井眼軌跡的基本概念課件

1、井眼軌跡的基本概念 1、井眼軌跡的基本參數(shù)2、井斜變化率和井斜方位變化率3、井眼曲率及其計(jì)算4、井眼軸線的圖示法第1頁(yè)，共81頁(yè)。井眼軌跡，實(shí)指實(shí)鉆的井眼軸線。一口實(shí)鉆井的井眼軸線乃是一條空間曲線。為了進(jìn)行軌跡控制，就要了解這條空間曲線的形狀，就要進(jìn)行軌跡測(cè)量，這就是“測(cè)斜”。目前常用的測(cè)斜方法并不是連續(xù)測(cè)斜，而是每隔一定長(zhǎng)度的井段測(cè)一個(gè)點(diǎn)。這些井段被稱為“測(cè)段”，這些點(diǎn)被稱為“測(cè)點(diǎn)”。測(cè)斜儀器在每個(gè)點(diǎn)上測(cè)得的參數(shù)有三個(gè)，即井深、井斜角和井斜方位角。這三個(gè)參數(shù)就是軌跡的基本參數(shù)。1.井眼軌跡的基本參數(shù)直井段上測(cè)點(diǎn)增斜段最大井斜角max 降斜段水平位移下測(cè)點(diǎn)第2頁(yè)，共81頁(yè)。井眼軌跡的基本參數(shù)（

2、1）井深：直井段上測(cè)點(diǎn)增斜段最大井斜角max 降斜段水平位移 指井口(通常以轉(zhuǎn)盤面為基準(zhǔn))至測(cè)點(diǎn)的井眼長(zhǎng)度，也有人稱之為斜深，國(guó)外稱為測(cè)量井深。井深是以鉆柱或電纜的長(zhǎng)度來(lái)量測(cè)。井深既是測(cè)點(diǎn)的基本參數(shù)之一，又是表明測(cè)點(diǎn)位置的標(biāo)志。 井深常以字母表示，單位為米(m)。井深的增量稱為井段，以表示。二測(cè)點(diǎn)之間的井段長(zhǎng)度稱為段長(zhǎng)。一個(gè)測(cè)段的兩個(gè)測(cè)點(diǎn)中，井深小的稱為上測(cè)點(diǎn)，井深大的稱為下測(cè)點(diǎn)。井深的增量是下測(cè)點(diǎn)井深減去上測(cè)點(diǎn)井深。下測(cè)點(diǎn)第3頁(yè)，共81頁(yè)。井眼軌跡的基本參數(shù)（2）井斜角：指測(cè)點(diǎn)處的井眼方向線與重力線之間的夾角就是該測(cè)點(diǎn)處的井斜角。 顯然，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

3、該測(cè)點(diǎn)處傾斜的大小。 井斜角常以希臘字母表示，單位為度()。一個(gè)測(cè)段內(nèi)井斜角的增量總是下測(cè)點(diǎn)井斜角減去上測(cè)點(diǎn)井斜角，以表示。 第4頁(yè)，共81頁(yè)。井眼軌跡的基本參數(shù)（3）井斜方位角：井眼軸線上某點(diǎn)處的井眼方向線投影到水平面上，即為該點(diǎn)的井眼方位線（井斜方位線）。 井眼軸線投影到水平面上以后，過(guò)其上每一點(diǎn)作投影線的切線，該切線向井眼前進(jìn)方向延伸部分，即為該點(diǎn)的井眼方位線，或稱井斜方位線。注意“方向”與“方位”的區(qū)別。方位線是水平面上的矢量，而方向線乃是空間的矢量。只要講到方位，方位線，方位角，都是在某個(gè)水平面上；而方向，方向線和狗腿角，則是在三維空間內(nèi)(當(dāng)然也可能在水平面上)。井眼方向線是指井眼軸

4、線上某一點(diǎn)處井眼前進(jìn)的方向線。第5頁(yè)，共81頁(yè)。井眼軌跡的基本參數(shù)（3）井斜方位角：第6頁(yè)，共81頁(yè)。井眼軌跡的基本參數(shù)注意，正北方位線是指地理子午線沿正北方向延伸的線段。所以正北方位線和井眼方位線也都是有向線段，都可以用矢量表示。 井斜方位角以字母表示。井斜方位角的增量是下測(cè)點(diǎn)的井斜方位角減去上測(cè)點(diǎn)的井斜方位角，以表示。井斜方位角的值可以在0360 范圍內(nèi)變化。（3）井斜方位角：井斜方位角：以正北方位線為始邊，順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)到井眼方位線（井斜方位線）上所轉(zhuǎn)過(guò)的角度，即井斜方位角。第7頁(yè)，共81頁(yè)。井眼軌跡的基本參數(shù)（4）磁偏角 磁偏角分為東磁偏角和西磁偏角。東磁偏角指磁北方位線在正北方位線的

