第五章井眼軌道設(shè)計(jì)與軌跡控制演示文稿

第五章井眼軌道設(shè)計(jì)與軌跡控制演示文稿當(dāng)前第1頁\共有69頁\編于星期六\16點(diǎn)優(yōu)選第五章井眼軌道設(shè)計(jì)與軌跡控制當(dāng)前第2頁\共有69頁\編于星期六\16點(diǎn)第一節(jié)井眼軌跡的基本概念一．軌跡的基本參數(shù)（測(cè)斜參數(shù)）井深、井斜角、井斜方位角----三個(gè)基本參數(shù)。

（1）井深（或稱為斜深、測(cè)深）

井口(通常以轉(zhuǎn)盤面為基準(zhǔn))至軌跡上某點(diǎn)（測(cè)點(diǎn)）的井眼長度。

井深以字母Dm表示，單位為米(m)。井深增量（井段長度）以ΔDm表示。（2）井斜角

軌跡上某點(diǎn)的切線（稱井眼方向線）與重力線（鉛垂線）的夾角。井斜角以字母α表示，單位為度（°）。井斜角增量用Δα表示。

（3）井斜方位角軌跡上某點(diǎn)的切線在水平面上的投影（稱為井斜方位線）與正北方向線的夾角。以正北方線為始邊，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)為正，逆時(shí)針為負(fù)。方位角以字母φ表示，單位為度（°）。方位角增量用Δφ表示。當(dāng)前第3頁\共有69頁\編于星期六\16點(diǎn)當(dāng)前第4頁\共有69頁\編于星期六\16點(diǎn)第一節(jié)井眼軌跡的基本概念二．軌跡的計(jì)算參數(shù)垂直深度、水平長度、水平位移、平移方位角、Ｎ坐標(biāo)和Ｅ坐標(biāo)、視平移、井眼曲率等。

（1）垂直深度（垂深）軌跡上某點(diǎn)至井口所在水平面的距離（D)。垂深增量稱為垂增（ΔＤ）。

（2）水平投影長度（水平長度、平長）軌跡上某點(diǎn)至井口的長度（井深）在水平面上的投影（LP)，水平長度的增量稱為平增（ΔLP）。

（3）水平位移（平移）軌跡上某點(diǎn)至井口所在鉛垂線的距離（S）?；蜍壽E上某點(diǎn)至井口的距離在水平面上的投影。此投影線又稱為平移方位線。

國外將水平位移稱作閉合距。我國將完鉆時(shí)的水平位移稱為閉合距。當(dāng)前第5頁\共有69頁\編于星期六\16點(diǎn)當(dāng)前第6頁\共有69頁\編于星期六\16點(diǎn)第一節(jié)井眼軌跡的基本概念二．軌跡的計(jì)算參數(shù)（4）平移方位角以正北方線為始邊順時(shí)針轉(zhuǎn)至平移方位線上所轉(zhuǎn)過的角度（θ）。國外將平移方位角稱作閉合方位角。國內(nèi)指完鉆時(shí)的平移方位角為閉合方位角。

（5）Ｎ坐標(biāo)和Ｅ坐標(biāo)

軌跡上某點(diǎn)在以井口為原點(diǎn)，南北方向和西東方向?yàn)樽鴺?biāo)軸的水平面坐標(biāo)系里的坐標(biāo)。分別用字母N、E表示，相應(yīng)的增量用ΔN、ΔE表示。

（6）視平移水平位移在設(shè)計(jì)方位線上的投影長度。用字母V表示。當(dāng)前第7頁\共有69頁\編于星期六\16點(diǎn)當(dāng)前第8頁\共有69頁\編于星期六\16點(diǎn)(7)井眼曲率K（狗腿嚴(yán)重度、全角變化率）

指井眼軌跡曲線的曲率。

平均曲率:

Kc=γ/ΔDm

ΔDm——軌跡上兩點(diǎn)間的井眼長度（段長）。

γ——

稱為狗腿角或全角變化，指軌跡上兩點(diǎn)間的井眼方向變化的角度（兩點(diǎn)的井眼方向線的夾角）?！頛ubinski公式：

cosγ=cosαA·cosαB+sinαA·sinαB·cos(φB-φA)☆行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算公式：

γ=(Δα2+Δφ2·sin2αc)0.5

γ——井段的狗腿角，(°)；

Ｋc——井段的平均井眼曲率，(°)/m；

αc——井段的平均井斜角，（°），αc=(αA+αB)/2第一節(jié)井眼軌跡的基本概念二．軌跡的計(jì)算參數(shù)當(dāng)前第9頁\共有69頁\編于星期六\16點(diǎn)三．井眼軌跡的圖示法

1.三維坐標(biāo)法

坐標(biāo)系：0-D-N-E第一節(jié)井眼軌跡的基本概念

能形象直觀地反映出井眼的形狀和走向。但不能反映出真實(shí)的井身參數(shù)，且作圖難度大。當(dāng)前第10頁\共有69頁\編于星期六\16點(diǎn)第一節(jié)井眼軌跡的基本概念三、井眼軌跡的圖示法

2.

