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定向射孔陀螺工藝的討論和研究

文檔作者：崔自強(qiáng) 文檔來(lái)源：中海油田服務(wù)股份有限公司		更新日期： 2026年07月26日	點(diǎn) 擊數(shù)：
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技術(shù)應(yīng)用與研究
一、定向射孔的目的和意義
射孔完井是石油開采工程中的重要環(huán)節(jié)，實(shí)踐表明
射孔效果好壞不僅直接影響到油井的產(chǎn)能質(zhì)量，還會(huì)關(guān)
系到石油生產(chǎn)的安全。射孔的最終目的就是為了產(chǎn)層與
井筒之間建立相互可靠的通道，從而獲得最大的產(chǎn)出。
實(shí)驗(yàn)證明由于地層滲透性各向并不均勻，多數(shù)情況下，
水利壓裂形成的裂縫都是沿著主導(dǎo)預(yù)定裂縫平面延伸
的，應(yīng)力在垂直方面上最大。如果射孔孔道方向和最大
應(yīng)力方向不一致就會(huì)導(dǎo)致壓裂時(shí)在井眼周期產(chǎn)生復(fù)雜的
通道，增加摩擦力，從而降低了孔道的壓裂效果。
結(jié)合多年工作經(jīng)驗(yàn)，定向射孔在石油勘探與開發(fā)中
的應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義：首先采取定向射孔陀螺工
藝可以提升產(chǎn)能效率。通過(guò)定向射孔可以讓石油勘察工
程師集中精力優(yōu)化孔道的裂縫、支撐劑置入等因素，從
而有效避免過(guò)度考慮井眼處流體的流動(dòng)因素；其次對(duì)低
滲透油氣層在水力壓裂和酸化作業(yè)前進(jìn)行預(yù)處理，這樣
可以提高水力壓裂的目的；最后定向射孔有效提高了產(chǎn)
量。例如，定向射孔陀螺工藝不僅可以解決常規(guī)油管輸
送式管柱所存在的弊端，而且還可以解決由于斜井所導(dǎo)
致的管柱無(wú)法旋轉(zhuǎn)的問(wèn)題，這樣無(wú)形中提高了產(chǎn)能。
二、定向射孔的相關(guān)作業(yè)過(guò)程介紹
下面以近年某油田某井，渤海自營(yíng)油田的首口多底
分支井的定向射孔作業(yè)為例，向大家介紹下定向射孔陀
螺作業(yè)在油氣開發(fā)中的應(yīng)用。
某井在原來(lái)的9-5/8″套管里（深度1530m）開窗側(cè)
鉆8-1/2″井段著陸，然后打6″水平段，作業(yè)的關(guān)鍵在于
開窗側(cè)鉆后，如何進(jìn)行斜向器的定向和定向射孔作業(yè)。
1.側(cè)鉆開窗
鉆具組合如下：斜向器+控制短節(jié)+6-3/4"NMDC+6-
3/4"HOS+6-3/4"UBHO+6-3/4"F/J&amp;amp;JAR+ HWDP*14+DP。
下鉆至1528.3m，本次使用威德福空心斜向器，完井
后要對(duì)斜向器定向射孔，以溝通下支。本斜向器可開泵
四次，前三次不坐封，第四次坐封。開泵一次后，MWD
顯示斜向器工具面為2L，然后下Keeper陀螺對(duì)工具面進(jìn)
行復(fù)測(cè)，結(jié)果一致，再開泵3次，使斜向器完成坐封，然
后進(jìn)行磨銑窗口和修窗作業(yè)。上窗口-下窗口距離為：
1528.3~1532.5m。
2.鉆井作業(yè)過(guò)程
在開窗作業(yè)完成后，接下來(lái)進(jìn)行鉆井作業(yè)，首先
8-1/2″井段著陸。
鉆具組合：8-1/2"PDC+6-3/4"PDM（1°)+ 6-3/4"F/
V + 6 - 3 / 4 " F E + 6 - 3 / 4 " H O C + 6 - 3 / 4 " N M D C + 6 - 3 / 4 " F /
J&amp;amp;JAR+HWDP*14+DP，本趟鉆使用LWD進(jìn)行隨鉆測(cè)
井，鉆進(jìn)至2065m。
6″水平段，為本井的上分支，使用SLB LWD隨鉆工
具，鉆進(jìn)至2427m本井完鉆。
鉆具組合：6"PDC+4-3/4"PDM（1°)+4-3/4"F/
V + 4 - 3 / 4"SNMDC+4-3/4"Impulse（LWD+MWD）
+4-3/4"NMDC+4-3/4"F/J&amp;amp;JAR+3-1/2"HWDP*14+3-
1/2"DP*40stand+X/O+ 5"DP*15stand +5"HWDP*4stand +5"DP。
三、定向射孔的準(zhǔn)備和核心操作
1.Keeper陀螺儀器的介紹
在本井作業(yè)中我們選用了目前國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的Keeper
定向射孔陀螺工藝的討論和研究
崔自強(qiáng)　　中海油田服務(wù)股份有限公司
【摘　要】射孔是石油勘探與開發(fā)工程常見的技術(shù)，尤其是定向射孔在石油勘探與開發(fā)應(yīng)用中越來(lái)越普及。定向射
孔可以使射孔孔道和多級(jí)復(fù)合高能氣體壓力有效作用于最大地應(yīng)力方向上，這樣可以形成較寬的裂縫，
可以改善裂縫導(dǎo)流能力，進(jìn)而提高壓裂效果。與此同時(shí)在特殊的地質(zhì)環(huán)境中，采取定向射孔可以有效降
低孔道的出砂量，該技術(shù)可以為特殊施工作業(yè)提供有效的輔助手段。實(shí)踐充分證明采取定向射孔能夠?yàn)?
