斜井基本常识

斜井基本常识第一页，共七十三页，编辑于2023年，星期三定向井普通定向井：一个井场内仅有1口最大井斜角小于60°的定向井。斜直井：用斜直钻机或斜井架完成，自井口开始井眼轨道一直是一段斜井段的定向井。大斜度井：最大井斜角在60°~80°范围内的定向井水平井：最大井斜角大于或等于86°，并保持这种井斜角钻完一定长度段的井。

长曲率半径：6°/30m中曲率半径：6°~20°/30m水平井中短曲率半径：1°~20°/30m短曲率半径：1°~10°/m

径向水平井：k=∝

丛式井：在一个井场内有计划地钻出两口或两口以上的定向井组，其中可含1口直井。多底井（分支井）：一个井口下面有两个或两个以上井底的定向井。第三章第二页，共七十三页，编辑于2023年，星期三第一节井眼轨道设计的原则和方法一、基本概念1.井眼轨道的基本要素井眼轨道：表示井眼轴线形状的图形。第五章第一节井眼轨道设计的原则和方法其它基本要素如下图所示：第三页，共七十三页，编辑于2023年，星期三井深DＷ：转盘补心到井底的深度。测深Ｄm：某测点到转盘补心的井眼轴线实际长度。垂深Ｄ：井眼轴线上某测点至井口转盘所在平面的垂直距离。井斜角αi：轴线切向方向与垂线的夹角。方位角ψ：正北顺时针转至轴线上某点切线在水平面的投影的夹角。井眼曲率Rh：单位长度井段井眼轴线的切线所转过的角度。井斜变化率Rn：单位长度井段井斜角变化值。方位变化率Ri：单位长度井段方位角变化值。井底闭合方位角Ψh

：从正北方向顺时针转至井口与井底的水平投影连线的夹角。井底水平位移Sh：井口与井底两点在水平投影面上的直线距离。第五章第一节井眼轨道设计的原则和方法第四页，共七十三页，编辑于2023年，星期三直井段造斜点增斜段最大井斜角αmax

降斜段直井段斜井深水平位移1)直井段:设计井斜角为零度的井段。2)造斜点（Ｄｋｏｐ）:开始定向造斜的位置称为造斜点。通常以该点的井深来表示。3)造斜率（Ｒｂ）:造斜工具的造斜能力,即该造斜工具所钻出的井段的井眼曲率。4)造(增)斜段:井斜角随井深增加的井段。2.井身剖面井身在垂直平面内的投影第五章第一节井眼轨道设计的原则和方法第五页，共七十三页，编辑于2023年，星期三

9)靶心距（ｓｔ）:在靶区平面上,实钻井眼轴线与目标点之间的距离。6)降斜段:井斜角随着井深的增加而减小的井段。5)稳斜段:井斜角保持不变的井段。7)目标点:设计规定的、必须钻达的地层位置，通常以地面井口为坐标原点的空间坐标系的坐标值来表示。8)靶区及靶区半径（ｒｔ）:包含目标点在内的一个区域称为靶区。在大斜度井和水平井中，靶区为包含设计井眼轨道的一个柱状体。第五章第一节井眼轨道设计的原则和方法第六页，共七十三页，编辑于2023年，星期三

1)工具弯角（θｂ）:在造斜钻具组合中,拐弯处上下两段的轴线间的夹角。2)工具面:在造斜钻具组合中,由弯曲工具的两个轴线所决定的平面。

3)反扭角（βｒ）:在使用井下动力钻具进行定向造斜或扭方位时,动力钻具启动前的工具面与启动后且加压钻进时的工具面之间的夹角。反扭角总是使工具面逆时针转动。3.井眼轨道水平投影第五章第一节井眼轨道设计的原则和方法第七页，共七十三页，编辑于2023年，星期三5)工具面角（βｔ）：造斜工具下到井底以后，工具面所在的角度。它有两种表示方法：高边工具面角和磁工具面角。高边工具面角是以高边方向线为始边，顺时针转到工具面与井底圆平面的交线所转过的角度；磁工具面角为以正北方向线为始边，顺时针转到工具面与井底圆平面的交线在水平面上的投影线所转过的角度。4)高边：定向井的井底是个呈倾斜状态的圆平面，称为井底圆；井底圆上的最高点称为高边；从井底圆心至高边之间的连线所指的方向称为高边方向；从正北方向线顺时针转至高边方向在水平面上的投影所转过的角度称为高边方位角。

