最新5第五章軌跡控制課件

5第五章軌跡控制5第五章軌跡控制1概論問題討論：你做過“導(dǎo)向”工作嗎？概論問題討論：2最新5第五章軌跡控制課件3最新5第五章軌跡控制課件4最新5第五章軌跡控制課件5最新5第五章軌跡控制課件6最新5第五章軌跡控制課件7最新5第五章軌跡控制課件81軌跡的基本參數(shù)測斜：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，必須首先描述出這條空間曲線形狀及其位置，這就要先進(jìn)行軌跡測量，即“測斜”。測段和測點(diǎn)：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井段測一個(gè)點(diǎn)。這些井段即“測段”，這些點(diǎn)即“測點(diǎn)”。上測點(diǎn)和下測點(diǎn)：一個(gè)測段的兩個(gè)測點(diǎn)中，井深小的稱為上測點(diǎn)，井深大的稱為下測點(diǎn)。1軌跡的基本參數(shù)9軌跡的基本參數(shù)：測斜儀器在每個(gè)點(diǎn)上測得的三個(gè)參數(shù)，即井深、井斜角和井斜方位角。1.1井深井深：指井口(通常以轉(zhuǎn)盤面為基準(zhǔn))至測點(diǎn)的井眼軸線長度，以鉆柱或電纜的長度來量測，常用Dm(m)表示。井段：井深的增量，為下測點(diǎn)井深減去上測點(diǎn)井深，以ΔDm表示。軌跡的基本參數(shù)：測斜儀器在每個(gè)點(diǎn)上測得的三個(gè)參數(shù)，即井深、井101.2井斜角井眼方向線：過井眼軸線上某測點(diǎn)作井眼軸線的切線，該切線向井眼前進(jìn)方向延伸的部分稱為井眼方向線。井斜角：井眼方向線與重力線之間的夾角，表示井眼軌跡在測點(diǎn)處傾斜的大小，用α(°)表示。井斜角增量：一個(gè)測段內(nèi)井斜角的增量總是下測點(diǎn)井斜角減去上測點(diǎn)井斜角，以Δα表示(圖5-1)。1.2井斜角11最新5第五章軌跡控制課件121.3井斜方位角井眼方位線：某測點(diǎn)處的井眼方向線投影到水平面上，稱為井眼方位線，或井斜方位線。正北方位線：地理子午線沿正北方向延伸的線段。1.3井斜方位角13井斜方位角：以正北方位線為始邊，順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)到井眼方位線上所轉(zhuǎn)過的角度，即井眼方位角，或井斜方位角。用Φ(°)表示(圖5-2)。井斜方位角增量：下測點(diǎn)的井斜方位角減去上測點(diǎn)的井斜方位角，以ΔΦ表示。其值在0~360°內(nèi)變化。方位與方向的區(qū)別：井斜方位角：以正北方位線為始邊，順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)到井眼方位線上14最新5第五章軌跡控制課件15磁偏角：地球有磁北方位和正北方位之分，兩者并不重合而是有個(gè)夾角，稱為磁偏角。東磁偏角：磁北方位線在正北方位線的東面。西磁偏角：磁北方位線在正北方位線的西面。磁偏角校正：目前廣泛使用的磁性測斜儀是以地球磁北方位為基準(zhǔn)的，所測得的井斜方位角為磁方位角，并不是真方位角。需要經(jīng)過換算求得真方位角，稱為磁偏角校正：真方位角=磁方位角+東磁偏角真方位角=磁方位角-西磁偏角磁偏角：地球有磁北方位和正北方位之分，兩者并不重合而是有個(gè)夾161.4軌跡基本參數(shù)的特性問題討論：1)井深、井斜角和井斜方位角3參數(shù)是井眼軸線空間點(diǎn)的球座標(biāo)嗎？1.4軌跡基本參數(shù)的特性172軌跡的計(jì)算參數(shù)1)垂直深度：簡稱垂深，是指軌跡上某點(diǎn)至井口所在水平面的距離，用D表示。垂深的增量稱為垂增，以ΔD表示。如圖5-1所示。2軌跡的計(jì)算參數(shù)18最新5第五章軌跡控制課件19

