定向井技術(第四章第一節(jié))

1、定向井技術定向井技術( (第四章第一節(jié)第四章第一節(jié)) ) 二維井眼軌道設計及計算實例二維井眼軌道設計及計算實例 定向井的總體優(yōu)化設計定向井的總體優(yōu)化設計 第4章 定向井井眼軌道優(yōu)化設計 4.1.4 設計井眼軌道的原則 4.1.1 井眼軌道的類型 4.1.2 井眼軌道的圖示法 4.1.3 井眼軌道的描述參數(shù) 4.1 井眼軌道的空間形態(tài) 4.1.1 井眼軌道的類型 4.1 井眼軌道的空間形態(tài) 4.1 井眼軌道的空間形態(tài)4.1 井眼軌道的空間形態(tài) 4.1.1 井眼軌道的類型 三段式軌跡 多靶三段式軌跡 4.1 井眼軌道的空間形態(tài)4.1 井眼軌道的空間形態(tài) 4.1.1 井眼軌道的類型 五段式軌跡 雙增

2、式軌跡 4.1.1 井眼軌道的類型 直井段直井段 造斜點造斜點 增斜段增斜段 最大井斜角最大井斜角 max max 降斜段降斜段 直井段直井段 斜井深斜井深 水平位移水平位移 井身在垂直平面內的投影井身在垂直平面內的投影 1) 1) 直井段直井段: :設計井斜角為設計井斜角為 零度的井段。零度的井段。 2) 2) 造斜點造斜點: :開始定向造斜開始定向造斜 的位置稱為造斜點。通常的位置稱為造斜點。通常 以該點的井深來表示。以該點的井深來表示。 3) 3) 造斜率造斜率: :造斜工具的造造斜工具的造 斜能力斜能力, ,即該造斜工具所即該造斜工具所 鉆出的井段的井眼曲率。鉆出的井段的井眼曲率。 4

3、) 4) 增斜段增斜段: :井斜角隨井深井斜角隨井深 增加的井段。增加的井段。 a b c d e a b c a b d c a b e d c a b 4.1.1 井眼軌道的類型 直井段直井段 造斜點造斜點 增斜段增斜段 最大井斜角最大井斜角 max max 降斜段降斜段 直井段直井段 斜井深斜井深 水平位移水平位移 井身在垂直平面內的投影井身在垂直平面內的投影 6) 降斜段降斜段:井斜角隨著井深井斜角隨著井深 的增加而減小的井段。的增加而減小的井段。 5) 穩(wěn)斜段穩(wěn)斜段:井斜角保持不變井斜角保持不變 的井段。的井段。 7) 目標點目標點:設計規(guī)定的、設計規(guī)定的、 必須鉆達的地層位置，通必

4、須鉆達的地層位置，通 常以地面井口為坐標原點常以地面井口為坐標原點 的空間坐標系的坐標值來的空間坐標系的坐標值來 表示。表示。 e d c a b 4.1.1 井眼軌道的類型 直井段直井段 造斜點造斜點 增斜段增斜段 最大井斜角最大井斜角 max max 降斜段降斜段 直井段直井段 斜井深斜井深 水平位移水平位移 井身在垂直平面內的投影井身在垂直平面內的投影 9) 靶心距：在靶區(qū)平面上靶心距：在靶區(qū)平面上, 實鉆井眼軸線與目標點之實鉆井眼軸線與目標點之 間的距離間的距離 。 8) 靶區(qū)及靶區(qū)半徑靶區(qū)及靶區(qū)半徑:包含包含 目標點在內的一個區(qū)域稱目標點在內的一個區(qū)域稱 為靶區(qū)。在大斜度井和水為靶區(qū)

5、。在大斜度井和水 平井中，靶區(qū)為包含設計平井中，靶區(qū)為包含設計 井眼軌道的一個柱狀體。井眼軌道的一個柱狀體。 4.1 井眼軌道的空間形態(tài)4.1 井眼軌道的空間形態(tài) 4.1.2 井眼軌道的圖示法 三三 種種 圖圖 示示 法法 柱面圖表示法柱面圖表示法 三維坐標圖示法三維坐標圖示法 投影圖表示法投影圖表示法 1）三維坐標圖示法）三維坐標圖示法 4.1 井眼軌道的空間形態(tài) 4.1.2 井眼軌道的圖示法 這種圖這種圖 示法相示法相 當于工當于工 程制圖程制圖 中的軸中的軸 側圖。側圖。 2投影圖表示法投影圖表示法 這種圖示法包括兩張圖，一張是水平投影圖水平投影圖，一張是垂直投垂直投 影圖影圖。 4.1

