第5章井眼軌跡與井身結構設計

1、井眼軌道井眼軌道：是指在一口井鉆進之前人們預想的該井井眼軸線形狀。：是指在一口井鉆進之前人們預想的該井井眼軸線形狀。井眼軌跡井眼軌跡：是指一口已鉆成的井的實際井眼軸線形狀。：是指一口已鉆成的井的實際井眼軸線形狀。1919世紀末世紀末 打直井打直井 2020世紀世紀2020年代末年代末 直井防斜技術直井防斜技術 2020世紀世紀3030年代初年代初 打定向井打定向井定向井：定向井：是使井眼沿某一軌跡鉆達預定目標的過程。是使井眼沿某一軌跡鉆達預定目標的過程。井斜控制：井斜控制：是使井眼按規(guī)定的限制條件鉆進的過程，是使井眼按規(guī)定的限制條件鉆進的過程，而這些限制條件與井斜角偏離垂直方而這些限制條件與井

2、斜角偏離垂直方向的水平距離或二者有關向的水平距離或二者有關定向井的應用定向井的應用 (1)(1)地面環(huán)境條件的限制：地面上的高山，湖泊，沼澤，河流，地面環(huán)境條件的限制：地面上的高山，湖泊，沼澤，河流，溝壑，海洋，農田或重要的建筑物等；溝壑，海洋，農田或重要的建筑物等； (2)(2)地下地質條件的要求：地下地質條件的要求：增加油層穿越面積，提高產量和采收增加油層穿越面積，提高產量和采收率（水平井）；適應井下地質條件，節(jié)省鉆井時間。率（水平井）；適應井下地質條件，節(jié)省鉆井時間。對于對于斷層遮擋油藏，薄油層，側鉆井，多底井，分支井，大位斷層遮擋油藏，薄油層，側鉆井，多底井，分支井，大位移井，側鉆水平

3、井，徑向水平井是定向井的新種類；移井，側鉆水平井，徑向水平井是定向井的新種類； (3)(3)處理井下事故的特殊手段處理井下事故的特殊手段（救援井、側鉆井）（救援井、側鉆井）。 (4)(4)減小地面井場占用面積，節(jié)省投資（叢式井、多底井）。減小地面井場占用面積，節(jié)省投資（叢式井、多底井）。所謂所謂井眼軌跡井眼軌跡，實指井眼軸線。，實指井眼軸線。 軌跡測量就是軌跡測量就是“測斜測斜”。目前常用的測斜方法并不是連目前常用的測斜方法并不是連續(xù)測斜，而是每隔一定長度的續(xù)測斜，而是每隔一定長度的井段測一個點。這些井段被稱井段測一個點。這些井段被稱為為“測段測段”，這些點被稱，這些點被稱為為“測點測點”。點

4、垂直井深點垂直井深A AA A點測量井深：點測量井深：D點井斜角點井斜角HA井眼曲線的表示方法井眼曲線的表示方法：l垂直平面（井斜平面）垂直平面（井斜平面）l與水平平面與水平平面 NOOOBANEBABSO(1)(1)井深（井深（DmDm），），又稱又稱斜深斜深： 井深井深指井口指井口( (通常通常以轉盤面為基以轉盤面為基準準) )至測點的井眼長度，也有人稱之至測點的井眼長度，也有人稱之為 斜 深 ， 國 外 稱 為 測 量 井 深為 斜 深 ， 國 外 稱 為 測 量 井 深(Measure Depth)(Measure Depth)，井深常以字母，井深常以字母DmDm表示，單位為米表示，單

5、位為米(m)(m)。井深的增量稱。井深的增量稱為為井段井段，以，以DmDm表示。二測點之間表示。二測點之間的井段稱為的井段稱為測段測段。一個測段的兩個。一個測段的兩個測點中，井深小的稱為測點中，井深小的稱為上測點上測點，井，井深大的稱為深大的稱為下測點下測點。井深的增量井深的增量總總是下測點井深減去上測點井深。是下測點井深減去上測點井深。點垂直井深點垂直井深A AA A點測量井深：點測量井深： D點井斜角點井斜角HA(2)(2)井斜角（井斜角（ 井斜角井斜角（），單位為度：過井），單位為度：過井眼軸線上某測點作井眼軸線的切線，眼軸線上某測點作井眼軸線的切線，該切線該切線向井眼前進方向延伸向井眼

6、前進方向延伸的部分的部分稱為稱為井眼方向線井眼方向線。井眼方向線與重。井眼方向線與重力線之間的夾角就是力線之間的夾角就是井斜角井斜角。顯然，。顯然，井眼方向線與重力線都是有向線段。井眼方向線與重力線都是有向線段。井斜角表示了井眼軌跡在該測點處井斜角表示了井眼軌跡在該測點處傾斜的大小。傾斜的大小。井斜角的增量井斜角的增量：以：以表示。表示。ABAB井段井斜角增量為井段井斜角增量為B B - - A A 。A AA AA AA AKBABA(3)(3)井斜方位角（井斜方位角（）：）： 某測點處的井眼方向線投影到水某測點處的井眼方向線投影到水平面上，稱為平面上，稱為井眼方位線井眼方位線，或，或井斜井

7、斜方位線方位線。以正北方位線為始邊，。以正北方位線為始邊，順順時針方向時針方向旋轉到井眼方位線上所轉旋轉到井眼方位線上所轉過的角度，即過的角度，即井眼方位角井眼方位角。注意，。注意，正北方位線正北方位線是指地理子午線沿正北是指地理子午線沿正北方向延伸的線段。所以正北方位線方向延伸的線段。所以正北方位線和井眼方位線也都是有向線段，都和井眼方位線也都是有向線段，都可以用矢量表示?？梢杂檬噶勘硎尽＞狈轿唤堑脑鼍狈轿唤堑脑隽苛渴窍聹y點的井斜方位角減去上測是下測點的井斜方位角減去上測點的井斜方位角：點的井斜方位角：B B - - A AfAfBKBABAfAfB注意注意“方向方向”與與“方位方位”的