后續(xù)的水利壓裂和酸化壓裂提供流體流動(dòng)路徑和滲流環(huán)境，起到降低地層破裂壓力的作用。因此本文結(jié)
合多年工作經(jīng)驗(yàn)，立足于對(duì)定向射孔目的與意義的分析，闡述定向射孔相關(guān)作業(yè)過(guò)程以及選用Keeper陀
螺以及測(cè)井儀器、油管輸送射孔以及電纜系統(tǒng)等方面實(shí)施定向射孔的核心操作、工藝流程等，以此構(gòu)建
完善的定向射孔陀螺工藝方案，為今后工作提供經(jīng)驗(yàn)參照。
【關(guān)鍵詞】定向射孔；陀螺；校深；方位角
【DOI】10.12316/j.issn.1674-0831.2022.01.021
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技術(shù)應(yīng)用與研究
陀螺進(jìn)行作業(yè)，它是美國(guó)Scientific Drilling公司生產(chǎn)的第
三代自尋北速率陀螺，具有自動(dòng)尋北，測(cè)量速度快，精
度高，適用范圍廣，運(yùn)行穩(wěn)定等特點(diǎn)。
Keeper陀螺的操作測(cè)量精度：
井斜：±0.05°（0°～70°）
±0.1°（70°～90°）
方位：±0.1°
圖1　Keeper陀螺的連接示意圖
目 前 我公司Keeper陀螺最高工作溫度是80℃
（ 1 8 0 F ） 。 用 保 溫 筒 時(shí) 應(yīng) 注 意 保 溫 筒 有 無(wú) 損 壞 ，
對(duì) 于 新 的 保 溫 筒 ， 連 續(xù) 使 用 時(shí) 間 如 下 ： 3 h o u r s i n
1.85″heatshield。
上述這個(gè)問(wèn)題是必須考慮和面對(duì)的，因此在作業(yè)中
溫度要時(shí)刻關(guān)注，及時(shí)采取降溫措施。
2.定向射孔的過(guò)程及相關(guān)問(wèn)題的處理
圖2　射孔現(xiàn)場(chǎng)的斜向器及同位素深度示意圖
上部放射性記號(hào)：1529.55mMD1291.83mTVD
下部放射性記號(hào)：1532.29mMD1294.09mTVD
射孔段上部：1529.75mMD
射孔段下部：1532.19mMD
溫度：68℃
3.定向射孔過(guò)程需注意的問(wèn)題和解決方案
（1）Offest的正確量取，至關(guān)重要。定向射孔的工
具面偏差要求小于+5°，所以陀螺自身的TFO和UBHO的
Offset值量取要求格外的精確。
我們工程師在陀螺TFO的量取時(shí)，采用了氣泡水平
儀并采用多次測(cè)量，盡可能提高測(cè)量的精確度，將陀螺
高邊進(jìn)行校正核對(duì)，確保陀螺儀器的測(cè)量精確性。而對(duì)
于UBHO到斜向器的Offset值、UBHO到射孔槍的Offset值
量取值都要盡量精確，由于油管的柔韌性不利于組合時(shí)
的測(cè)量，為了保證測(cè)量角差的測(cè)量精度，這就大大對(duì)我
們的工作提出了更大的挑戰(zhàn)。
最后我們?cè)诮M合前，將鉆具按照規(guī)定扭矩上緊扣
后平躺，再用水平儀，采用取中間段測(cè)量的方法，把
UBHO刻線進(jìn)行下沿，將射孔槍的高邊也進(jìn)行了順延，
方便測(cè)量。注意在量取UBHO的Offest值時(shí)必須三方確
認(rèn)，量取并計(jì)算出“斜向器高邊”順時(shí)針至“定向鍵”
的角差，從而可將陀螺高邊修正到斜向器上。另外在實(shí)
際作業(yè)過(guò)程中，為了保證精確度，在鉆具組合時(shí)，我們
采用了鉛垂線的方法對(duì)地面量取角差，進(jìn)行了校正復(fù)
核，大大降低了誤差，提高了測(cè)量精度。
（2）必須明確一點(diǎn)，第一次下斜向器的陀螺高邊工
具面和定向射孔時(shí)的工具面存在關(guān)聯(lián)。下斜向器時(shí)要求
從高邊的+10°出去，由于定向射孔是在斜向器的斜面
上射孔。需要射孔槍的槍眼正對(duì)斜向器斜面（即和斜面
垂直）。
圖3　射孔方位角
根據(jù)斜向器高邊工具面為2L（-2°），那定向射孔
時(shí)射孔槍的工具面應(yīng)為180+（-2）=178R。