5、東面，西磁偏角指磁北方位線在正北方位線的西面。用磁性測(cè)斜儀測(cè)得的井斜方位角稱為磁方位角，并不是真方位角，需要經(jīng)過(guò)換算求得真方位角。這種換算稱為磁偏角校正。換算的方法如下： 真方位角磁方位角東磁偏角 真方位角磁方位角西磁偏角第8頁(yè)，共81頁(yè)。井眼軌跡的基本參數(shù)（4）磁偏角磁偏角地圖第9頁(yè)，共81頁(yè)。井眼軌跡的基本參數(shù)（5）象限角 井斜方位角還有另一種表示方式，稱“象限角”它是指井斜方位線與正北方位線或與正南方位線之間的夾角。象限角在 090度之間變化。書寫時(shí)需注明所在的象限，如N67.5W。第10頁(yè)，共81頁(yè)。象限方位角校正，更為麻煩。區(qū)別東西磁偏角；區(qū)別在哪個(gè)象限里；井眼軌跡的基本參數(shù)（5）象

6、限角 第11頁(yè)，共81頁(yè)。1. 我國(guó)勝利油田的磁偏角大約是西偏5.50。某測(cè)點(diǎn)測(cè)得井斜方位角為2.50，求真方位角=？2. 我國(guó)新疆克拉瑪依油田的磁偏角大約是東偏4.10。某測(cè)點(diǎn)測(cè)得井斜方位角為3580，求真方位角=？3. 西磁偏角5.50，測(cè)得方位角292.50，求真方位角=？如果用象限角表示，象限角=？4. 東磁偏角50，測(cè)得方位角1200，求真方位角=？如果用象限角表示，象限角=？磁偏角校正(課堂練習(xí))井眼軌跡的基本參數(shù)第12頁(yè)，共81頁(yè)。1. 我國(guó)勝利油田的磁偏角大約是西偏5.50。某測(cè)點(diǎn)測(cè)得井斜方位角為2.50，求真方位角=？答：真方位角=35702. 我國(guó)新疆克拉瑪依油田的磁偏角大

7、約是東偏4.10。某測(cè)點(diǎn)測(cè)得井斜方位角為3580，求真方位角=？答：真方位角=2.103. 西磁偏角5.50，測(cè)得方位角292.50，求真方位角=？如果用象限角表示，象限角=？答：真方位角=2870；測(cè)得象限角=N67.50W；校正后象限角=N730W；4. 東磁偏角50，測(cè)得方位角1200，求真方位角=？如果用象限角表示，象限角=？答：真方位角=1250；測(cè)得象限角=S600E；校正后象限角= S550E ；磁偏角校正(課堂練習(xí))井眼軌跡的基本參數(shù)第13頁(yè)，共81頁(yè)。井眼軌跡的基本參數(shù) 造斜工具作用方向線與井眼軸線構(gòu)成的平面；（6）井斜鉛垂面：（7）造斜工具面：井眼方位線所在的鉛垂平面；井斜

8、方位線所在的鉛垂平面；井底圓上高邊方向線所在的鉛垂平面；第14頁(yè)，共81頁(yè)。井眼軌跡的基本參數(shù) 井斜鉛垂面與造斜工具面的夾角；以井斜鉛垂面為基準(zhǔn)，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)到造斜工具面上所轉(zhuǎn)過(guò)的角度； 在井底平面上，以高邊方向線為基準(zhǔn)，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)到工具面與井底圓的交線上所轉(zhuǎn)過(guò)的角度；（8）裝置角(工具面角)：第15頁(yè)，共81頁(yè)。井眼軌跡的基本參數(shù)（9）裝置方位角：裝置方位角=工具面角+井斜方位角第16頁(yè)，共81頁(yè)。井眼軌跡的基本參數(shù) 設(shè)計(jì)規(guī)定的，必須鉆達(dá)的地層位置，稱為目標(biāo)點(diǎn)。通常是以地面井口為坐標(biāo)原點(diǎn)的空間坐標(biāo)值來(lái)表示。（10）目標(biāo)點(diǎn)（11）靶區(qū)及靶區(qū)半徑（定向井） 允許實(shí)鉆井眼軌跡偏離設(shè)計(jì)目標(biāo)點(diǎn)之間的距離

