钻井工程-12-13-井眼轨道设计与轨迹控制电子教案.ppt

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1、钻井工程-12-13-井眼轨道设计与轨迹控制第1节定向井井眼轨道设计常规定向井：大斜度井：水平井：上翘井：大位移井：水平位移与垂深之比大于2.0一、定向井轨道分类二维定向井：常规二维定向井-井段形状由直线和圆弧线组成。非常规二维定向井：除直线和圆弧曲线外，还有特殊曲线，如：悬链线、二次抛物线等。三维定向井：纠偏三维定向井，绕障三维定向井。—最大稳斜角二、常规二维定向井轨道设计1、设计原则（1）能实现钻定向井的目的（2）有利于安全、优质、快速钻井轨道形状简单，尽量保证较长的直井段，容易实现钻进尽量减小最大井斜角，以便减小钻井难度，小倾角定向井；，中倾角定向井

2、；大于，大倾角定向井；最大井斜角不得小于15度，否则井斜方位不易稳定。选择合适的造斜点位置。地层：硬度适中，无坍塌、缩径、高压、易漏。深度：根据垂深、水平位移、剖面类型等确定。垂深大、位移小、造斜点应深一些，避免长稳斜段；垂深小、位移大、造斜点应浅一些，减小定向施工工作量。选择合适的井眼曲率：小，造斜段长，钻速低；大，摩阻大，起下钻、下套管等作业困难；保持均匀，避免急弯，防止阻卡；保证钻具顺利通过。—起下钻允许的最大曲率，度/100m；—动力钻具长度，m；—钻头直径，mm；—动力钻具直径，mm；—安全间隙值，软地层f=0;硬地层f=3~6mm。保

3、证下套管顺利及考虑套管的弯曲强度：—下套管允许最大曲率，0/100m；—钢材弹性模量，Pa；—套管外径，mm；—套管钢材屈服极限，Pa；—安全系数，1.2~1.25；—丝扣应力集中系数，1.7~2.5。（3）有利于采油工艺的要求：尽量减小井眼曲率，以改善油管和抽油杆的工作条件。尽量以较小井斜角的直井段（斜直或垂直）进入油气层，以利于安装电潜泵，坐封封隔器及其他井下作业。2、轨道类型常规二维定向井轨道有四种类型：三段式多靶三段式五段式双增式二维定向井轨道形状3、设计条件、内容及步骤（1）设计条件由地质、采油部门提供的要求：•目标点位置：•目标段位置：由钻

4、井工程要求和设计原则确定的数据：造斜点深度井眼曲率（2）设计内容及步骤•选择轨道形状：给定，选用三段式；给定，选用五段式或多靶三段式；给定，且较大，用双增式。•确定造斜点位置，造斜率，降斜率，第二造斜率；•计算关键参数：最大井斜角，稳斜段长度；•计算各井段井身参数：•绘制垂直剖面图和水平剖面图。4、轨道的设计计算：以五段式轨道为例，已知：（1）计算关键参数：（如图）令：则：由：得：（2）计算各井段参数增斜段：稳斜段：降斜段：目标段：5、不同轨道类型的关键参数的计算造斜段井眼曲率半径计算公式：的单位为（1）三段式给定时，计算（1）三段式•给定，计算•给定，计算（2）

5、多靶三段式给定：计算：（倒推设计法）（3）五段式已知条件：中间参数：（4）双增式给定条件：中间参数：注意：以上各轨道类型计算公式中所有符号的含义见教材图5-20、5-21、5-22、5-23中的标注，尤其是应注意不同轨道时的和的取值。6、井段计算及设计结果表示对每个井段计算出段长、垂增、平增三个参数。（1）增斜段（4）双增轨道的第二增斜段（2）稳斜段（5）目标段（3）降斜段（关键参数）已求出（已知条件）第2节定向造斜工具及轨迹控制造斜：由垂直井段开始钻出一定方位的斜井段的工艺过程。造斜点：开始造斜时的深度。垂直井段开始倾斜的起点。造斜工具：井底动力钻具造斜工具；转

6、盘钻造斜工具。一、井底动力钻具造斜工具动力钻具（井下马达）：涡轮钻具、螺杆钻具、电动钻具。工作特点：在钻进过程中，动力钻具外壳和钻柱不旋转，有利于定向造斜。１、动力钻具造斜工具的种类三种：弯接头、弯外壳、偏心垫块。（1）弯接头造斜原理：•迫使钻头倾斜，造成对井底的不对称切削；•井壁迫使弯曲部分伸直，钻柱弹性力使钻头产生侧向切削•弯角越大，造斜率越大；一般为0.5~2.5度；•弯曲点以上的钻柱刚度越大，造斜率越大；•弯点至钻头的距离越小且重量越小，造斜率越大；•钻速越小，造斜率越高。（2）弯外壳马达（原理与弯接头类似）（3）偏心垫块杠杆原理，垫块作为支点。二、转盘钻

7、造斜工具变向器、射流钻头和扶正器组合。1、变向器结构及原理如图：•早期造斜工具•现在仅用于套管内开窗侧钻，或不适宜用动力钻具的井内。2、射流钻头钻头上安装1个大喷嘴，2个小喷嘴，大喷嘴射流冲击出斜井眼。3、扶正器钻具组合仅用于有一定斜度的井眼内进行增斜、降斜和稳斜。（1）增斜组合（杠杆原理）•分为强、中、弱三种增斜组合•钻压越大，造斜能力越大；越长，增斜能力越小。•近钻头扶正器直径减小，增斜能力也减小。•使用时应保持低转速。增斜钻具组合（2）稳斜组合（刚性满眼钻具原理）：•分为强、中、弱三种稳斜组合•使用中注意保持正常的钻压和较高的转速。•可使用双扶正器串

8、联代替近钻