井眼轨迹设计与控制课件

1、 井眼轨迹设计与控制(Well Path Design & Control )概述一、定向钻井1.定义定向钻井是使井眼沿预先设计的井眼轴线（井眼轨迹）钻达预定目标的钻井过程。概述2.特点(与直井区别):设计一条通往目的层的最佳轨迹.井斜角大、水平位移大、井眼曲率大.工艺技术特殊,需专门井下工具，钻压损失大、扭矩大，需经常测斜（一般一根单根测一次）、定向（指用井底动力钻具钻进），频繁起下钻.钻具事故可能性大,例如:井斜角大易粘卡钻,井眼曲率大易键槽卡钻和钻具易疲劳破坏.一、定向钻井概述3.发展简史18971920，顿钻+斜向器.19201940，转盘钻+斜向器.19401960，井下动力钻具.1

2、960 ，转盘钻+稳定器或井下动力钻具+稳定器.一、定向钻井在坑道挖掘中也常用概述二、定向井的引入2、世界上 第一口真正有记录的定向井是 1932年美国人在加利福尼亚亨延滩油田完成，当时浅海滩下油田的开发是在先搭的栈桥上竖井架钻井。美国一位有创新精神的钻井承包商改变了选种做法，他在陆地上竖井架，使井眼延伸到海床下，开创了钻井新纪元。1、 定向井引入石油钻井在19世纪后期,当时的定向井是在落鱼周围侧钻。概述5、我国的第一口定向井是1955年在玉门油田钻成，井号为C215井。1965年在四川油田钻成了我国第一口水平井，磨三井，水平延伸160m，是继美、苏之后第三个钻成水平井的国家。6、四川油田的草

3、16井，1987年钻成，是一口过长江定向井。7、胜利油田的河50丛式井组，1988年完成，一个陆地平台钻成35口定向井。概述8、1997年南海东部西江项目打成水平位移8000米的大位移定向井，当时世界最深。9、1998年渤海公司 QK17-2地区4口大位移井。概述三、定向井的应用范围1、地面条件限制油田所处地面不利于或不允许设置井场钻井或搬家安装受到极大障碍。如：1）英国的北海油田 2）中国的塔里木油田 3）前苏联西伯利亚油田的开发概述2、地下地质条件要求:增产由于地质构造特点，定向井能更有利于发现油藏、增加开发速度。 概述1）胜利油田辛7411井,属多目标井,该井穿了四个油层，相当于4口直井

4、的经济效益.2）磨3井（四川磨溪构造），薄油层，总深度1685m，油层内延伸160m，初产产量比直井高10倍.3）前苏联依申拜油区66 / 45井,属水平多底井,有八个分枝井底，产量增加10倍.概述3、海上生产集输需要概述 4、钻井技术的需要需用定向井来处理井下复杂情况或易斜地层的钻井1）新疆柯3井，井喷失控着火，几年后请美国人来钻定向救援井。2）我国自行设计、施工的数口成功的定向救援井：濮2151井（中原油田）、永59井（胜利）、南21井（青海）。均成功地制服了井喷失控事故。3）侧钻定向井已为一般钻井公司所掌握。4）川东钻探公司高陡构造区块移动地面井位的钻井技术。5）江汉油田易斜区块的定向井

5、开发。概述定向井的钻井过程与涉及的内容1、设计轨迹、钻具组合，制定施工措施。要求进行轨迹设计、钻具设计（造斜、稳斜与减斜钻具)。2、直井眼钻进（保直）。3、定向造斜的工作内容造斜工具选择, 安置的确定,摆工具面.4、轨迹控制的工作内容测斜、实钻井眼位置计算、钻具组合调整计算、校正井眼设计。5 、仪器的选择和使用.概述计算：（计算机技术） 轨迹设计、钻具设计、轨迹预测、定向参数。从井口到目的点，要有不同的井段连接，有增斜与降斜要求，而造斜能力受工具和工艺水平的限制，同时还应考虑如何安全钻进。故必须设计井眼轨迹。工具：造斜（增、降、稳斜）工具、扭方位工具。仪器：测斜仪。施工经验:对垂深的不确定和工