8、區(qū)別。的區(qū)別。 方位線方位線是水平面上的矢量，而是水平面上的矢量，而方向線方向線則是空間的矢量。只要則是空間的矢量。只要講到方位、方位線、方位角，都是在某個水平面上；而方向和方講到方位、方位線、方位角，都是在某個水平面上；而方向和方向線則是在三維空間內（當然也可能在水平面上）。向線則是在三維空間內（當然也可能在水平面上）。井眼方向線井眼方向線是指井眼軸線上某一點處井眼前進的方向線。該點的是指井眼軸線上某一點處井眼前進的方向線。該點的井眼方位線井眼方位線則是該點井眼方向線在水平面上的投影。則是該點井眼方向線在水平面上的投影。 需要注意的是需要注意的是，目前廣泛使用的磁性測斜儀是，目前廣泛使用的磁

9、性測斜儀是以地球磁北方位為以地球磁北方位為基準基準的。磁北方位與正北方位并不重合而是有個夾角，稱為的。磁北方位與正北方位并不重合而是有個夾角，稱為磁偏角磁偏角。磁偏角又分為東磁偏角和西磁偏角。磁偏角又分為東磁偏角和西磁偏角。東磁偏角東磁偏角指磁北方位線在正北方指磁北方位線在正北方位線的東面，位線的東面，西磁偏角西磁偏角指磁北方位線在正北方位線的西面。用磁性測指磁北方位線在正北方位線的西面。用磁性測斜儀測得的井斜方位角稱為斜儀測得的井斜方位角稱為磁方位角磁方位角。 井斜方位角還可用井斜方位角還可用“象限角象限角”表表示。示。 “象限角象限角”指井斜方位線與正指井斜方位線與正北方位線或正南方位線之

10、間的夾角。北方位線或正南方位線之間的夾角。象限角在象限角在0 090度之間變化。度之間變化。N67.5N67.5WW讀作由北向西偏了讀作由北向西偏了67.567.5?；緟?shù)：基本參數(shù)：測斜儀器在每個測點上測得參數(shù)（井深、井斜角和井斜方位角）。測斜儀器在每個測點上測得參數(shù)（井深、井斜角和井斜方位角）。計算參數(shù)計算參數(shù)：根據(jù)基本參數(shù)計算出來的參數(shù)。：根據(jù)基本參數(shù)計算出來的參數(shù)。 (1)(1)垂直深度，簡稱垂深；垂直深度，簡稱垂深； (2)(2)水平投影長度，簡稱水平長度或平長；水平投影長度，簡稱水平長度或平長； (3)(3)水平位移，簡稱平移；水平位移，簡稱平移； (4)(4)平移方位角；平移方

11、位角； (5) N(5) N坐標和坐標和E E坐標；坐標； (6)(6)視平移，亦稱投影位移；視平移，亦稱投影位移； (7)(7)井眼曲率，狗腿嚴重度、全角變化率。井眼曲率，狗腿嚴重度、全角變化率。(1)(1)垂直深度垂直深度 D D 垂直深度垂直深度：簡稱：簡稱垂深垂深，是指軌跡上某點至井口所在水平面的距，是指軌跡上某點至井口所在水平面的距離，垂深常以字母離，垂深常以字母D D表示表示 ； True vertical depth(TVD)True vertical depth(TVD) 垂深的增量稱為垂增，垂增以垂深的增量稱為垂增，垂增以DD表示表示 。 垂增垂增DDD DB BDDA A

12、（2 2）水平投影長度）水平投影長度 LpLp ： 水平投影長度水平投影長度簡稱簡稱水平長度水平長度或或平長平長，是指井眼軌跡上某點至，是指井眼軌跡上某點至井口的長度在水平面上的投影，即井深在水平面上的投影長度。井口的長度在水平面上的投影，即井深在水平面上的投影長度。 水平長度的增量：稱為水平長度的增量：稱為平增平增。平長以字母上。平長以字母上LpLp表示，平增以表示，平增以LpLp表示。表示。 平長和平增在圖平長和平增在圖5454中是指曲線的長中是指曲線的長度。度。(3)(3)水平位移水平位移 S S 水平位移水平位移：簡稱：簡稱平移平移，指軌跡上某點至井口所在鉛垂線的距離，或，指軌跡上某點

13、至井口所在鉛垂線的距離，或指軌跡上某點至井口的距離在水平面上的投影。此投影線稱為指軌跡上某點至井口的距離在水平面上的投影。此投影線稱為平移方平移方位線位線。水平位移常以字母。水平位移常以字母S S表示。如圖表示。如圖5555所示。所示。 在國外將水平位移稱作在國外將水平位移稱作閉合距閉合距。而我國油田現(xiàn)場常特指。而我國油田現(xiàn)場常特指完鉆時完鉆時的水平位移的水平位移為閉合距。為閉合距。 閉閉 合合 距距：井底的水平位移，米：井底的水平位移，米。 closureclosure 點水平位移：點水平位移：AOAOAE(E(完井井底完井井底) )閉合距：閉合距：S SE EOEOE閉合方位角閉合方位角

14、fE(4)(4)平移方位角平移方位角 平移方位角平移方位角：指平移方位線所在的方位角，即以正北方位：指平移方位線所在的方位角，即以正北方位為始邊順時針轉至平移線上所轉過的角度，常以字母為始邊順時針轉至平移線上所轉過的角度，常以字母表示。表示。如圖如圖5555所示。所示。 閉合方位角閉合方位角：在水平投影圖上測點處正北方向與閉合方位線：在水平投影圖上測點處正北方向與閉合方位線間的夾角，度間的夾角，度 (closure azimuth)(closure azimuth) 在國外將平移方位角稱作閉合方位角。而我國油田現(xiàn)場常特在國外將平移方位角稱作閉合方位角。而我國油田現(xiàn)場常特指指完鉆時完鉆時的平移方

15、位角為閉合方位角。的平移方位角為閉合方位角。點水平位移：點水平位移：AOAOAE(E(完井井底完井井底) )閉合距：閉合距：S SE EOEOE閉合方位角閉合方位角 fE(5)N(5)N坐標和坐標和E E坐標坐標 N N坐標和坐標和E E坐標坐標：是指軌跡上某點在以井口為原點的：是指軌跡上某點在以井口為原點的水平面坐水平面坐標系標系里的坐標值。此水平面坐標系有兩個坐標軸，一是南北坐標里的坐標值。此水平面坐標系有兩個坐標軸，一是南北坐標軸，軸，以正北方向為正方向以正北方向為正方向；一是東西坐標軸，；一是東西坐標軸，以正東方向為正方以正東方向為正方向向。 如圖如圖5454所示，所示，A A、B B