投影圖示法

垂直投影圖+水平投影圖

軌跡在設(shè)計(jì)方位線所在的鉛垂面上的投影。原點(diǎn)：井口橫坐標(biāo)：視平移V縱坐標(biāo)：垂深D

軌跡在水平面上的投影。原點(diǎn)：井口坐標(biāo)軸：N，E缺點(diǎn)：垂直投影圖不能真實(shí)地反映井深L、井斜角α和水平位移S等軌跡參數(shù)。VEDφα’SθNLPV目標(biāo)點(diǎn)設(shè)計(jì)方位線當(dāng)前第11頁\共有69頁\編于星期六\16點(diǎn)當(dāng)前第12頁\共有69頁\編于星期六\16點(diǎn)第一節(jié)井眼軌跡的基本概念三、井眼軌跡的圖示法

3.柱面展開圖示法（二圖法）

垂直剖面圖+水平投影圖

過軌跡上的每一點(diǎn)作鉛垂線，所有鉛垂線便構(gòu)成一個(gè)曲面，稱為柱面。將此柱面展開就形成垂直剖面圖。原點(diǎn)：井口橫坐標(biāo)：平長LP縱坐標(biāo)：垂深D優(yōu)點(diǎn)（1）容易想象軌跡形狀（2）能真實(shí)反映井身參數(shù)（3）作圖簡(jiǎn)便當(dāng)前第13頁\共有69頁\編于星期六\16點(diǎn)第二節(jié)軌跡測(cè)量及計(jì)算

1.測(cè)量?jī)?nèi)容

井深Dm、井斜角α

、方位角φ目的：掌握井眼軌跡參數(shù)的測(cè)量、計(jì)算、軌跡繪圖方法。一、測(cè)斜方法及測(cè)斜儀簡(jiǎn)介

2.測(cè)斜儀分類

按工作方式分：?jiǎn)吸c(diǎn)式、多點(diǎn)式、隨鉆測(cè)量（有線、無線）

按工作原理分：磁性測(cè)斜儀（羅盤）、陀螺測(cè)斜儀（高速陀螺空間指向恒定）。

電源鐘機(jī)相機(jī)測(cè)角裝置密封減震扶正3.測(cè)斜儀結(jié)構(gòu)當(dāng)前第14頁\共有69頁\編于星期六\16點(diǎn)一、測(cè)斜方法及測(cè)斜儀簡(jiǎn)介

4.磁性測(cè)斜儀的工作原理

儀器內(nèi)主要由井斜刻度盤、羅盤、十字?jǐn)[錘、照明和照相系統(tǒng)組成。羅盤的S極始終指北。

第二節(jié)軌跡測(cè)量及計(jì)算

（1）井斜角的測(cè)量

當(dāng)測(cè)斜儀隨井眼傾斜時(shí)，十字?jǐn)[錘始終指向重力線方向，重力線與儀器軸線的夾角即為井斜角。由擺錘在井斜刻度盤底片上的位置讀取。

（2）井斜方位角的測(cè)量擺錘所在鉛垂線與儀器軸線（井眼方向線）構(gòu)成井斜鉛垂面，該井斜鉛垂面與水平面的交線就是井斜方位線。擺錘在羅盤面上的投影位置所在的放射線與羅盤N極之間的夾角即為井斜方位角。注意：羅盤標(biāo)志方位與實(shí)際地理方位相反。當(dāng)前第15頁\共有69頁\編于星期六\16點(diǎn)第二節(jié)軌跡測(cè)量及計(jì)算一、測(cè)斜方法及測(cè)斜儀簡(jiǎn)介

4.磁性測(cè)斜儀的工作原理（3）井深測(cè)量:根據(jù)電纜長度或鉆柱長度。EEWW當(dāng)前第16頁\共有69頁\編于星期六\16點(diǎn)第二節(jié)軌跡測(cè)量及計(jì)算一、測(cè)斜方法及測(cè)斜儀簡(jiǎn)介

5.磁偏角及校正東磁偏角西磁偏角地北極磁北極磁方位角AB磁偏角示意圖真方位角=磁方位角+東磁偏角真方位角=磁方位角-東磁偏角當(dāng)前第17頁\共有69頁\編于星期六\16點(diǎn)二．對(duì)測(cè)斜計(jì)算數(shù)據(jù)的規(guī)定

1．測(cè)點(diǎn)編號(hào)：測(cè)斜自下而上，測(cè)點(diǎn)編號(hào)則自上而下。第一個(gè)井斜角不等于零的測(cè)點(diǎn)作為第1測(cè)點(diǎn)。

2．測(cè)段編號(hào)：自上而下編號(hào)。第i-1測(cè)點(diǎn)與第i測(cè)點(diǎn)之間所夾的測(cè)段為第i測(cè)段。

3．第０測(cè)點(diǎn)：第１測(cè)點(diǎn)的井深大于25m時(shí)，第０測(cè)點(diǎn)的井深比第１測(cè)點(diǎn)的井深小25m，且井斜角規(guī)定為零。第１測(cè)點(diǎn)的井深小于或等于25m時(shí)，規(guī)定第０測(cè)點(diǎn)的井深和井斜角均為零。

