水平井剖面设计

1、第二章水平井剖面设计第一节 水平井剖面的设计内容1、水平井剖面设计原则水平井剖面的设计一般依据下面的几点：根据地质提供的入靶点止靶点三维坐标数据，计算水平段长，水平段稳斜角及设计方位角；确定剖面类型，考虑是否需要第一稳斜段，并考虑第一次增斜角的范围；确定水平井钻井方法及造斜率，选择合适的靶前位移；初步计算井身剖面分段数据，根据水平井剖面设计中可供选择的五个基本参数（即造斜点，第一稳斜角，第一稳斜段长度及第二造斜率）,选择其中的任意三个，求出其它两个参数后，再进行井身剖面分段数据计算；对初选剖面进行摩阻、扭矩计算分析，通过调整设计的基本参数，选取摩阻及扭矩最小的剖面；根据初定剖面的靶前位移及设计

2、方位角，计算出井口坐标，并到施工现场落实井位；复测井口坐标，对设计方位角及剖面数据进行微调，完成剖面设计。2、水平井剖面设计的原理和方法2.1水平段的数据计算假设水平段入靶点为A点，止靶点为B点，X为南北坐标（纵标），Y为东 西坐标（横标），A点垂深为K,B点垂深为4（以转盘面为基准）,地质提供的三 维坐标可表示为 A点坐标（Xa,Yb,Ha） ,B点坐标（Xb,Yb,Hb）水平段垂深（AH ）的计算AH =H H若AH>0,说明水平段井斜角ama90油藏程一完井方法若AH=0,说明水平段井斜角amax=90井身结构一井笛音廊一钻具组合若AH>0,说明水平段井斜角OtmaxA90地

3、面情况（钻机）水平段平增（AS的计算S = . Xb -Xa 2Yb-Ya 2水平段井斜角a max的计算一 9° 2吧）水平段长M的计算SL =Sin、£ max设计方位角的计算Y =Yb -Ya, X =Xb -Xa2.2增斜段的考虑因素、设计方法、数据计算增斜率的确定，首先应根据油藏特性及工程地质条件， 确定水平井的类型， 通常选长半径水平井，造斜率应小丁 6° /300m；若选中半径水平井，选斜率应大 丁6° /300m；其次，造斜率的大小要考虑现有造斜工具的能力，并留有适当的 余地以便进行调节；第三,造斜率的大小应考虑地面因素的影响，当地面条件

4、 决定了靶前位移较大时，则选用较低的造斜率，相反，则选用较高的造斜率； 第四，在没有其它条件限制时，在现有工具造斜率的范围内，尽可能选用较高的 造斜率，根据水平井摩阻与扭矩分析计算，在长、中半径水平井中，造斜率越 高则摩阻及扭矩越小。2.3稳斜段设计方法，考虑因素及数据计算设计稳斜段的目的设计稳斜段的目的，首先是在现有工具造斜率不稳定的情况下，设计稳斜 段以便用来调节井眼轨迹，若施工中第一造斜段造斜率大丁设计造斜率，则可 通过适当延长稳斜段来解决，反之，若第一增斜段造斜率小丁设计造斜率，则 可通过适当缩短稳斜段，增加第一增斜段长度，稳斜段存在也能比较灵活的调 整进入靶点的垂深及水平位移，同时为

5、调整井斜角及方位角提供井段，实现水 平井的欠量入靶，其次是在有明显标准层的情况下，尤其对丁中半径水平探井 设计稳斜段以便有转盘钻钻进，探明标准层的位置，调节入靶垂深，在次，在 复杂地层设计稳斜段，包括易发生事故或可钻性较差，机械钻速比较慢的地层， 用转盘钻钻过这段复杂地层减少井下复杂事故发生，为提高钻井（速度，缩短钻井周期，一般将转盘钻按排在这一段，实践表明，这样效益十分明显。稳斜角大小的确定实践表明，稳斜角一般选在40 75° ,这样的目的主要有：第一，若此时 井斜角，方位角不合适，或者实钻井眼轨迹与设计轨迹偏离较大时，有较大余 地进行调节，第二,稳斜段在垂深且尽量接近标准层，便于