16、二點的水平坐二點的水平坐標分別為標分別為N NA A、E EA A和和N NB B、E EB B。水平坐標可。水平坐標可以有增量，以以有增量，以NN、EE表示。表示。 (6)(6)視平移視平移 V V 視平移視平移：亦稱投影位移，是水平位移在設計方位線上的投：亦稱投影位移，是水平位移在設計方位線上的投影長度。視平移以字母影長度。視平移以字母V V表示。表示。 如圖如圖5555所示，所示，A A、B B二點的視平移分別為二點的視平移分別為VAVA、VBVB。 當實鉆軌跡與設計軌跡偏差當實鉆軌跡與設計軌跡偏差 很大時甚至背道而馳時，視平移很大時甚至背道而馳時，視平移 可能成為負值。可能成為負值。

17、l弧段弧段OAOA：水平投影長度：水平投影長度l線段線段OAOA：水平位移：水平位移l：平移方位角：平移方位角l V V：視平移：視平移lN N坐標坐標lE E坐標坐標井眼曲率井眼曲率 井眼曲率井眼曲率：指井眼軌跡曲線的曲率。有人稱作：指井眼軌跡曲線的曲率。有人稱作“狗腿嚴重度狗腿嚴重度”，“全角變化率全角變化率”。 由于實鉆井眼軌跡是任意的空間曲線，其曲率是由于實鉆井眼軌跡是任意的空間曲線，其曲率是不斷變化的，所以在不斷變化的，所以在工程上常常計算井段的平均曲率工程上常常計算井段的平均曲率。 “狗腿角狗腿角”：對一個測段：對一個測段( (或井段或井段) )來說，上、下二測點處的井眼方來說，上

18、、下二測點處的井眼方向線是不同的，兩條方向線之間的夾角向線是不同的，兩條方向線之間的夾角( (注意是在空間的夾角注意是在空間的夾角) )稱為稱為“狗腿角狗腿角”，也有人稱為，也有人稱為“全角變化全角變化”。即。即上下二測點的兩條方向線上下二測點的兩條方向線之間的夾角（空間夾角）。之間的夾角（空間夾角）。 井眼平均曲率井眼平均曲率：狗腿角被測段：狗腿角被測段( (或井段或井段) )除即可得到該段的井眼平均除即可得到該段的井眼平均曲率。曲率。 顯然，所取測顯然，所取測( (井井) )段越短，平均曲率就越接近實際曲率。段越短，平均曲率就越接近實際曲率。NO 井眼的曲率井眼的曲率K K：（：（hole

19、 curvature)hole curvature)井井眼切線的方向相對于井深的變化率眼切線的方向相對于井深的變化率 K K表示曲線偏離直線的程度。表示曲線偏離直線的程度。Kdlr1r2L井眼曲率計算方法：井眼曲率計算方法： 先計算狗腿角，再計算平均井眼曲率。先計算狗腿角，再計算平均井眼曲率。 Lubinski公式：公式： 我國鉆井行業(yè)標準規(guī)定狗腿角的計算公式：我國鉆井行業(yè)標準規(guī)定狗腿角的計算公式： 式中：式中：井斜角；井斜角； 方位角；方位角； c c平均井斜角平均井斜角coscoscossinsincos()5 1ABABBA 30 /52cmKD2220.5(sin)53c 2/ )(B

20、Ac全角變化率全角變化率K K：井眼的空間曲率。：井眼的空間曲率。井眼軌跡曲線的曲率。井眼軌跡曲線的曲率。A AB BKKK222sin1 1、水平投影圖、水平投影圖 相當于機械制圖中的相當于機械制圖中的俯視圖俯視圖，也相當于將井眼軌跡這條空，也相當于將井眼軌跡這條空間曲線間曲線投影到井口所在的水平面上投影到井口所在的水平面上。圖中的坐標為。圖中的坐標為N N坐標和坐標和E E坐標，以井口為坐標原點。所以只要知道一口井軌跡上坐標，以井口為坐標原點。所以只要知道一口井軌跡上所有所有各點的各點的N N、E E坐標值坐標值就可以很容易畫出該井軌跡的水平投影圖。就可以很容易畫出該井軌跡的水平投影圖。

21、2 2、垂直投影圖、垂直投影圖 相當于機械制圖中的相當于機械制圖中的側視圖側視圖，即將井眼軌跡這條空間曲線投影，即將井眼軌跡這條空間曲線投影到鉛垂平面上。圖中的坐標為垂深到鉛垂平面上。圖中的坐標為垂深D D和視平移和視平移V V，也是以井口為坐標，也是以井口為坐標原點。但是經過井口的鉛垂平面有無數(shù)個，應該選擇那個呢原點。但是經過井口的鉛垂平面有無數(shù)個，應該選擇那個呢? ?我國鉆我國鉆井行業(yè)標準規(guī)定，井行業(yè)標準規(guī)定，選擇設計方位線所在的那個鉛垂平面選擇設計方位線所在的那個鉛垂平面。這樣的垂。這樣的垂直投影圖與設計的垂直投影圖進行比較，可以看出實鉆井眼軌跡與直投影圖與設計的垂直投影圖進行比較，可以

22、看出實鉆井眼軌跡與設計井眼軌跡的差別，便于指導施工中軌跡控制。設計井眼軌跡的差別，便于指導施工中軌跡控制。 顯然，只要計算出一口井軌跡上所有各點的顯然，只要計算出一口井軌跡上所有各點的垂深和視平移垂深和視平移就可就可以很容易畫出該井軌跡的垂直投影圖。以很容易畫出該井軌跡的垂直投影圖。3 3、垂直剖面圖、垂直剖面圖 垂直剖面圖的形式原理：參看圖垂直剖面圖的形式原理：參看圖5757，設想經過井眼軌跡上每一，設想經過井眼軌跡上每一個點作一條鉛垂線，所有這些鉛垂線就構成了一個曲面。這種曲面?zhèn)€點作一條鉛垂線，所有這些鉛垂線就構成了一個曲面。這種曲面在數(shù)學上稱作柱面。此曲面有一個顯著的特點，就是可以展平到