6、具能力的认识;事故的预防.六、定向钻井涉及的关键技术概述大斜度定向井水平井丛式井侧钻水平井大位移定向井多底井分支井鱼骨井七、目前国内外定向井发展趋势常规定向井(井下工具的发展提高了工艺水平;油藏开发的需求,推动工艺的更新)第一节 定向井的基本概念第一节 定向井的基本概念一、定向井的基本要素NOO测深 井口至测点处的井眼实长，米。井斜角 测点处井眼切线 与重力线间的夹角，度。第一节 定向井的基本概念一、定向井的基本要素NOO井斜变化率 井斜角对井深的变化率，度/30米垂深测点的垂直深度，米第一节 定向井的基本概念一、定向井的基本要素NOO方位角 测点处正北方向至井眼方向线在水平面投影线间夹角，度

7、(另叫井斜方位角.用N偏W等表示其值小于90度)方位变化率 方位角对井深的变化率，度/30米第一节 定向井的基本概念水平位移测点至井口所在的铅垂线的距离，米.闭 合 距井底的水平位移，米(最后一个点的水平位移)闭合方位角在水平投影图上正北方向与闭合距线间的夹角，度NEABOT第一节 定向井的基本概念视 平 移测点水平位移在设计方位线上的投影，米NEABON坐标、E坐标和H坐标(垂深)测点在以井口为原点的NEHO三维坐标系里的北（N）、东（E）、垂深（H）三个坐标分量，米。第一节 定向井的基本概念高边:定向井的井底是倾斜的圆,圆的最高点成为高边.高边工具面:以高边为始边顺时针旋转的角度.磁性工具

8、面:在井斜小于5度时,等于高边工具面+井底方位角.磁偏角:在某地磁北极方向线和地理北极方位线之间的夹角,测量方法:以地理北极方位线为始边以磁北极方向线为终边,顺时针为正逆时针为负.没有含磁偏角的方位叫磁方位(一般仪器测的方位),含的叫真方位也叫修正方位.第一节 定向井的基本概念安置角:动力钻具没有启动时所摆的工具面角.装置角:定向所用的工具面角.第一节 定向井的基本概念二、井眼曲率及其计算方法1.定义：井眼的曲率K：井眼切线的倾角r对于井深的变化率K表示曲线偏离直线的程度。NOr1r2L第一节 定向井的基本概念二、井眼曲率及其计算方法1.定义对方位不变的情况OBAlR即只有井斜沿轴线的变化，R

9、为曲率半径。也叫井斜变化率。AB第一节 定向井的基本概念三、狗腿(Dog-leg)度概念钻进一定长度（30米）的井眼角度（空间全角）变化。在前面的井眼曲率计算式中，若用代入上式可得用该式可先求出狗腿角，再用求出曲率K。注意：狗腿严重度、井眼曲率、全角变化率都是相同的意义第二节 定向井井身剖面设计1、定向井的目的救援：目标层位、靶区半径、简单（快速、经济）2.绕开地面的障碍一. 定向井的作用3.落鱼侧钻：避开落鱼、一定水平位移4.增产、提高采收率：按开发井网布置要求5.海上输油的需要正确选择造斜点、井眼曲率、和最大井斜角原则：上述参数的选择应有利于采油、修井作业和钻井施工。二.设计要注意的问题（

10、1）造斜点的选择原则：选在比较稳定、均匀的地层尽量在方位漂移不大的地层造斜应考虑垂深、水平位移、与最大井斜的要求，造斜点高则水平位移大，井斜小、低则相反。设计要注意的问题（2）最大井斜角：45o测井、完井施工难度大、扭方位困难、扭矩大、井壁不稳一般15o45o。设计要注意的问题设计要注意的问题（3）井眼曲率井眼曲率变化的影响：过小：造斜井段过长，增加轨迹控制工作量过大：造成钻具偏磨、摩阻过大、键槽、其它井下作业（如测井、固井、射孔、采油等）的困难。控制原则：定向井中应控制其最大值 5o-12o/30m，最大不超过16o/30m。考虑因素：a保证井下动力钻具顺利通过的井眼曲率（动力钻具刚度较大不

