钻井工程-管志川-第五章井眼轨道设计与控制

第五章井眼轨道设计与轨迹控制,1、学时分配：11学时。2、重点：（1）井眼轨迹的概念；（2）井斜角和井斜方位角的概念；（3）井眼轨迹的表示方法；（4）井眼轨迹的参数计算；（5）常用的防斜与纠斜钻具组合；（6）定向井轨道设计方法；（7）装置角、装置方位角与反扭角的概念；（8）井眼轨迹控制方法。3、难点：（1）装置角的概念；（2）定向井轨道设计方法；（3）井眼轨迹控制计算。4、解决方法：（1）利用多媒体图片和动画进行展示；（2）利用教学模具；（3）对井眼轨迹设计和控制的计算，讲解清楚各公式的应用条件和相互关系，并加强习题训练。5、作业：P211，1；10；11；12；13；14；P212，19；25；28；39；44；45。,海油陆探、海油陆采,西江24-3海上平台,西江24-1边际油田,水平井技术适合于薄层的开采,油层薄，中靶难,需要有合适的角度，才能达到矢量入靶,角度偏大,角度偏小,薄油层开发,井眼轨迹在油层最佳位置穿行难,精确控制几千米远的钻头走向难度大,薄油层开发,层薄，地层倾角变化，有时上翘或下倾,VerticalInjectionWellsandHorizontalProductionWell,HorizontalWellPair,HorizontalWellPair,概述,井眼轨道：一口井开钻之前，预先设计的井眼轴线形状。直井轨道：过井口的铅垂线。定向井轨道：二维定向井：过井口和目标点的铅垂面上的曲线。三维定向井：具有不同曲率的空间曲线。轨道设计：定向井、水平井、侧钻井、大位移井等。井眼轨迹：一口井实际钻成后的井眼轴线形状。轨迹控制：直井防斜打直。特殊工艺井控制井斜和方位，使轨道与轨迹相一致。,二维,三维,直井用途：油田开发和勘探。有井斜限制要求。定向井用途：1.地面环境条件的限制高山，湖泊，沼泽，河流，沟壑，海洋，农田或重要的建筑物等。2.地下地质条件的要求断层遮挡油藏、薄油层、倾角较大的地层钻进等。3.处理井下事故的特殊手段井下落物侧钻、打救援井等。4.提高油藏采收率的手段钻穿多套油气层、老井侧钻等。,地面环境条件限制,地下地质条件要求,处理井下事故,第一节井眼轨迹的基本概念,目的：掌握有关参数的概念及这些参数之间的关系。一轨迹的基本参数测量方法：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Dm表示。,(2)井斜角()：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，该切线向井眼前进方向延伸的部分称为井眼方向线。井斜角增量()：下测点井斜角与上测点井斜角之差。BA,(3)井斜方位角（井眼方位角、方位角）：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：上下测点的井斜方位角之差。BA井斜方位角的变化范围：0360。,(3)井斜方位角：井斜方位角的另一种表示方式：象限角：指井斜方位线与正北方位线或与正南方位线之间的夹角。象限角的变化范围：090之间。磁偏角：磁北方位与正北方位之间的夹角。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,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（垂深）：轨迹上某点至井口所在水平面的距离。垂深增量称为垂增（）。(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（L）。(3)水平位移（平移）：轨迹上某点至井口所在铅垂线的距离（或：在水平投影面上，轨迹上某点至井口的距离）。平移方位线：在水平投影面上，井口至轨迹上某点的连线。国外将水平位移称作闭合距。我国将完钻时的水平位移称为闭合距。,(4)平移方位角：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)坐标和坐标：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：水平位移在设计方位线上的投影长度。,(7)井眼曲率K（“狗腿严重度”、“全角变化率”）：指井眼轨迹曲线的曲率。