4．若αi=0，對(duì)第i測(cè)段?。害読=φi-1；對(duì)第i+1測(cè)段?。害読=φi+1

。

5．在一個(gè)測(cè)段內(nèi)，井斜方位角變化的絕對(duì)值不得超過180°。

φi-φi-1>180°時(shí)，

Δφi=φi-φi-1-360°φc=(φi+φi-1)/2-180°φi-φi-1<-180°時(shí)，Δφi=φi-φi-1+360°φc=(φi+φi-1)/2+180°第二節(jié)軌跡測(cè)量及計(jì)算當(dāng)前第18頁\共有69頁\編于星期六\16點(diǎn)第二節(jié)軌跡測(cè)量及計(jì)算二．對(duì)測(cè)斜計(jì)算數(shù)據(jù)的規(guī)定

由a點(diǎn)順時(shí)針到b點(diǎn)：

‖Δφ

‖>180°

由a點(diǎn)逆時(shí)針到b點(diǎn)：

‖Δφ

‖<180°

在不太長的測(cè)段內(nèi)，應(yīng)該是由a點(diǎn)逆時(shí)針鉆到b點(diǎn)。因此，井斜方位角增量為：Δφ=Φb-φa-360°平均方位角為：Φc=(φi+φi-1)/2-180°ab當(dāng)前第19頁\共有69頁\編于星期六\16點(diǎn)三．軌跡計(jì)算方法

1.計(jì)算參數(shù)及計(jì)算順序測(cè)點(diǎn)：

D,LP,N,E,V，S,θ

測(cè)段：

ΔD，ΔLp，ΔN，ΔE，Ｋc

計(jì)算程序第二節(jié)軌跡測(cè)量及計(jì)算第0測(cè)點(diǎn)參數(shù)FOR計(jì)算：計(jì)算：NEXT設(shè)計(jì)方位線LPDDOOVNEOθ4θ0S4D4V4LP41234567123456747目標(biāo)點(diǎn)當(dāng)前第20頁\共有69頁\編于星期六\16點(diǎn)第二節(jié)軌跡測(cè)量及計(jì)算三．軌跡計(jì)算方法2.測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)值計(jì)算公式當(dāng)前第21頁\共有69頁\編于星期六\16點(diǎn)第二節(jié)軌跡測(cè)量及計(jì)算三、軌跡計(jì)算方法3.測(cè)段計(jì)算方法

（1）計(jì)算方法多樣性根據(jù)測(cè)斜參數(shù)計(jì)算測(cè)段的四個(gè)坐標(biāo)增量，就必須知道測(cè)段的幾何形狀。而測(cè)斜只能測(cè)上下兩點(diǎn)的參數(shù)，測(cè)段形狀未知。計(jì)算時(shí)只能假設(shè)測(cè)段形狀。假設(shè)不同，計(jì)算方法不同。 國內(nèi)外測(cè)段計(jì)算方法正切法假設(shè)測(cè)段為直線，其方向與下測(cè)點(diǎn)方向一致。平衡正切法假設(shè)測(cè)段為兩段等長度的折線，其方向分別與上、下測(cè)點(diǎn)方向一致。平均角法假設(shè)測(cè)段為直線，其方向?yàn)樯?、下測(cè)點(diǎn)方向的“和方向”。圓柱螺線法假設(shè)測(cè)段為圓柱螺線，螺線在兩端點(diǎn)處與上、下兩測(cè)點(diǎn)方向相切。最小曲率法假設(shè)測(cè)段為平面圓弧，圓弧在兩端處與上、下測(cè)點(diǎn)方向相切。當(dāng)前第22頁\共有69頁\編于星期六\16點(diǎn)三．軌跡計(jì)算方法

3.測(cè)段計(jì)算方法

（2）平均角法

假設(shè):測(cè)段是一條直線，該直線的方向是上下二測(cè)點(diǎn)處井眼方向的“和方向（矢量和）。測(cè)段計(jì)算公式：

ΔD=ΔDm·cosαc

ΔLp=ΔDm·sinαc

ΔN=ΔDm·sinαc·cosφcΔE=ΔDm·sinαc·sinφcαc=（αi-1+αi）/2φc=（φi-1+φi）/2第二節(jié)軌跡測(cè)量及計(jì)算當(dāng)前第23頁\共有69頁\編于星期六\16點(diǎn)三．軌跡計(jì)算方法

3.測(cè)段計(jì)算方法

（2）圓柱螺旋線法假設(shè)測(cè)段形狀為一條等變螺旋角的圓柱螺線；其兩端與上下兩測(cè)點(diǎn)處井眼方向向切。在水平投影圖上是圓弧。在垂直剖面圖上也是圓弧。測(cè)段計(jì)算公式：