第五章第一节井眼轨道设计的原则和方法第八页，共七十三页，编辑于2023年，星期三6)装置角（β）:在启动钻具后且加压钻进时,工具面所处的角度，与工具面角一样，既可用高边工具面表示，也可用磁工具面表示。7)安置角（βｓ）：在启动钻具前,工具面所处的角度。与工具面角一样，既可用高边工具面表示，也可用磁工具面表示。8)安全控制圆锥（柱）:以设计井眼轴线为中心所限定的圆锥（柱）空间。9)误差椭球:由测量和计算误差引起的井底位置不确定性所构成的以井底为中心的椭球体。

第五章第一节井眼轨道设计的原则和方法第九页，共七十三页，编辑于2023年，星期三井眼曲率的计算1）简单表示法方位角不变的井眼轴线此时：若AB弧有均匀曲率，则根据定义：第五章第一节井眼轨道设计的原则和方法第十页，共七十三页，编辑于2023年，星期三对于空间井眼轴线，可以用两个平面来表示垂直：水平：第五章第一节井眼轨道设计的原则和方法第十一页，共七十三页，编辑于2023年，星期三空间曲率的计算第五章第一节井眼轨道设计的原则和方法设有一空间曲线L，L上点A的定向要素为：DA、EA、NA、αA、φA、ShA；井深增加到B点，设AB弧第十二页，共七十三页，编辑于2023年，星期三与整个井眼相比为小量，其长设为dl，B点的定向要素为φA+dφ。连接AB两点，AB线段水平投影为AˊBˊ线段长=dl。DA+dD、EA+dE、NA+dN、αA+dα、ShA+dShA、线段。可以近似地认为：AB弧长=AB在垂直投影面中：αA、αA+dα在平面AAˊB内，令∠AAˊB=α，则第五章第一节井眼轨道设计的原则和方法第十三页，共七十三页，编辑于2023年，星期三水平投影面中：第五章第一节井眼轨道设计的原则和方法水平投影面中：第十四页，共七十三页，编辑于2023年，星期三由于：则：坐标参数与基本参数间的关系：第五章第一节井眼轨道设计的原则和方法第十五页，共七十三页，编辑于2023年，星期三Rn、Ri对Rh都有影响。第五章第一节井眼轨道设计的原则和方法第十六页，共七十三页，编辑于2023年，星期三四、井眼轨道设计的原则和方法

井眼轨道的类型二维井眼轨道三维井眼轨道

设计井眼轴线仅在设计方位线所在铅垂平面上变化的井眼轨道。

二维井眼轨道由垂直井段、增斜井段、稳斜井段和降斜井段组合而成。

在设计井眼轴线上，既有江斜角变化又有方位角变化的井眼轨道。三维井眼轨道设计用于绕障井和现场待钻修正井眼轨道设计。1.井眼轨道的类型第五章第一节井眼轨道设计的原则和方法第十七页，共七十三页，编辑于2023年，星期三1)根据油气田勘探开发要求，保证实现钻井目的；2)根据油气田的构造特征、油气产状，有利于提高油气产量和采收率，改善投资效益；3)在选择造斜点、井眼曲率、最大井斜角等参数时，有利于钻井、采油和修井作业；4)

在满足钻井目的的前提下，应尽可能选择比较简单的剖面类型，力求使设计的斜井深最短，以减小井眼轨道控制的难度和钻井工作量，有利于安全、快速钻井、降低钻井成本。

第五章第一节井眼轨道设计的原则和方法2.设计井眼轨道的原则第十八页，共七十三页，编辑于2023年，星期三造斜点的选择原则3.井眼轨道设计中有关因素的选择1)造斜点的选择在比较稳定的地层，避免在岩石破碎带、漏失地层2）地层可钻性均匀，不应有硬夹层；3）要满足采油工艺要求；4)垂深大、水平位移小的井，造斜点应深，以简化井身结构、加快钻速；5)垂深小、水平位移大的井，造斜点应浅，以减少定向施工的工作量；6)在井眼方位漂移地区，应使斜井段避开方位漂移大的地层。(1)第五章第一节井眼轨道设计的原则和方法第十九页，共七十三页，编辑于2023年，星期三(3)井眼曲率井眼曲率过大会给钻井、采油和修井作业造成困难，因此，应根据具体情况，适当选择井眼曲率。(2)最大井斜角直井在规定井斜角内；常规井和水平井交斜角小于15°时，方位不稳定，因此，最大井斜角应大于15°。4.井眼轨道类型的选择