2)水平投影長度：簡稱水平長度或平長，是井深在水平面上的投影長度，平長以字母Lp表示。水平長度的增量稱為平增。平增以ΔLp表示。平長和平增在圖5-4中是指曲線的長度。2)水平投影長度：簡稱水平長度或平長，是井深在水平面上的投20最新5第五章軌跡控制課件213)水平位移：簡稱平移，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S表示。如圖5-5所示。在國外將水平位移稱作閉合距。而我國油田現(xiàn)場常特指完鉆時(shí)的水平位移為閉合距。3)水平位移：簡稱平移，指軌跡上某點(diǎn)至井口所在鉛垂線的距離22最新5第五章軌跡控制課件23

4)平移方位角：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)過的角度，常以字母θ表示。如圖5-5所示。在國外將平移方位角稱作閉合方位角。而我國油田現(xiàn)場常特指完鉆時(shí)的平移方位角為閉合方位角。4)平移方位角：平移方位線所在的方位角，即以正北方位為始邊24

5)N坐標(biāo)和E坐標(biāo)：是指軌跡上某點(diǎn)在以井口為原點(diǎn)的水平面坐標(biāo)系里的坐標(biāo)值。此水平面坐標(biāo)系有兩個(gè)坐標(biāo)軸，一是南北坐標(biāo)軸，以正北方向?yàn)檎较颍灰皇菛|西坐標(biāo)軸，以正東方向?yàn)檎较颉Ｈ鐖D5-4所示。5)N坐標(biāo)和E坐標(biāo)：是指軌跡上某點(diǎn)在以井口為原點(diǎn)的水平面25最新5第五章軌跡控制課件26

6)視平移：亦稱投影位移，是水平位移在設(shè)計(jì)方位線上的投影長度。視平移以字母V表示。如圖5-5所示，A、B二點(diǎn)的視平移分別為VA、VB。顯然，當(dāng)實(shí)鉆軌跡與設(shè)計(jì)軌跡偏差很大時(shí)甚至背道而馳時(shí)，視平移可能成為負(fù)值。6)視平移：亦稱投影位移，是水平位移在設(shè)計(jì)方位線上的投影長27最新5第五章軌跡控制課件287)井眼曲率：指井眼軌跡曲線的曲率，也稱“狗腿嚴(yán)重度”和“全角變化率”。由于實(shí)鉆井眼軌跡是任意的空間曲線，其曲率是不斷變化的，無法計(jì)算每一點(diǎn)的曲率，所以在工程上常常計(jì)算井段的平均曲率。7)井眼曲率：指井眼軌跡曲線的曲率，也稱“狗腿嚴(yán)重度”和“全29

8)狗腿角：對一個(gè)測段(或井段)來說，上、下二測點(diǎn)處的井眼方向線是不同的，兩條方向線之間的夾角(注意是在空間的夾角)稱為“狗腿角”，也有人稱為“全角變化”。平均曲率計(jì)算：5-1式~5-3式8)狗腿角：對一個(gè)測段(或井段)來說，上、下二測點(diǎn)處的井303軌跡的圖示法有兩種：一種是垂直投影圖與水平投影圖相配合，如圖5-6（a）所示；一種是垂直剖面圖與水平投影圖相配合，如圖5-6（b）所示。3軌跡的圖示法31最新5第五章軌跡控制課件32

3.1水平投影圖相當(dāng)于機(jī)械制圖中的俯視圖，是將井眼軌跡這條空間曲線投影到井口中心所在的水平面上。圖中的坐標(biāo)為N坐標(biāo)和E坐標(biāo)，以井口中心為坐標(biāo)原點(diǎn)。3.1水平投影圖33

3.2垂直投影圖相當(dāng)于機(jī)械制圖中的主視圖，即將井眼軌跡這條空間曲線投影到過井口中心的某個(gè)鉛垂平面上。圖中的坐標(biāo)為垂深D和視平移V，也是以井口中心為坐標(biāo)原點(diǎn)。3.2垂直投影圖34

經(jīng)過井口中心的鉛垂平面有無數(shù)個(gè)，應(yīng)該選擇那個(gè)呢？我國鉆井行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，選擇設(shè)計(jì)方位線所在的那個(gè)鉛垂平面。這樣的垂直投影圖與設(shè)計(jì)的垂直投影圖進(jìn)行比較，可以看出實(shí)鉆井眼軌跡與設(shè)計(jì)井眼軌跡的差別，便于指導(dǎo)施工中軌跡控制。經(jīng)過井口中心的鉛垂平面有無數(shù)個(gè)，應(yīng)該選擇那個(gè)呢？我國35