ΔD=[2ΔDm·sin(Δα/2)·cosαc]/ΔαΔLp=[2ΔDm·sin(Δα/2)·sinαc]/ΔαΔN=[4ΔDm·sin(Δα/2)·sinαc·sin(Δφ/2)·cosφc]/(Δα·Δφ)ΔE=[4ΔDm·sin(Δα/2)·sinαc·sin(Δφ/2)·sinφc]/(Δα·Δφ)第二節(jié)軌跡測(cè)量及計(jì)算注意：Δα，Δφ單位為弧度。當(dāng)前第24頁\共有69頁\編于星期六\16點(diǎn)三．軌跡計(jì)算方法

3.測(cè)段計(jì)算方法

（3）校正平均角法 圓柱螺線法計(jì)算公式的分母上有Δα、Δφ，一旦有一個(gè)增量為零就無法計(jì)算。鄭基英教授在“圓柱螺線法”基礎(chǔ)上，經(jīng)過數(shù)學(xué)處理提出了“校正平均角法”。測(cè)段計(jì)算公式：

ΔD=fD·ΔDm·cosαcΔLp=fD·ΔDm·sinαcΔN=fH·ΔDm·sinαc·cosφcΔE=fH·ΔDm·sinαc·sinφc

fD=1-Δα2/24fH=1-(Δα2+Δφ2)/24注意：Δα和Δφ的單位為弧度。第二節(jié)軌跡測(cè)量及計(jì)算圓柱螺線法的簡(jiǎn)化處理勞林級(jí)數(shù)：sinx=x-x3/3!+x5/5!-…取前兩項(xiàng):sinx≈x-x3/6將圓柱螺線法公式中的sin(Δα/2)、sin(Δφ/2)展開:sin(Δα/2)=(Δα/2)(1-Δ2α/24)sin(Δφ/2)=(Δφ/2)(1-Δ2φ/24)將上兩式代入圓柱螺線法公式中，便可的校正平均角法公式。之所以稱之為校正平均角法，因?yàn)槠溆?jì)算公式比平均角法只多一個(gè)“校正”系數(shù)。當(dāng)前第25頁\共有69頁\編于星期六\16點(diǎn)第三節(jié)直井防斜技術(shù)概述

☆井斜的概念實(shí)鉆井眼軌跡偏離設(shè)計(jì)鉛垂線的情況。

☆井斜的危害（1）打亂油田井網(wǎng)布置（2）影響勘探開發(fā)的準(zhǔn)確性（3）影響采油工藝：封隔器坐封不嚴(yán)；抽油桿磨損、疲勞等；泵等下入困難（4）影響鉆井工藝：鉆柱磨損、疲勞；鍵槽卡鉆；起下鉆、下套管困難；固井質(zhì)量差

☆直井防斜技術(shù)的發(fā)展

20世紀(jì)20年代末，發(fā)現(xiàn)井斜

50年代，Lubinski等首次提出鐘擺鉆具防斜

60年代，Hoch首次提出滿眼鉆具防斜

20世紀(jì)末，垂直導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)當(dāng)前第26頁\共有69頁\編于星期六\16點(diǎn)第三節(jié)直井防斜技術(shù)一、井斜的原因1）地質(zhì)因素：地層可鉆性的不均勻性和地層的層理與傾斜2）鉆具因素：鉆具的傾斜和彎曲3）井眼因素：井眼擴(kuò)大當(dāng)前第27頁\共有69頁\編于星期六\16點(diǎn)第三節(jié)直井防斜技術(shù)一、井斜的原因

1.地質(zhì)因素

（1）地層可鉆性的各向異性

沉積巖特性：垂直層面方向可鉆性高，易鉆；平行層面方向可鉆性低，難鉆

井斜趨勢(shì)：鉆頭總是有向鉆井阻力小的方向前進(jìn)的趨勢(shì)。地層傾角<45°，鉆頭偏向垂直地層層面的方向；地層傾角>60°，鉆頭沿平行地層層面方向下滑；地層傾角在45°~60°之間，井斜方向不穩(wěn)定。當(dāng)前第28頁\共有69頁\編于星期六\16點(diǎn)第三節(jié)直井防斜技術(shù)一、井斜的原因

1.地質(zhì)因素

（2）地層軟硬交錯(cuò)

硬軟v2v1

鉆頭兩側(cè)地層軟硬不同，切削速度不同，鉆頭向地層上傾方向偏斜。

鉆頭鉆至交界面時(shí)，壓垮硬薄層，留下小臺(tái)肩，把鉆頭推向地層上傾方向。硬軟小斜向器當(dāng)前第29頁\共有69頁\編于星期六\16點(diǎn)第三節(jié)直井防斜技術(shù)一、井斜的原因

1.地質(zhì)因素

（3）地層可鉆性的橫向變化在井眼的一側(cè)鉆遇溶洞或較疏松的地層，而在另一側(cè)則鉆遇較致密的地層，則導(dǎo)致鉆頭在井眼兩側(cè)切削速度不同，從而造成井斜。當(dāng)前第30頁\共有69頁\編于星期六\16點(diǎn)下部鉆具的傾斜和彎曲將產(chǎn)生兩種后果：1）引起鉆頭傾斜，在井底形成不對(duì)稱切削。2）使鉆頭受側(cè)向力的作用，產(chǎn)生側(cè)向切削。第三節(jié)直井防斜技術(shù)一、井斜的原因2.鉆具傾斜和彎曲