设计井眼轨道时，一般选择简单的二维轨道。二维轨道由垂直井段、造斜井段、稳斜井段、降斜井段组合而成，最常用的有四种类型。

第五章第一节井眼轨道设计的原则和方法第二十页，共七十三页，编辑于2023年，星期三轨道类型直井三段制五段制“S”型直井段—造斜—稳斜特点：造斜点浅，施工简单，在表层套管内达最大井斜角。常用于不下中间套管的单一油层的中深井，也用于水平位移大的井和水平井。直井段—造斜段—稳斜段—增斜段—稳斜段一般用于水平井直井段—造斜段—稳斜段—降斜段—稳斜段特点：造斜深度浅，造斜完成后下表层套管，稳斜钻进，在达到一定水平位移后降斜，在达到油层时井斜角符合要求。通常还要下一层中间套管，最后稳斜钻穿油层。第五章第一节井眼轨道设计的原则和方法第二十一页，共七十三页，编辑于2023年，星期三1)掌握原始资料主要是该地区的地质剖面、地表对井位的限制条件、目的层位的垂直井深和总水平位移、自然造斜规律、工具造斜能力、钻井技术水平以及故障提示等；2)根据井眼轨道确定原则，选定一个井眼轨道类型；3)根据原始资料选定造斜点的位置，并确定造斜率和降斜率的大小；第五章第一节井眼轨道设计的原则和方法5.二维定向井井眼轨道设计方法4)确定最大井斜角；5)计算剖面上各井段的井斜角、方位角、垂直井深、水平位移；第二十二页，共七十三页，编辑于2023年，星期三6)核算井眼曲率，使其满足对它的各种限制条件，并做出井身的控制圆柱，即误差范围；

7)绘制井眼轨道图，标出安全圆柱。第五章第一节井眼轨道设计的原则和方法设计实例：已知某设计井的垂深D=3000m，水平位移Sh=1500m，方位角φ=30°，造斜点垂直深度Dkop=400m，造斜率Rb1=2°/30m，降斜率Rb2=1.5°/30m，油层垂直深度De=2700m，要求稳斜进入油层，井斜角不大于αe=8°.目前常用的设计方法查图法作图法解析法第二十三页，共七十三页，编辑于2023年，星期三dDShShoSheDkopR1R2DoDeabcftego2o1hijkαmαeαmαmαeo最大井斜角αm的确定:在△kjf中：第五章第一节井眼轨道设计的原则和方法第二十四页，共七十三页，编辑于2023年，星期三若令：She：油层内水平位移De：油层深度第五章第一节井眼轨道设计的原则和方法有:第二十五页，共七十三页，编辑于2023年，星期三造斜率与曲率半径的关系：计算：第五章第一节井眼轨道设计的原则和方法第二十六页，共七十三页，编辑于2023年，星期三井段：O—a最大井斜角:0方位角:0垂直井深增量ΔD(m):

ΔDa=ΔDkop=400垂直井深D(m):Da=

Dkop=400水平位移增量ΔSh(m):ΔSha=0

水平位移Sh(m):Sh=0

段长Δl(m):

Δla=Dkop

=0井深Dw(m):Dw=Dkop

=0第五章第一节井眼轨道设计的原则和方法DShShoSheDkopR1R2DoDeabcftego2o1hijkαmαeαmαmαeo第二十七页，共七十三页，编辑于2023年，星期三水平位移增量ΔSh(m):ΔShab=R1(1-cosαm)=206.03

水平位移Sh(m):Shb=ΔShab=

206.03

段长Δl(m):

