《钻井5-井眼轨道设计与控制》

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1、1第五章第五章 井眼轨道设计与控制井眼轨道设计与控制第一节第一节 井眼轨迹的基本概念井眼轨迹的基本概念第二节第二节 轨迹测量及计算轨迹测量及计算第三节第三节 定向井井眼轨道设计定向井井眼轨道设计第四节第四节 直井防斜技术直井防斜技术2 一、一、 基本概念基本概念( (一一) )井眼轨迹的基本要素井眼轨迹的基本要素z井深井深z井斜角井斜角z井斜井斜方位角方位角z磁偏角磁偏角z垂垂深深z平长平长z水平位移水平位移z平移方位角平移方位角z N坐标和坐标和E坐标坐标z井眼曲率井眼曲率z全角变化率全角变化率3基本要素z油气井：油气井：以勘探开发以勘探开发石油和天然气为目的，石油和天然气为目的，在地层中钻

2、出的具有在地层中钻出的具有一定深度的圆柱形孔一定深度的圆柱形孔眼。眼。z井眼轴线井眼轴线: :井眼中心线。井眼中心线。z井眼轨道井眼轨道:表示井眼轴表示井眼轴线形状的图形。线形状的图形。4基本要素 假设井眼轨迹是一条空间曲线，则假设井眼轨迹是一条空间曲线，则可以用空间直角坐标系来描述。选可以用空间直角坐标系来描述。选取笛卡尔坐标系取笛卡尔坐标系。原点。原点选在井口处；选在井口处；轴指向正北轴指向正北, ,单位矢单位矢量为量为；轴指向正东，单位矢量轴指向正东，单位矢量为为；轴垂直向下，单位；轴垂直向下，单位矢量为矢量为。 oN(i)E(j)D(k)rotnbADmkjirDENo5( (一一)

3、)井眼轨迹的基本要素井眼轨迹的基本要素测量方法：非连续测量，间断测量。测量方法：非连续测量，间断测量。“测段测段”，“测点测点”。井井深、井斜角和井斜方位角深、井斜角和井斜方位角-轨迹的三个基本参数。轨迹的三个基本参数。 (1) (1) 井深井深（或称为斜深、测深）（或称为斜深、测深） 井口井口( (通常以转盘面为基准通常以转盘面为基准) )至测点的井眼长度。至测点的井眼长度。 以字母以字母D Dm m表示，单位为米表示，单位为米(m)(m)。 井深增量（井段）：井深增量（井段）： 下测点井深与上测点井深之差。以下测点井深与上测点井深之差。以DDm m表示。表示。6(2) (2) 井斜角井斜角

4、()()：井斜角增量井斜角增量() )： 下测点井斜角与上测点下测点井斜角与上测点井斜角井斜角之差。之差。 B BA A 指井眼方向线与重力线之间的夹角。单位为度指井眼方向线与重力线之间的夹角。单位为度( () )。 井眼方向线：井眼方向线： 过井眼轴线上某测点作井眼轴线的切线，该切线向井眼过井眼轴线上某测点作井眼轴线的切线，该切线向井眼前进方向延伸的部分称为井眼方向线。前进方向延伸的部分称为井眼方向线。7(3) (3) 井斜方位角井斜方位角井眼方位线（井斜方位线）：井眼方位线（井斜方位线）： 某测点处的井眼方向线某测点处的井眼方向线在水平面上的投影。在水平面上的投影。 井斜方位角增量井斜方位

5、角增量 ：上下测点的井斜方位角之差。：上下测点的井斜方位角之差。 B BA A 在水平投影图上，以正北方位线为始边，顺时针方向旋转到井眼在水平投影图上，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。方位线上所转过的角度。井斜方位角的变化范围井斜方位角的变化范围：0 0360360。8(3)(3)井斜方位角井斜方位角：象限角：象限角：指井斜方位线与正北方位线或指井斜方位线与正北方位线或与正南方位线之间的夹角。与正南方位线之间的夹角。 井斜方位角的另一种表示方式井斜方位角的另一种表示方式-象限角：象限角：磁偏角校正磁偏角校正： 真方位角磁方位角东磁偏角真方位角磁方位角东磁偏角 真方