6、采用较大钻压和排 量，利于岩屑的携带。稳斜段长度的确定稳斜段长度的大小主要受下面因素的影响，第一，受地面条件的影响，靶 前位移很大时，应适当增加稳斜段的长度，反之减小。第二,受地下复杂情况 的影响，若需用转盘钻钻过这段地层，复杂地层越厚所需要的稳斜段也就越长。 第三，数据分析的影响，稳斜段的最少井段应保证能进行两个测点的测斜，因 为只有知道两点的数据后,才能确定本趟钻具组合所用钻井参数是否合适， 一般 稳斜段应不低于25m造斜点确定造斜点的确定本着由下而上的原则进行，同时还要考虑造斜点应避开复杂 地层。靶前位移的初定靶前位移的初定依据是根据剖面类型及稳斜段的确定原则来定，并结合实 际造斜工具选

7、定造斜率。水平井井身结构设计水平井井身结构设计的原则主要是根据油藏情况及工艺要求，确定完井方 法，完井套管尺寸及相应的井眼尺寸； 然后根据由内到外的原则，按地质情况， 在满足工程施工要求的前提下，尽量简化井身结构，减少套管层次，提高钻井 速度，节约钻井成本。在确定技术套管的尺寸和下深时，应考虑封固造斜段至适当的井斜角，防 止发生复杂情况，所设计套管的强度应安全经济，能保证高造斜率情况下套管 的顺利下入，以上设计时应考虑所用钻机及设备的自身能力。第二节水平井的剖面设计要求与类型水平钻井技术与常规定向钻井技术最为不同的两个特点是使用的造斜钻具 及其特别的剖面设计。造斜井段的剖面设计几乎与选择最好的

8、定向钻井承包公司一样重要。单位井身长度的成本最低时，水平井的长度为最佳长度。水平井在机械方 面的限制主要是钻井设备和钻柱的抗扭和抗拉力的能力。为了达到可能达到的 最大长度，必须使扭矩和上提拉力为最小，但是由于钻具在井眼内的弯曲和重 力决定着水平井的扭矩和上提拉力，因此，最佳设计要求选择使用在钻井作业 时不会弯曲的尽可能轻的钻具。1、剖面设计要求可行的最简单造斜曲线是从造斜点井斜接近零度时开始，以单一连续的弧 钻进到90。井斜的单一均匀曲线。如果马达造斜钻具增斜特性的变化小于水平 目标区的容许误差，那么这一设计便是最佳设计。但是,大多数马达造斜钻具增斜特性的变化和误差都大大地超过水平目标 区的允

9、许误差。为了补偿这些变化和误差，就有必要在造斜井段设计增加一段 调节用的斜直井段。设计造斜曲线首先要确定水平目标区。为了解决气锥和（或）水锥的水平井，以距油一气和（或）油一水界面一 定距离的垂直深度为目标区钻一真正的水平井效果可能最好。对这一类目标区,设计井斜角为90°。多数普通类型的水平目标区要贯穿油藏的某一特定构造位置。对解决锥的 应用，这一位置可能是油藏的底部或者顶部，也可能是保证从该深度开始通过 水压裂缝与油藏完全相通的一个特定位置。“水平”目标区在这种情况下就不是 水平的，而是要求沿此构造位置钻进的井眼轨迹。按照水平井段靶区设计的不同要求，水平井段分为以下几类：倾斜靶区剖面

10、；垂直靶区剖面；蛇形剖面；构造位置靶区剖面。造斜曲线的设计要使作业者不需要通过大量的倒换钻具便能在规定的限制 范围内钻达目标区。造斜曲线设计必须考虑到以下问题：避开复杂地层造斜；曲线末端即造斜结束时的位移最小；造斜井段的长度最短；有一个调整井段以应付不理想造斜率的情况；利用造斜井段的构造标记确定最终目标区的深度；在目标区的容限之内；轨迹要能够保证完成全部水平井段的钻进；必须是允许使用所有必需的采油工具和设备的可完成井眼。某一些特定水平井的最佳造斜率取决于钻到目标区所需要的方向控制能力，以及避开在复杂地层造斜的造斜井段高度。便如，水平目标区之上300m的位置为一复杂地层，这时大概应考虑把造斜点选