9、，稱為靶區(qū)半徑 。 在目標(biāo)點(diǎn)所在的（水平）面（垂直于入靶方向線）上，以目標(biāo)點(diǎn)為圓心，以靶區(qū)半徑為半徑的一個(gè)圓面積，稱為靶區(qū)。 （12）靶心距 在靶區(qū)平面上，實(shí)鉆井眼軌跡與目標(biāo)點(diǎn)之間的距離，稱為靶心距。第17頁(yè)，共81頁(yè)。 簡(jiǎn)稱垂深，是指軌跡上某點(diǎn)至井口所在水平面的距離。垂深的增量稱為垂增。垂深常以字母H（或）表示，垂增以 H（或）表示。 簡(jiǎn)稱水平長(zhǎng)度或平長(zhǎng)，是指井眼軌跡上某點(diǎn)至井口的長(zhǎng)度在水平面上的投影，即井深在水平面上的投影長(zhǎng)度。水平長(zhǎng)度的增量稱為平增。平長(zhǎng)以字母S（或）表示，平增以S （或）表示。井眼軌跡的基本參數(shù)（13）垂直深度：（14）水平投影長(zhǎng)度（15）坐標(biāo)和坐標(biāo)： 是指軌跡上某點(diǎn)在

10、以井口為原點(diǎn)的水平面坐標(biāo)系里的坐標(biāo)值。 第18頁(yè)，共81頁(yè)。 簡(jiǎn)稱平移，指軌跡上某點(diǎn)至井口所在鉛垂線的距離，或指軌跡上某點(diǎn)至井口的距離在水平面上的投影。此投影線稱為平移方位線。水平位移常以字母A表示。井眼軌跡的基本參數(shù)(16)水平位移： 指平移方位線所在的方位角，即以正北方位為始邊順時(shí)針轉(zhuǎn)至平移線上所轉(zhuǎn)過(guò)的角度，常以字母表示。（17）平移方位角：第19頁(yè)，共81頁(yè)。為水平位移在設(shè)計(jì)方位線上的投影。視平移以字母表示。井眼軌跡的基本參數(shù)（19）視平移： 國(guó)外將水平位移稱作閉合距(Closure Distance)，將平移方位角稱作閉合方位角(Closure Azimuth)。我國(guó)現(xiàn)場(chǎng)常特指完鉆時(shí)的

11、水平位移為閉合距，平移方位角為閉合方位角。(18)閉合距與閉合方位第20頁(yè)，共81頁(yè)。 使用井底馬達(dá)進(jìn)行定向造斜或扭方位時(shí)，動(dòng)力鉆具啟動(dòng)前的工具面與啟動(dòng)后且加壓鉆進(jìn)時(shí)的工具面之間的夾角，稱為反扭角。反扭角總是使工具面逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)（20）反扭角第21頁(yè)，共81頁(yè)。井斜角和井斜方位角是在隨著井深而不斷變化的。既然在變化，就有變化快慢之分。變化率就是變化的快慢。 井斜變化率：是指井斜角隨井深變化的程度，以表示。嚴(yán)格地講，井斜變化率是井斜角對(duì)井深的一階導(dǎo)數(shù)，可寫為：3.井斜變化率和井斜方位變化率第22頁(yè)，共81頁(yè)。 求得的乃是該測(cè)段的平均井斜變化率： 以增量代替微分，以相鄰二測(cè)點(diǎn)間的井斜角變化值（）與二

12、測(cè)點(diǎn)間井段長(zhǎng)度（L）的比值來(lái)表示井斜變化率的。井斜變化率和井斜方位變化率第23頁(yè)，共81頁(yè)。 井斜方位變化率：是指井斜方位角隨井深變化的程度，以表示。嚴(yán)格地講，井斜方位變化率是井斜方位角 對(duì)井深的一階導(dǎo)數(shù)，可寫為： 以增量代替微分，以相鄰二測(cè)點(diǎn)間的井斜方位角變化值（ ）與二測(cè)點(diǎn)間井段長(zhǎng)度（L）的比值來(lái)表示井斜方位變化率的。井斜變化率和井斜方位變化率第24頁(yè)，共81頁(yè)。水平投影圖上的曲率KA:井斜變化率和井斜方位變化率柱面圖上的曲率：垂直剖面圖上的曲率KH:第25頁(yè)，共81頁(yè)。井斜變化率和井斜方位變化率 表示了造斜工具的造斜能力。其值等于用該造斜工具所鉆出的井段的井眼曲率?！肮吠葒?yán)重度” ，“狗

