井眼轨道设计与轨迹控制

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1、井眼轨道设计与轨迹控制重点：1、井眼轨迹的概念；2、井斜角和井斜方位角的概念；3、井眼轨迹的表示方法；4、井眼轨迹的参数计算；5、常用的防斜与纠斜钻具组合；6、定向井轨道设计方法；7、装置角、装置方位角与反扭角的概念；8、井眼轨迹控制方法。难点：1、装置角的概念；2、定向井轨道设计方法；3、井眼轨迹控制计算。概述井眼轨道：一口井开钻之前，预先设计的井眼轴线形状。直井轨道：过井口的铅垂线。定向井轨道：二维定向井：过井口和目标点的铅垂面上的曲线。三维定向井：具有不同曲率的空间曲线。轨道设计：定向井、水平井、侧钻井、大位移井等。轨迹控制：直井防斜打直。特殊工艺井控制井斜和方位

2、，使轨道与轨迹相一致。二维三维直井用途：油田开发和勘探。有井斜限制要求。定向井用途：1.地面环境条件的限制高山，湖泊，沼泽，河流，沟壑，海洋，农田或重要的建筑物等。2.地下地质条件的要求断层遮挡油藏、薄油层、倾角较大的地层钻进等。3.处理井下事故的特殊手段井下落物侧钻、打救援井等。4.提高油藏采收率的手段钻穿多套油气层、老井侧钻等。地面环境条件限制地下地质条件要求处理井下事故第一节井眼轨迹的基本概念一．轨迹的基本参数测量方法：非连续测量，间断测量；“测段”，“测点”。轨迹的三个基本参数：井深、井斜角和井斜方位角1、井深（或称为斜深、测深）井口(通常以转盘面为基准)至测点

3、的井眼长度。以字母Dm表示，单位为米(m)。井深增量（井段）：下测点井深与上测点井深之差。以ΔDm表示。2.井斜角(α)：指井眼方向线与重力线之间的夹角。单位为度(°)。井眼方向线：过井眼轴线上某测点作井眼轴线的切线，该切线向井眼前进方向延伸的部分称为井眼方向线。井斜角增量(Δα)：下测点井斜角与上测点井斜角之差。Δα＝αB－αA3.井斜方位角φ（井眼方位角、方位角）：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。井眼方位线（井斜方位线）：某测点处的井眼方向线在水平面上的投影。井斜方位角增量Δφ：上下测点的井斜方位角之差。Δφ＝φB－φA

4、井斜方位角的变化范围：0～360°。3.井斜方位角φ：井斜方位角的另一种表示方式：象限角：指井斜方位线与正北方位线或与正南方位线之间的夹角。象限角的变化范围：0～90之间。磁偏角：磁北方位与正北方位之间的夹角。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－西磁偏角二．轨迹的计算参数由基本参数计算得到的参数。1.垂直深度Ｄ（垂深）：轨迹上某点至井口所在水平面的距离。垂深增量称为垂增（ΔＤ）。2.水平投影长度Lp（水平长度、平长）：井眼轨迹上某点至井口的长度在水平面上的投影，即井深在水平面上的投影长度。水平长度的增量称为平增（ΔL）。3.水平位移Ｓ（平移）：轨

5、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）。平移方位线：在水平投影面上，井口至轨迹上某点的连线。国外将水平位移称作闭合距。我国将完钻时的水平位移称为闭合距。4.平移方位角θ：平移方位线所在的方位角。国外，将平移方位角称作闭合方位角。国内，指完钻时的平移方位角为闭合方位角。5.Ｎ坐标和Ｅ坐标：南北坐标轴，以正北方向为正；东西坐标轴，以正东方向为正。6.视平移Ｖ：水平位移在设计方位线上的投影长度。7.井眼曲率K（“狗腿严重度”、“全角变化率”）：指井眼轨迹曲线的曲率。平均曲率：Kc=30γ/ΔDm“狗腿角”或“全角变化”（γ）：上、下二测点

6、的两条方向线之间的夹角(空间夹角)。狗腿角的计算：(1)Lubinski公式：cosγ=cosαA·cosαB+sinαA·sinαB·cos(φB-φA)钻井行业标准计算公式：γ=(Δα2+Δφ2·sin2αc)0.5αc=(αA+αB)/2γ——该测段的狗腿角，(°)；Ｋc——该测段的平均井眼曲率，(°)/30m；αc——该测段的平均井斜角，（°）。三．井眼轨迹的图示法对一条空间曲线可以有不同的表示方法。(一)三维坐标法：(二)投影图示法：垂直投影图+水平投影图不能反映出真实的井深和井斜角。(三)柱面图示法：垂直剖面图（柱面展开图）+水平投影图柱面：设想经过井眼轨迹

7、上每一个点作一条铅垂线，所有这些铅垂线构成的曲面称为柱面。将柱面展平，就形成了垂直剖面图。可以反映出真实的井身参数，如：井深、井斜角、垂深；作图简便。１．水平投影图投影面：水平面坐标系：以井口为原点、Ｎ坐标轴、Ｅ坐标轴。表达的参数：Ｎ坐标值、Ｅ坐标值、水平位移S、水平长度Lp、闭合距、井斜方位角φ、平移方位角θ、闭合方位角。２．垂直投影图投影面：过设计方位线的铅垂面，即井口和目标点所在的铅垂面。坐标系：原点（井口）、横坐标（视平移）、纵坐标（垂深）表达的参数：垂深D、视平移V、井斜的增减趋势。3．垂直剖面图垂直剖面：过井眼轴线上各点垂线组