Δlab=R1αm/57.3=607.65井深Dw(m):Dwb=Dwa+

Δlab

=1007.65第五章第一节井眼轨道设计的原则和方法井段：a—b最大井斜角:40.51°方位角:30°垂直井深增量ΔD(m):ΔDab=R1sinαm=558.31垂直井深D(m):Db=Da+ΔDab=958.31DShShoSheDkopR1R2DoDeabcftego2o1hijkαmαeαmαmαeo第二十八页，共七十三页，编辑于2023年，星期三垂直井深D(m):Dc=

Db+

ΔDbc=2115.07水平位移增量ΔSh(m):ΔShbc=ΔDbctgαm=988.32

水平位移Sh(m):Shc=Shb+ΔShbc=

1194.35

段长Δl(m):Δlbc=ΔShbc/sinαm=1521.47井深Dw(m)：Dwc=Dwb+

Δlbc

=2529.12井段：b—c;最大井斜角:40.51°方位角:

30°垂直井深增量ΔD(m):

ΔDbc=De-

Dkop-ΔDab

-ΔDcd

=1156.76第五章第一节井眼轨道设计的原则和方法DShShoSheDkopR1R2DoDeabcftego2o1hijkαmαeαmαmαeo第二十九页，共七十三页，编辑于2023年，星期三水平位移Sh(m):Shd=Shc+ΔShcd=

1457.9

段长Δl(m):

Δlcd=R2(αm-αe

)/57.3=1521.47井深Dw(m):

Dwd=Dwc+

Δlcd

=3179.32井段：c—d最大井斜角:40.51°方位角:

30°垂直井深增量ΔD(m):

ΔDcd=R2(sinαm-sinαe)=584.93垂直井深D(m):Dd=

Dc+

ΔDcd=2700水平位移增量ΔSh(m):ΔShcd=R2(cosαe-cosαm)=263.35

第五章第一节井眼轨道设计的原则和方法DShShoSheDkopR1R2DoDeabcftego2o1hijkαmαeαmαmαeo第三十页，共七十三页，编辑于2023年，星期三水平位移Sh(m):Sht=Shd+ΔShdt=

1500.06

段长Δl(m):Δldt=ΔShdt/sinαe=302.93井深Dw(m):Dwt=Dwd+

Δldt

=3482.25第五章第一节井眼轨道设计的原则和方法井段：d—t最大井斜角:8°方位角:

30°垂直井深增量ΔD(m):ΔDdt=D-De=300垂直井深D(m):Dt=Dd+ΔDdt=3000水平位移增量ΔSh(m):ΔShdt=ΔDdttgαe=42.16DShShoSheDkopR1R2DoDeabcftego2o1hijkαmαeαmαmαeo第三十一页，共七十三页，编辑于2023年，星期三6.井眼轨道随钻修正设计7.井眼轨道绕障或防碰设计8.丛式井总体设计的原则(1)丛式井位置、数量和井数的确定(2)防止井眼相碰

防止井眼相碰是丛式井设计和施工的关键。为此，我们应该注意下述几个方面。1)井网类型。2)井眼轨道设计。3)井口布置第五章第一节井眼轨道设计的原则和方法第三十二页，共七十三页，编辑于2023年，星期三4)造斜点位置5)造斜率与最大井斜角6)钻井次序7)控制安全圆柱8)提高测斜仪器的精度9)使用电子计算机绘制井眼防碰图第五章第一节井眼轨道设计的原则和方法第三十三页，共七十三页，编辑于2023年，星期三第二节钻柱及下部钻具组合设计

钻柱的主要作用有:1)

提供钻机到钻头的钻井液通道,即输送钻井液；2)把地面动力传递给钻头并给钻头加压,使钻头破碎岩石；3)起下钻头；钻柱：是指自方钻杆至钻头以上的钻具管串的总称。钻柱由方钻杆、钻杆、钻铤、接头和稳定器等钻具组成。在钻井过程中，通过钻柱把钻头和地面连接起来。第五章第二节钻柱及下部钻具组合设计第三十四页，共七十三页，编辑于2023年，星期三4)

