石油鉆井設(shè)備與工具-王鎮(zhèn)全 5第一節(jié)

1、第五章第五章 井眼軌跡測量與控制工具井眼軌跡測量與控制工具 前言前言 1 1、概述、概述 自自1919世紀末旋轉(zhuǎn)鉆井誕生以來，初期都是打直井，人們預(yù)想的井世紀末旋轉(zhuǎn)鉆井誕生以來，初期都是打直井，人們預(yù)想的井 眼軌道是一條鉛垂直線。并且認為旋轉(zhuǎn)鉆的實鉆井眼軌跡也和頓鉆一眼軌道是一條鉛垂直線。并且認為旋轉(zhuǎn)鉆的實鉆井眼軌跡也和頓鉆一 樣，是一條鉛垂直線。直到大約樣，是一條鉛垂直線。直到大約2020世紀世紀2020年代末，人們意外地發(fā)現(xiàn)一年代末，人們意外地發(fā)現(xiàn)一 口新鉆井把旁邊一口老井的套管鉆穿，還發(fā)現(xiàn)相鄰兩口井的井深不同口新鉆井把旁邊一口老井的套管鉆穿，還發(fā)現(xiàn)相鄰兩口井的井深不同 卻鉆到了同一油層。

2、于是認識到井是會斜的，需要采取有效措施控制卻鉆到了同一油層。于是認識到井是會斜的，需要采取有效措施控制 井眼軌跡，才能減小井斜。于是出現(xiàn)了井眼軌跡，才能減小井斜。于是出現(xiàn)了“直井防斜技術(shù)直井防斜技術(shù)”。 2020世紀世紀3030年代初，在海邊向海里打定向井開采海上油田的嘗試成年代初，在海邊向海里打定向井開采海上油田的嘗試成 功之后，定向井得到了廣泛的應(yīng)用，其應(yīng)用領(lǐng)域大體有以下三種情況：功之后，定向井得到了廣泛的應(yīng)用，其應(yīng)用領(lǐng)域大體有以下三種情況： (1)(1)地面環(huán)境條件的限制：當?shù)孛嫔鲜歉呱?，湖泊，沼澤，河流，地面環(huán)境條件的限制：當?shù)孛嫔鲜歉呱?，湖泊，沼澤，河流?溝壑，海洋，農(nóng)田或重要的建

3、筑物等，難以安裝鉆機，進行鉆井作業(yè)溝壑，海洋，農(nóng)田或重要的建筑物等，難以安裝鉆機，進行鉆井作業(yè) 時，或者安裝鉆機和鉆井作業(yè)費用很高時，為了勘探和開發(fā)它們下面時，或者安裝鉆機和鉆井作業(yè)費用很高時，為了勘探和開發(fā)它們下面 的油田，最好是鉆定向井。的油田，最好是鉆定向井。 (2)(2)地下地質(zhì)條件的要求：對于斷層遮擋油藏，定向井比直井可發(fā)地下地質(zhì)條件的要求：對于斷層遮擋油藏，定向井比直井可發(fā) 現(xiàn)和鉆穿更多的油層；對于薄油層，定向井和水平井比直井的油層裸現(xiàn)和鉆穿更多的油層；對于薄油層，定向井和水平井比直井的油層裸 露面積要大得多。另外，側(cè)鉆井，多底井，分支井，大位移井，側(cè)鉆露面積要大得多。另外，側(cè)鉆井

4、，多底井，分支井，大位移井，側(cè)鉆 水平井，徑向水平井等定向井的新種類，顯著地擴大了勘探效果，增水平井，徑向水平井等定向井的新種類，顯著地擴大了勘探效果，增 加了原油產(chǎn)量，提高了油藏的采收率。加了原油產(chǎn)量，提高了油藏的采收率。 (3)(3)處理井下事故的特殊手段：當井下落物或斷鉆事故最終無法撈處理井下事故的特殊手段：當井下落物或斷鉆事故最終無法撈 出時，可從上部井段側(cè)鉆打定向井；特別是遇到井噴著火常規(guī)方法難出時，可從上部井段側(cè)鉆打定向井；特別是遇到井噴著火常規(guī)方法難 以處理時，在事故井附近打定向井以處理時，在事故井附近打定向井( (稱作救援井稱作救援井) )，與事故井貫通，進，與事故井貫通，進