13、腿度” ，“井眼曲率” 都是相同的意義。指的是在單位井段內(nèi)前進(jìn)的方向在三維空間內(nèi)的角度變化?；蛘咧竼挝婚L(zhǎng)度井段內(nèi)狗腿角的大小。造斜率全角變化率全角變化值 井眼上從一個(gè)點(diǎn)到另一個(gè)點(diǎn)，井眼前進(jìn)方向變化的角度（兩點(diǎn)處井眼前進(jìn)方向線之間的夾角）成為兩點(diǎn)間的全角變化值（也稱兩點(diǎn)間的狗腿角）。第26頁(yè)，共81頁(yè)。第一套公式的圖解法：3.井眼曲率及其計(jì)算（1）作水平射線；（2）作c ；（3）以一定長(zhǎng)度代表單位角度，量；（4）自點(diǎn)向作垂線， 垂足為點(diǎn)；第27頁(yè)，共81頁(yè)。（5）按步驟（3）中的比例（以長(zhǎng)度代表角度的比 例），量；（6）連接、，并量、長(zhǎng)度，按步驟（3）中的比例換算成角度，此角度即狗腿角。第一套公

14、式的圖解法：井眼曲率及其計(jì)算第28頁(yè)，共81頁(yè)。若用半角和平均角形式表達(dá),則可得: 第二套計(jì)算公式：這是Lubinsky先生根據(jù)空間平面圓弧曲線推導(dǎo)的假定測(cè)段是斜面圓弧曲線，則測(cè)段的狗腿角：式中 ：井眼曲率及其計(jì)算第29頁(yè)，共81頁(yè)。第二套公式證明由CDE和CDE得：二式聯(lián)立可得：有幾何關(guān)系可得：此四式代入上式可得：井眼曲率及其計(jì)算第30頁(yè)，共81頁(yè)。第二套公式查圖法：井眼曲率及其計(jì)算第31頁(yè)，共81頁(yè)。 （1）選取一定比例，以一定長(zhǎng)度代表單位角度，作線段，使其長(zhǎng)度代表1 ；第三套計(jì)算公式這套公式源于沙尼金圖解法，其表達(dá)式為：這顯然是任意三角形余弦定理的表達(dá)式，因而也可用圖解法來(lái)解：井眼曲率及

15、其計(jì)算第32頁(yè)，共81頁(yè)。（2）作線段，使；（3）按步驟（1）的比例，量2 ；（4）連接、，并量的長(zhǎng)度，按步驟（1）的比例換算成角度，即為。 第三套計(jì)算公式井眼曲率及其計(jì)算第33頁(yè)，共81頁(yè)。第一套公式，數(shù)學(xué)推導(dǎo)嚴(yán)密，是用于各種形狀的井眼，具有普遍性。第二套公式是建立在假設(shè)井段是平面曲線，而且是平面圓弧曲線的前提下推導(dǎo)，適用于平面曲線的井眼，例如，用彎曲動(dòng)力鉆具定向鉆進(jìn)鉆出的井眼。第三套公式本身就是近似公式，只能是用于井斜角較小，井斜方位角也較小的情況下。我國(guó)定向井標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)制定的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：使用第一套計(jì)算公式。計(jì)算方法的選擇井眼曲率及其計(jì)算第34頁(yè)，共81頁(yè)。為了描述井眼在空間的形態(tài)及坐標(biāo)位

16、置，首先介紹一下在鉆井工程中常用的坐標(biāo)概念。井眼軸線的圖示法 正常使用的坐標(biāo)為地理坐標(biāo)，即正東E、正北N、正南S和正西W以及海拔H，這種坐標(biāo)體系是在子午線的基礎(chǔ)上定義的。中華人民共和國(guó)大地原點(diǎn)-陜西涇陽(yáng)縣永樂(lè)鎮(zhèn)石際寺村境內(nèi)，亦稱大地基準(zhǔn)點(diǎn)，是中國(guó)的地理中心，具體位置在：北緯343227.00東經(jīng)1085525.00 。 在鉆井工程當(dāng)中，坐標(biāo)系通常指使用正北和正東坐標(biāo)，以N和E表示，是指測(cè)點(diǎn)在以井口為原點(diǎn)的水平面坐標(biāo)系里的坐標(biāo)值。第35頁(yè)，共81頁(yè)。4.井眼軸線的圖示法由上圖可知，我們并不能看清它的實(shí)際空間形態(tài)，怎詳把這條空間曲線畫出來(lái)，讓別人了解它的空間形狀呢?常見(jiàn)的有三種圖示法。 如下圖水平