通过钻柱可以了解钻头工作情况、井眼状况及地层情况等；5)进行取心、处理井下事故与复杂情况、打捞；6)对地层流体及压力状况等进行测试与评价。第五章第二节钻柱及下部钻具组合设计一、

常用钻井工具钻具是钻井工具的简称,常用钻具包括钻头、钻铤、稳定器、减振器、震击器、加重钻杆、钻杆、方钻杆、井底马达和连续导向动力钻具组合等。二、钻柱的工作状态及受力分析1、钻柱的工作状态

起下钻:钻柱不接触井底，钻柱处于悬持状态，在自重第三十五页，共七十三页，编辑于2023年，星期三正常钻进：部分钻柱的重量作为钻压施加在钻头上，使得下部钻柱受压缩。在钻压小和直井条件下，钻柱也是直的，而当压力达到某一临界值时，下部钻柱将失去直线稳定状态，发生弯曲，并在某一点与井壁接触，称为钻柱的第一次弯曲；如果继续加大钻压则弯曲形状改变，切点下移，当钻压增大到新的临界值时，钻柱弯曲出现第二个半波，着是钻柱的第二次弯曲。如果继续增大钻压，则会出现第三次弯曲。正常钻进过程中，钻柱处于不停的旋转状态，钻柱旋转运动的可能形式：自转、公转、公转+自转、不规则运动第五章第二节钻柱及下部钻具组合设计作用下，钻柱处于受拉伸的直线稳定状态。第三十六页，共七十三页，编辑于2023年，星期三2、钻柱的受力分析及计算不同的工作条件、不同部位，钻柱受载荷不同：拉、压扭矩弯矩内外压力1）轴向载荷包括稳态载荷和动态载荷，一般除振动严重外，忽略动态。第五章第二节钻柱及下部钻具组合设计第三十七页，共七十三页，编辑于2023年，星期三第五章第二节钻柱及下部钻具组合设计钻柱轴向载荷钻柱重量钻井液浮力钻压与井壁摩擦第三十八页，共七十三页，编辑于2023年，星期三拉力0压力（-）（+）N（A）拉力0压力（-）（+）NZ（B）拉力0压力（-）（+）NW（C）拉力0压力（-）（+）NZW（D）中和点：轴向应力线与静液柱压力的交点。此点的静液柱压力等于钻柱中压缩应力。中和点位置可以由钻压W除以单位长度浮重来确定。第五章第二节钻柱及下部钻具组合设计第三十九页，共七十三页，编辑于2023年，星期三钻进过程中钻柱轴向载荷：Wpt为任意截面处轴向载荷；Wp为该截面以下钻柱在空气中的重量。若设分析截面距井底长度为L，则对于井口处：钻柱的平均应力：第五章第二节钻柱及下部钻具组合设计第四十页，共七十三页，编辑于2023年，星期三2）扭矩转盘钻进时，钻柱扭矩在井口处最大，钻头处最小。采用井下动力钻具时，钻头施加给钻柱反扭矩，扭矩在钻头处最大，井口处最小。

当能够确定某一截面的钻柱承受的扭矩时，可以计算该截面上钻柱由于承受扭矩而产生的剪切应力

转盘钻进时，钻柱所受的扭矩取决于转盘传给钻柱的功率第五章第二节钻柱及下部钻具组合设计第四十一页，共七十三页，编辑于2023年，星期三正常钻进时，N的大小与钻头类型及直径、岩石性质、钻柱尺寸、钻压、转速、钻井液性能及井眼质量的功能因素有关，可以用经验公式确定。式中：N空转钻柱空转功率，kW；ρd钻井液密度，N/m3；de钻柱外径，cm；L钻柱长度，m；n转速，r/min。刮刀钻头钻进：W钻压，N；Db钻头直径，cm。第五章第二节钻柱及下部钻具组合设计第四十二页，共七十三页，编辑于2023年，星期三牙轮钻头钻进：C为经验系数，与岩性、钻井液性质、井眼清洁程度、钻头磨损等有关。一般取：0.35~0.6。第五章第二节钻柱及下部钻具组合设计若钻头或钻柱突然被卡，旋转钻柱的动能可能全部转变为变形位能，引起瞬时扭矩，产生很大的扭矩和剪应力旋转动能第四十三页，共七十三页，编辑于2023年，星期三变形位能：最大扭矩：第五章第二节钻柱及下部钻具组合设计3）钻柱弯矩被卡时：

