《石油工业概论》教案-井眼轨迹认识

授课章节任务/项目钻井施工过程钻前工程/开钻前准备授课方式理论课eq\o\ac(□,√)实践课□理实课□其他□授课次数第次授课内容井眼轨迹认识（1）计划课时2教学目标与要求知识目标：掌握井眼轨迹的基本参数的概念；掌握井眼轨迹计算参数。能力目标：能够计算井眼轨迹的参数。素质目标：能够独立思考问题、解决问题。教学重点与难点重点：井眼轨迹的基本参数的概念难点：井眼轨迹计算参数处理方法：以案例驱动，激发学生学习兴趣；依据钻井工程设计资料、图片、案例等方法处理重难点问题教学资源多媒体教室、资源库和在线课平台、现场资料和专业技术标准等教学过程主题/任务/活动教学方法/教具时间分配导课案例驱动/现场案例10min井眼轨迹的基本参数的概念讲解/图片50min井眼轨迹计算参数讲解/数据30min总结讲解10min作业/技能训练分析井眼轨迹基本参数的概念及应用。教学评估课前任务评估、课前测验、课堂表现、小组评价、课堂测验、课后作业等。教研室主任签名：年月日教学设计导课：大家好，本节课我们学习井眼轨迹的基本概念，井眼轨道是指一口井开钻前，预先设计出的井眼轴线形状。井眼轨迹是指一口钻成的井的实际井眼轴线形状。实钻井眼轴线总是会偏离设计井眼轴线。在钻井过程中，使实钻轨迹与设计轨道一致，即井眼轨迹控制，始终都是石油钻井施工的重要工艺技术。新课讲解：描述井眼轴线形状及方位的参数可分为两类。一类是检测参数，即测斜仪器测得的井深、井斜角、井斜方位角，这三个参数称为井眼轨迹基本参数。另一类是计算参数，是根据检测参数计算出来的其他几何、方位参数，用于描绘轨迹形状。1.井眼轨迹基本参数在每个测点上所取得的测斜数据有三项，即该点处的测深、井斜角和井斜方位角，这些也称为井身的基本要素。（1）测深：井身轴线上任一点到井口的井身长度，称为该点的测量深度，简称测深，常用字母Ｌ表示。测深通常是用钻柱长度或电缆长度来测量的。测深是测点的标志。井深的增量为井段，以ΔＬ表示。两测点之间的井段称为测段。井深的增量为下测点井深减去上测点井深。（2）井斜角：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的部分称为井眼方向线。某测点处的井眼方向线与通过该点的重力线之间的夹角称为该测点处的井斜角。井斜角表示了井眼轨迹在该测点处倾斜的大小。如图２－５－１中的αＡ和αＢ。ＡＢ井段的井斜角增量为：Δα＝αＢ－αＡ。（3）井斜方位角：某测点处的井眼方向线投影到水平面上，称为井斜方位线。以正北方位线为始边，顺时针旋转到井斜方位线所转过的角度称为井斜方位角。凡所讲到的方位线，都是在水平面上，如图２－５－２中所示的φA和φB。AB井段的井斜方位角增量Δφ=φB-φA另外井斜方位角也可用“象限角”表示，指井斜方位线与正北方位线或正南方位线之间的夹角，书写时需注明所在的象限。如图２－５－３所示，Ｎ３０°Ｅ表示井斜方位角北偏东３０°。2井眼轨迹计算参数（1）垂深：测点的垂直深度，是指井身上任一点至井口所在水平面的距离，可在垂直剖面图上反映出真实值。图中DA和DB，AB井段的垂深增量为：ΔD=DB-DA（2）水平长度：简称平长，即测点井深的水平投影长度，是指自井口至测点的井眼长度在水平面上的投影长度。在水平投影图上可反映其真实值，平长以字母ＬＰ表示，平增ΔＬＰ=ＬＰB-ＬＰA（3）水平位移：简称平移，是指轨迹上某点至井口所在铅垂线的距离，或指井眼轴线某一点在水平面上的投影至井口的距离，也称闭合距。水平位移常以字母Ｃ表示，如图２－５－４所示，Ａ和Ｂ两点的水平位移分别为ＣＡ和ＣＢ。