定向井技术(第四章第一节)

1、定向井技术定向井技术( (第四章第一节第四章第一节) ) 二维井眼轨道设计及计算实例二维井眼轨道设计及计算实例 定向井的总体优化设计定向井的总体优化设计 第4章 定向井井眼轨道优化设计 4.1.4 设计井眼轨道的原则 4.1.1 井眼轨道的类型 4.1.2 井眼轨道的图示法 4.1.3 井眼轨道的描述参数 4.1 井眼轨道的空间形态 4.1.1 井眼轨道的类型 4.1 井眼轨道的空间形态 4.1 井眼轨道的空间形态4.1 井眼轨道的空间形态 4.1.1 井眼轨道的类型 三段式轨迹 多靶三段式轨迹 4.1 井眼轨道的空间形态4.1 井眼轨道的空间形态 4.1.1 井眼轨道的类型 五段式轨迹 双增

2、式轨迹 4.1.1 井眼轨道的类型 直井段直井段 造斜点造斜点 增斜段增斜段 最大井斜角最大井斜角 max max 降斜段降斜段 直井段直井段 斜井深斜井深 水平位移水平位移 井身在垂直平面内的投影井身在垂直平面内的投影 1) 1) 直井段直井段: :设计井斜角为设计井斜角为 零度的井段。零度的井段。 2) 2) 造斜点造斜点: :开始定向造斜开始定向造斜 的位置称为造斜点。通常的位置称为造斜点。通常 以该点的井深来表示。以该点的井深来表示。 3) 3) 造斜率造斜率: :造斜工具的造造斜工具的造 斜能力斜能力, ,即该造斜工具所即该造斜工具所 钻出的井段的井眼曲率。钻出的井段的井眼曲率。 4

3、) 4) 增斜段增斜段: :井斜角随井深井斜角随井深 增加的井段。增加的井段。 a b c d e a b c a b d c a b e d c a b 4.1.1 井眼轨道的类型 直井段直井段 造斜点造斜点 增斜段增斜段 最大井斜角最大井斜角 max max 降斜段降斜段 直井段直井段 斜井深斜井深 水平位移水平位移 井身在垂直平面内的投影井身在垂直平面内的投影 6) 降斜段降斜段:井斜角随着井深井斜角随着井深 的增加而减小的井段。的增加而减小的井段。 5) 稳斜段稳斜段:井斜角保持不变井斜角保持不变 的井段。的井段。 7) 目标点目标点:设计规定的、设计规定的、 必须钻达的地层位置，通必

4、须钻达的地层位置，通 常以地面井口为坐标原点常以地面井口为坐标原点 的空间坐标系的坐标值来的空间坐标系的坐标值来 表示。表示。 e d c a b 4.1.1 井眼轨道的类型 直井段直井段 造斜点造斜点 增斜段增斜段 最大井斜角最大井斜角 max max 降斜段降斜段 直井段直井段 斜井深斜井深 水平位移水平位移 井身在垂直平面内的投影井身在垂直平面内的投影 9) 靶心距：在靶区平面上靶心距：在靶区平面上, 实钻井眼轴线与目标点之实钻井眼轴线与目标点之 间的距离间的距离 。 8) 靶区及靶区半径靶区及靶区半径:包含包含 目标点在内的一个区域称目标点在内的一个区域称 为靶区。在大斜度井和水为靶区

5、。在大斜度井和水 平井中，靶区为包含设计平井中，靶区为包含设计 井眼轨道的一个柱状体。井眼轨道的一个柱状体。 4.1 井眼轨道的空间形态4.1 井眼轨道的空间形态 4.1.2 井眼轨道的图示法 三三 种种 图图 示示 法法 柱面图表示法柱面图表示法 三维坐标图示法三维坐标图示法 投影图表示法投影图表示法 1）三维坐标图示法）三维坐标图示法 4.1 井眼轨道的空间形态 4.1.2 井眼轨道的图示法 这种图这种图 示法相示法相 当于工当于工 程制图程制图 中的轴中的轴 侧图。侧图。 2投影图表示法投影图表示法 这种图示法包括两张图，一张是水平投影图水平投影图，一张是垂直投垂直投 影图影图。 4.1

