定向井技术(第四章第一节)

1、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

2、井斜角maxmax 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) 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。abcdeabcabdcabedcab4.1.

3、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maxmax 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。edcab4.1.1 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

4、大井斜角最大井斜角maxmax 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。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

5、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。4.1.2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

6、 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

7、化的程度，以K K表示 K Kdd/ /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

8、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.

9、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

10、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

11、 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推导出来的，对于一个测点来说，公式形式为：或 或因此 sinsinsinsin 222222422222cccAHcLLKKKKKKK4.1.3 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。 cossinsincoscoscos2121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。124.1.3 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

12、： 2sinsin2cos2sin2sin22222c简化得： 2sinsin2sin2sin2222c4.1.3 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：cos22122214.1.3 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面曲线的井眼

13、(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）井眼坐标系在井眼轨道上，取某点为原点，以

14、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、最大井斜角等参数时，有利于在选择造斜点