（4）平移方位角：指平移方位线所在的方位角，以正北方位线为始边顺时针转到平移线上所转过的角度，常以字母θ表示，如图２－５－４所示，在水平投影图上可反映其真实值。（5）Ｎ（北）坐标和Ｅ（东）坐标：轨迹上某点在以井口为原点的水平面坐标系里的坐标值。水平坐标可以有增量，以ΔＮ和ΔＥ表示。（6）视平移：也称投影位移，指水平位移在设计方位线上的投影长度。视平移以字母Ｖ表示。如图２－５－４所示，Ａ和Ｂ两点的视平移分别为ＶＡ和ＶＢ。当实钻轨迹与设计轨道偏差很大甚至背道而驰时，视平移可能是负值。（7）井斜变化率：单位长度井段内井斜角的绝对变化值称为井斜变化率，通常用两测点间井斜角的变化量与两测点间井段的长度之比表示，常用的单位为：（°）／３０ｍ。（8）井斜方位变化率：单位长度井段内井斜方位角的绝对变化值，称为井斜方位变化率。通常以两测点间井斜方位角的变化值与两测点间井段长的比值表示，常用的单位为：（°）／３０ｍ。（9）井眼曲率：井眼曲率是指井眼轨迹曲线的曲率。通过对实钻井眼的测斜，人们认识到，随着井眼的加深，井斜角和井斜方位角都在不断变化，实际上反映了井眼钻进方向的变化。从一个点到另一个点，井眼钻进方向变化的角度既反映了井斜角的变化，又反映了井斜方位角的变化。人们将此角度称为两点间的全角变化值或称为两点间的“狗腿角”，常以γ来表示。显然，在井段长度不变的情况下，狗腿角越大则表示井眼变化得越快。为了表示井眼钻进方向变化的快慢或井眼弯曲的程度，人们引出了井眼曲率的概念。井眼曲率也称为全角变化率，又称狗腿严重度（简称狗腿度），是指单位长度井段内“狗腿角”的大小。井眼曲率以ｋ表示，即：K=γ/ΔL3.井眼轨迹的图示表示方法通过测斜仪器测出井眼轨迹的基本参数，经过相应的计算后可以用作图的方式描述井眼轴线形状及方位。井眼轨迹的图示法有两种：一种是垂直投影图与水平投影图相配合，如图２－５－５（ａ）所示；一种是垂直剖面图与水平投影图相配合，如图２－５－５（ｂ）所示。不管那种都必须有水平投影图。总结：本节课我们学习了井眼轨迹的基本概念及井眼轨迹的表示方法，本节课到此结束，谢谢

授课章节任务/项目钻井施工过程钻前工程/开钻前准备授课方式理论课eq\o\ac(□,√)实践课□理实课□其他□授课次数第次授课内容井眼轨迹认识（2定向井的应用范围及类型）计划课时2教学目标与要求知识目标：了解定向井应用范围及类型。能力目标：能够分析定向井类型及特点。素质目标：能够独立思考问题、解决问题。教学重点与难点重点：定向井的应用范围难点：定向井类型处理方法：以案例驱动，激发学生学习兴趣；依据钻井工程设计资料、图片、案例等方法处理重难点问题教学资源多媒体教室、资源库和在线课平台、现场资料和专业技术标准等教学过程主题/任务/活动教学方法/教具时间分配导课案例驱动/现场案例10min定向井的应用范围案例驱动/现场案例40min定向井类型案例驱动/现场案例40min总结讲解10min作业/技能训练分析定向井类型及特点。教学评估课前任务评估、课前测验、课堂表现、小组评价、课堂测验、课后作业等。教研室主任签名：年月日教学设计导课：大家好，本节课我们学习定向井的应用范围及类型。定向井的应用范围可以归纳为受地面条件限制、地下地质条件的要求、处理井下事故的特殊需要和提高经济效益的需要四个方面。1、定向井的应用领域1）地面环境条件的限制油气资源埋藏在高山、森林、城镇、重要建筑或沼泽之下，在地面上难以安装钻机时通常需要考虑打定向井；油气资源埋藏在良田、草场等地下，为了少占耕地，需要考虑打定向井，油气资源埋藏在海洋、湖泊、盐田、河流、滩海等水域下，为了减少发投资时，均需要打定向井。