6、位角磁方位角西磁偏角真方位角磁方位角西磁偏角象限角的变化范围：象限角的变化范围： 0 09090之间。之间。磁偏角磁偏角： 磁北方位与正北方位之间磁北方位与正北方位之间的夹角。的夹角。西磁偏角西磁偏角东磁偏角东磁偏角9二轨迹的计算参数二轨迹的计算参数(3) (3) 水平位移（平移）水平位移（平移）：轨迹上某点至井口所在铅垂线的距离轨迹上某点至井口所在铅垂线的距离（或：在水平投影面上，轨迹上某点至井口的距离）。（或：在水平投影面上，轨迹上某点至井口的距离）。 平移方位线：平移方位线：在水平投影面上，井口至轨迹上某点的连线。国外在水平投影面上，井口至轨迹上某点的连线。国外将水平位移称将水平位移称闭

7、合距闭合距。 我国将完钻时的水平位移称为我国将完钻时的水平位移称为闭合距闭合距。由基本参数计算得到的参数。由基本参数计算得到的参数。(1) (1) 垂直深度（垂深）：垂直深度（垂深）：轨迹上某点至井口所在水平面的距离。轨迹上某点至井口所在水平面的距离。垂深增量称为垂增垂深增量称为垂增() )。(2) (2) 水平投影长度水平投影长度L Lp p（水平长度、平长）：（水平长度、平长）： 井眼轨迹上某点至井口的井眼轨迹上某点至井口的长度长度在水平面上的投影，即井深在在水平面上的投影，即井深在水平面上的投影长度。水平面上的投影长度。 水平长度的增量称为平增（水平长度的增量称为平增（LL）。）。10(

8、4) (4) 平移方位角平移方位角：平移方平移方位线所在的方位角。位线所在的方位角。 国外，将平移方位角称作国外，将平移方位角称作闭合方位角。闭合方位角。 国内，指完钻时的平移方国内，指完钻时的平移方位角为位角为闭合方位角闭合方位角。 (5) (5) 坐标和坐标：坐标和坐标：南北坐南北坐标轴，以正北方向为正；标轴，以正北方向为正； 东西坐标轴，以正东方向为正。东西坐标轴，以正东方向为正。 (6) (6) 视平移：视平移： 水平位移在水平位移在设计方位线设计方位线上的投上的投影长度。影长度。11(7) (7) 井眼曲率井眼曲率K K（“狗腿严重度狗腿严重度”、“全角变化率全角变化率”）：）：狗腿

9、角的计算：狗腿角的计算：LubinskiLubinski公式：公式： cos=cosAcosB+sinAsinBcos(B-A)指井眼轨迹曲线的曲率。指井眼轨迹曲线的曲率。平均曲率平均曲率: : K Kc c=30/Dm=30/Dm“狗腿角狗腿角”或或“全角变化全角变化”（）：）： 上、下二测点的两条方向线之间的夹角上、下二测点的两条方向线之间的夹角( (空间夹角空间夹角) )。我国钻井行业标准计算公式：我国钻井行业标准计算公式： =(=(2 2+2 2sinsin2 2c c) )0.50.5 c c=(=(A A+B B)/2)/2 该测段的狗腿角，该测段的狗腿角，( () )； c c该

10、测段的平均井眼曲率，该测段的平均井眼曲率，( ()/30m)/30m； c c该测段的平均井斜角，（该测段的平均井斜角，（）。）。 1213靶点靶点VA设计方位线设计方位线14（二）轨迹图示法（二）轨迹图示法、水平投影图、水平投影图投影面：投影面：水平面水平面 坐标系：坐标系：以井口为原点、坐标轴、坐标轴；以井口为原点、坐标轴、坐标轴； 表达的参数：表达的参数：坐标值、坐标值、水平位移坐标值、坐标值、水平位移S S、 水平长度水平长度L Lp p、井斜方位角、井斜方位角、平移方位角平移方位角、垂直投影图、垂直投影图投影面：投影面：过设计方位线的铅垂面，即井口和目标点所在的铅垂面；过设计方位线的

11、铅垂面，即井口和目标点所在的铅垂面； 表达的参数：表达的参数：垂深垂深D D、视平移、视平移V V、井斜的增减趋势；、井斜的增减趋势；坐标系：坐标系：原点原点( (井口井口) )、横坐标、横坐标( (视平移视平移) )、纵坐标、纵坐标( (垂深垂深) )。153 3、垂直剖面图垂直剖面图垂直剖面：垂直剖面：过井眼轴线上各点垂线组成的柱面展开图；过井眼轴线上各点垂线组成的柱面展开图； 坐标系：坐标系：原点原点( (井口井口) )、横坐标、横坐标( (水平长度水平长度) )、纵坐标、纵坐标( (垂深垂深) )； 表达的参数：表达的参数：垂深垂深D D、水平长度、水平长度L Lp p、井深、井深D