23、一在數(shù)學上稱作柱面。此曲面有一個顯著的特點，就是可以展平到一個平面上。當此柱面展平時就形成了垂直剖面圖。個平面上。當此柱面展平時就形成了垂直剖面圖。 實際的垂直剖面圖并不是按照先作柱面然后展平的辦法得到。垂實際的垂直剖面圖并不是按照先作柱面然后展平的辦法得到。垂直剖面圖的兩個坐標是垂深直剖面圖的兩個坐標是垂深D D和水平長度上和水平長度上LpLp。實際上，只要計算出。實際上，只要計算出一口井軌跡上所有各點的一口井軌跡上所有各點的垂深和水平長度垂深和水平長度就可以很容易畫出該井軌就可以很容易畫出該井軌跡的垂直剖面圖。跡的垂直剖面圖。1、水平投影圖、水平投影圖 投影面：投影面：水平面水平面 坐標系

24、：坐標系：以井口為原點，以井口為原點，N坐標軸、坐標軸、E坐標軸坐標軸 表達的參數(shù)：表達的參數(shù)：N坐標值、坐標值、E坐標值、水平位移坐標值、水平位移 S 水平長度水平長度Lp 、閉合距、井斜方位角、閉合距、井斜方位角 平移方位角平移方位角、閉合方位角。、閉合方位角。2、垂直投影圖、垂直投影圖 投影面：投影面：過設計方位線的鉛垂面，即井口和目標點過設計方位線的鉛垂面，即井口和目標點 所在的鉛錘面。所在的鉛錘面。 坐標系：坐標系：原點（井口）、橫坐標（視平移）、縱坐原點（井口）、橫坐標（視平移）、縱坐 標（垂深）標（垂深） 表達的參數(shù)：表達的參數(shù)：垂深垂深 D，視平移，視平移 V ，井斜的增減趨勢

25、，井斜的增減趨勢3、垂直剖面圖、垂直剖面圖 垂直剖面：垂直剖面：過井眼軸線上各點垂線組成柱過井眼軸線上各點垂線組成柱 面展開圖。面展開圖。 坐標系：坐標系：原點（井口）、原點（井口）、橫坐標（水平長橫坐標（水平長 度）度）、 縱坐標（垂深）縱坐標（垂深） 表達的參數(shù)：表達的參數(shù)：垂深垂深 D, 水平長度水平長度Lp ,井深井深 ,井斜角井斜角 a .mD 常規(guī)定向井：常規(guī)定向井： 大斜度井：大斜度井： 水平井：水平井： 上翹井：上翹井： 大位移井：大位移井： 水平位移與垂深之比大于水平位移與垂深之比大于 2.0 最大穩(wěn)斜角最大穩(wěn)斜角6015b8560b90b12090bb 二維定向井：二維定向

26、井：指設計的軌道都在一個指設計的軌道都在一個鉛垂平面上變化，即設計軌道只有井斜角鉛垂平面上變化，即設計軌道只有井斜角的變化而無井斜方位角的變化。的變化而無井斜方位角的變化。 二維定向井：二維定向井：常規(guī)二維定向井常規(guī)二維定向井-井段形狀由直線和圓弧線組成。井段形狀由直線和圓弧線組成。 非常規(guī)二維定向井：非常規(guī)二維定向井：除直線和圓弧曲線外，還有除直線和圓弧曲線外，還有 特殊曲線，如：懸鏈線、二特殊曲線，如：懸鏈線、二 次拋物線等。次拋物線等。 OABABCDO 三維定向井：三維定向井：指設計的軌道都在三維空間上變化，既有井斜指設計的軌道都在三維空間上變化，既有井斜角的變化又有井斜方位角的變化。

27、角的變化又有井斜方位角的變化。常用于在地面井口位置與設計目常用于在地面井口位置與設計目標點之間的鉛垂平面內，存在井眼難標點之間的鉛垂平面內，存在井眼難以通過的障礙物（如：已鉆的井眼、以通過的障礙物（如：已鉆的井眼、鹽丘等），設計井需要繞過障礙鉆達目標點。鹽丘等），設計井需要繞過障礙鉆達目標點。 三維定向井：三維定向井：糾偏糾偏三維定向井三維定向井 繞障繞障三維定向井。三維定向井。O（1 1）保證實現(xiàn)鉆定向井的目的）保證實現(xiàn)鉆定向井的目的 根據(jù)不同的定向井鉆井目的對根據(jù)不同的定向井鉆井目的對定向井井身剖面進行合理設計定向井井身剖面進行合理設計例如：例如：裂縫性油藏：裂縫性油藏：橫穿裂縫橫穿裂縫薄

28、油層：薄油層：大斜度或水平井大斜度或水平井低滲塊狀油層：低滲塊狀油層：多底井多底井 救援：救援：目標層位、靶區(qū)半徑、目標層位、靶區(qū)半徑、簡單簡單（快速、經濟）（快速、經濟）落魚側鉆：落魚側鉆： 避開落魚、一定水平位移避開落魚、一定水平位移整塊油藏：整塊油藏： 按開發(fā)井網(wǎng)布置要求按開發(fā)井網(wǎng)布置要求 地面限制地面限制油田所處地面不利油田所處地面不利于或不充許設置井場于或不充許設置井場鉆井或搬家安裝受到鉆井或搬家安裝受到極大障礙。極大障礙。如：如：1 1）英國的北海油田）英國的北海油田 2 2）中國的塔里木油田。）中國的塔里木油田。地下地質條件要求：地下地質條件要求：增產增產由于地質構造特點，定由于

