石油钻井设备与工具-王镇全 5第一节

1、第五章第五章 井眼轨迹测量与控制工具井眼轨迹测量与控制工具 前言前言 1 1、概述、概述 自自1919世纪末旋转钻井诞生以来，初期都是打直井，人们预想的井世纪末旋转钻井诞生以来，初期都是打直井，人们预想的井眼轨道是一条铅垂直线。并且认为旋转钻的实钻井眼轨迹也和顿钻一眼轨道是一条铅垂直线。并且认为旋转钻的实钻井眼轨迹也和顿钻一样，是一条铅垂直线。直到大约样，是一条铅垂直线。直到大约2020世纪世纪2020年代末，人们意外地发现一年代末，人们意外地发现一口新钻井把旁边一口老井的套管钻穿，还发现相邻两口井的井深不同口新钻井把旁边一口老井的套管钻穿，还发现相邻两口井的井深不同却钻到了同一油层。于是认识

2、到井是会斜的，需要采取有效措施控制却钻到了同一油层。于是认识到井是会斜的，需要采取有效措施控制井眼轨迹，才能减小井斜。于是出现了井眼轨迹，才能减小井斜。于是出现了“直井防斜技术直井防斜技术”。 2020世纪世纪3030年代初，在海边向海里打定向井开采海上油田的尝试成年代初，在海边向海里打定向井开采海上油田的尝试成功之后，定向井得到了广泛的应用，其应用领域大体有以下三种情况：功之后，定向井得到了广泛的应用，其应用领域大体有以下三种情况： (1)(1)地面环境条件的限制：当地面上是高山，湖泊，沼泽，河流，地面环境条件的限制：当地面上是高山，湖泊，沼泽，河流，沟壑，海洋，农田或重要的建筑物等，难以安

3、装钻机，进行钻井作业沟壑，海洋，农田或重要的建筑物等，难以安装钻机，进行钻井作业时，或者安装钻机和钻井作业费用很高时，为了勘探和开发它们下面时，或者安装钻机和钻井作业费用很高时，为了勘探和开发它们下面的油田，最好是钻定向井。的油田，最好是钻定向井。 (2)(2)地下地质条件的要求：对于断层遮挡油藏，定向井比直井可发地下地质条件的要求：对于断层遮挡油藏，定向井比直井可发现和钻穿更多的油层；对于薄油层，定向井和水平井比直井的油层裸现和钻穿更多的油层；对于薄油层，定向井和水平井比直井的油层裸露面积要大得多。另外，侧钻井，多底井，分支井，大位移井，侧钻露面积要大得多。另外，侧钻井，多底井，分支井，大位

4、移井，侧钻水平井，径向水平井等定向井的新种类，显著地扩大了勘探效果，增水平井，径向水平井等定向井的新种类，显著地扩大了勘探效果，增加了原油产量，提高了油藏的采收率。加了原油产量，提高了油藏的采收率。 (3)(3)处理井下事故的特殊手段：当井下落物或断钻事故最终无法捞处理井下事故的特殊手段：当井下落物或断钻事故最终无法捞出时，可从上部井段侧钻打定向井；特别是遇到井喷着火常规方法难出时，可从上部井段侧钻打定向井；特别是遇到井喷着火常规方法难以处理时，在事故井附近打定向井以处理时，在事故井附近打定向井( (称作救援井称作救援井) )，与事故井贯通，进，与事故井贯通，进行引流或压井，从而可处理井喷着火

5、事故。行引流或压井，从而可处理井喷着火事故。0.000.000.500.501.001.001.501.502.002.002.502.503.003.003.503.504.004.004.504.505.005.0019971997199819981999199920002000200120012002200220032003定向井比例（x10%）定向井比例（x10%）机械钻速（x10m/h）机械钻速（x10m/h）队年进尺（万米）队年进尺（万米）生产时效（x100%）生产时效（x100%）37.5%11.32m/h30148m91.76%21.3%24300m10.24m/h89%近年来

6、中石油钻井综合指标 目前，定向钻井已成为油田勘探开发目前，定向钻井已成为油田勘探开发的极为重要的手段，井眼轨迹的测量控制的极为重要的手段，井眼轨迹的测量控制是定向钻井技术的基本内容。井眼轨迹控是定向钻井技术的基本内容。井眼轨迹控制技术经历了从经验到科学、从定性到定制技术经历了从经验到科学、从定性到定量的发展过程。现在正处在向井眼轨迹自量的发展过程。现在正处在向井眼轨迹自动控制阶段发展。动控制阶段发展。 不论是直井还是定向井的井眼轨迹控不论是直井还是定向井的井眼轨迹控制，都需要测定地面以下井眼的位置。这制，都需要测定地面以下井眼的位置。这就需要使用能沿井身不同深度测量井斜角就需要使用能沿井身不同

