33.定向井的概念与参数

1、 教 案 授课日期： 授课班级：石油13-301，302课题：定向井的基本概念和主要参数教学目的：通过学习，使学生懂得定向井的基本知识，明确井眼轨迹的表示方法。 教学方法：讲授为主教具模型：图片等资料 任务4.4 定向井钻井施工定向钻井技术是提高油藏采收率、降低钻井成本的重要技术手段之一。定向井产生的经济效益，证明了该技术的明显优势和巨大的内在潜力。三、定向井的基本知识 1定向井的适用范围 地面环境条件限制 地下地质条件要求 钻井技术需要 经济、有效勘探开发油气藏的需要2定向井的类型定向井按井眼轴线的形状可分为二维定向井和三维定向井（包括纠偏井和绕障井）；按井斜角的大小，可分为常规定向井、大斜

2、度井、水平井、上翘井；若井底水平位移与垂深之比2.0，则称其为大位移井。常规定向井最大井斜角为1560，大斜度井最大井斜角为在6085，水平井和上翘井的最大井斜角分别为8695和96120。3定向井的基本概念定向井三要素：井斜角、井斜方位角、井深。最大井斜角：在定向井的设计剖面中，其增斜段的终点处，井斜角值应该最大。这就是通常所说的“最大井斜角”；对已完钻的井眼来说，全井所有各点中，井斜角的最大值称为该井的“最大井斜角”。 造斜点：在定向井中，开始定向造斜的位置叫“造斜点” 。造斜率：造斜率表示造斜工具的造斜能力，其值等于用该造斜工具所钻出的井段的井眼曲率。增斜段：井斜角随着井深增加的井段，称

3、为增斜段。稳斜段：井斜角保持不变的井段，称为稳斜段，见图中的bc段。降斜段：井斜角随着井深增加而逐渐减小的井段称为降斜段。如图所示的ct段。靶点（目标点）：由设计确定的定向井目的层的坐标点。如图中所示的t点。靶区半径：允许实钻井眼轨迹偏离设计目标点的水平距离，称为靶区半径。如图所示以t为圆心圆的半径R。四、定向井的主要参数（一）定向井的测量参数定向井的测量参数也是井眼轴线的测量参数，即测量井深L、井斜角和井斜方位角。1.测量井深L指井口（通常以转盘面为基准）至测点的井眼长度。靶心距：在靶区平面上，实钻井眼轴线与目标点之间的距离，称为靶心距。如图所示t-P两点的距离。靶区：包括靶点在内划定的井眼

4、轨迹在目标层中的范围。如图所示，是以t为圆心、R为半径的圆来表示的。2井斜角过井眼轴线上某测点的井眼方向线与铅垂线之间的夹角称为井斜角。井斜角表示了井眼轨迹在该测点处倾斜的程度。3井斜方位角某测点处的井眼方向线在水平面上的投影称为该点的井眼方位线，或井斜方位线。以正北方位线为始边，顺时针方向旋转到井眼方位线上所转过的角度，即井斜方位角。井斜方位角的值可以在0360范围内变化。井斜方位角亦可用“象限角” 所示，即井斜方位线与正北方位线或正南方位线之间的夹角。0360表示方法象限角表示方法4.磁方位的校正磁力测斜仪测得的井斜方位角称为磁方位角，该角是以磁北方位线为基准的。但实际工程中所谓的方位均为

5、地理方位(真北方位)。由于磁场随地理位置和时间在不断变化，磁北方位与正北方位一般是不重合的，即磁方位角不是真方位角，因此需对所测得的磁方位进行校正。磁北方位与正北方位的夹角，称为磁偏角。磁偏角又分为东磁偏角（磁北方位线在正北方位线的东侧）和西磁偏角（磁北方位线在正北方位线的西侧）。（二）定向井的计算参数1垂直井深（垂深）：井眼轨迹上某点至井口所在水平面的距离。垂深常以字母H 表示（教科书中用D 表示）。2水平投影长度（简称平长）：井眼轨迹上某点至井口的井眼轴线在水平面上的投影长度，用符号S表示。水平投影长度的增量称为平增，用S表示。3水平位移（简称平移）：井眼轨迹上某点至井口的距离在水平面上的

6、投影，用符号C 表示。如图所示。A、B两点的水平位移分别为CA 和CB 。4平移方位角：以正北方位为始边顺时针转至平移方位线上所转过的角度，用 表示。5N坐标和E坐标：以正北方向和正东方向表示的水平面坐标系。水平坐标的增量，以N、E表示。6视平移（亦称投影位移）：水平位移在设计方位线上的投影长度。视平移用符号 V表示。 在实钻轨迹与设计轨迹背道而驰的情况下，平移可能为负值 。7井斜变化率 单位长度井段内井斜角的变化值 称为井斜变化率。8方位变化率单位长度井段内方位的变化值 称为方位变化率。9井眼曲率 （全角变化率） 井眼曲率指单位井深的全角变化量，即全角变化率。全角变化量的概念：全角变化量是某