11、择在该地层之下，用余下的 高度来确定所需要的造斜率。如果只考虑造斜井段的钻进，那么最佳井眼曲率是可以达到的最高曲率， 由于井眼曲率还影响着所有的后续作业，所以需要对高曲率的优点和其对以后 作业的影响做出平衡。如果计划对整个水平井段进行控制，尽采用可能达到最大造斜率。采用地 面驱动的方法钻水平井段时，应把井眼的曲率限制在钻柱的曲率限制值之内。 另一种考虑是采用不限制完井时选择采油工具和将来采注作业的井眼曲率。2、水平剖面设计类型剖面设计基本上是简单的几何计算。造斜曲率可以分为以下三种基本剖面 类型：单曲率一斜直剖面的设计单曲率一斜直剖面是最老、应用最为广泛的造斜曲线，这类剖面的特点是， 整个曲线

12、由三段组成，造斜由上、下两个造斜率相同的造斜井段完成，中间为 斜直的稳斜井段。这一造斜曲线的设计基础是：以工程计划中计划使用的造斜 钻具的最小预计造斜率和最短斜直井段来选择造斜点和计划的造斜曲线末端的 位置。在设计中使用造斜钻具可能的最小造斜率是关键。这样就要求造斜钻具 先前已在类似地层使用过，如果是在邻近地区使用过则更理想。变曲率一斜直剖面变曲率一斜直造斜曲线的设计是为了进一步控制目标的垂直深度。变曲率 一斜直造斜曲线的设计方法是用上部造斜井段确定的马达造斜钻具组合的实际 造斜能力，但是并不根据这一造斜率，而是利用比实际造斜率要低的预计造斜 率来选择下部造斜井段的造斜点。这种设计最适用于以构

13、造位置为目标的水平井。尤其是构造位置是靠地层 的顶层来确定，而这个顶层是在下部造斜曲率井段内，这类水平井采用这种方 法设计是最有用。理想造斜曲率剖面设计理想造斜曲率剖面就是没有斜直井段的弯曲率造斜剖面。钻这种剖面的水 平井，可以使用单斜式的造斜马达，除非由于钻头寿命的限制。这种设计虽然 费用最低，但它要求单斜式造斜马达的的性能变化范围要小于下部造斜曲率井 段所固有的变化。这种方法也许是将来采用的或者可以作为在该地区的第三口 水平井所使用的设计。第三节水平井双增形轨道设计水平井双增形轨道设计是中、长半径水平井最常用的设计轨道。卡尔森等 人提出了设计双增轨道的平行切线法。本文在肯定卡文的思路和方法

14、的同时，指出卡文中计算切线段井斜角的公式的错误，并给出了正确的计算公式。同时 还进一步指出了平行切线法的不足之处,从而提出了设计双增轨道的最优进入 法，可使进入点与窗口中心重合，同时给出了计算公式和算例。水平井轨道的基本形状有两类，一类是单增轨道，由“直-增一平”三段组 成，增斜段有圆弧形（恒曲率）的，也有悬链线等（变曲率）形状的。另一类是 双增轨道，由“直一增一稳一增一平”五段组成，两次增斜段都是圆弧形。单 增轨道多用于对目标层位和造斜率掌握较准确的情况下。双增轨道则多用于地 质不确定性较高和对造斜率预计不准确的情况下。单增轨道较易设计，双增轨 道的设计则较难，而且目前大量钻进的中、长半径水

15、平井多采用双增轨道。本 文主要论述双增轨道的设计问题。1、双增轨道的设计条件和要求双增轨道设计需要给定有关目标区、直井段和造斜率等条件及要求。1.1目标区条件水平井钻进的目标是在目的层内划出的一个目标区 （如图2-1所示），形状 为具有一定长、宽、高的立方体，其长度方向与铅垂方向有一定夹角，该夹角 大小取决于目的层的地层倾角。井眼进入目标区的一端，称为目标窗口（图1中的左端），进入窗口的一点称为进入点。最理想的进入点应与窗口中心（图中5点）重合，且沿着目标区的轴线56钻穿目标区。也就是说，设计的目标井段 应该在平行四边形1234之内。通常在设计图上只画出这个平行四边形代表目标 区，如图2所示。