直井中钻柱上部弯矩是由离心力引起的，钻柱下部则是由钻柱受压弯曲和离心力共同作用引起的，一般下部弯曲应力大。第四十四页，共七十三页，编辑于2023年，星期三在弯曲井眼中，钻柱被约束，受到弯矩的作用。弯曲状态下，钻柱自转，产生交变弯曲应力。4)内外压力内外压力作用下产生径向应力和周向应力第五章第二节钻柱及下部钻具组合设计第四十五页，共七十三页，编辑于2023年，星期三5）其它力的作用离心力纵向振动横向振动动载钻柱与井壁的正压力和摩擦力3.钻柱强度及稳定性校核1）强度校核第五章第二节钻柱及下部钻具组合设计钻柱所受的四种主要载荷：第四十六页，共七十三页，编辑于2023年，星期三最大应力应满足：2)稳定性校核

无论是直井还是定向井，当钻柱所受的轴向压力小于一定值时，钻柱为直线稳定状态；当轴向压力大于一定值时，钻柱就发生正弦屈曲；当轴向力继续增大时，钻柱就会发生螺旋屈曲。钻柱屈曲后，钻柱与井壁的压力、摩擦力急剧增加，钻柱应力增大。钻柱失稳及形式可用下列式子计算分析。第五章第二节钻柱及下部钻具组合设计第四十七页，共七十三页，编辑于2023年，星期三未失稳正弦屈曲螺旋屈曲第五章第二节钻柱及下部钻具组合设计第四十八页，共七十三页，编辑于2023年，星期三4、钻柱的破坏1）钻柱的物理机械性能

(1)钻柱的材质钻柱的各个组成部分均由优质合金钢或优质铝合金制造。在API标准中，规定钻杆的钢级有D级、E级、95（X）级、105（G）级和135（S）级共五种。其中X级、G级和S级钻杆为高强度钻杆；钻铤和方钻杆的钢级为AISI4145和AISI4150，其机械物理性能见有关手册或API公报。(2)钻柱的物理机械性能钻杆的强度数据主要包括钻杆外径、壁厚、名义重量、材质、扭力屈服强度、按最小屈服强度计算的最小抗第五章第二节钻柱及下部钻具组合设计第四十九页，共七十三页，编辑于2023年，星期三

统计资料说明，绝大多数钻柱的损坏有下述几种情况：（1）钻柱的疲劳破坏疲劳破坏有三种形式：纯疲劳、伤痕疲劳和腐蚀疲劳。（2）钻杆的氢脆破坏

2）钻柱的破坏拉力、最小抗挤压力、抗内压力等；钻铤规范数据主要包括外径、内径、长度、质量、紧扣扭矩等。具体数据请查阅有关册或API公报。第五章第二节钻柱及下部钻具组合设计第五十页，共七十三页，编辑于2023年，星期三5、钻柱组合设计设计内容钻铤的确定内、外径，内小、外大，受井径限制、钻井液流动限制，长度满足钻压要求。强度足够，钻进不断，尽量保证钻井液正常循环减少能量损耗。钻杆的确定钻铤的安放位置第五章第二节钻柱及下部钻具组合设计井斜小：提供钻压的钻铤安放在钻具下部，钻具上部采用钟摆、塔式、满眼结构。钻井斜大或水平井：钻铤放在井斜较小的井段，大斜度井段或水平井段则在承压钻杆与下部钻具连接。第五十一页，共七十三页，编辑于2023年，星期三6、下部钻具组合设计方法1）设计原则下部钻具组合设计的原则是:a.有效地钻出设计的井眼轨道；b.钻头、马达和测量系统工作稳定性高，能加较大钻压，有利于提高钻速；c.具有较高的强度和寿命；第五章第二节钻柱及下部钻具组合设计钻井中常用的钻具组合中包括稳斜钻具、降斜钻具、防斜钻具、造斜钻具、增斜钻具、几何导向钻井系统和地质导向钻井系统等。下部钻具结构如图3-6所示。第五十二页，共七十三页，编辑于2023年，星期三2）稳斜钻具