17、面坐標(biāo)系內(nèi)的實(shí)鉆井眼軸線，兩個(gè)坐標(biāo)軸，一根是正北方向，一根是正東方向。如圖所示，A，B的水平坐標(biāo)分別為（NA,EA）和（NB,EB）第36頁(yè)，共81頁(yè)。一、三維坐標(biāo)圖示法： 形狀復(fù)雜，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 無(wú)法給人以立體感。 需要采用輔助面增強(qiáng)立體感。注：只在特殊時(shí)候采用。井眼軸線的圖示法井眼軸線的特點(diǎn)：第37頁(yè)，共81頁(yè)。井眼軸線的圖示法二、投影圖表示法 優(yōu)點(diǎn)：從圖上可直接看出，需要增斜還是需要降斜，需要增方位還是需要減方位。也可根據(jù)這張圖，可以想象出井眼軸線的空間形狀。缺點(diǎn)：這種垂直投影圖不能反映出井身參數(shù)的真實(shí)值。 相當(dāng)于機(jī)械制圖中的視圖表示法，在國(guó)外使用廣泛。 這種圖示法包括兩張圖：一張是水平投

18、影圖，相當(dāng)于俯視圖。 一張是垂直投影圖，相當(dāng)于側(cè)視圖，其投影面選在原設(shè)計(jì)方位線所在的鉛垂平面上(橫坐標(biāo)V，縱坐標(biāo)D或H)。 投影圖主要用于指導(dǎo)施工。H第38頁(yè)，共81頁(yè)。井眼軸線的圖示法三、柱面圖表示法： 包括兩張圖：一張是水平投影圖，相當(dāng)于俯視圖，與投影圖表示法相同； 一張是垂直剖面圖(橫坐標(biāo)P，縱坐標(biāo)D或H)，與垂直投影圖不同，它不是在某個(gè)鉛垂平面上的投影。H 垂直剖面圖的形成：實(shí)鉆井眼是一條空間曲線，設(shè)想經(jīng)過(guò)這條曲線上的每一個(gè)點(diǎn)作一條鉛垂線，所有這些鉛垂線就構(gòu)成了一個(gè)曲面。 最大特點(diǎn)：柱面展平后，井眼長(zhǎng)度和井斜角都保持不變。優(yōu)點(diǎn)： 憑著這兩張圖，即可了解井眼的空間形狀,可以反映出井身參數(shù)

19、的真實(shí)值，作圖容易，利用測(cè)斜資料算出每個(gè)測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)位置，即可作圖。第39頁(yè)，共81頁(yè)。定向井井眼軌跡控制技術(shù)一、概述二、定向井設(shè)計(jì)與計(jì)算三、定向井專用工具四、定向井測(cè)量?jī)x器五、定向井井眼軌跡控制第40頁(yè)，共81頁(yè)。一、概述1、定向井的概念 定向井：是指按照預(yù)先設(shè)計(jì)的軌跡鉆進(jìn)，具有井斜和方位變化的井。 它是由特殊井下工具、測(cè)量?jī)x器和工藝技術(shù)有效控制井眼軌跡，使鉆頭沿著特定方向鉆達(dá)地下預(yù)定目標(biāo)的鉆井工藝技術(shù)。 第41頁(yè)，共81頁(yè)。2、定向井的基本應(yīng)用 （1）地面限制： 高山、森林、城鎮(zhèn)、重要建筑、沼澤； 良田、草場(chǎng)； 海洋、湖泊、河流、鹽田。第42頁(yè)，共81頁(yè)。 （2）地下地質(zhì)條件要求。 用直井難

20、以穿過(guò)的復(fù)雜層、鹽丘和斷層等 。第43頁(yè)，共81頁(yè)。 （3）處理井下事故的特殊要求。 遇到井下事故無(wú)法處理或不易處理時(shí)，常采用定向井技術(shù)。如：掉鉆頭、斷鉆具、卡鉆等。 第44頁(yè)，共81頁(yè)。 （4）提高經(jīng)濟(jì)效益的特殊需要。土耳其天然堿礦對(duì)接井施工 （5）增產(chǎn)措施、煤礦安全、工程救險(xiǎn)等。第45頁(yè)，共81頁(yè)。3、定向井的類型 按施工技術(shù)方法： 自然彎曲定向井 人工彎曲定向井 按設(shè)計(jì)井眼軸線形狀： 二維平面定向井 三維平面定向井 按設(shè)計(jì)最大井斜角： 低斜度定向井（最大井斜15） 中斜度定向井 （最大井斜 15 45） 大斜度定向井（最大井斜 45 85） 水平井（最大井斜85） 按井底結(jié)構(gòu)分類： 單底