6、.2井眼轨道的图示法 3柱面图表示法柱面图表示法 它包括两张图， 一张是水平投影图， 一张是垂直剖面图。 4.1 井眼轨道的空间形态 4.1.2 井眼轨道的图示法 、井深：指井口至测点间的 井眼实长，L表示。 一、 基本参数 、井斜角：该测点处的井眼 方向线与重力线之间的夹角称 为该测点的井斜角。表示。 4.1 井眼轨道的空间形态 4.1.3 井眼轨道的描述参数 、方位角 以正北方位线为始边，顺 时针旋转至井斜方位线所 转过的角度， 表示。 4.1 井眼轨道的空间形态 4.1.3 井眼轨道的描述参数 、磁偏角 磁北方位线与正北方位线之间的夹角。 真方位角磁方位角 + 东磁偏角 或 真方位角磁方

7、位角 - 西磁偏角 4.1.2 井眼轨道的描述参数 4.1 井眼轨道的空间形态 、井斜变化率、井斜变化率 指井斜角随井深变化的程度，以K表示。 可写为 K K =d =d/d/dL L 两测点参数表示 K K = = / /L L 注注：K K 的单位通常是度每100米。 一般为测段内的平均值。 、井斜方位变化率 是指井斜方位角随井深变化的程度，以K K 表示 K K dd/ /dLdL 两测点参数表示 K K = =/ /L L 注：注：K K ，的单位通常也是度每100米。 一般也为测段内的平均值。 4.1.3 井眼轨道的描述参数 4.1 井眼轨道的空间形态 、垂深 即测点的垂直深度， 以

8、H表示，是指井身上任 一点至井口所在水平面 的距离。 对于测段来说，有 垂深的增量简称垂增， 以H表示。 4.1.2 井眼轨道的描述参数 4.1 井眼轨道的空间形态 、水平长度 测点井深的水平投影长度， 以S表示，是指从井口至测 点的井眼长度在水平面上 的投影长度。 对于测段来说，水平长度 的增量简称平增，以S表 示。 4.1.3 井眼轨道的描述参数 4.1 井眼轨道的空间形态 、水平位移 即测点的平移，以A表示， 是指测点至井口所在的铅垂 线的距离。 在我国，将完钻时井底 的水平位移称为闭合距。在 国外，所有各测点的水平位 移均可称为闭合距。 4.1.3 井眼轨道的描述参数 4.1 井眼轨道

9、的空间形态 10、平移方位角 以表示，是指以正北方位线为 始边顺时针转至平移方位线上 所转过的角度。 在我国，将完钻时井底的平移 方位角称为闭合方位角。在国 外，全井所有各点(包括井底) 的平移方位角均称为闭合方位 角。 4.1.2 井眼轨道的描述参数 4.1 井眼轨道的空间形态 11、N坐标和E坐标 以N和E表示，是指测 点在以井口为原点的水 平面坐标系里的坐标值。 对于测段来说，有N坐 标和E坐标的增量N 和E 4.1.3 井眼轨道的描述参数 4.1 井眼轨道的空间形态 12、视平移 井身上某点在垂直投影面 上的水平位移，或者说 水 平位移在设计方位线上的 投影。 视平移以V表示，对于一

10、个测段来说，可以有视平 移的增量，可称为视平增 V 。 4.1.3 井眼轨道的描述参数 4.1 井眼轨道的空间形态 13、井眼轴线在垂直剖面图上的曲率 井眼轴线在垂直剖面图上的曲率(以KH表示)， 就是井斜角对于井深的一阶导数，即KH = d/dL ， 所以KH=K ， ，即井眼轴线在垂直剖面到上的曲率就等 于井斜变化率 。 4.1.3 井眼轨道的描述参数 4.1 井眼轨道的空间形态 14、井眼轴线在水平投影图上的曲率、井眼轴线在水平投影图上的曲率 井眼轴线在水平投影图上的曲率(以KA表示)， 就是井斜方位角对于水平投影长度的一阶导数，即 KA=d/ds 。对于一个测段来说，假设井斜方位角均匀