保持井斜角和方位角不变。稳斜钻具是采用刚性满眼钻具结构，通过增大下部钻具组合的刚性，控制下部钻具组合在外力作用下的变形达到稳定井斜和方位的效果。

常用组合：钻头+近钻头稳定器+短钻铤=稳定器+单根钻铤+稳定器+钻铤+钻杆d.便于安装和起下。第五章第二节钻柱及下部钻具组合设计3）降斜钻具和防斜钻具

降斜钻具用于定向井中降低井眼轨道的井斜角。防斜钻具用于直井中抑制和防止井斜的产生。降斜钻具一般采用钟摆钻具组合，利用钻具自身的重力产生的钟摆力实现降斜。根据设计井眼轨道要求的井斜角大小，设计钻头与稳定器之间的距离，便可以改变钟摆第五十三页，共七十三页，编辑于2023年，星期三第三节井眼轨道控制理论与技术

井眼轨道控制是钻井工作中的一项重要工作。在石油开发的早期，对井眼轨道控制并不严格。本世纪20年代末期，人们发现了钻井过程中井眼弯曲问题并认识到要钻绝对直的井是不可能的，并逐渐认识到了井斜的危害。40年代末至50年代初期，防斜成为钻井技术领域所关注的问题。后来，利用井斜钻成了定向井、水平井和丛式井解决了许多油田开发中的难题并取得了良好的经济效益。从防斜打直、造斜、增斜、稳斜到降斜，井眼轨道控制研究取得了一系列重要成果。

第五章第三节井眼轨道控制理论与技术第五十四页，共七十三页，编辑于2023年，星期三操作原因：下部钻具的工作状态对井斜影响很大，当下部钻具受压产生弯曲就会使钻头偏斜导致井斜。井斜原因地质条件：技术原因：由于所钻地层的倾角和非均质性使钻头受力不平衡。即使有性能良好的防斜钻具，也会因操作不当而造成井斜。一、直井井斜及控制第五章第三节井眼轨道控制理论与技术第五十五页，共七十三页，编辑于2023年，星期三1、地质条件地层倾角、层状地层、各向异性、岩性软—硬交错、断层

最主要的作用是地层倾角，其它诸因素对井斜的作用都与地层倾角紧密相关。当地层倾角小于45°时,井眼一般沿上倾方向偏斜；当地层倾角大于60°时，井眼将顺着地层面下滑发生偏斜；在45°~60°之间不稳定。第五章第三节井眼轨道控制理论与技术第五十六页，共七十三页，编辑于2023年，星期三

钻头在倾斜的层状地层中钻进时，当钻至每个层面交界处时，此处岩层不能长时间支持所加钻压而趋向沿垂直层面发生破碎。在井眼上倾一侧的小斜台很容易钻掉。相反，在井眼下倾一侧却留有一个小斜台；它就像小变向器作用一样，对钻头施加一个横向力，把钻头推向上倾一侧，从而引起井斜。逐层钻进时，斜台大，井斜增长快。所以：地层倾角大，成层性越强，钻压越大，井斜越大。第五章第三节井眼轨道控制理论与技术1)层状地层对井斜的影响第五十七页，共七十三页，编辑于2023年，星期三2）地层各向异性对井斜的影响

由于岩层的成层状况、层理、节理、纹理以及岩石的成分、结构、胶结物、颗粒大小等因素造成岩层在不同方向上的强度不同，一般来说垂直地层层面的强度较小，钻进时钻头将沿着这个破碎阻力最小的方向倾斜。第五章第三节井眼轨道控制理论与技术第五十八页，共七十三页，编辑于2023年，星期三AB软硬3）岩性交错变化对井斜的影响（1）钻头从软地层进入硬地层时