導(dǎo)致鉆具傾斜和彎曲的原因：

（1）鉆具和井眼之間有一定間隙。（2）鉆壓的作用，鉆柱受壓靠近井壁或發(fā)生彎曲。（3）鉆具本身彎曲；轉(zhuǎn)盤安裝不平、井架安裝不正等。當(dāng)前第31頁\共有69頁\編于星期六\16點(diǎn)第三節(jié)直井防斜技術(shù)一、井斜的原因2.鉆具傾斜和彎曲3.

井眼擴(kuò)大（1）鉆頭在井眼內(nèi)左右移動(dòng)，靠向一側(cè)，導(dǎo)致井斜。（2）受壓彎曲的鉆柱的撓度加大，鉆頭偏斜加劇。WβWsinβ鉆頭受側(cè)向力作用當(dāng)前第32頁\共有69頁\編于星期六\16點(diǎn)二、滿眼鉆具組合控制井斜

第三節(jié)直井防斜技術(shù)

1.原理地質(zhì)因素和下部鉆具傾斜與彎曲對(duì)井斜的影響可歸納為以下兩個(gè)方面：

1）鉆頭軸線相對(duì)于井眼軸線發(fā)生偏斜；

2）鉆頭受側(cè)向力作用，發(fā)生橫移。

采用大尺寸下部鉆具組合（BHA)，“填滿”井眼。這種滿眼鉆具具有剛度大、與井眼的間隙小（理想情況下為0）的特點(diǎn)，可以：（1）有效限制下部鉆具的彎曲和傾斜，抵制鉆頭偏轉(zhuǎn)；（2）承受較大的鉆壓而不發(fā)生彎曲；（3）支撐在井壁上，抵抗鉆頭上的側(cè)向力，限制鉆頭橫移。

鉆頭“偏斜”和“橫移”的必要條件：下部鉆具與井眼之間存在間隙。當(dāng)前第33頁\共有69頁\編于星期六\16點(diǎn)2.結(jié)構(gòu)

YXY組合：鉆挺+3~4個(gè)扶正器近扶：支撐井壁，抵抗側(cè)向力，限制鉆頭偏斜。中扶：保證中扶正器與鉆頭之間的鉆柱不發(fā)生彎曲。上扶：增大下部鉆柱剛度，協(xié)助中扶防止鉆柱彎曲

四扶：增大下部鉆柱的剛度，協(xié)助中扶防止鉆柱彎曲。中扶位置的計(jì)算：二、滿眼鉆具組合控制井斜

第三節(jié)直井防斜技術(shù)（5-30）Lp當(dāng)前第34頁\共有69頁\編于星期六\16點(diǎn)例題：已知鉆頭直徑216mm，扶正器直徑215mm，鉆鋌鋼材的楊氏模量為.0594×108kN/m2

，鉆鋌外徑178mm，內(nèi)徑71.4mm，鉆井液密度1.25g/cm3

，鉆鋌線重1.6kN/m，允許的最大井斜角3°，求YXY組合的中扶距鉆頭的最優(yōu)長度。解：根據(jù)給定條件，可求得：

J=（dco4-dci4）/64=0.48×10-4m4,qm=（1-d/s）q=1.34kN/m,c=（dh-ds）/2=0.0005mLp=[(16C·E·J)/(qm·sinα)]0.25=5.789m。二、滿眼鉆具組合控制井斜

第三節(jié)直井防斜技術(shù)當(dāng)前第35頁\共有69頁\編于星期六\16點(diǎn)

3.滿眼鉆具組合的使用（1）用于防斜和穩(wěn)斜，不能糾斜。（2）可有效地控制井眼曲率，不能控制井斜角的大小。（3）“以快保滿，以滿保直”。使用滿眼鉆具的關(guān)鍵在于一個(gè)“滿”字。間隙對(duì)滿眼鉆具組合性能影響顯著。設(shè)計(jì)間隙一般為Δd=dh-ds=0.8～1.6mm。當(dāng)間隙Δd達(dá)到或超過兩倍的設(shè)計(jì)值時(shí)，應(yīng)及時(shí)更換或修復(fù)扶正器。在易坍塌井段，要搶在井徑擴(kuò)大以前鉆出新的井眼。（4）在井眼曲率大的井段使用，容易卡鉆。（5）在鉆進(jìn)軟硬交錯(cuò)，或傾角較大的地層時(shí)，要注意適當(dāng)減小鉆壓，勤劃眼，以便消除可能出現(xiàn)的“狗腿”。二、滿眼鉆具組合控制井斜

第三節(jié)直井防斜技術(shù)當(dāng)前第36頁\共有69頁\編于星期六\16點(diǎn)三、鐘擺鉆具組合控制井斜

第三節(jié)直井防斜技術(shù)