11、 变化。则KA=/s 。 4.1.3 井眼轨道的描述参数 4.1 井眼轨道的空间形态 15、井眼曲率 井眼曲率是指单位长度井段内的全角变化值，以K表示。 则K =/L 。 其中：其中：称为两点间的全角变化值，或称为两点间的狗 腿角。 100英尺（或30米）的全角变化率被称为狗腿严重度(简称 为狗腿度)。 4.1.3 井眼轨道的描述参数 4.1 井眼轨道的空间形态 二、井眼曲率的计算方法二、井眼曲率的计算方法 公式计算法 查图法 图解法 查表法 尺算法 4.1.3 井眼轨道的描述参数 4.1 井眼轨道的空间形态 二、井眼曲率的计算方法二、井眼曲率的计算方法 1第一套公式 这是根据空间微分几何原理

12、推导出来的， 对于一个测点来说，公式形式为： 或 或 因此 sin sin sin sin 222 2 22 422 222 c c c AH c LL K KKK KKK 4.1.3 井眼轨道的描述参数 4.1 井眼轨道的空间形态 2.第二套公式 假设：测段是平面曲线。公式的表达形式是直接 求测段的狗腿角。 cossinsincoscoscos 2121 式中的。1 、1和2 、2分 别为上、下测点的井斜角和井斜方位角。 12 4.1.3 井眼轨道的描述参数 4.1 井眼轨道的空间形态 2.第二套公式 若将前式用半角和平均角形式来表达，则可得： 2 sinsin 2 cos 2 sin 2

13、sin 22222 c 简化得： 2 sinsin 2 sin 2 sin 2222 c 4.1.3 井眼轨道的描述参数 4.1 井眼轨道的空间形态 3.第三套公式 这套公式源于沙尼金图解法，其表达式为： cos2 21 2 2 2 1 4.1.3 井眼轨道的描述参数 4.1 井眼轨道的空间形态 三套公式的比较：三套公式的比较： 第一套公式推导严密，具有普遍性，适合于各种形状的井眼。第一套公式推导严密，具有普遍性，适合于各种形状的井眼。 第二套公式的推导是建立在假设井眼轴线为第二套公式的推导是建立在假设井眼轴线为平面曲线平面曲线的前提的前提 下，因而只能适合于下，因而只能适合于平面曲线的井眼平

14、面曲线的井眼(例如，用动力钻具带弯例如，用动力钻具带弯 接头保持装置方位角不变钻出的井眼接头保持装置方位角不变钻出的井眼)。 第三套公式本身就是近似公式，它的使用条件是第三套公式本身就是近似公式，它的使用条件是井斜角较井斜角较 小，井斜方位角的变化也较小，否则，误差很大。小，井斜方位角的变化也较小，否则，误差很大。 4.1.3 井眼轨道的描述参数 4.1 井眼轨道的空间形态 1）整体坐标系）整体坐标系 分别以北、东和垂深方向作为轴、轴和轴的正向。所建立的分别以北、东和垂深方向作为轴、轴和轴的正向。所建立的 右手坐标系可称为整体坐标系右手坐标系可称为整体坐标系。 2）井眼坐标系）井眼坐标系 在井

15、眼轨道上，取某点为原点，以井眼高边为轴，井眼轨道切线为在井眼轨道上，取某点为原点，以井眼高边为轴，井眼轨道切线为 轴，建立右手坐标系轴，建立右手坐标系p-xyz。则：则：x轴指向增井斜方向；轴指向增井斜方向；y轴指向增方轴指向增方 位方向；位方向；z轴指向井眼轨道前进方向。轴指向井眼轨道前进方向。 4.1 井眼轨道的空间形态 4.1.3 井眼轨道的描述参数 三、井眼的坐标系 4.1 井眼轨道的空间形态 4.1.4 设计井眼轨道的原则 1) 1) 根据油气田勘探开发要求，保证实现钻井目的；根据油气田勘探开发要求，保证实现钻井目的； 4.1 井眼轨道的空间形态 4.1.4 设计井眼轨道的原则 2) 2) 根据油气田的构造特征、油气产状，有利于提高油气产量根据油气田的构造特征、油气产状，有利于提高油气产量 和采收率，改善投资效益；和采收率，改善投资效益； 4.1 井眼轨道的空间形态 4.1.4 设计井眼轨道的原则 3) 3) 在选择造斜点、井眼曲率、最大井斜角等参数