如图所示2）地下地质条件的要求由于地质构造的特点，采用直井不能有效地勘探开发油气藏时，采用定向井技术，往往能有利于发现油气或提高开发速度。如直井难以穿过的复杂岩层、盐丘、断层地层时常采用定向井更为经济，如图所示。3）钻井技术的需要遇到井下事故无法处理或不易处理时，常采用定向钴井技术。当井下落物或断钻具事故最终无法打捞时，可以从上部井段侧钻定向井，如图5(a)所示;当遇到井喷着火且用常规方法难以处理时，在事故井附近钻定向井，也称救援井，将其与事故井贯通，进行引流或压井，从而处理井喷着火事故，如图5(b)所示。4）经济有效勘探开发油气藏的需要原井钻探落空或钻通油水边界和气顶时，可在原井眼内侧钻定向井；遇多层系或断层断开的油气藏，可用一口定向井钻穿多组油气层；对于裂缝性油气藏可钻定向井（水平井）穿遇更多裂缝。此外，采用水平井可大幅度提高单井产量和采收率，并能有效地开发边际油气藏，或用二次完井开发老油田而取得经济效益。此外，如高寒或沙漠地区，也可用丛式井开采油气，以利于集输的保温和油井的管理。接下来学习定向井的分类2定向井的分类1）按设计井眼轴线形状分类（1）二维定向井：指井眼轴线形状只在某个铅垂平面上变化的定向井，它们的井斜角是变化的，而井斜方位角是不变的。两维定向井又可分为常规二维定向井（即井段形状都是由直线和圆弧曲线组成）和非常规两维定向井（井段形状除了直线和圆弧曲线外，还有特殊曲线）。（2）三维定向井：指设计井眼轴线超出某一铅垂平面而在三维空间中变化的定向井。三维定向井既有井斜角的变化，又有井斜方位角的变化。三维定向井又可分为三维纠偏井和三维绕障井。2）按设计最大井斜角分类（1）低斜度走向井：设计的最大井斜角不超过15°，这种定向井由于井斜角小，钻进时井斜、方位不易控制，钻井难度较大。（2）中斜度定向井：设计最大井斜角为15°～45°，斜度相对较小，钻进时井斜、方位容易控制，是使用最多的一种。（3）大斜度定向井：设计最大井斜角为46°～85°，钻进时井斜、方位较易控制，但钻井斜度大，水平位移大，增加了钻进难度和成本。（4）水平井：设计最大井斜角为86°～120°，并沿（近）水平方向钻进一定长度的井。根据增斜段的曲率半径又可细分为长、中、中短、短四种半径的水平井。水平井钻井相对较难，多数需要特殊设备、钻具、工具、仪器以及特殊工艺。3）按定向井钻井的目的分类（1）救援井：为抢救某一口井的井喷、着火而设计施工的定向井。（2）多目标井：为钻达数个目的层位而设计施工的定向井。（3）绕障（三维）井：为绕过地下某种障碍而设计施工的定向井。（4）斜井：采用斜井钻机施工，从井口开始倾斜的定向井。（5）多底井：凡在一个井口下面有两个以上井底的井称为多底井。这是用定向侧钻方法完成的。定向侧钻是在已钻主井眼内，按预定方向和要求侧钻一口新井的工艺过程。根据侧钻的目的可分为纠斜侧钻、避开落鱼侧钻、二次完井侧钻等。根据侧钻方法可分为套管开窗侧钻和裸眼侧钻。套管开窗侧钻又有套管段铣和斜向器开窗侧钻之分。此项工艺技术将在特殊钻井作业里讲述。4）按一个井场或平台的钻井数分类（1）单一定向井。（2）双筒井：用一台钻机交叉作业，同时钻出井口相距很近的两口定向井。（3）丛式井（组）：凡在一个井场或平台上，有计划地钻几口或几十口定向井和一口直井，这些井统称丛式井（组）。随着定向井技术的发展，定向井的种类还在不断增多。随着水平井技术的发展，出现了水平多底井、水平径向井、丛式水平井和同层分支水平井等，使定向井钻井技术呈现更加丰富的内容。总结：本节课重点学习了定向井的应用领域和定向井的类型，通过本节课的学习能够对定向井的应用和类型，有个初步的认识，有利于了解定向井的设计步骤和原则。