16、图2给出的目标区设计条件也包括：窗顶垂深，目标段长，目 标段井斜角。图1水平井目标区1.2直井段条件所有的水平井，自井口开始都要先钻一个直井段，然后再造斜。这个直井 段一般是垂直井段，特殊情况下也可以是具有一定井斜角的斜直井段。例如使 用斜井钻机一开眼就是斜的，钻出一个斜直井段，这样可以缩短造斜井段，因 而可以在垂深较小的目的层内钻水平井。在研究设计方法和推导计算公式时，应该考虑通用条件，即直井段井斜角 不等丁零，推导的公式当然适用丁井斜角等丁零的情况。 另外，在老井眼内造斜 钻水平井时，老井眼已有一定井斜角，使造斜点处井斜点不等丁零。因此，给定直井段的设计条件为直井段井斜角（或选斜点处井斜角

17、）七。直 井段长度和井口位置均是未知的。1.3造斜率条件造斜率的大小是影响轨道形状的最重要的因素， 一般是根据造斜率（对钻出 的井眼来说就是井眼曲率）大小来对水平井进行分类。双增轨道主要适用丁中、 长半径水平井,而短半径水平井则使用单增轨道。水平井轨道设计要求精确地知 道实钻造斜率。如果设计造斜率与实钻造斜率不相符，实钻轨迹就不可能与设 计轨道重合，也就不可能准确钻达目标。造斜率大小取决丁所用的下部钻具组 合、钻进参数和地质因素。一口井实钻之前不可能知道实钻造斜率的确切数值，这就给设计带来了困难。根据人们的经验、邻井资料和理论分析，可以预计实钻造斜率的范围，即可 给出最低造斜率Kx和最高造斜率

18、Ks ,实钻造斜率必然在最高和最低之间。 这就 是给定的造斜率条件。综上所述，给定的设计条件有：窗顶垂深，窗底垂深，目标段长，目标段井斜 角，造斜点处井斜角，最小造斜率，最高造斜率共七项参数。根据这些条件， 要求设计出井口位置、造斜点位置以及钻达目标窗口前的井眼轨道形状及其有 关参数。2、平行切线法设计双增轨道2.1卡尔森的设计方法美国卡尔森(H.Karlson)等人提出水平井双增轨道的设计思路和方法，并给 出了主要的计算公式。概括起来，其思路和方法如下 :(1)根据窗底垂深H和 最小造斜率K以及七和1«B,可以设计一条单增轨道，如图 2中oa23，此轨道可 称为下界轨道，据此可以算

19、出造斜点垂深和井口位置。造斜点至窗口的水平位移为：c 1719/、lSb = (cos - a - cos - B )Kx造斜点至窗底的垂深增量为:1719H2 =(sin : a sin： B)Kx造斜点垂深为:Ha = Hx - H2 a x2(1)(2)(3)图2平行切线法设计双增轨道(2) 根据造斜点位置和窗顶垂深 Hs、最高造斜率Ks且以及J和o(B,可以设 计一条双增轨道，如图2中的oade14,此轨道可称为上界轨道，其上有一个切 线段(即稳斜段)de,该段井斜角为«do(3) 由丁实钻造斜率Kt在Kx和Ks之间，实钻轨迹必然在下界轨道和上界 轨道之间,钻达目标窗口时的进

20、入点必须在窗顶 1点和窗底2点之间。所以实际 设计的轨道如图3所示的oabctp,也是一条双增轨道。这条双增轨道有一个显著特点，即它的切线段bc与上界轨道的切线段de是平行的，其井斜角b =%。所以将卡尔森的方法称为“平行切线法”。根据卡文的方法，不管实钻造斜率是多大，只要处在K和Ks之间，就可以保证钻达目标窗口内。其方法是在实钻造斜段时，尽快取得实钻造斜率K的准确值，造斜至井斜角时开始稳斜钻进。稳斜段bc长度需根据Kt计算， 钻至c点时乂第二次造斜即可准确进入目标窗口。 在钻进中若发现地层有变化， 可以调整bc段的长度，即改变第二次造斜点的位置，以确保进入目标窗口。应 该说，卡文的思路和方法