5、行引流或壓井，從而可處理井噴著火事故。行引流或壓井，從而可處理井噴著火事故。 0.000.00 0.500.50 1.001.00 1.501.50 2.002.00 2.502.50 3.003.00 3.503.50 4.004.00 4.504.50 5.005.00 19971997199819981999199920002000200120012002200220032003 定向井比例（x10%）定向井比例（x10%） 機械鉆速（x10m/h）機械鉆速（x10m/h） 隊年進尺（萬米）隊年進尺（萬米） 生產(chǎn)時效（x100%）生產(chǎn)時效（x100%） 37.5% 11.32m/h 30

6、148m 91.76% 21.3% 24300m 10.24m/h 89% 近年來中石油鉆井綜合指標 目前，定向鉆井已成為油田勘探開發(fā)目前，定向鉆井已成為油田勘探開發(fā) 的極為重要的手段，井眼軌跡的測量控制的極為重要的手段，井眼軌跡的測量控制 是定向鉆井技術(shù)的基本內(nèi)容。井眼軌跡控是定向鉆井技術(shù)的基本內(nèi)容。井眼軌跡控 制技術(shù)經(jīng)歷了從經(jīng)驗到科學(xué)、從定性到定制技術(shù)經(jīng)歷了從經(jīng)驗到科學(xué)、從定性到定 量的發(fā)展過程?，F(xiàn)在正處在向井眼軌跡自量的發(fā)展過程?，F(xiàn)在正處在向井眼軌跡自 動控制階段發(fā)展。動控制階段發(fā)展。 不論是直井還是定向井的井眼軌跡控不論是直井還是定向井的井眼軌跡控 制，都需要測定地面以下井眼的位置。這

7、制，都需要測定地面以下井眼的位置。這 就需要使用能沿井身不同深度測量井斜角就需要使用能沿井身不同深度測量井斜角 和方位角的測量儀器。井眼相對地面的位和方位角的測量儀器。井眼相對地面的位 置可以從累計的測量結(jié)果中計算出來。置可以從累計的測量結(jié)果中計算出來。 2 2、定向測量的目的、定向測量的目的 (1)(1)監(jiān)視鉆進過程中的實際井眼軌跡，以保證監(jiān)視鉆進過程中的實際井眼軌跡，以保證 鉆達目標區(qū)鉆達目標區(qū); ; (2) (2)當校正井眼軌道時，將造斜工具按要求的當校正井眼軌道時，將造斜工具按要求的 方位定位；方位定位； (3)(3)保證所鉆井眼沒有與已鉆的鄰近井眼相交保證所鉆井眼沒有與已鉆的鄰近井眼

8、相交 的危險的危險; ; (4) (4)確定所遇各種地層的真實垂深，以得到準確定所遇各種地層的真實垂深，以得到準 確的地質(zhì)構(gòu)造圖確的地質(zhì)構(gòu)造圖; ; (5) (5)確定準確的井底位置，用于監(jiān)測油層特性確定準確的井底位置，用于監(jiān)測油層特性 和鉆救險井和鉆救險井; ; (6) (6)計算井眼軌道的狗腿嚴重度。計算井眼軌道的狗腿嚴重度。 3 3、測斜儀器的種類、測斜儀器的種類 一口實鉆井的井眼軸線是一條空間曲一口實鉆井的井眼軸線是一條空間曲 線。為了進行軌跡控制，就要了解這條空線。為了進行軌跡控制，就要了解這條空 間曲線的形狀，就要進行軌跡測量，這就間曲線的形狀，就要進行軌跡測量，這就 是是“測斜測