1.原理

在下部鉆柱的適當(dāng)位置安裝一個(gè)扶正器。當(dāng)發(fā)生井斜時(shí)，該扶正器支撐在井壁上形成支點(diǎn)，并保證以下鉆柱不再與井壁接觸。則該扶正器以下的鉆柱就好象一個(gè)鐘擺，在鉆頭上產(chǎn)生一個(gè)最大的鐘擺力。鉆頭在此鐘擺力的作用下切削下井壁。從而使新鉆的井眼不斷降斜。切點(diǎn)αGGc=Gsinα鐘擺力增大鐘擺力的途徑：1）加大鉆挺尺寸，增加重力；2）減小鉆壓，提高切點(diǎn)高度；3）安裝扶正器，提高切點(diǎn)高度。當(dāng)前第37頁\共有69頁\編于星期六\16點(diǎn)三、鐘擺鉆具組合控制井斜

第三節(jié)直井防斜技術(shù)

2.扶正器位置的計(jì)算（2）YXY計(jì)算模式

（1）扶正器位置對(duì)鐘擺力的影響偏高，扶正器以下鉆挺將與井壁接觸形成新切點(diǎn)，鐘擺力減??；偏低，鐘擺力??；最優(yōu)位置應(yīng)該是，扶正器以下鉆柱彎曲后剛要接觸井壁，但尚未形成新切點(diǎn)，此時(shí)鐘擺力達(dá)到最大。當(dāng)前第38頁\共有69頁\編于星期六\16點(diǎn)3.鐘擺鉆具組合的使用(1)主要用于糾斜或降斜。在直井內(nèi)無防斜作用。(2)其性能對(duì)鉆壓特別敏感。鉆壓增大，則增斜力增大，鐘擺力減小。使用時(shí)必須嚴(yán)格控制鉆壓。(3)在直井內(nèi)無防斜作用。要防斜，只能使用小鉆壓“吊打”。(4)不能有效控制井眼曲率，易形成“狗腿”。(5)間隙對(duì)鐘擺鉆具組合性能的影響比較明顯，因此扶正器直徑磨損時(shí)要及時(shí)更換。三、鐘擺鉆具組合控制井斜

第三節(jié)直井防斜技術(shù)當(dāng)前第39頁\共有69頁\編于星期六\16點(diǎn)第四節(jié)定向井井眼軌道設(shè)計(jì)2.定向井的類型

一、概述

1.定向井的概念按照一定的目的要求，有控制地使井身沿著設(shè)計(jì)的方向和路線鉆達(dá)預(yù)定的目的層段和井下目標(biāo)（靶位）的井。常規(guī)定向井：m=15°～60°大斜度井：m=60°～85°水平井：m=90°上翹井：m=90°～120°大位移井：水平位移與垂深之比大于2.0。按井斜角分：三維定向井：糾偏、繞障，既有井斜角變化，又有方位變化按軌道類型分二維定向井常規(guī)：由直線和圓弧組成的鉛垂平面上的曲線。非常規(guī)：由直線、圓弧和變曲率曲線（懸鏈線、拋物線）等組成的鉛垂平面上的曲線。當(dāng)前第40頁\共有69頁\編于星期六\16點(diǎn)第四節(jié)定向井井眼軌道設(shè)計(jì)一、概述

井身剖面的概念

井身剖面是指軌道的垂直剖面圖。二維定向井軌道的水平投影圖為一條直線，只需要設(shè)計(jì)垂直剖面圖。故軌道設(shè)計(jì)又常稱為井身剖面設(shè)計(jì)。3.井身剖面及術(shù)語當(dāng)前第41頁\共有69頁\編于星期六\16點(diǎn)第四節(jié)定向井井眼軌道設(shè)計(jì)二．常規(guī)二維定向井軌道設(shè)計(jì)1．常用軌道類型當(dāng)前第42頁\共有69頁\編于星期六\16點(diǎn)第四節(jié)定向井井眼軌道設(shè)計(jì)二．常規(guī)二維定向井軌道設(shè)計(jì)2.設(shè)計(jì)內(nèi)容（1）選擇軌道類型（2）確定造斜點(diǎn)：Dkop

（3）確定造斜工具的造斜率：Kz，Kn

（4）計(jì)算關(guān)鍵參數(shù)（最大井斜角αb和穩(wěn)斜段長度ΔDmw等）（5）計(jì)算軌道參數(shù)：ΔD，D，ΔLP，LP，ΔDm，Dm，α

（6）繪制垂直剖面圖和水平投影圖。

3.設(shè)計(jì)依據(jù)

1）地質(zhì)部門提供的分層地質(zhì)情況；

2）采用部門的靶位和中靶要求：Dt，St，θ0，αt，ΔDmm3）鉆井條件：造斜工具的造斜率等。當(dāng)前第43頁\共有69頁\編于星期六\16點(diǎn)第四節(jié)定向井井眼軌道設(shè)計(jì)二．常規(guī)二維定向井軌道設(shè)計(jì)4．設(shè)計(jì)原則