21、是可取的。2.2卡文计算公式的错误卡文给出了比较详细的计算公式，可是其中最重要的o(d和进入点垂深H的计算公式是错误的。卡文原公式如下：:、BURmaxBURmin(L-Tt)1Ki(BURmax-BURmin)I tan = sin|sin(I f )Itgt =TtK1(11) Sin(I f) sin(I tan)】gBURexpBURmax将这两式换用本文的符号，即为：寸 s"sin：BKxKs(Hx-Hs)【1719(Ks-Kx)(4)11,Ht = Hs 1719(-/in： B sin： d 1KtKs(5)正确公式应为:1719(Ks - Kx)(cos： a - c

22、os： B)：d=tg.1719(Ks -Kx)(sin： a -sin ： b) _ KxKs(Hx _ H s)11 cos： - cos BHt =Hx 1719(厂一丁) |sin"B sinaaBK x Ks _tg： d(6)(7)卡文中关丁轨道设计的其它计算公式是正确的。但由丁（4）的错误，使得de长度的计算结果也是错误的。de正确的计算公式是:de = 1 Ms Ha 1719(sinaB sinaa)/Ks 】(8)cos -：%2.3计算实例例1某水平井设计条件为：Hx =2800m , Hs =2790m 产a = 0二,孔=86、 ALb =450m , Kx

23、 =5'/30m , K7=/30m ,试设计该水平井轨道，并设 Kt =6.5'/30m，求进入点垂深Ht。根据公式(1-3)设计下界轨道，求得：H2 = 342.96mSb = 319.82mHa -2457.04m根据公式(6-8)设计上界轨道，求得：:d =46.08de =126.85mHt =2791 .92m31ft. 8 A图3平行切线法设计示意图图4用最优进入法设计双增轨道根据求得的 而也可以算出出2和也B,其结果与用式 和（2）计算的结果 完全相同。说明式和（7）是正确的。若用卡文的计算公式（即本文中的式，（5）计算则得：七=63.6广，de = 197.9

24、3m。由比计算出的 电=405.74m,与用公式（1）算的&= 319.82m相差 至远，互相矛盾。这个算例也说明卡文计算 的公式是错误的。3、最优进入法设计双增轨道3.1平行切线法存在的问题最理想的进入点应该与窗口中心重合，即t点应丁 5点重合，设计的目标井段应该与目标中心线56重合。在例l中，理想的进入点垂深应是Ht=2795m,这样在钻进目标段时，偏出目标区的可能性将减小。可是，平行切线法做不到这点。不同的实钻造斜率，就有不同的进入点。在例l中，Kt=6.5%0m时,Ht =2791.92m ;若 Ht =2796.82m ,要想得到 Ht =2795m 必须使 Kt=5.83&

25、gt;30m。 显然，在实钻中很难保证Kt=5.83、30m。所以，平行切线法设计双增仇道，虽 然可以保证进入点在窗口以内，却无法使进入点达到最优。3.2最优进入法的设计方法和计算公式在设计上界轨道和下界轨道以及计算造斜点和井口位置等方面,最优进入法都与平行切线法相同。不同之处在丁当给出实钻造斜率Kt以后，设计轨道参数的计算公式不同。需要计算的设计轨道参数有皿和bc,计算公式如下：3438(Kt-Kx)(cos%-co町 b)1w b tg(9)3438(Kt _Kx)(sinc(a _sinc(B)_KxKs(Hx_Hs)_bC'EtKEaSKxKtsin ： b(10)最优进入法设