11、允许弯曲而保持直线状态）设计要注意的问题通过简单的几何分析，并作一些近似处理有曲率半径设计时需：b、套管允许弯曲应力对井眼曲率的限制套管尺寸较大，弯曲后最容易出现的破坏是丝扣滑脱或破坏，通过数学力学分析并考虑丝扣处应力集中得到下式:设计要注意的问题1、剖面设计应有利于安全、快速钻进，降低钻井成本 在满足钻井目的前提下，尽量选用比较简单的剖面类型； 尽量利用地层自然造斜规律； 尽量利用拥有的造斜工具造斜能力； 尽量使井身轨迹短，尽可能保持较长的直井段。三. 定向井设计的优化1、常规二维剖面二维定向井剖面指设计井眼轴线仅在设计方位线所在铅垂平面上变化的定向井剖面。四. 常见的井身剖面特点：造斜点较

12、浅（可减少最大井斜角）使用范围：靶点较浅、水平位移较大时常采用。 因造斜段完成后井斜角和方位角变化不大，轨迹控制容易，一般井斜角为15o-55o。四. 常见的井身剖面OAB1.1 直、增、稳三段制剖面最常用和最简单的井身剖面。应用范围： 常用于靶点较深，水平位移较小的定向井、多目标井等。特点： 难度较三段制剖面大，主要原因是有降斜段。降斜段会增大扭矩、摩阻四. 常见的井身剖面OABCD1.2 直、增、稳、降、稳五段制剖面2、特殊二维剖面为了减少摩阻,大位移井常用悬线剖面抛物线剖面四. 常见的井身剖面O主要计算方法（脚标1表示上测点、角标2表示下测点）1、平均角法 此法认为：两测点间的测段为一直

13、线，该直线的方向为上、下二测点处井眼方向的“平均方向”。已知：1、1、2、2、L五.实际井眼的计算12122、平衡正切法不准确，目前少采用五.实际井眼的计算3、最小曲率法该法假设：两测点间的井段是空间某一平面上的园弧，园弧在两端点处与上、下二测点处的井眼方向线相切。五.实际井眼的计算ABM4、园柱螺线法（曲率半径法）假设： 两测点间的井段是一条等变螺旋角（d/dL=常数）的园柱螺线，螺线在两端点处与上、下二测点处的井眼方向相切。园柱螺线的水平投影图是园弧。园柱螺线的垂直剖面图是园弧。五.实际井眼的计算 井眼轨迹控制是定向井的关键技术,它是实钻井眼沿着预先设计的轨迹钻达目标靶区的综合技术.包括:

14、优化钻具组合、优选钻井参数、随钻测量、轨迹预测、计算机技术 、利用地层影响的自然规律、先进仪器和工具的使用等.贯穿直井段、造斜段 、增斜段 、稳斜段 、降斜段 、 扭方位等井段的控制过程. 六. 轨迹控制六. 轨迹控制1、影响造斜率的因素地层钻头侧向力的大小Pz（1）弯接头的弯曲角1越大，造斜力越大（2）动力钻具越短侧向力越大VcVtVEJz:刚度LT涡轮钻具长度1接头弯角井斜角地层异向应力的影响构造的走向设计方位和构造的走向之间的夹角,当75和小于15 时基本沿构造的走向漂移.交界面的处理.(软到硬打转转,硬到软快速钻)钻压和转数的调整.六. 轨迹控制六. 轨迹控制转盘钻影响造斜率的因素 由

15、强到弱的顺序a.扶正器的位置和个数;b.扶正器的直径;c.原井眼的曲率变化;d.井底井斜角;e.钻压;f.钻具的刚性;g.转速;h.扶正器的形状.六. 轨迹控制变化对方位和井斜的影响规律=270=180=0=90增方位降井斜增方位增井斜增斜降方位降斜降方位六. 轨迹控制定向的方法1.)单点定向或地面定向 地面要做标记 钻具要做标记 8度以上,方位合适可改用转盘增斜2)有线随钻测斜仪定向3)无线随钻测斜仪(MWD)定向4)陀螺定向 有磁干扰时采用,如丛式井、套管开窗侧钻等六. 轨迹控制施工要求 1)马达下井前,井眼要保证畅通; 2)马达下井前不接钻头试运转,观察旁通阀的密封情况、螺杆压降、驱动头运转情况; 3)钻具扣要上紧; 4)不能转盘卸扣; 5)不能在一处长时间循环,防划出台阶. 6)测量螺杆周向和轴向的间隙,在规定的范围内. (判断万向轴和轴承的磨损情况)六. 轨迹控制结论要改变方位最好在小井斜（1）时进行、相同的在小井斜时仅需一小段，在大斜度段要钻