（6）為保證在煤層中鑽進，採用伽馬值監測、氣測錄井、鑽時及岩屑錄井的綜合分析手段，及時進行軌跡調整。
（7）15＃煤平均厚度只有3m左右，遇到地層突變時很容易穿到頂底板，由於水平井施工的特殊性，鑽井軌跡不能很快調整到煤層中，會導致煤層穿透率降低，影響產能。因此合理布置井位、優化主井眼及分支井眼方位是水平井成功的關鍵。
在完井技術方面應盡快推廣篩管完井技術，以保證水平井的穩定產能。
『伍』 水平井怎麼打工具面
和定向井一樣，無非就是要注意角差誤差不能差太多，工具面一定要穩，尤其是前幾根，寧可犧牲鑽時也要保證工具面穩定。
『陸』 怎麼解釋（井筒方位角）
井筒方位角是根據(西安或北京)坐標系確定坐標，(gps)定位儀定位。
方位角，又稱地平經度(Azimuth angle，縮寫為Az)，是在平面上量度物體之間的角度差的方法之一。是從某點的指北方向線起，依順時針方向到目標方向線之間的水平夾角。
『柒』 開採石油和天然氣時如何在地下深處打水平井
小油瓶先用張圖展現一下打水平井的意義所在
正是憑借鑽桿的彎曲度，鑽井液的潤滑，螺桿的造斜，我們才可以將一個垂直的井眼變成一個水平的井眼，這就是在地下深層打水平井的大概原理！
『捌』 水平井定向中，問題：1.工具面的概念，什麼情況下分別使用磁力工具面和重力工具面
角差是指內部測量點於外部測量點的差距。是儀器高邊於螺桿高邊的角度差距
『玖』 什麼叫水平井
井斜角達到或接近90°，井身沿著水平方向鑽進一定長度的井。如附圖所示，井眼在油層中水平延伸相當長一段長度。有時為了某種特殊的需要，井斜角可以超過90°，「向上翅」。一般來說，水平井適用於薄的油氣層或裂縫性油氣藏，目的在於增大油氣層的裸露面積。 （石油技術辭典 > 第四篇 鑽井工程 > 九、定向鑽井 > 水平井）
其他
水平井是指井的透水段（透氣段）濾管呈水平放置的抽（注）流體的集水建築物。這類井有幾個重要特點 1.水向水平井的流動具有較大的垂向分速度 2.井透水段同含水層有較大接觸面積 3.井的地表出口可避開地表永久障礙物（飛機跑道、河流、公路和建築物等） 4.在含水層厚度很小的情況下，也可安裝透水段很長的水平井』 在許多實際應用中水平井的以上特點使它在許多領域的應用較豎直井優越得多，一般來講，水平井大大提高了集水建築物與地下水非飽和帶中的氣體、地下油氣的接觸面積，有效地提高了流體的抽取效率
『拾』 石油的鑽井通常都有上千米深，大概的工作原理是怎樣的
通俗簡單的說吧：
能源是電力，
機械傳動，通過方鑽桿，轉動的力在地面傳給方鑽桿，方鑽桿下面是鑽桿，鑽桿下面是鑽頭，跟我們在地面上用電鑽鑽一個孔原理差不多
不同的是鑽桿之間用螺紋連接，鑽到一定深度，就得擰開中間再加一節鑽桿，這樣一節一節鑽下去，就可以達到幾千米深了。
每鑽一定深度，還得測量，有專門的測井公司，如發生偏差及時修正，
現在的鑽井水平，十分厲害，可以在直著鑽上千米深後再拐彎90度，鑽孔能拐彎這種情況，在其它行業，是完全不可能的，