21、定向井 多底定向井 第46頁(yè)，共81頁(yè)。二、定向井設(shè)計(jì)與計(jì)算 1 、井眼軌跡的基本參數(shù) （1）監(jiān)測(cè)參數(shù): 井深：是指井口至測(cè)點(diǎn)的井眼長(zhǎng)度。 井斜角：井眼方向線與鉛垂線之間的夾角。 以正北方位線為始邊，順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)到井眼方位線上所轉(zhuǎn)過(guò)的角度。方位角：第47頁(yè)，共81頁(yè)。 （2）計(jì)算參數(shù): 垂深：是指井眼軌跡上的點(diǎn)至井口水平面的距離。 N坐標(biāo)和E坐標(biāo) ：井眼軌跡上的點(diǎn)在以井口為原點(diǎn)的水平面 坐標(biāo)系里的坐標(biāo)值。 水平位移：是指井眼軌跡上的點(diǎn)至井口所在鉛垂線的距離。 井斜變化率：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度井段內(nèi)井斜角的變化值。 方位角變化率：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度井段內(nèi)方位角的變化值。 全角變化值：沿井眼前進(jìn)方向上，兩測(cè)點(diǎn)之間的空

22、間角度變化。也稱為“狗腿角” 。 全角變化率：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度井段內(nèi)的全角變化值。 第48頁(yè)，共81頁(yè)。2、 鉆孔軸線空間位置的計(jì)算（1）切線法（2）平衡切線法（3）平均角法（4）曲率半徑法（5）最小曲率法（6）Mercury 參考書目： 1、 受控定向鉆探技術(shù) 江天壽 周鐵芳 2、 水平井井眼軌跡控制 蘇義腦 3、 定向鉆井技術(shù) 王清江第49頁(yè)，共81頁(yè)。 3、方位角基準(zhǔn)變換 由于采用了不同正北方向的基準(zhǔn)，所以定義了三種方位角：真方位角、磁方位角和坐標(biāo)方位角。 真方位角：井眼軸線上某測(cè)點(diǎn)的方向線（切線）在水平面上的投影與真北方向線之間的夾角。 磁方位角：井眼軸線上某測(cè)點(diǎn)的方向線（切線）在水平面上的投

23、影與磁北方向線之間的夾角。 坐標(biāo)方位角：井眼軸線上某測(cè)點(diǎn)的方向線（切線）在水平面上的投影與坐標(biāo)北之間的夾角。第50頁(yè)，共81頁(yè)。真方位角=磁方位角+磁偏角坐標(biāo)方位角=真方位角-子午線收斂角坐標(biāo)方位角=磁方位角+磁偏角-子午線收斂角磁偏角示意圖各方位角之間的關(guān)系最小曲率法計(jì)算鉆孔軸線空間位置第51頁(yè)，共81頁(yè)。第52頁(yè)，共81頁(yè)。第53頁(yè)，共81頁(yè)。 4、定向井的井眼軌跡設(shè)計(jì) （1）定向井相關(guān)術(shù)語(yǔ) 造斜點(diǎn)：開始定向造斜的位置。 造斜率：表示造斜工具的造斜能力，其值等于所鉆井段的 井眼曲率。 靶點(diǎn)：鉆井工程設(shè)計(jì)中規(guī)定的必須鉆達(dá)的地層位置,亦稱 之為目標(biāo)點(diǎn)。 靶區(qū)半徑：允許井眼軌跡偏離靶點(diǎn)的距離。

24、靶區(qū)：以靶區(qū)半徑為半徑的圓面。第54頁(yè)，共81頁(yè)。（2）定向井的井眼軌跡類型 二維定向井 三維定向井 （1）三段式 （2）多靶三段式 （3）五段式 （4）雙增式第55頁(yè)，共81頁(yè)。（3）井眼軌跡設(shè)計(jì)步驟選擇井眼軌跡形狀；確定造斜點(diǎn)（側(cè)鉆點(diǎn)、分支點(diǎn)）；選定造斜率、確定最大井眼曲率；求得井眼軌跡的待定參數(shù)；井身計(jì)算及井眼軌跡繪圖。第56頁(yè)，共81頁(yè)。三、定向井專用工具1、造斜鉆頭2、井下動(dòng)力鉆具3、定向接頭4、無(wú)磁鉆桿（或無(wú)磁鉆鋌）5、扶正器（穩(wěn)定器）6、震擊器7、鍵槽破壞器8、懸掛短節(jié)9、浮閥10、撓性接頭第57頁(yè)，共81頁(yè)。造斜鉆頭第58頁(yè)，共81頁(yè)。螺桿鉆具第59頁(yè)，共81頁(yè)。無(wú)磁承壓鉆桿、