29、地質構造特點，定向井能更有利于發(fā)現(xiàn)油藏、向井能更有利于發(fā)現(xiàn)油藏、增加開發(fā)速度。增加開發(fā)速度。海上生產集輸需要海上生產集輸需要（2 2）有利于安全、優(yōu)質、快速鉆井）有利于安全、優(yōu)質、快速鉆井 地面條件地面條件是確定定向井井位和叢式井平臺位置的重要依是確定定向井井位和叢式井平臺位置的重要依據(jù)，還需考慮交通、采油、油氣集輸?shù)确矫娴男枰?。?jù)，還需考慮交通、采油、油氣集輸?shù)确矫娴男枰?軌道形狀簡單，盡量保證較長的直井段，容易實現(xiàn)鉆進軌道形狀簡單，盡量保證較長的直井段，容易實現(xiàn)鉆進 盡量減小最大井斜角，以便減小鉆井難度盡量減小最大井斜角，以便減小鉆井難度 ，小傾角定向井；，小傾角定向井； ，中傾角定向井

30、；，中傾角定向井； 大于大于 ，大傾角定向井；，大傾角定向井； 最大井斜角最大井斜角不得小于不得小于15度度，否則井斜方位不易穩(wěn)定。，否則井斜方位不易穩(wěn)定。3015603060選擇合適的造斜點位置。選擇合適的造斜點位置。 地層：硬度適中，無坍塌、縮徑、高壓、易漏。地層：硬度適中，無坍塌、縮徑、高壓、易漏。 深度：根據(jù)垂深、水平位移、剖面類型等確定。深度：根據(jù)垂深、水平位移、剖面類型等確定。 垂深大、位移小、造斜點應深一些，避免長穩(wěn)斜段；垂深大、位移小、造斜點應深一些，避免長穩(wěn)斜段； 垂深小、位移大、造斜點應淺一些，減小定向施工工作量。垂深小、位移大、造斜點應淺一些，減小定向施工工作量。在選擇井

31、眼曲率值時，要權衡造斜工具的造斜能力、減小起下在選擇井眼曲率值時，要權衡造斜工具的造斜能力、減小起下鉆和下套管的難度和縮短造斜井段的長度。鉆和下套管的難度和縮短造斜井段的長度。(3)(3)有利于采油工藝的要求：有利于采油工藝的要求： 盡量盡量減小井眼曲率減小井眼曲率，以改善油管和抽油桿的工作條件。，以改善油管和抽油桿的工作條件。 盡量以較小井斜角的盡量以較小井斜角的直井段直井段（斜直或垂直）進入油氣（斜直或垂直）進入油氣 層，以利于安裝電潛泵，坐封封隔器及其他井下作業(yè)。層，以利于安裝電潛泵，坐封封隔器及其他井下作業(yè)。(4)(4)盡量利用地層自然造斜規(guī)律（方位漂移），減少人工造斜工作盡量利用地層

32、自然造斜規(guī)律（方位漂移），減少人工造斜工作量；量；(5)(5)在滿足鉆井目的的前提下，使剖面盡量簡單，斜井段最短；在滿足鉆井目的的前提下，使剖面盡量簡單，斜井段最短；(6)(6)斜井段全角變化率要保持均勻，避免急彎。斜井段全角變化率要保持均勻，避免急彎。設計步驟設計步驟 1 1、收集原始資料：地表限制、地下條件要求、自然造斜規(guī)律、收集原始資料：地表限制、地下條件要求、自然造斜規(guī)律 2 2、選擇井身剖面類型：、選擇井身剖面類型： 3 3、選擇造斜點位置、選擇造斜點位置 （1 1）地層應穩(wěn)定，不應是破碎帶、漏失、易塌地層；）地層應穩(wěn)定，不應是破碎帶、漏失、易塌地層； （2 2）地層可鉆性均勻，不應

33、有硬夾層；）地層可鉆性均勻，不應有硬夾層； （3 3）滿足采油工藝的要求；）滿足采油工藝的要求； （4 4）垂深大，水平位移小的井，造斜點應深；）垂深大，水平位移小的井，造斜點應深； （5 5）垂深小，水平位移大的井，造斜點應淺；）垂深小，水平位移大的井，造斜點應淺； （6 6）定造斜點時應使斜井段避開方位漂移大的地層或利用方位漂移。）定造斜點時應使斜井段避開方位漂移大的地層或利用方位漂移。設計步驟設計步驟 4 4、確定造斜率和降斜率大小、確定造斜率和降斜率大小 造斜率：井下動力鉆具，取造斜率：井下動力鉆具，取5 5 1616 /100m/100m 轉盤鉆造斜，取轉盤鉆造斜，取4 4 8 8

34、/100m/100m 降斜率：用鐘擺鉆具或光鉆鋌降斜，取降斜率：用鐘擺鉆具或光鉆鋌降斜，取6 6 2 2 /100m/100m 最大井斜角：最大井斜角：1515 4545 井眼曲率：控制在井眼曲率：控制在5 5 1212 /100m/100m，最大不超過，最大不超過1616 /100m/100m 水平井：大曲率半徑水平井，造斜率水平井：大曲率半徑水平井，造斜率5 5 1616 /100m/100m 中曲率半徑水平井，造斜率中曲率半徑水平井，造斜率6 6 2525 /10m/10m 小曲率半徑水平井，造斜率小曲率半徑水平井，造斜率4 4 1010 /m/m設計步驟設計步驟 5 5、計算剖面上各井

35、段的、計算剖面上各井段的 、f f、L L、H H 6 6、繪出設計的井眼軸線、繪出設計的井眼軸線 7 7、核算井眼曲率、核算井眼曲率 8 8、給出誤差范圍（控制圓柱、給出誤差范圍（控制圓柱Control cylinderControl cylinder） u三段式三段式u多靶三段式多靶三段式u五段式五段式u雙增式雙增式tb K K 造斜點造斜點b b 增斜結束點增斜結束點t t 目標點目標點b b 穩(wěn)斜段井斜角穩(wěn)斜段井斜角b 由地質、采油部門提供的要求：由地質、采油部門提供的要求： 目標點位置：目標點位置： 目標段位置：目標段位置： 由鉆井工程要求和設計原則確定的數(shù)據(jù)：由鉆井工程要求和設計原

36、則確定的數(shù)據(jù)： 造斜點深度造斜點深度 井眼曲率井眼曲率 0,ttSD0,tmmttDSDkopDK （1）三段式軌道）三段式軌道 給定給定0,ttkopzD SDK 0.5221719/22 arctan/ 2zzetkopetezmweeeebemweeRKDDDSSRRDDSRSDDRS 5井段計算及設計結果表述井段計算及設計結果表述 井段計算是根據(jù)設計依據(jù)的條件和計算出的關鍵參數(shù)，井段計算是根據(jù)設計依據(jù)的條件和計算出的關鍵參數(shù)，算出每個井段的算出每個井段的段長、垂增、平增三個參數(shù)。三個參數(shù)。下面分別列出各段的計算公式。下面分別列出各段的計算公式。1.基本參數(shù)：井深、井斜角、井斜方位角2.