平均曲率Kc=30/Dm“狗腿角”或“全角变化”（）：上、下二测点的两条方向线之间的夹角(空间夹角)。狗腿角的计算：Lubinski公式：cos=cosAcosB+sinAsinBcos(B-A)钻井行业标准计算公式：=(2+2sin2c)0.5c=(A+B)/2该测段的狗腿角，()；c该测段的平均井眼曲率，()/30m；c该测段的平均井斜角，（）。,三井眼轨迹的图示法对一条空间曲线可以有不同的表示方法。三维坐标法：投影图示法：垂直投影图+水平投影图不能反映出真实的井深和井斜角。柱面图示法：垂直剖面图（柱面展开图）+水平投影图柱面：设想经过井眼轨迹上每一个点作一条铅垂线，所有这些铅垂线构成的曲面称为柱面。将柱面展平，就形成了垂直剖面图。可以反映出真实的井身参数，如：井深、井斜角、垂深；作图简便。,水平投影图投影面：水平面坐标系：以井口为原点、坐标轴、坐标轴。表达的参数：坐标值、坐标值、水平位移S、水平长度Lp、闭合距、井斜方位角、平移方位角、闭合方位角。垂直投影图投影面：过设计方位线的铅垂面，即井口和目标点所在的铅垂面。坐标系：原点（井口）、横坐标（视平移）、纵坐标（垂深）表达的参数：垂深D、视平移V、井斜的增减趋势。,3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。,第二节轨迹测量及计算,目的：掌握井眼轨迹参数的测量、计算、轨迹绘图方法。一测斜方法及测斜仪简介1、测斜仪分类按工作方式分：单点式、多点式、随钻测量（有线、无线）。按工作原理分：磁性测斜仪（罗盘）、陀螺测斜仪（高速陀螺空间指向恒定）。2、测量内容井深Dm、井斜角、方位角。,3、磁性测斜仪的工作原理仪器内主要由井斜刻度盘、罗盘、十字摆锤、照明和照相系统组成。罗盘的S极始终指北。（1）井斜角的测量当测斜仪随井眼倾斜时，十字摆锤始终指向重力线方向，重力线与仪器轴线的夹角即为井斜角。由摆锤在井斜刻度盘底片上的位置读取。,（2）井斜方位角的测量摆锤所在铅垂线与仪器轴线（井眼方向线）构成井斜铅垂面，该井斜铅垂面与水平面的交线就是井斜方位线。摆锤在罗盘面上的投影位置所在的放射线与罗盘N极之间的夹角即为井斜方位角。（注意：在井下,罗盘标志方位与实际地理方位相反。）（3）井深测量：根据电缆长度或钻柱长度。,二对测斜计算数据的规定1测点编号：测斜自下而上，测点编号自上而下。第一个井斜角不等于零的测点作为第一测点。2测段编号：自上而下编号。第i-1个点与第i点之间所夹的测段为第i测段。3第测点：第测点的井深大于25m时，第测点的井深比第测点的井深小25m，且井斜角规定为零。第测点的井深小于或等于25m时，规定第测点的井深和井斜角均为零。4若i=0，则计算第i测段时，i=i-1；计算第i+1测段时，i=i+1。5在一个测段内，井斜方位角变化的绝对值不得超过180。i-i-1180时，i=i-i-1-360c=(i+i-1)/2-180i-i-10，=arccosC；当1时，取“”；当21时，取“”。3)求实际反扭角n：n=s-1实-第五次课-,四.造斜工具的定向定向：使造斜工具作用方位指向预定方位的工艺。1、地面定向法地面摆工具面：造斜工具下井之前，在地面调整好工具面下井。打印标记（“+”）：在钻杆同一母线的两端接头上打印“+”标记。定向下钻：记录每两根钻杆的角度偏差，计算总偏差，根据总偏差扭方位。2、井下定向法井下定向的关键是要知道原井斜方位和工具面方位。（1）定向齿刀法氢氟酸测斜仪+铅模+定向齿刀氢氟酸液瓶的液面倾斜方向指示井斜方位。铅模上留下的齿刀印痕指示造斜工具的工具面方位。,（2）磁铁定向法（双罗盘定向法）双罗盘测斜仪+定向磁铁（安装在无磁钻铤上）上罗盘处在定向磁铁位置，指针标志工具面方位；下罗盘远离定向磁铁，指针指向正北方位。（3）定向键法（螺鞋定向法）磁性或陀螺测斜仪+螺鞋（定向鞋）+定向键定向键安装在造斜工具上，其所在母线指示工具面方位。测斜仪螺鞋上的定向槽所在母线与罗盘上的“发线”对齐。测量时，定向槽卡在定向键上，“发线”的方位就是工具面方位。,3、各种定向方法及其使用（1）双罗盘定向仪定向磁铁需使用无磁钻铤，可用于直井定向和斜井定向。（2）陀螺仪定向键无需使用无磁钻铤，可用于直井定向和斜井定向。（3）磁罗盘测斜仪定向键目前使用最多的定向方法。必须使用无磁钻铤。可用于直井