25、無(wú)磁鉆鋌第60頁(yè)，共81頁(yè)。上圖：斜口引鞋右圖：定向接頭第61頁(yè)，共81頁(yè)。四、定向井測(cè)量?jī)x器1、磁羅盤單、多點(diǎn)照相測(cè)斜儀2、有線隨鉆測(cè)斜儀3、無(wú)線隨鉆測(cè)斜儀（壓力脈沖、聲波、電磁波等）4、電子多點(diǎn)測(cè)斜儀5、照相單、多點(diǎn)陀螺測(cè)斜儀6、電子陀螺測(cè)斜儀7、引導(dǎo)中靶系統(tǒng)第62頁(yè)，共81頁(yè)。五、定向井井眼軌跡控制 1、基本概念 （1）實(shí)質(zhì)：井眼軌跡控制的實(shí)質(zhì)，就是不斷地控制井眼的前進(jìn)方向。井眼方向由井眼的井斜角和井斜方位角來(lái)表示的。 （2）要求：在實(shí)鉆過(guò)程中，設(shè)法使實(shí)鉆的井眼軌跡盡可能符合設(shè)計(jì)的井眼軌道。 （3）井眼方向控制內(nèi)容： -井斜角的控制：增斜、降斜、穩(wěn)斜 -井斜方位角控制：增方位、降方位、穩(wěn)

26、方位第63頁(yè)，共81頁(yè)。 2、軌跡控制的主要內(nèi)容 （1）造斜工具或鉆具組合的選擇 （2）造斜工具的裝置方位計(jì)算 裝置角的計(jì)算； 動(dòng)力鉆具反扭角的計(jì)算； （3）實(shí)時(shí)進(jìn)行軌跡測(cè)量和軌跡計(jì)算。 測(cè)量?jī)x器的選擇，測(cè)量密度和測(cè)點(diǎn)密度的選擇； 根據(jù)軌跡計(jì)算結(jié)果，提出下步軌跡控制要求； 井眼前進(jìn)方向的預(yù)測(cè)。 （4）井下定向工藝和鉆進(jìn)工藝第64頁(yè)，共81頁(yè)。 3、軌跡控制的幾條原則 （1）既要保證中靶，又要加快鉆進(jìn)。 “太遠(yuǎn)”可能造成脫靶。頻繁地更換鉆具和測(cè)斜將增加鉆井成本和導(dǎo)致井下復(fù)雜情況。 （2）盡可能多地使用轉(zhuǎn)盤鉆的扶正器鉆具組合來(lái)進(jìn)行控制。 轉(zhuǎn)盤鉆的鉆速比動(dòng)力鉆具高。當(dāng)方位偏差太大或轉(zhuǎn)盤鉆不能完成增斜

27、要求。 （3）盡可能利用地層的自然規(guī)律。 地層因素導(dǎo)致鉆頭的不對(duì)稱切削，或引起井斜方位的變化。盡可能利用自然規(guī)律，減少利用工具進(jìn)行控制的時(shí)間。 （4）條件允許盡可能使用導(dǎo)向鉆具+MWD 同時(shí)實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)鉆進(jìn)和復(fù)合鉆進(jìn)。第65頁(yè)，共81頁(yè)。 4、造斜工具的裝置角 （安裝角、工具面角）井斜鉛垂面與造斜工具面的夾角(還不夠準(zhǔn)確！)；以井斜鉛垂面為基準(zhǔn)，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)到造斜工具面上所轉(zhuǎn)過(guò)的角度；在井底平面上，以高邊方向線為基準(zhǔn)，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)到工具面與井底圓的交線上所轉(zhuǎn)過(guò)的角度；第66頁(yè)，共81頁(yè)。 5、工具面角與井斜角、方位角之間的變化關(guān)系： 工具面角在、象限，方位均增加；工具面角在、象限，方位均減??； 工具面

28、角在 、象限，井斜角都是增加的；但工具面角在 、 象限，井斜角并非都是減小的。只在綠色區(qū)域是減小，在粉紅色區(qū)域內(nèi)仍然是增大的。第67頁(yè)，共81頁(yè)。 6、直井段施工技術(shù) 總原則：防斜打直 （1）按照地層條件布置和設(shè)計(jì)鉆孔。 （2）確保設(shè)備安裝和開孔質(zhì)量。 （3）采用合理的鉆進(jìn)方法和規(guī)程參數(shù)。 （4）正確選用鉆具 鐘擺鉆具 偏重鉆具 滿眼鉆具或簡(jiǎn)易鋼性鉆具： 特殊結(jié)構(gòu)的防斜鉆具 主動(dòng)垂鉆系統(tǒng) 第68頁(yè)，共81頁(yè)。7、定向井造斜段施工技術(shù) （1）造斜工具的定向方法 第69頁(yè)，共81頁(yè)。 （2）定向造斜工具（井下動(dòng)力鉆具） a、定向彎接頭+螺桿鉆具 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：造斜率低，鉆頭偏移大。 b、單