（3）要求陀螺測(cè)量精度必須準(zhǔn)確，為了保證陀螺的
測(cè)量精度，必須從以下方面進(jìn)行驗(yàn)證：
第一，尋北數(shù)據(jù)精確，各項(xiàng)參數(shù)符合要求，Noise值
較小；
第二，出井后對(duì)船首準(zhǔn)確；
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技術(shù)應(yīng)用與研究
第三，下斜向器和定向射孔時(shí)，兩次陀螺測(cè)量在井
下選取同一深度，參照老井軌跡，看方位和井斜值是否
一致。
（4）由于射孔井深溫度大約68℃，溫度較高，工程
師應(yīng)密切注意KDAC中的溫度，千萬(wàn)不要超過(guò)最高工作
溫度，以免影響陀螺的正常運(yùn)行。
（5）定向射孔前需進(jìn)行深度核對(duì)，通常采用陀螺深
度與測(cè)井的伽馬深度校正進(jìn)行核對(duì)，保證了射孔深度和
位置的準(zhǔn)確性。
（6）定向射孔，用轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)鉆具后，都要活動(dòng)鉆具
來(lái)釋放扭矩，保證鉆具處于自由狀態(tài)獲取最后的工具面
數(shù)據(jù)。建議的方法有：
第一，天滑輪放大鉤上，每次活動(dòng)鉆具時(shí)，需取出
陀螺儀器。
第二，天滑輪放井架橫梁上，用吊卡活動(dòng)鉆具時(shí)陀
螺儀器仍在鉆具里，不過(guò)這種存在風(fēng)險(xiǎn)，需現(xiàn)場(chǎng)人員小
心配合操作。
四、定向射孔技術(shù)原理及工藝流程
定向射孔陀螺技術(shù)是在常規(guī)的油管輸送式射孔管柱
的基礎(chǔ)上，在起爆器與深度短接之間接入一定向接頭，
該定向接頭有一與射孔彈穿孔方一致的定位鍵作為方位
的標(biāo)志。將管柱下入井內(nèi)，達(dá)到預(yù)定深度后，用電纜攜
帶自然伽馬和磁定位儀下入油管中射孔槍的頂部，通過(guò)
磁性測(cè)量及地層放射性量確定目前管柱所對(duì)應(yīng)的射孔深
度，并與設(shè)計(jì)要求射孔深度進(jìn)行比較，調(diào)整管柱從進(jìn)行
射孔深度定位。
隨后用電纜將Keeper陀螺下入油管中進(jìn)行方位測(cè)
量。測(cè)量方位時(shí)陀螺引斜與定向接頭的定位鍵吻合，彼
此相對(duì)固定，測(cè)量定位鍵的方位，計(jì)算出射孔彈穿孔的
方位。若測(cè)量的方位與目標(biāo)方位不一致，則需轉(zhuǎn)動(dòng)鉆具
調(diào)整方位，需特別注意，因轉(zhuǎn)動(dòng)造成了扭矩，此時(shí)測(cè)量
是不準(zhǔn)確的。我們需在釋放扭矩后重新測(cè)量，直到測(cè)量
方位與目的方位的誤差在誤差允許圍內(nèi)后，起出定向陀
螺，然后進(jìn)行射孔點(diǎn)火，工藝流程圖如圖4所示。
校正測(cè)量部分：
第一，地面數(shù)控測(cè)井儀器與CCL+GR井下組合儀器進(jìn)
行射孔器的深度定位；
第二，Keeper陀螺測(cè)斜儀進(jìn)行射孔器的方位定位。
圖4　工藝流程圖
五、結(jié)束語(yǔ)
總之，定向射孔陀螺的應(yīng)用不僅解決了在斜井中實(shí)
施定向射孔的技術(shù)問(wèn)題，而且在測(cè)量斜井、方位等方面
提供了重要的技術(shù)支持，有效解決了石油開發(fā)工程中所
遇到的復(fù)雜問(wèn)題。尤其是在定向射孔作業(yè)中通過(guò)應(yīng)用陀
螺儀器能夠在遇到復(fù)雜的施工問(wèn)題借助陀螺進(jìn)行測(cè)量驗(yàn)
證，并及時(shí)有效的解決施工中所出現(xiàn)的各種問(wèn)題，大大
提高產(chǎn)能。當(dāng)然在應(yīng)用定向射孔陀螺工藝時(shí)必須要對(duì)對(duì)
射孔段的地層環(huán)境分析正確，只有這樣才能發(fā)揮定向射
孔的作用，避免復(fù)雜水力裂縫的形成。
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