钻头在上倾侧先接触到硬岩石，在下倾侧仍为软岩石。这样在钻压作用下，由于上倾侧岩石的硬度大，可钻性差，钻头吃入地层少，钻速慢，而在下倾侧，可钻性好，吃入地层多，钻速快，因此，井眼向上倾侧偏斜。此外，钻头两侧受力不均匀，上倾侧井底反力的合力比下倾侧大。将产生弯矩扭转钻钻头，使其向上倾方向倾斜。第五章第三节井眼轨道控制理论与技术第五十九页，共七十三页，编辑于2023年，星期三AB软硬（2）钻头由硬地层进入软地层时开始时由于钻头在软地层一侧吃入多，钻速卡，而在硬地层一侧吃入少，钻速慢，井眼有向地层下倾方向倾斜的趋势。但当钻头快钻出硬地层时，此处岩石不能再支撑钻头的中负荷，岩石将沿着垂直于层面方向发生破碎，在硬地层一侧留下一个台肩，迫使钻头回到上倾方向。第五章第三节井眼轨道控制理论与技术第六十页，共七十三页，编辑于2023年，星期三

上述分析说明，地质条件对井斜角的影响，主要是通过地层作用于钻头一个横向造斜力，使钻头偏离原井眼轴线，且一般情况下是使井眼向上倾方向发生偏斜。可以推出该地层造斜力：讨论：第五章第三节井眼轨道控制理论与技术第六十一页，共七十三页，编辑于2023年，星期三2、下部钻柱弯曲对井斜的影响

由于钻柱时稳而发生弯曲，钻头及相邻连接部分钻柱的中心轴线偏离井眼轴线，从而使钻头偏离一角度β（称为钻头倾角）。钻头枪械后对井底形成了不对称切削，这是产生井斜的重要因素。β显然：β越大，井斜越大。讨论：1）钻压下于发生弯曲的临界钻压时，钻柱是直的，钻铤无倾斜现象；当钻压达到弯曲临界钻压时，钻柱发生弯曲，产生钻头倾角。如果钻压继续增大、则切点下降，钻头倾角也越大。第五章第三节井眼轨道控制理论与技术第六十二页，共七十三页，编辑于2023年，星期三2）钻头直径一定，井径越大，钻柱越细、则钻铤与井眼的间隙越大，因而钻头的倾角越大、井越容易钻斜。所以从防斜角度，应选用直径大、刚性大的钻铤，并尽量减小下部钻柱与井眼的间隙，以减少钻头倾角。二、斜井内钻柱的受力分析斜井井眼的斜度是增大还是减小或是保持某个平衡角度，取决于钻头的受力情况。第五章第三节井眼轨道控制理论与技术假设：（1）钻头可以象球窝一样自由转动，但其横向运动受到约束。第六十三页，共七十三页，编辑于2023年，星期三（2）钻铤稳定地靠在井的低边。（3）钻头由于受力情况不同，可自由地向任一方向切割。βWαTFfFiWpFd钻压钟摆力地层造斜力作用在钻头上的力第五章第三节井眼轨道控制理论与技术第六十四页，共七十三页，编辑于2023年，星期三1、钻压

由于钻柱弯曲，钻压不是沿着井眼轴线方向施加给钻头，而是偏离一个角度β。因此钻压可分解为与井眼轴线相平行的力Wo和与井眼相垂直的力Fi使钻头偏离井眼，造成井斜，为增斜力沿井眼轴向继续钻进，对井斜无影响2、钟摆力

井内切点以下的重量Wp势必在垂直于井壁方向产生一个分力。此力与钟摆作用相似，将驱使钻头破碎井眼低侧岩石，使井眼恢复垂直状态，所以，为一减斜力。第五章第三节井眼轨道控制理论与技术第六十五页，共七十三页，编辑于2023年，星期三3、地层造斜力

Ff取决于地层倾角和各向异性等因素，多数情况下增斜，也可以降斜（水平井）。钻头上作用的力：造斜力降斜力第五章第三节井眼轨道控制理论与技术第六十六页，共七十三页，编辑于2023年，星期三讨论：（1）当F1=Fd时，平衡，保持原井斜角α；（2）当F1>Fd时，α增大，此时，Fd也增大，达到一个新的大于平衡井斜角；（3）当F1<Fd时，α减小，达到一个小于的新平衡角。在直井防斜方面提出了：钟摆钻具偏重钻铤刚性满眼钻具第五章第三节井眼轨道控制理论与技术各向异性地层中的平衡角数值主要取决于三个因素：钻压、钻铤尺寸和井眼尺寸。第六十七