37、計算參數(shù)(1)垂直深度，簡稱垂深；垂增；(2)水平投影長度，簡稱水平長度或平長；(3)水平位移，簡稱平移；平增；(4)平移方位角；(5) N坐標和E坐標；(6)視平移，亦稱投影位移；(7)井眼曲率，狗腿嚴重度、全角變化率。2.Plan a directional well trajectory using a build-and-hold type of profile. Known data are listed as following:Proposed azimuthT: 60The kickoff point: 300mTVD(True Vertical Depth) of targe

38、 HT: 1000mHorizontal departure of target ST: 500mBuild-up rate: 3/30mRequirements:（1）Calculate maximum inclination m（2） Calculate increment of depth, inclination, azimuth, true vertical depth(TVD), horizontal displacement, Northing, Easting for each section.（3）Calculate depth, inclination, azimuth,

39、true vertical depth(TVD), horizontal displacement, Northing, Easting at the end of each section. Note: 1 radian57.3or 3.14/180Solution：（1）calculate maximum inclination：R0=1719/3=573mA0=500H0=HT-Hz=1000-300=700m55.48500573*2500500*573*2700700222222002000200arctgARAARHHarctgm（2） at vertical section:de

40、pth：L1=300minclination：0azimuth：N/Anorthing：0easting：0（3）at build-up section 1) increment increment of depth：L2=48.55/57.3*573=485.48m increment of TVD：H2=R*sin48.55=429.44m increment of horizontal dep.：S2=R(1-cos48.55)=573*(1-cos48.55)=193.67m increment of Northing： N2=S2*cos60=208.5* cos60=96.83m

41、increment of easting： E2=S2*sin60=208.5* sin60=167.72m 2) parameters at the end of curve depth：L2=L1+L2=785.48m TVD：H2=H1+H2=300+429.44=729.44m Horizontal departure：S2=S1+S2=193.67m northing：N2=N1+N2=96.83m easting：E2=E1+E1=167.72m inclination：48.55 azimuth：60 （3）at hold section 1) increment increme

42、nt of depth：L3=408.71m increment of TVD：H2=L3*cos(48.55)=270.56m increment of horizontal dep.：S3=L3*sin(48.55)=306.33m increment of Northing： N3=S3*cos60=306.33* cos60=153.17m increment of easting：E3=S3*sin60=306.33* sin60=265.29m TD：L3=L2+L3=785.48m+408.71m=1194.19m Total TVD：H3=H2+H3=729.44m+270.5

43、6m=1000m Total horizontal departure：S3=S2+S2=193.67m306.33m=500m Total northing：N3=N2+N3=250m Total easting：E3=E2+E3=433m inclination：48.55 azimuth：60 l定義定義 套管層次、套管下入深度以及井眼尺寸（鉆頭套管層次、套管下入深度以及井眼尺寸（鉆頭尺寸）與套管尺寸的配合。尺寸）與套管尺寸的配合。 l目的：目的：保證安全、優(yōu)質、快速和經濟地鉆達目的層保證安全、優(yōu)質、快速和經濟地鉆達目的層 l內容內容 下入套管層數(shù)下入套管層數(shù) 各層套管的下入深度各層套管

44、的下入深度 選擇合適的套管尺寸與鉆頭尺寸組合選擇合適的套管尺寸與鉆頭尺寸組合l影響因素影響因素 地層壓力（地層壓力、破裂壓力、坍塌壓力）地層壓力（地層壓力、破裂壓力、坍塌壓力） 工程參數(shù)工程參數(shù) 地層必封點地層必封點 井身結構設計是鉆井工程的基礎設計，它不但關系到鉆井身結構設計是鉆井工程的基礎設計，它不但關系到鉆井工程的整體效益，而且還直接影響油井的質量和壽命，因而井工程的整體效益，而且還直接影響油井的質量和壽命，因而在進行鉆井工程設計時首先要科學地進行井身結構設計。井身在進行鉆井工程設計時首先要科學地進行井身結構設計。井身結構設計的結構設計的主要依據(jù)主要依據(jù)是地層壓力和地層破裂壓力剖面。是地

45、層壓力和地層破裂壓力剖面。導管導管 l鉆表層井眼時，將鉆井液從地鉆表層井眼時，將鉆井液從地表引導到鉆臺平面上來。表引導到鉆臺平面上來。 表層套管表層套管 l防止淺層水受污染，封閉淺層防止淺層水受污染，封閉淺層流砂、礫石層及淺層氣，支撐流砂、礫石層及淺層氣，支撐井口設備裝置，懸掛依次下入井口設備裝置，懸掛依次下入的各層套管的載荷。的各層套管的載荷。 技術套管（中間套管）技術套管（中間套管） l封隔坍塌地層及高壓水層封隔坍塌地層及高壓水層 l封隔不同的壓力體系封隔不同的壓力體系 l繼續(xù)鉆井的需要繼續(xù)鉆井的需要油層套管（生產套管）油層套管（生產套管） l為油氣生產提供流通通道為油氣生產提供流通通道

46、l保護產層、分層測試、分保護產層、分層測試、分層采油、分層改造層采油、分層改造尾管尾管 l技術尾管技術尾管 l生產尾管生產尾管 l尾管回接尾管回接能有效保護油氣層；能有效保護油氣層； 能避免產生井漏、井噴、井塌、卡鉆等井下復雜情況能避免產生井漏、井噴、井塌、卡鉆等井下復雜情況, ,為為全井安全、優(yōu)質、快速和經濟地鉆進創(chuàng)造條件；全井安全、優(yōu)質、快速和經濟地鉆進創(chuàng)造條件； 當實際地層壓力超過預測值使井出現(xiàn)溢流時，在一定范圍當實際地層壓力超過預測值使井出現(xiàn)溢流時，在一定范圍內，具有壓井處理溢流的能力。內，具有壓井處理溢流的能力。l抽吸壓力系數(shù)抽吸壓力系數(shù)SbSb 上提鉆柱時，由于抽吸作用使井內液柱壓