7、井段相邻两点间的空间角度（包括井斜和方位）的变化量，亦称为狗腿角。关于全角变化量的计算的方法有以下两种：若测段是空间曲线，则若测段是平面曲线，则五、井眼轨迹的表示方法（一）柱面图法实际井眼轴线是一条空间曲线，通常用柱面图的垂直剖面图和水平投影图表示；柱面图表示方法的特点：1能真实地反映井眼轴线的实际形状。2表达了各井段的形状、井斜角和井斜方位角的变化情况。3. 可以反映各井段参数的真实值。在垂直剖面图上可以反映井深和井斜角的真实值，在水平投影图上可以反映井斜方位角的真实值。4作图容易。（二）投影图法投影图法相当于机械制图中的视图表示法，包括两张图：一张是水平投影图，相当于俯视图；另一张是垂直投

8、影图，相当于侧视图。如图所示，其投影面为原设计方位线所在的铅垂平面（视平移O-V为横坐标 ，垂直井深O-D为纵坐标）。投影图法的缺点是垂直投影图不能反映井身参数的真实值。根据投影图法的，可以想象出井眼轴线的空间形状。投影图法柱面图法六、井眼轨迹监测数据的计算方法井眼轨迹的计算方法可分为两大类：一类是将井眼轴线视为由很多直线段组成，另一类则将其视为不同曲率半径的曲线组成。计算方法多种多样，测段形状是不确定的。主要的计算方法有平衡正切法、平均角法、曲率半径法、最小曲率法等。计算精度最高的是曲率半径法和最小曲率法，其次是平均角法。我国石油天然气行业标准（SY/T54352003）中规定，井眼轨迹计算

9、方法使用圆柱螺线法和最小曲率法。圆柱螺线法 (曲率半径法) 该法认为相邻两测点间的井眼轴线为一空间曲线，该段曲线在其两端点处与上、下两测点处的井眼方向线相切，并且该段曲线在垂直投影面上的投影和在水平投影面上的投影各是一段曲率不变的圆弧。最小曲率法此法假设两测点间的井段是一段斜平面上的圆弧，圆弧在两端点处与上、下两测点处的井眼方向线相切。根据测斜数据，L，计算井眼轴线参数。计算内容包括：测段计算五项（D、S、N、E、K）；测点计算七项（D、S、N、E、C、V）。（一）规定在进行井眼轨迹的测斜计算之前，对测斜计算数据作如下规定：测点自上而下编号，i=1,2,3,。测段自上而下编号，i=1,2,3,

10、。第i个测段指第i-1个测点与第i个测点之间所夹的测段。井口为计算始点，直井钻机 ；斜直井钻机 等于钻机导斜角， 等于钻机导斜方位。井斜方位角应进行磁偏角及子午线收敛角校正。当测点的井斜角为零时，该测点井斜方位角的取值与该测段另一测点的井斜方位角相等。用于计算全井轨迹的计算数据必须是多点测斜仪测得的数据； 当|i-i-1|180时,= i-i-1 -sgn(i-i-1) 360。当| i-i-1 |=180时, 的正负号按上测段方位变化趋势选取。（二）测段数据的计算1. 测量数据测点 测深L 井斜角 方位角 1 L1 1 12 L2 2 2 2. 计算各井段参数3计算坐标和坐标增量（1）最小曲

11、率法（2）圆柱螺线法（曲率半径法）圆柱螺线法测段计算模型 在铅垂剖面图上，在水平投影图上，（三）测点数据计算 （四）入靶数据计算关于靶点、靶区半径、靶心距的概念及其计算靶点（目标点）：设计确定的定向井目的层的坐标点。靶区半径：允许实钻井眼轨迹偏离设计目标点的水平距离。靶区：包括靶点在内划定的井眼轨迹在目标层中的范围。靶心距：在靶区平面上，实钻井眼轴线与目标点之间的距离。 井底水平偏移距离井底铅垂偏移距离根据井底水平偏移距离和铅垂偏移距离可得实钻井底与设计井底的空间距离根据选定的轨迹计算方法，用插值法计算入靶点的数据。1水平靶的靶心距2铅垂靶的纵偏移和横偏移（五）计算结果输出（表格）序号测深m井斜角()井斜方位角()垂深mN坐标mE坐标m水平位移m视平移m闭合方位角()井眼曲率()/30m12靶点名称斜深m垂深mN坐标mE坐标m水平位移m闭合方位角()靶心距m纵偏移m横偏移mA（六）根据计算结果进行绘图根据计算数据绘出垂直投影图和水平投影图。在定向井钻井过程中，要适时绘制井眼轴线水平投影图与垂直剖面，掌握井底位置和井眼前进的方向，以便及时采取调整措施。井眼轨迹监测数据的其他计算方法关于井眼轨迹的计算方法，除计算精度较高的圆柱螺线法（曲率半径法）和最小曲率法外，还有计算和作图比较简单的平衡正切法、平均角法等计算方法。（一） 平衡正切法该法假设相邻两测点间的井眼轴线是一条折线，折线上的