26、计的轨道如图4所示，显然，otb #ad ,也就是说最优设计轨 道的切线段与上界轨道切线是不平行的。3.3计算实例例2某水平井设计条件为：Hx=480m , Hs=465m , aa=35：,孔=85、 ALb =500m , Kx =5.5'/30m , Ks=8.5：/30m,试设计该水平井轨道，并设 Kt =8'/30m，试求 ab 和bC0计算过程从略，符号参看图4,计算结果为：.:H 2 =132.09m. Sb =228.78mHa = 347.91m:d =68.62de = 86.72m:b =64.71bc = 79.07m4、结论(1) 当设计中、长半径水平

27、井时，若对实钻造斜率和目的层位的预测不够准确，则选用双增形轨道较为合适(2) 卡文等人提出的平行切线法可以保证井眼准确进入目标窗口，但他给 出的计算切线法井斜角的公式是错误的。本文给出了正确的计算公式，使平行 切线法得以完善。(3) 最优进入法能保证在任何造斜率下使进入点与目标点窗口中心重合， 从而使钻进目标井段时偏离目标区的可能性减小，这是它比平行切线法优越之 处。第四节 两个不准确条件下的水平井轨道设计目标垂深的不准确和工具造斜率的不准确， 在水平井钻井中是普遍存在的， 这使水平井井眼准确进入目标窗口的难度大大增加，甚至导致脱靶，本文按照 这两个不准确是否存在，提出四种组合情况，并针对每种

28、组合情况提出解决不 准确问题的基本思路和方法，研究表明。应用于最低造斜率的曲率半径和窗底 可能滞后的最大垂深来计算第一造斜点的垂深和窗心水平位移；采用双增轨道，设计出最佳稳斜角，在钻进中及时发现标志层或油层顶界面等方法，可以解决 两个不准确问题，本文推导了整套设计的计算公式，并给出了算例。1、问题的提出水平井钻井的难度之一在于当钻达目标区时，不仅要求井眼准确进入目标 窗口(尽可能击中窗心)，而且要求井眼方向与目标段设计方向一致，即要求井眼位置与方向双准确，但是，在水平井钻井中普遍存在着目标垂深的不准确和 工具造斜率的不准确。例如，地质工作者根据地震资料预测的油层深度提出目 标窗心垂深为2500

29、m,但由于预测有误差，假如预测精度为 4%,则实际窗心 垂深可能在2490m,也可能在2510m。如果窗口高度为10m,由于目标垂深不 准确就有可能使井眼脱靶。关于工具造斜率不准确问题，例如，钻井工作者预 计某造斜工具的造斜率为8° /30m，从井斜0°增至90° ,垂增为215m。但实 际的造斜率可能在7.5° /30m 8.5° /30m内变化，实际垂增在202229m范围 内变化。如果规定窗高为20m,那么光是造斜率的不准确就可能使井眼脱靶。当然,在某些情况下这两个不准确是不存在的。 例如，老井侧钻的水平井， 或先钻领眼后回填侧钻的水平井

30、，或在老油田已充分掌握地质情况时钻的水平 井等，均可认为目标垂深是准确的。当使用导向钻井系统可精确控制井眼轨迹 时，可认为造斜率是准确的。但在多数情况下，这两个不准确是存在的。所以 在进行水平井轨道设计时，就要考虑到施工中遇到这两个不准确时，如何做到 既准确进入目标窗口，乂使井眼方向与设计要求一致。按照这两个不准确是否存在，可以组成四种组合情况；（1）目标垂深和造斜率两个都准确；（2）目标垂深准确而造斜率不准确；（3）目标垂深不准确而 造斜率准确；（4）目标垂深和造斜率两个不准确。针对这四种组合情况，研究 解决的方法并给出更普遍的计算公式。2、目标垂深和造斜率两个都准确这种情况多见丁老井侧钻的

31、短半径水平井，也是水平井轨道设计中最简单 的情况。如图5所示，这种情况下最好设计成单增轨道。设计给定的条件有 HEaaaE和R。需要设计的参数有Ha,Sa和Sz有关计算公式如下：Ha =He R（sino（E sino（a）（11）Sa =H tg： a（12）SE = Sa R（cos： a - cos： z）（13）图5双准确情况下的轨道设计式中，He为预计的目标窗心垂深； 七为第一造斜点处的井斜角；口 e为目 标井段的井斜角；R为预计的造斜段曲率半径，m；若造斜率K的单位为（° ） /30m,则R=1719/K; Ha为第一造斜点垂深；Sa为第一造斜点水平位移；Se为 窗心水平