47、力降低的值，用當量密度上提鉆柱時，由于抽吸作用使井內液柱壓力降低的值，用當量密度表示。表示。l激動壓力系數(shù)激動壓力系數(shù)SgSg 下放鉆柱時，由于鉆柱向下運動產生的激動壓力使井內液柱壓力的下放鉆柱時，由于鉆柱向下運動產生的激動壓力使井內液柱壓力的增加值，用當量密度表示。增加值，用當量密度表示。l安全系數(shù)安全系數(shù)SfSf 為避免上部套管鞋處裸露地層被壓裂的地層破裂壓力安全增值，用為避免上部套管鞋處裸露地層被壓裂的地層破裂壓力安全增值，用當量密度表示。安全系數(shù)的大小與地層破裂壓力的預測精度有關。當量密度表示。安全系數(shù)的大小與地層破裂壓力的預測精度有關。l井涌允量井涌允量SkSk 由于地層壓力預測的誤

48、差所產生的井涌量的允值，用當量密度表由于地層壓力預測的誤差所產生的井涌量的允值，用當量密度表示，它與地層壓力預測的精度有關。示，它與地層壓力預測的精度有關。l壓差允值壓差允值pp 不產生壓差卡套管所允許的最大壓力差值，它的大小與鉆井工不產生壓差卡套管所允許的最大壓力差值，它的大小與鉆井工藝技術和鉆井液性能有關，也與裸眼井段的地層孔隙壓力有關。若正藝技術和鉆井液性能有關，也與裸眼井段的地層孔隙壓力有關。若正常地層壓力和異常高壓同處一個裸眼井段，卡鉆易發(fā)生在正常壓力井常地層壓力和異常高壓同處一個裸眼井段，卡鉆易發(fā)生在正常壓力井段，所以段，所以壓差允值又有正常壓力井段和異常壓力井段之分壓差允值又有正

49、常壓力井段和異常壓力井段之分，分別用，分別用pn和和pa表示。表示。已知條件：已知條件：1.1.設計系數(shù)設計系數(shù): :根據(jù)本地的統(tǒng)計資料確定根據(jù)本地的統(tǒng)計資料確定; ;2.2.所在地區(qū)的地層壓力和地層破裂壓力剖面所在地區(qū)的地層壓力和地層破裂壓力剖面l考慮的因素考慮的因素地層壓力地層壓力地層破裂壓力地層破裂壓力 工程參數(shù)工程參數(shù) l正常作業(yè)：正常作業(yè)：S Sb b、S Sg g、S Sf f l出現(xiàn)出現(xiàn)溢溢流：流：S Sb b 、S Sf f、S SK K l最大允許壓差最大允許壓差井深井深當量泥漿密度當量泥漿密度GpGf4 4、設計舉例、設計舉例例題：例題：某井設計井深為某井設計井深為4400

50、m,，地層孔隙壓力，地層孔隙壓力梯度和地層破裂壓力梯度剖面如圖所示。梯度和地層破裂壓力梯度剖面如圖所示。給定設計系數(shù)：給定設計系數(shù)： 試進行該井的井身結構設計。試進行該井的井身結構設計。30.036 /bSg cm30.03 /fSg cm30.06 /kSg cm30.04 /gSg cm12NPMPa12APMPa當量泥漿密度當量泥漿密度pf1 1、井身結構設計關鍵參數(shù)、井身結構設計關鍵參數(shù) 最大鉆井液密度：最大鉆井液密度： 某一層套管的鉆進井段中所用的最大鉆井某一層套管的鉆進井段中所用的最大鉆井液密度，和該井段中的最大地層壓力有關：液密度，和該井段中的最大地層壓力有關：lmaxmax：某

51、層套管的鉆進井段中所使用的最大：某層套管的鉆進井段中所使用的最大鉆井液密度，鉆井液密度，g/cmg/cm3 3； lG Gpmaxpmax：該井段的最大地層壓力梯度，該井段的最大地層壓力梯度，g/cmg/cm3 3； lS Sw w：考慮到上提鉆柱時抽吸作用使井底壓力：考慮到上提鉆柱時抽吸作用使井底壓力降低，為了平衡地層壓力所加的附加鉆井液降低，為了平衡地層壓力所加的附加鉆井液密度，密度，g/cmg/cm3 3。SbSb=0.024-0.048 g/cm=0.024-0.048 g/cm3 3 。maxmaxPbSpbS當量泥漿密度當量泥漿密度pfffS1 1、井身結構設計關鍵參數(shù)、井身結構設

52、計關鍵參數(shù) 最大井內壓力梯度最大井內壓力梯度 l正常作業(yè)（起下鉆、鉆進）：正常鉆井條件下，正常作業(yè)（起下鉆、鉆進）：正常鉆井條件下，井內最大壓力井內最大壓力梯度是發(fā)生在下放鉆柱時梯度是發(fā)生在下放鉆柱時，由于產生壓力激動使得井內壓力增，由于產生壓力激動使得井內壓力增高，設由于壓力激動使井內的壓力增加值為高，設由于壓力激動使井內的壓力增加值為SgSg，則最大井內壓，則最大井內壓力梯度為：力梯度為： SgSg：激動壓力梯度當量密度；：激動壓力梯度當量密度； g/cmg/cm3 3； SgSg=0.024-0.048 g/cm=0.024-0.048 g/cm3 3gmESmaxgbpmESS max