6、.2井眼軌道的圖示法 3柱面圖表示法柱面圖表示法 它包括兩張圖， 一張是水平投影圖， 一張是垂直剖面圖。 4.1 井眼軌道的空間形態(tài) 4.1.2 井眼軌道的圖示法 、井深：指井口至測點間的 井眼實長，L表示。 一、 基本參數(shù) 、井斜角：該測點處的井眼 方向線與重力線之間的夾角稱 為該測點的井斜角。表示。 4.1 井眼軌道的空間形態(tài) 4.1.3 井眼軌道的描述參數(shù) 、方位角 以正北方位線為始邊，順 時針旋轉至井斜方位線所 轉過的角度， 表示。 4.1 井眼軌道的空間形態(tài) 4.1.3 井眼軌道的描述參數(shù) 、磁偏角 磁北方位線與正北方位線之間的夾角。 真方位角磁方位角 + 東磁偏角 或 真方位角磁方

7、位角 - 西磁偏角 4.1.2 井眼軌道的描述參數(shù) 4.1 井眼軌道的空間形態(tài) 、井斜變化率、井斜變化率 指井斜角隨井深變化的程度，以K表示。 可寫為 K K =d =d/d/dL L 兩測點參數(shù)表示 K K = = / /L L 注注：K K 的單位通常是度每100米。 一般為測段內的平均值。 、井斜方位變化率 是指井斜方位角隨井深變化的程度，以K K 表示 K K dd/ /dLdL 兩測點參數(shù)表示 K K = =/ /L L 注：注：K K ，的單位通常也是度每100米。 一般也為測段內的平均值。 4.1.3 井眼軌道的描述參數(shù) 4.1 井眼軌道的空間形態(tài) 、垂深 即測點的垂直深度， 以

8、H表示，是指井身上任 一點至井口所在水平面 的距離。 對于測段來說，有 垂深的增量簡稱垂增， 以H表示。 4.1.2 井眼軌道的描述參數(shù) 4.1 井眼軌道的空間形態(tài) 、水平長度 測點井深的水平投影長度， 以S表示，是指從井口至測 點的井眼長度在水平面上 的投影長度。 對于測段來說，水平長度 的增量簡稱平增，以S表 示。 4.1.3 井眼軌道的描述參數(shù) 4.1 井眼軌道的空間形態(tài) 、水平位移 即測點的平移，以A表示， 是指測點至井口所在的鉛垂 線的距離。 在我國，將完鉆時井底 的水平位移稱為閉合距。在 國外，所有各測點的水平位 移均可稱為閉合距。 4.1.3 井眼軌道的描述參數(shù) 4.1 井眼軌道

9、的空間形態(tài) 10、平移方位角 以表示，是指以正北方位線為 始邊順時針轉至平移方位線上 所轉過的角度。 在我國，將完鉆時井底的平移 方位角稱為閉合方位角。在國 外，全井所有各點(包括井底) 的平移方位角均稱為閉合方位 角。 4.1.2 井眼軌道的描述參數(shù) 4.1 井眼軌道的空間形態(tài) 11、N坐標和E坐標 以N和E表示，是指測 點在以井口為原點的水 平面坐標系里的坐標值。 對于測段來說，有N坐 標和E坐標的增量N 和E 4.1.3 井眼軌道的描述參數(shù) 4.1 井眼軌道的空間形態(tài) 12、視平移 井身上某點在垂直投影面 上的水平位移，或者說 水 平位移在設計方位線上的 投影。 視平移以V表示，對于一

10、個測段來說，可以有視平 移的增量，可稱為視平增 V 。 4.1.3 井眼軌道的描述參數(shù) 4.1 井眼軌道的空間形態(tài) 13、井眼軸線在垂直剖面圖上的曲率 井眼軸線在垂直剖面圖上的曲率(以KH表示)， 就是井斜角對于井深的一階導數(shù)，即KH = d/dL ， 所以KH=K ， ，即井眼軸線在垂直剖面到上的曲率就等 于井斜變化率 。 4.1.3 井眼軌道的描述參數(shù) 4.1 井眼軌道的空間形態(tài) 14、井眼軸線在水平投影圖上的曲率、井眼軸線在水平投影圖上的曲率 井眼軸線在水平投影圖上的曲率(以KA表示)， 就是井斜方位角對于水平投影長度的一階導數(shù)，即 KA=d/ds 。對于一個測段來說，假設井斜方位角均勻