授课章节任务/项目钻井施工过程钻前工程/开钻前准备授课方式理论课eq\o\ac(□,√)实践课□理实课□其他□授课次数第次授课内容井眼轨迹认识3（定向井相关术语及井眼轨道类型）计划课时2教学目标与要求知识目标：掌握定向井相关术语；熟悉井眼轨道类型。能力目标：能够运用定向井相关术语及识别井眼轨道类型。素质目标：能够独立思考问题、解决问题。教学重点与难点重点：定向井相关术语难点：井眼轨道类型处理方法：以案例驱动，激发学生学习兴趣；依据钻井工程设计资料、图片、案例等方法处理重难点问题教学资源多媒体教室、资源库和在线课平台、现场资料和专业技术标准等教学过程主题/任务/活动教学方法/教具时间分配导课案例驱动/现场案例10min定向井相关术语讲解/图片50min井眼轨道类型讲解/数据30min总结讲解10min作业/技能训练分析井眼轨道类型及特点。教学评估课前任务评估、课前测验、课堂表现、小组评价、课堂测验、课后作业等。教研室主任签名：年月日教学设计导课：大家好本节课我们学习定向井相关术语及井眼轨道类型，定向井的井眼轨道设计既是井眼轨迹控制的基础和依据，又是定向井钻井技术中的首要环节。应按照油田勘探开发的总体部署和要求，依据油藏地质构造特征和油气产状，以利于提高油气产量和采收率为目标，在满足钻井的目的前提条件下，尽可能选用形状简单、易于施工的井身轨道，优化井眼轨道设计，减少钻井施工过程中井眼轨迹控制的工作量和难度，从而实现安全、优质、快速的钻井施工。首先学习井眼轨道有关术语1.井眼轨道有关术语（1）直井段：设计井斜角为零度的井段，如图Da所示。（2）造斜点：开始定向造斜的位置称为造斜点，也是垂直井段开始倾斜的起点，如图a点所示。（3）增斜段：井斜角随井深增加的井段，也成造斜段，如图ab段。（4）稳斜段：井斜角保持不变的井段，如图bc段。（5）最井大井斜角：最大井斜角有两种不同意义，在定向井的设计剖面中，其增斜段的终点处，井斜角值应该最大；对已完成的实际井眼来说，全井所有各点中，斜角的最大值称为该井的“最大井斜角”；（6）降斜段：井斜角随着井深的增加而减小的井段，如图ct段。（7）目标点：由设计确定的定向井目的层的坐标点，通常是以地面井口为坐标原点的空间坐标系标值来表示，如图t点。（8）靶区及靶区半径：包含目标点在内的一个区域称为靶区。在一般油气井中，靶区半径为允许实钻井眼轨迹偏离设计目标点的水平距离，如图R所示，靶区半径的大小，根据勘探开发的需要或钻井的目的而定。（8）靶心距：在靶区平面上，实钻井眼轴线与目标点之间的距离，如图tP两点的距离。2.定向井轨道类型及特点根据轨道的不同，定向井可分为二维定向井和三维定向井。二维定向井是指设计的井眼轨道，都在一个铅垂平面上变化，即设计的井眼轨道只有井斜角的变化而无井斜方位角的变化。二维定向井又可分为常规二维定向井和非常规二维定向井。常规二维定向井的井眼轴线形状都是由直线和圆弧组成。非常规二维定向井的井眼轴形状除了直线和圆弧以外，还有某种特殊曲线，例如悬链线，二次抛物线等。三维定向井是指设计的井眼轨道在三组空间上变化，即既有井斜角的变化又有井斜方角的变化。三定向井又可分为纠偏三维定向井和绕障三维定向井。在钻井工程设计中，最常见的是常规二维定向井。按照我国钻井行业标准化委员会が规定，常规二维定向井的井眼轨道有四种形式:三段式、多靶三段式、五段式和双增式，图中的字母a代表造斜点(KOP)，b代表增斜结束点，t代表目标点，c代表五段式的降斜始点或双增式的第二次造斜点，d代表多目标井的目标终点，所有这些点均称关节点。二维定向井的设计轨道一般是由四种井段组成：垂直井段