(1)能實(shí)現(xiàn)鉆定向井的目的：順利中靶，滿足中靶要求。

(2)有利于安全、優(yōu)質(zhì)、快速鉆井

1）在能實(shí)現(xiàn)定向鉆井目的的前提下，盡可能選擇簡(jiǎn)單的軌道類型。

2）造斜點(diǎn)要選擇巖性穩(wěn)定、硬度適中的地層；垂深大、水平位移小時(shí)，造斜點(diǎn)深一些，可快速鉆進(jìn)直井段；垂深小，水平位移大時(shí)，造斜點(diǎn)淺一些，減少定向造斜工作量。

3）盡量減小最大井斜角，以減少定向造斜工作量；但最大井斜腳步的小于15°，否則方位不穩(wěn)定，容易漂移。

4）選擇造斜率時(shí)，要考慮造斜工具的能力。造斜率過大，起下鉆、下套管困難；造斜率過小，造斜段長，定向造斜工作量大。

(3)有利于采油工藝

1）井眼曲率不宜過大。

2）盡可能以垂直井段或井斜角較小的斜直段進(jìn)入油層。當(dāng)前第44頁\共有69頁\編于星期六\16點(diǎn)第四節(jié)定向井井眼軌道設(shè)計(jì)二．常規(guī)二維定向井軌道設(shè)計(jì)

（1）剖面類型的選擇根據(jù)靶點(diǎn)參數(shù)和中靶要求、設(shè)計(jì)原則選擇剖面類型。☆只給定靶點(diǎn)參數(shù)（Dt、St，θ0），無其它要求，選用三段式。☆給定Dt、St、θ0、αt、ΔDmm，小位移井選用五段式，大位移井選用雙增式。☆給定Dt、θ0、αt、ΔDmm，無井位要求，采用多靶三段式。

（2）造斜點(diǎn)及造斜率的確定依據(jù)設(shè)計(jì)原則確定造斜點(diǎn)（Dkop）和造斜率（Kz，Kn）。5.設(shè)計(jì)計(jì)算方法當(dāng)前第45頁\共有69頁\編于星期六\16點(diǎn)第四節(jié)定向井井眼軌道設(shè)計(jì)二．常規(guī)二維定向井軌道設(shè)計(jì)5.設(shè)計(jì)計(jì)算方法

（3）關(guān)鍵參數(shù)計(jì)算

◆五段式和三段式軌道：五段式：三段式：ΔDmwRzαb當(dāng)前第46頁\共有69頁\編于星期六\16點(diǎn)第四節(jié)定向井井眼軌道設(shè)計(jì)二．常規(guī)二維定向井軌道設(shè)計(jì)5.設(shè)計(jì)計(jì)算方法

（3）關(guān)鍵參數(shù)計(jì)算

●多靶三段式軌道：當(dāng)前第47頁\共有69頁\編于星期六\16點(diǎn)第四節(jié)定向井井眼軌道設(shè)計(jì)二．常規(guī)二維定向井軌道設(shè)計(jì)5.設(shè)計(jì)計(jì)算方法

（3）關(guān)鍵參數(shù)計(jì)算

※

雙增式軌道：OzOzzReSeDeαb當(dāng)前第48頁\共有69頁\編于星期六\16點(diǎn)第四節(jié)定向井井眼軌道設(shè)計(jì)二．常規(guī)二維定向井軌道設(shè)計(jì)5.設(shè)計(jì)計(jì)算方法（4）井身參數(shù)計(jì)算增斜段：穩(wěn)斜段：降斜段：雙增軌道第二增斜段：目標(biāo)穩(wěn)斜段：當(dāng)前第49頁\共有69頁\編于星期六\16點(diǎn)第五節(jié)造斜工具及軌跡控制一、造斜工具（一）概述造斜工具滑動(dòng)鉆進(jìn)造斜工具旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)造斜工具混合鉆進(jìn)造斜工具——導(dǎo)向式馬達(dá)彎接頭彎外殼偏心墊塊變向器射流鉆頭扶正器組合固定扶正器組合可調(diào)扶正器組合當(dāng)前第50頁\共有69頁\編于星期六\16點(diǎn)第五節(jié)造斜工具及軌跡控制（二）動(dòng)力鉆具造斜工具一、造斜工具

（1）渦輪鉆具

結(jié)構(gòu)：定子和轉(zhuǎn)子（葉片）、外殼、壓緊短節(jié)、主軸。

工作原理：鉆井液沖擊葉片，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)扭矩，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子和主軸旋轉(zhuǎn)。

工作特性：

1）轉(zhuǎn)速較快（1000rpm），扭矩較小；

2）轉(zhuǎn)速與扭矩隨流量的增大而增大；

3）在一定流量下，轉(zhuǎn)速隨扭矩增大而減??；扭矩增高時(shí)，地面壓力并不增高，難判斷失速。1.動(dòng)力鉆具簡(jiǎn)介當(dāng)前第51頁\共有69頁\編于星期六\16點(diǎn)第五節(jié)造斜工具及軌跡控制（二）動(dòng)力鉆具造斜工具一、造斜工具

