钻井5-井眼轨道设计与控制

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1、第五章井眼轨道设计与控制Chapter5.DesignandControlofWellPath第一节井眼轨迹的基本概念第二节轨迹测量及计算第三节定向井井眼轨道设计第四节直井防斜技术1一、基本概念(一)井眼轨迹的基本要素井深井斜角井斜方位角磁偏角垂深平长水平位移平移方位角N坐标和E坐标井眼曲率全角变化率2基本要素油气井：以勘探开发石油和天然气为目的，在地层中钻出的具有一定深度的圆柱形孔眼。井眼轴线:井眼中心线。井眼轨道:表示井眼轴线形状的图形。3基本要素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。选取笛卡尔坐标系ＯＮＥＤ。原点Ｏ选在井口处；Ｎ轴指向正北,单位矢量为ｉ；Ｅ轴

2、指向正东，单位矢量为ｊ；Ｄ轴垂直向下，单位矢量为ｋ。oN(i)E(j)D(k)rotnbAαDm4(一)井眼轨迹的基本要素测量方法：非连续测量，间断测量。“测段”，“测点”。井深、井斜角和井斜方位角----轨迹的三个基本参数。(1)井深（或称为斜深、测深）井口(通常以转盘面为基准)至测点的井眼长度。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。5(2)井斜角(α)：井斜角增量(Δα)：下测点井斜角与上测点井斜角之差。Δα＝αB－αA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

3、前进方向延伸的部分称为井眼方向线。6(3)井斜方位角φ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。井斜方位角的变化范围：0～360°。7(3)井斜方位角φ：井斜方位角的另一种表示方式---象限角：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。西磁偏角东磁偏角8二．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

4、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）。9(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。10(7)井眼曲率K（“狗腿严重度”、“全角变化率”）：狗腿角的计算：Lubinski公式：cosγ=cosαA·cosαB+sinαA·sin

5、αB·cos(φB-φA)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、下二测点的两条方向线之间的夹角(空间夹角)。我国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，（°）。1112靶点VA设计方位线13（二）轨迹图示法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、井斜方位角φ、平移方位角θ２、垂直投影图投影面：过设计

6、方位线的铅垂面，即井口和目标点所在的铅垂面；表达的参数：垂深D、视平移V、井斜的增减趋势；坐标系：原点(井口)、横坐标(视平移)、纵坐标(垂深)。143、垂直剖面图垂直剖面：过井眼轴线上各点垂线组成的柱面展开图；坐标系：原点(井口)、横坐标(水平长度)、纵坐标(垂深)；表达的参数：垂深D、水平长度Lp、井深Dm、井斜角α。15垂直投影图与水平投影图16垂直剖面图与水平投影图17井身剖面由直井段、造斜段、稳斜段、增斜段、降斜段和水平段组合而成。直井段:设计井斜角为零度的井段。造斜点（Ｄｋｏｐ）:开始定向造斜的位置称为造斜点。通常以该点的井深来表示。造斜率（Ｒｂ）:造斜工具的造斜能力

7、,即该造斜工具所钻出的井段的井眼曲率。造(增)斜段:井斜角随井深增加的井段。稳斜段:井斜角保持不变的井段。降斜段:井斜角随着井深的增加而减小的井段。水平段：井斜角大于86度的井段。直井段造斜点造斜段增斜段水平段直井段降斜段稳斜段一、基本概念(三)井身剖面及精度控制amax18井身剖面及精度控制目标点:设计规定的、必须钻达的地层位置，称为目标点。通常以地面井口为坐标原点的空间坐标系的坐标值来表示。靶区及靶区半径（ｒｔ）:包含目标点在内的一个区域称为靶区。在