9、斜”。 井眼測量儀器種類很多。按照儀器的結(jié)井眼測量儀器種類很多。按照儀器的結(jié) 構(gòu)、性能、工作方式，可歸納為磁性測斜構(gòu)、性能、工作方式，可歸納為磁性測斜 儀和陀螺測斜儀兩大類。儀和陀螺測斜儀兩大類。 磁性測斜儀 照相測斜儀 電子測斜儀 隨鉆測斜儀 單點測斜儀 多點測斜儀 單點 多點 有線隨鉆 無線隨鉆 陀螺測斜儀 單點陀螺測斜儀 多點陀螺測斜儀 隨鉆陀螺測斜儀 第一節(jié)第一節(jié) 井眼軌跡的基本概念井眼軌跡的基本概念 一、井眼軌道與井眼軌跡的概念一、井眼軌道與井眼軌跡的概念 井眼軌道：指在一口井鉆進之前人們預(yù)井眼軌道：指在一口井鉆進之前人們預(yù) 想的該井井眼軸線形狀。想的該井井眼軸線形狀。 井眼軌跡：指

10、一口已鉆成的井的實際井井眼軌跡：指一口已鉆成的井的實際井 眼軸線形狀。眼軸線形狀。 二、井眼軌跡的基本參數(shù)二、井眼軌跡的基本參數(shù) 一口實鉆井的井眼軸線是一條空間曲線。一口實鉆井的井眼軸線是一條空間曲線。 對于空間的一條線段，線段的起點為坐標原點，對于空間的一條線段，線段的起點為坐標原點， 如果已知：如果已知： 線段的長度；線段的長度； 該線段與該線段與z z軸的夾角；軸的夾角； 該線段在該線段在xyxy平面內(nèi)的投影與平面內(nèi)的投影與x x軸的夾角。軸的夾角。 那么該線段的空間位置即可確定。那么該線段的空間位置即可確定。 如果將第一線段的終點作為第二線段的起點，如果將第一線段的終點作為第二線段的起

11、點， 并把坐標原點移至第一線段的終點，如果知道第并把坐標原點移至第一線段的終點，如果知道第 二線段長度、與二線段長度、與z z軸的夾角和第二線段在軸的夾角和第二線段在xyxy平面內(nèi)平面內(nèi) 的投影與的投影與x x軸的夾角。那么第二線段的空間位置也軸的夾角。那么第二線段的空間位置也 可確定?？纱_定。 依次類推，可得到空間的折線，將折線進行依次類推，可得到空間的折線，將折線進行 擬合，可得到空間一曲線。此為井眼軌跡計算擬擬合，可得到空間一曲線。此為井眼軌跡計算擬 合的數(shù)學(xué)依據(jù)。合的數(shù)學(xué)依據(jù)。 上述曲線計算、擬合空間曲線需要起點坐標、上述曲線計算、擬合空間曲線需要起點坐標、 線段長、線段與線段長、線段

12、與z z軸的夾角和在軸的夾角和在xyxy平面內(nèi)的投影與平面內(nèi)的投影與 x x軸的夾角在井眼軌跡擬合時由四個參數(shù)替代。軸的夾角在井眼軌跡擬合時由四個參數(shù)替代。 井眼軌跡的基本參數(shù)有四個：井眼軌跡的基本參數(shù)有四個： 井深、測段、井斜角和井斜方位角。井深、測段、井斜角和井斜方位角。 1 1、井深、井深 指井口指井口( (通常以轉(zhuǎn)盤面為基準通常以轉(zhuǎn)盤面為基準) )至測點至測點 的井眼長度，也有人稱之為斜深，國外稱的井眼長度，也有人稱之為斜深，國外稱 為測量井深為測量井深(Measure Depth)(Measure Depth)。 井深是以鉆柱或電纜的長度來量測。井深是以鉆柱或電纜的長度來量測。 井深

13、既是測點的基本參數(shù)之一，又是表明井深既是測點的基本參數(shù)之一，又是表明 測點位置的標志。測點位置的標志。 2 2、 測段測段 二測點之間的井段稱為測段。一個測段二測點之間的井段稱為測段。一個測段 的兩個測點中，井深小的稱為上測點，井的兩個測點中，井深小的稱為上測點，井 深大的稱為下測點。井深的增量總是下測深大的稱為下測點。井深的增量總是下測 點井深減去上測點井深。點井深減去上測點井深。 3 3、井斜角、井斜角 過井眼軸線上某測點作井眼軸線的切過井眼軸線上某測點作井眼軸線的切 線，該切線向井眼前進方向延伸的部分稱線，該切線向井眼前進方向延伸的部分稱 為井眼方向線。井眼方向線與重力線之間為井眼方向線。井