11、 變化。則KA=/s 。 4.1.3 井眼軌道的描述參數(shù) 4.1 井眼軌道的空間形態(tài) 15、井眼曲率 井眼曲率是指單位長度井段內的全角變化值，以K表示。 則K =/L 。 其中：其中：稱為兩點間的全角變化值，或稱為兩點間的狗 腿角。 100英尺（或30米）的全角變化率被稱為狗腿嚴重度(簡稱 為狗腿度)。 4.1.3 井眼軌道的描述參數(shù) 4.1 井眼軌道的空間形態(tài) 二、井眼曲率的計算方法二、井眼曲率的計算方法 公式計算法 查圖法 圖解法 查表法 尺算法 4.1.3 井眼軌道的描述參數(shù) 4.1 井眼軌道的空間形態(tài) 二、井眼曲率的計算方法二、井眼曲率的計算方法 1第一套公式 這是根據(jù)空間微分幾何原理

12、推導出來的， 對于一個測點來說，公式形式為： 或 或 因此 sin sin sin sin 222 2 22 422 222 c c c AH c LL K KKK KKK 4.1.3 井眼軌道的描述參數(shù) 4.1 井眼軌道的空間形態(tài) 2.第二套公式 假設：測段是平面曲線。公式的表達形式是直接 求測段的狗腿角。 cossinsincoscoscos 2121 式中的。1 、1和2 、2分 別為上、下測點的井斜角和井斜方位角。 12 4.1.3 井眼軌道的描述參數(shù) 4.1 井眼軌道的空間形態(tài) 2.第二套公式 若將前式用半角和平均角形式來表達，則可得： 2 sinsin 2 cos 2 sin 2

13、sin 22222 c 簡化得： 2 sinsin 2 sin 2 sin 2222 c 4.1.3 井眼軌道的描述參數(shù) 4.1 井眼軌道的空間形態(tài) 3.第三套公式 這套公式源于沙尼金圖解法，其表達式為： cos2 21 2 2 2 1 4.1.3 井眼軌道的描述參數(shù) 4.1 井眼軌道的空間形態(tài) 三套公式的比較：三套公式的比較： 第一套公式推導嚴密，具有普遍性，適合于各種形狀的井眼。第一套公式推導嚴密，具有普遍性，適合于各種形狀的井眼。 第二套公式的推導是建立在假設井眼軸線為第二套公式的推導是建立在假設井眼軸線為平面曲線平面曲線的前提的前提 下，因而只能適合于下，因而只能適合于平面曲線的井眼平

14、面曲線的井眼(例如，用動力鉆具帶彎例如，用動力鉆具帶彎 接頭保持裝置方位角不變鉆出的井眼接頭保持裝置方位角不變鉆出的井眼)。 第三套公式本身就是近似公式，它的使用條件是第三套公式本身就是近似公式，它的使用條件是井斜角較井斜角較 小，井斜方位角的變化也較小，否則，誤差很大。小，井斜方位角的變化也較小，否則，誤差很大。 4.1.3 井眼軌道的描述參數(shù) 4.1 井眼軌道的空間形態(tài) 1）整體坐標系）整體坐標系 分別以北、東和垂深方向作為軸、軸和軸的正向。所建立的分別以北、東和垂深方向作為軸、軸和軸的正向。所建立的 右手坐標系可稱為整體坐標系右手坐標系可稱為整體坐標系。 2）井眼坐標系）井眼坐標系 在井

15、眼軌道上，取某點為原點，以井眼高邊為軸，井眼軌道切線為在井眼軌道上，取某點為原點，以井眼高邊為軸，井眼軌道切線為 軸，建立右手坐標系軸，建立右手坐標系p-xyz。則：則：x軸指向增井斜方向；軸指向增井斜方向；y軸指向增方軸指向增方 位方向；位方向；z軸指向井眼軌道前進方向。軸指向井眼軌道前進方向。 4.1 井眼軌道的空間形態(tài) 4.1.3 井眼軌道的描述參數(shù) 三、井眼的坐標系 4.1 井眼軌道的空間形態(tài) 4.1.4 設計井眼軌道的原則 1) 1) 根據(jù)油氣田勘探開發(fā)要求，保證實現(xiàn)鉆井目的；根據(jù)油氣田勘探開發(fā)要求，保證實現(xiàn)鉆井目的； 4.1 井眼軌道的空間形態(tài) 4.1.4 設計井眼軌道的原則 2) 2) 根據(jù)油氣田的構造特征、油氣產(chǎn)狀，有利于提高油氣產(chǎn)量根據(jù)油氣田的構造特征、油氣產(chǎn)狀，有利于提高油氣產(chǎn)量 和采收率，改善投資效益；和采收率，改善投資效益； 4.1 井眼軌道的空間形態(tài) 4.1.4 設計井眼軌道的原則 3) 3) 在選擇造斜點、井眼曲率、最大井斜角等參數(shù)