7、深度测量井斜角和方位角的测量仪器。井眼相对地面的位和方位角的测量仪器。井眼相对地面的位置可以从累计的测量结果中计算出来。置可以从累计的测量结果中计算出来。 2 2、定向测量的目的、定向测量的目的 (1)(1)监视钻进过程中的实际井眼轨迹，以保证监视钻进过程中的实际井眼轨迹，以保证钻达目标区钻达目标区; ; (2) (2)当校正井眼轨道时，将造斜工具按要求的当校正井眼轨道时，将造斜工具按要求的方位定位；方位定位； (3)(3)保证所钻井眼没有与已钻的邻近井眼相交保证所钻井眼没有与已钻的邻近井眼相交的危险的危险; ; (4) (4)确定所遇各种地层的真实垂深，以得到准确定所遇各种地层的真实垂深，以

8、得到准确的地质构造图确的地质构造图; ; (5) (5)确定准确的井底位置，用于监测油层特性确定准确的井底位置，用于监测油层特性和钻救险井和钻救险井; ; (6) (6)计算井眼轨道的狗腿严重度。计算井眼轨道的狗腿严重度。 3 3、测斜仪器的种类、测斜仪器的种类 一口实钻井的井眼轴线是一条空间曲一口实钻井的井眼轴线是一条空间曲线。为了进行轨迹控制，就要了解这条空线。为了进行轨迹控制，就要了解这条空间曲线的形状，就要进行轨迹测量，这就间曲线的形状，就要进行轨迹测量，这就是是“测斜测斜”。 井眼测量仪器种类很多。按照仪器的结井眼测量仪器种类很多。按照仪器的结构、性能、工作方式，可归纳为磁性测斜构、

9、性能、工作方式，可归纳为磁性测斜仪和陀螺测斜仪两大类。仪和陀螺测斜仪两大类。 磁性测斜仪照相测斜仪电子测斜仪随钻测斜仪单点测斜仪多点测斜仪单点多点有线随钻无线随钻陀螺测斜仪单点陀螺测斜仪多点陀螺测斜仪随钻陀螺测斜仪第一节第一节 井眼轨迹的基本概念井眼轨迹的基本概念 一、井眼轨道与井眼轨迹的概念一、井眼轨道与井眼轨迹的概念 井眼轨道：指在一口井钻进之前人们预井眼轨道：指在一口井钻进之前人们预想的该井井眼轴线形状。想的该井井眼轴线形状。 井眼轨迹：指一口已钻成的井的实际井井眼轨迹：指一口已钻成的井的实际井眼轴线形状。眼轴线形状。 二、井眼轨迹的基本参数二、井眼轨迹的基本参数 一口实钻井的井眼轴线是

10、一条空间曲线。一口实钻井的井眼轴线是一条空间曲线。 对于空间的一条线段，线段的起点为坐标原点，对于空间的一条线段，线段的起点为坐标原点，如果已知：如果已知： 线段的长度；线段的长度； 该线段与该线段与z z轴的夹角；轴的夹角； 该线段在该线段在xyxy平面内的投影与平面内的投影与x x轴的夹角。轴的夹角。 那么该线段的空间位置即可确定。那么该线段的空间位置即可确定。 如果将第一线段的终点作为第二线段的起点，如果将第一线段的终点作为第二线段的起点，并把坐标原点移至第一线段的终点，如果知道第并把坐标原点移至第一线段的终点，如果知道第二线段长度、与二线段长度、与z z轴的夹角和第二线段在轴的夹角和第

11、二线段在xyxy平面内平面内的投影与的投影与x x轴的夹角。那么第二线段的空间位置也轴的夹角。那么第二线段的空间位置也可确定。可确定。 依次类推，可得到空间的折线，将折线进行依次类推，可得到空间的折线，将折线进行拟合，可得到空间一曲线。此为井眼轨迹计算拟拟合，可得到空间一曲线。此为井眼轨迹计算拟合的数学依据。合的数学依据。 上述曲线计算、拟合空间曲线需要起点坐标、上述曲线计算、拟合空间曲线需要起点坐标、线段长、线段与线段长、线段与z z轴的夹角和在轴的夹角和在xyxy平面内的投影与平面内的投影与x x轴的夹角在井眼轨迹拟合时由四个参数替代。轴的夹角在井眼轨迹拟合时由四个参数替代。井眼轨迹的基本

12、参数有四个：井眼轨迹的基本参数有四个： 井深、测段、井斜角和井斜方位角。井深、测段、井斜角和井斜方位角。 1 1、井深、井深 指井口指井口( (通常以转盘面为基准通常以转盘面为基准) )至测点至测点的井眼长度，也有人称之为斜深，国外称的井眼长度，也有人称之为斜深，国外称为测量井深为测量井深(Measure Depth)(Measure Depth)。 井深是以钻柱或电缆的长度来量测。井深是以钻柱或电缆的长度来量测。井深既是测点的基本参数之一，又是表明井深既是测点的基本参数之一，又是表明测点位置的标志。测点位置的标志。 2 2、 测段测段 二测点之间的井段称为测段。一个测段二测点之间的井段称为测段。一个测段的两个测点中，井深小的称为上测点，井的两个测点中，井深小的称为上测点，井深大的称为下测点。井深的增量总是下测深大的称为下测点。井深的增量总是下测点井深减去上测点井深。点井深减去上测点井深。 3 3、井斜角、井斜角 过井眼轴线上某测点作井眼轴线的切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线，该切线向井眼前进方向延伸的部分称为井眼方向线。井眼方向线与重力线之间为井眼方向线。井