（2）螺桿鉆具

結(jié)構(gòu)：定子（外殼內(nèi)部澆鑄橡膠）、轉(zhuǎn)子（主軸）、萬向軸。

工作原理：鉆井液流過由定子與轉(zhuǎn)子相互嚙合形成的螺旋形空腔時(shí)，迫使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生扭矩。

工作特性：

1）轉(zhuǎn)速較慢（100~300rpm），扭矩較大；

2）轉(zhuǎn)速與扭矩隨流量的增大而增大；

3）扭矩與壓力降成正比?？筛鶕?jù)泵壓大小了解鉆頭扭矩和鉆壓。1.動(dòng)力鉆具簡(jiǎn)介當(dāng)前第52頁\共有69頁\編于星期六\16點(diǎn)第五節(jié)造斜工具及軌跡控制（二）動(dòng)力鉆具造斜工具一、造斜工具

2.造斜工具的型式

當(dāng)前第53頁\共有69頁\編于星期六\16點(diǎn)

（1）彎接頭、彎外殼馬達(dá)

造斜原理：

1）鉆柱彎曲使鉆頭偏斜；

2）鉆柱彈性使鉆頭獲得一個(gè)造斜力。彎外殼造斜能力大于彎接頭。

造斜率的概念：造斜工具在單位長度井眼內(nèi)使井眼方向改變的角度。造斜工具的實(shí)際造斜率等于所鉆井段的井眼曲率。第五節(jié)造斜工具及軌跡控制（二）動(dòng)力鉆具造斜工具一、造斜工具

2.造斜工具的型式

影響造斜率的因素★彎曲角越大，造斜率越大；★鉆柱剛度越大，造斜率越大；★彎點(diǎn)至鉆頭的距離越小且重量越小，造斜率越大；★鉆速越小，造斜率越大。當(dāng)前第54頁\共有69頁\編于星期六\16點(diǎn)第五節(jié)造斜工具及軌跡控制（二）動(dòng)力鉆具造斜工具一、造斜工具

2.造斜工具的型式

（2）偏心墊塊在井斜角較大的井眼中，墊塊處在下井壁，形成支點(diǎn)，上部鉆柱重力使鉆頭受到一個(gè)杠桿力。主要用于井斜角大于45°的斜井眼。影響造斜率的因素☆偏心墊塊的高度越大，造斜率越大；☆偏心墊塊距離鉆頭的距離越近，造斜率越大；☆原井斜角越大，造斜率越大。當(dāng)前第55頁\共有69頁\編于星期六\16點(diǎn)第五節(jié)造斜工具及軌跡控制一、造斜工具（三）轉(zhuǎn)盤鉆造斜工具

1.槽式變向器

最早使用的造斜工具。不能連續(xù)造斜，需要多次起下鉆，工藝復(fù)雜，效率低。目前主要用于套管開窗測(cè)鉆井。當(dāng)前第56頁\共有69頁\編于星期六\16點(diǎn)第五節(jié)造斜工具及軌跡控制一、造斜工具（三）轉(zhuǎn)盤鉆造斜工具

2.射流鉆頭

早期使用的造斜工具。僅適用于較軟地層。目前僅在缺少動(dòng)力鉆具的情況下使用。當(dāng)前第57頁\共有69頁\編于星期六\16點(diǎn)第五節(jié)造斜工具及軌跡控制一、造斜工具（三）轉(zhuǎn)盤鉆造斜工具

3.扶正器組合（1）增斜組合——杠桿原理當(dāng)前第58頁\共有69頁\編于星期六\16點(diǎn)第五節(jié)造斜工具及軌跡控制一、造斜工具（三）轉(zhuǎn)盤鉆造斜工具

3.扶正器組合（2）穩(wěn)斜組合——滿眼原理當(dāng)前第59頁\共有69頁\編于星期六\16點(diǎn)第五節(jié)造斜工具及軌跡控制一、造斜工具（三）轉(zhuǎn)盤鉆造斜工具

3.扶正器組合（3）降斜組合——鐘擺原理當(dāng)前第60頁\共有69頁\編于星期六\16點(diǎn)第五節(jié)造斜工具及軌跡控制一、造斜工具（三）轉(zhuǎn)盤鉆造斜工具

3.扶正器組合（4）可調(diào)扶正器組合當(dāng)前第61頁\共有69頁\編于星期六\16點(diǎn)第五節(jié)造斜工具及軌跡控制一、造斜工具（三）轉(zhuǎn)盤鉆造斜工具

3.扶正器組合（5）應(yīng)用

1）只能用來改變井眼斜度，不能用來改變方位；

2）在斜井眼或水平井眼內(nèi)使用；當(dāng)前第62頁\共有69頁\編于星期六\16點(diǎn)第五節(jié)造斜工具及軌跡控制一、造斜工具（四）導(dǎo)向式馬達(dá)★

彎外殼馬達(dá)+兩個(gè)以上扶正器