53、1 1、井身結構設計關鍵參數(shù)、井身結構設計關鍵參數(shù)最大井內壓力梯度最大井內壓力梯度 l發(fā)生溢流時：為了制止溢流，如壓井時井內壓力增高值為發(fā)生溢流時：為了制止溢流，如壓井時井內壓力增高值為SkSk, ,則則最大井內壓力梯度為：最大井內壓力梯度為： SkSk=0.060 g/cm=0.060 g/cm3 3 上式上式只適用于最大地層壓力所對應的井深只適用于最大地層壓力所對應的井深H Hpmaxpmax處處，而對于井深，而對于井深為為H H的的任意井深處任意井深處的井內壓力梯度為：的井內壓力梯度為：KbpmESS maxKmESmaxKpmESHHmaxmaxKpbpmESHHSmaxmax關井井底

54、最大壓力關井井底最大壓力對于任意井深對于任意井深H處：處：mEsdmpppPsdHpmaxHmaxmEmKpgHgHS gHmaxpmEmKHHSH1 1、井身結構設計關鍵參數(shù)、井身結構設計關鍵參數(shù)最大井內壓力梯度最大井內壓力梯度 l發(fā)生溢流時：為了制止溢流，如壓井時井內壓力增高值為發(fā)生溢流時：為了制止溢流，如壓井時井內壓力增高值為SkSk, ,則則最大井內壓力梯度為：最大井內壓力梯度為： SkSk=0.060 g/cm=0.060 g/cm3 3 上式上式只適用于最大地層壓力所對應的井深只適用于最大地層壓力所對應的井深H Hpmaxpmax處處，而對于井深，而對于井深為為H H的的任意井深處

55、任意井深處的井內壓力梯度為：的井內壓力梯度為：KbpmESS maxKmESmaxKpmESHHmaxmaxKpbpmESHHSmaxmax1 1、井身結構設計關鍵參數(shù)、井身結構設計關鍵參數(shù)套管下深的臨界條件套管下深的臨界條件 l為了確保上一層套管鞋處的裸露為了確保上一層套管鞋處的裸露地層不被壓裂，應該保證，某一地層不被壓裂，應該保證，某一井段的最大地層壓力滿足：井段的最大地層壓力滿足： lf f: :上一層套管下入深度處裸露上一層套管下入深度處裸露地層的破裂壓力梯度；地層的破裂壓力梯度； g/cmg/cm3 3 lSfSf：為避免將上一層套管下入深：為避免將上一層套管下入深度處裸露地層壓裂的

56、安全值，度處裸露地層壓裂的安全值，l SfSf =0.024-0.048 g/cm =0.024-0.048 g/cm3 3ffmESpbS當量泥漿密度當量泥漿密度pfffS1 1、井身結構設計關鍵參數(shù)、井身結構設計關鍵參數(shù)l最大允許壓差最大允許壓差為了在下套管過程中，不致于發(fā)生壓差粘卡套管的事故，應該為了在下套管過程中，不致于發(fā)生壓差粘卡套管的事故，應該限制井內鉆井液液柱壓力與地層壓力的壓力差值限制井內鉆井液液柱壓力與地層壓力的壓力差值，即規(guī)定最大，即規(guī)定最大允許壓差。允許壓差。最大允許壓差的取值最大允許壓差的取值l在正常壓力地層：在正常壓力地層： PPN N=11-17MPa=11-17M

57、Pal在異常壓力井段：在異常壓力井段： PaPa=14-22MPa=14-22MPaPPPm2 2、設計方法、設計方法maxfnrPbgfSSS（1 1）各層套管（不含油層套管）下入深度初選點）各層套管（不含油層套管）下入深度初選點HniHni的確定（續(xù)的確定（續(xù)1 1） l發(fā)生溢流時：發(fā)生溢流時： fnkfnk：在設計套管層所在的裸眼井段發(fā)生溢流時，在最大井內壓力：在設計套管層所在的裸眼井段發(fā)生溢流時，在最大井內壓力梯度作用下，上部裸露地層不致破裂所應有的地層破裂壓力梯梯度作用下，上部裸露地層不致破裂所應有的地層破裂壓力梯度，度，g/cmg/cm3 3; ; HniHni：設計層套管的初始下

58、入深度，：設計層套管的初始下入深度，m m； H Hpmaxpmax：最大地層壓力所對應的井深；：最大地層壓力所對應的井深；m m。maxmaxpfnkPbfKniHSSSH（1 1）各層套管（不含油層套管）下入深度初選點）各層套管（不含油層套管）下入深度初選點HniHni的確定（續(xù)的確定（續(xù)2 2） l比較正常鉆井情況下和發(fā)生液流情況下的最小地層破裂壓力，比較正常鉆井情況下和發(fā)生液流情況下的最小地層破裂壓力， 一一般地般地 , ,因此因此通常按通常按fnkfnk計算，只有在肯定不會發(fā)生液流計算，只有在肯定不會發(fā)生液流的情況下，才按的情況下，才按fnrfnr計算計算。 l對于技術套管，首先對于

59、技術套管，首先計算出計算出fnkfnk，然后，然后通過通過作圖作圖或或數(shù)字數(shù)字計算計算的的方方法找到地層破裂壓力為法找到地層破裂壓力為fnkfnk的井深的井深，該井深即為技術套管下入的該井深即為技術套管下入的初選點初選點。 l對于技術套管，需要對于技術套管，需要校核是否會卡套管校核是否會卡套管，對于表層套管，則一般對于表層套管，則一般不必進行壓差粘卡套管的校核不必進行壓差粘卡套管的校核fnrfnk2 2、設計方法、設計方法（2 2）校核套管下入初選點）校核套管下入初選點HniHni是否會發(fā)生壓差是否會發(fā)生壓差粘卡套管粘卡套管 l所用最大鉆井液密度與最小地層壓力之間所用最大鉆井液密度與最小地層壓

60、力之間實際的最大靜止壓差：實際的最大靜止壓差： PP：套管所受到的最大靜止壓差，：套管所受到的最大靜止壓差，MPaMPa； pminpmin：該井段內最小地層壓力，：該井段內最小地層壓力，g/cmg/cm3 3； D Dpminpmin：最小地層壓力所對應的井深，：最小地層壓力所對應的井深，m m。maxminmin0.00981()pbppPSDGpGfl比較比較PP與與P P N N(P (P a a) ) 若若 P PP PN N（或（或 P PA A），則假定深度），則假定深度H Hnini為中間套管下入深度。為中間套管下入深度。 若若 PP P PN N（或（或 P PA A），則中