29、彎螺桿定向造斜鉆具 優(yōu)點(diǎn)：造斜率高。缺點(diǎn)：萬(wàn)向軸受力復(fù)雜。 c、雙彎螺桿定向造斜鉆具 利用彎外殼+彎接頭組合，通過(guò)改變兩個(gè)結(jié)構(gòu)彎角的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)造斜率的調(diào)整。 d、動(dòng)力鉆具帶偏心墊塊 第70頁(yè)，共81頁(yè)。（3）造斜井段施工要求 a、采用隨鉆跟蹤測(cè)斜，計(jì)算和作圖結(jié)合預(yù)測(cè)井眼軌跡變化趨勢(shì)，如造斜率達(dá)不到要求，及時(shí)采取相應(yīng)措施進(jìn)行調(diào)整。 b、按照設(shè)計(jì)的鉆進(jìn)參數(shù)鉆進(jìn)，要求司鉆送鉆均勻，使井眼曲率變化平緩，井眼軌跡圓滑。 （調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)改變?cè)煨甭?；改變近鉆頭鉆具組合） c、控制好井斜方位的變化，因地層等因素造成方位嚴(yán)重漂移，影響中靶或鄰井安全限定區(qū)域時(shí)，使用造斜鉆具及時(shí)對(duì)方位角進(jìn)行調(diào)整。 第71頁(yè)，共81

30、頁(yè)。（4）井斜角變化率的控制 a、普遍使用“彎外殼螺桿鉆具組合”造斜； b、井下動(dòng)力鉆具的長(zhǎng)度影響造斜率，螺桿鉆具比渦輪鉆具更易造斜； c、彎殼體螺桿結(jié)構(gòu)彎角度數(shù)一般在02 范圍按0.25級(jí)差進(jìn)行分級(jí)，若彎角太大，鉆具不易下井，大彎角鉆具多用于強(qiáng)行扭方位； d、改變鉆壓和調(diào)整工具面角均能改變?cè)煨甭剩?e、地層特性（各向異性、硬度）影響造斜率； f、由于加工精度原因，相同彎角的鉆具可能造斜率不同； g、較深的硬地層造斜井段，PDC鉆頭優(yōu)于牙輪鉆頭，PDC鉆頭的壽命長(zhǎng)、進(jìn)尺多，而牙輪鉆頭產(chǎn)生金屬碎屑的危險(xiǎn)性相對(duì)較大。第72頁(yè)，共81頁(yè)。（5）扭方位施工 如果井眼軌跡的方位漂移量過(guò)大，通過(guò)預(yù)測(cè)有脫靶

31、的危險(xiǎn)，這時(shí)要強(qiáng)行改變井眼軌跡的前進(jìn)方向，即扭方位，使之恢復(fù)到能中靶的方位上來(lái)。 a、扭方位鉆具組合的結(jié)構(gòu)及鉆進(jìn)參數(shù)與常規(guī)定向造斜鉆具的基本相同； b、盡可能選擇可鉆性和穩(wěn)定性較好的地層實(shí)施扭方位作業(yè)； c、由于深井形成的反扭角較大，因此扭方位施工一般采用隨鉆測(cè)斜儀配合作業(yè)； d、全力扭方位時(shí)會(huì)伴隨井斜角減小效應(yīng)，因此扭完方位后，再通過(guò)增斜手段調(diào)整井斜角，保證得到較好的井眼軌跡； 第73頁(yè)，共81頁(yè)。（6）造斜段施工技術(shù)措施及注意事項(xiàng) a、下井的增斜鉆具結(jié)構(gòu)要符合設(shè)計(jì)要求； b、發(fā)現(xiàn)下井的增斜鉆具不合理，要及時(shí)調(diào)整或更換； c、必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)或定向技術(shù)人員制定的鉆井參數(shù)施工； d、增斜鉆進(jìn)時(shí)，泵壓適中并滿足增斜要求； e、如果鉆具剛性變大，下鉆時(shí)注意遇阻情況，地層較軟時(shí)防止鉆出新井眼； f、根據(jù)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)及時(shí)作圖，分析出井眼軌跡的實(shí)際情況； g、鉆完一個(gè)單根后，測(cè)量井底數(shù)據(jù)并分析鉆具是否滿足設(shè)計(jì)要求，如不符合及時(shí)調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)或更換鉆具組合。第74頁(yè)，共81頁(yè)。（7）復(fù)雜情況及處理 造斜不成功 原因 相應(yīng)措施第75頁(yè)，共81頁(yè)。 鉆出新井眼（“褲襠”井） 新井眼往往在以下情況中可能出現(xiàn)： 較淺、較疏松的地層； 狗腿較大的井段，如造斜段、扭方位井段； 鉆具鋼性改變以后。 預(yù)防措施： 如造斜是在較淺、較疏松的地層進(jìn)行，盡可能使井斜角、方位角平緩變化，避免形成大的狗腿； 下鉆