32、位移。在«a=0和B e=90°情况下，上述三式可简化为：Ha =He - RSa =0；Se =R。153、目标垂深准确而造斜率不准确3.1基本思路造斜率不准确。在中、长半径水平井中大量存在，是指实际造斜率有个变 化范围，即Kx< K< Ks对应的曲率半径为Rx> R> Rs。为了保证在给定的造斜 范围内不致脱靶，应根据 R和He设计一条双增轨道求出 Ha和Se从而确定造 斜点和井口的位置（要注意，这种情况下必须设计成双增轨道）。然后根据Ha和Se及预计的Ri和R2设计一条双增轨道，这样，不管造斜率如何变化，在施 工时只要调整稳斜角和稳斜段长度，即

33、可保证进靶。设计双增轨道，其设计条件中还应给出 Ri和R2。显然,Ri和R2也各有其 变化范围，即Rx> Ri> Rsi。Rx > R2> Rs2。轨道设计计算，有平行切线法和最 优进入法。3.2计算公式有关计算参数见图设计给定的条件有： a,z,H e, Hf ,Rx ,Ri,Rsi,R2,Rs2 下界轨道计算公式(4)(5)(6)Ha =Hd _Rx(sin： e -sin： a)Se = Ha tg： a Rx(cos： a cos： e)Ha = Hd -Rx(sin： e -sin： a)Se = Ha tg： a Rx(cos： a -cos： e)平行切线

34、法公式Ho = Hf HaRsi sin： a Rsz sin： ESo =Se - Ha tg： aRsi cos aRs2 海：eRo = Rsi - RS2小 4 .HoSo - Ro - Ho：b=2tg-So _ RoSe - Hatg： a - R cos： a R2cos E (Ri - R2)cos b bc =sin： b最优进入法公式Ho = He Ha +Risin% R2SinotE)(7)S0 = SE - Hatg ： a - Rcos： aR2 cos： E)Ro = R - R2bC = . H；Sf*Hd为预计R2为第二增Rx为与最低造斜率对a b为第二种组合

35、情况下稳斜角；bc为第二组合情况下稳斜段长最优进入法的c（b可将式（7）代入式（6）中求得，在上式中， 的窗底垂深；Hf为预计的窗顶垂深；Ri为第一增斜段曲率半径； 斜作曲曲率半径；Rsi为与第一造斜率对应的曲率半径； 应的曲率半径； 度；H0, S0和R0皆为计算中的过渡参数；其余符号同前。3.3施工要点（1）将式（6）代入式（7）,可求得一个最大稳斜段长度。在施工时，实际 的稳斜段长不可超过此值，否则将会脱靶。（2）采用平行切线法施工时，不管实际造斜率多大，只要井斜角达到设计 的:b,即应稳斜钻进，但实际的稳斜段长度应根据第一增斜段的实钻资料统计 求出Ri,代入式（6）中重新计算，这就是所

36、谓的调整稳斜段长度。（3）当采用最优进入法施工时，在造斜钻进一段长度后，即应根据实钻资 料统计实钻造斜率，算出实际的 Ri,重新计算«b和bC,这就是调整稳斜角和 稳斜段长，以适应造斜率的变化。图6造斜率不准确时的轨道设计I63.4算例已知：a£=0° , aE=860 , He=2795e F+=2790m Hb=2800m R=215m (8° /30m), R=172m ( 100 /30m), R=156m(11° /30m),Rsi=150m(11.46° /30m), R2=143m(12° /30m),括弧里的

37、数字是对应的造斜率。设计计算结果为：42585.52m, &=200.00m,用平行切线 法得出 ab =48.79 ：R = 65.70m，用最优进入法得出 ab = 49.76',R = 64.47m ,最大稳 斜段长为85.85m。设实钻时第一造斜段统计的造斜率为10.4 ° /30m, R=165m据此稳斜段可调整为：用平行切线法，b=68.87m,o(b仍为48.79 ° ;用最优进入法，反=70.18m,ab =47.73'。4、造斜率准确而目标垂深不准确在使用导向钻井系统的中、长半径水平井中，常会遇到造斜率准确而目标 垂深不准确的情况。

38、4.1基本思路图7目标垂深不准确的轨道设计如图7所示，目标垂深不准确是指窗心垂深 HE可能变化，窗心可能提前到 E，点，也可能滞后到E",实际窗心在E，和E"之间。不管实际窗心如何变化， 都要求井眼准确进入窗口。显然，关键在丁第二造斜点的选择。自M点第二次造斜钻进至P点，井眼方向完全对准窗心，再稳斜钻进PE段即可进入窗口，PE 段称为滑行长度，就好象飞机降落时在跑道之前提前着陆(P点为着陆点)，虽 方向已对准跑道，但尚未进入跑道，还需滑行 PE段长度才能进入跑道，当窗 心提前到E，时，选M，为第二造斜点，这时的稳斜段长度等丁零，而滑行长度PE最长。当窗心滞后到E"

39、时，选M"为第二造斜点，这时的稳斜段长度 MM" 最长，而滑行长度等丁零。M 点最好选在油层顶界面或油层之上的标志层的下界面。由丁油层厚度或 标志层距油层距离变化很小，所以在钻进过程中根据录井或测井资料，只要钻 遇油层顶界或标志层，就可准确判断窗心垂深。另外要选择一个最佳稳斜角 ctopt，使得不管M点在何处出现，从M点第二次造斜都可以在给定的造斜率下 准确钻达P点，并使井眼方向对准窗心。4.2计算公式4.2.1最佳稳斜角的计算关丁口 opt计算，这里给出一个很简单的公式：&opt =&B _cos JcosQBE) _L(8)-R2 _一般情况下，B =0

40、(E 丁是式(8)变为：1a°pt =c(e -cos (1 )(9)R2当aE =90 W,还可简化为：-opt = sin (1 -)R2(10)式(8)(10)中，c(b为目标层倾向与重力线的火角，a为标志层或油 层顶界面至目标中心线的距离，其余符号同前。4.2.2其余参数的计算(1) 稳斜段长度M MM = (Hx HE)sln<XE(11)sin(: e - ： opt)(2)滑行长度PE:(Hx -HE)sin： opt(12)(13)PE =sin(： e - ： opt)(3)造斜点垂深na：Ha = He - Ri (sin ： opt sin ： a) 一

41、R2(sin ： E -si opt)-MM cos-i°pt - PE cos-：、E（4）窗心水平位移SeSe = H a tg_：、a Ri（cos_：、a COS_：、°pt） R2 （sin _："pt - cos _：、e ） 一（14）M M sin : opt PE sin ： E式（18）（21）中，Hs为窗心可能提前的最小垂深，He为窗心可能滞后的最大垂深，其余符号同前，根据式（21）计算的Se可能确定井口位置。4.3施工要点（1）最佳稳斜角«opt最根据第二增斜段的造斜率计算的，所以要尽可能将F2估计得准确些。从第二次造斜开始要尽可

42、能控制造斜率达到预定值。（2） 当第一增斜段井斜角达到«opt时，更换钻具组合稳斜钻进，最好随钻进行丫测井，同时注意岩屑录井，以便及时发现标志层或油层顶界确定M点。（3）M点确定后，可根据其垂深HM算出实际的窗心垂深HE。He =Hm +5刷皿（15）再将实际He值代入式（19）中修正滑行长度。4.4算例给定设计条件：:a = 5 ,： E =88 ,R =214.875m（8 /30m）,R2 =143.25m（12 /30m）,He =2100m,Hs = 2093.7m, HX = 2106.3m,c =8m.设计计算结果为： opt =68.76 ,M M =19.11m,PE =17.82m,Ha = 1901.26m,SE = 385.08m设在实钻时，当稳斜钻了12.12m时钻遇油层顶界，贝U M福= 12.12m。M点垂深可通过计算得 H=2087.20作实际窗心垂深HE=2095.20m,修正后