3.3垂直剖面圖參看圖5-7，設(shè)想經(jīng)過井眼軌跡上的每一個(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，在數(shù)學(xué)上稱作柱面。其特點(diǎn)是可以展平到一個(gè)平面上，就形成了垂直剖面圖。該圖的兩個(gè)坐標(biāo)是垂深D和水平長度Lp。3.3垂直剖面圖36最新5第五章軌跡控制課件37第二節(jié)井眼軌道設(shè)計(jì)1井眼分類分類標(biāo)準(zhǔn)說明：按軌道。直井：指設(shè)計(jì)軌道是一條鉛垂線的井，不管實(shí)鉆的直井井眼軌跡如何在空間變化，我們?nèi)匀环Q之為直井。定向井：指設(shè)計(jì)軌道是一條特定曲線或非鉛垂線的井。第二節(jié)井眼軌道設(shè)計(jì)1井眼分類38定向井一級分類：可分為二維定向井和三維定向井兩大類。所謂二維定向井是指設(shè)計(jì)的軌道都在一個(gè)鉛垂平面上變化，即設(shè)計(jì)軌道只有井斜角的變化而無井斜方位角的變化。三維定向井是在三維空間進(jìn)行設(shè)計(jì)，既有井斜角的變化又有井斜方位角的變化。定向井一級分類：可分為二維定向井和三維定向井兩大類。所謂二維39定向井二級分類：二維定向井又可分為常規(guī)二維定向井和非常規(guī)二維定向井。常規(guī)二維定向井的井段形狀都是由直線和圓弧曲線組成。非常規(guī)二維定向井的井段形狀除了直線和圓弧曲線外，還有某種特殊曲線，例如懸鏈線，二次拋物線等等。三維定向井又可分為糾偏三維定向井和繞障三維定向井。定向井二級分類：二維定向井又可分為常規(guī)二維定向井和非常規(guī)二維40說明：在實(shí)際工程中，最常見的是常規(guī)二維定向井。我國鉆井行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化委員會對常規(guī)二維定向井的軌道設(shè)計(jì)制定了標(biāo)準(zhǔn)。說明：在實(shí)際工程中，最常見的是常規(guī)二維定向井。我國鉆井行業(yè)標(biāo)412常規(guī)二維定向井軌道設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)原則1)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)鉆定向井的目的。2)應(yīng)有利于安全、優(yōu)質(zhì)、快速鉆井。要注意選好造斜點(diǎn)，要選擇硬度適中，無坍塌、縮徑、高壓、易漏等復(fù)雜情況的地層開始造斜。2常規(guī)二維定向井軌道設(shè)計(jì)42按照井斜角的大小，可將定向井分為三類：井斜角在15°~30°的屬小傾角定向井；井斜角在30°~60°的屬中傾角定向井；井斜角超過60°的屬大傾角定向井。在可能的條件下，盡量減小最大井斜角，以便減小鉆井的難度。但最大井斜角不得小于15°，否則井斜方位不易穩(wěn)定。按照井斜角的大小，可將定向井分為三類：井斜角在15°~30°43在選擇井眼曲率值時(shí)，要權(quán)衡造斜工具的造斜能力、減小起下鉆和下套管的難度以及縮短造斜井段的長度等各方面的要求。在選擇井眼曲率值時(shí)，要權(quán)衡造斜工具的造斜能力、減小起下鉆和下443)要滿足采油工藝的要求。在可能的情況下，減小井眼曲率，以改善油管和抽油桿的工作條件。進(jìn)入目的層井段的井斜角應(yīng)盡量小點(diǎn)，最好是垂直井段，以利于安裝電潛泵、坐封封隔器及其他井下作業(yè)。3)要滿足采油工藝的要求。在可能的情況下，減小井眼曲率，以改452.2軌道類型常規(guī)二維定向井軌道類型：按照我國鉆井行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，有四種類型：三段式，多靶三段式，五段式和雙增式，如圖5-20~5-23所示。不同類型的軌道，它們的設(shè)計(jì)條件和計(jì)算公式各不相同。2.2軌道類型46最新5第五章軌跡控制課件47最新5第五章軌跡控制課件48最新5第五章軌跡控制課件49最新5第五章軌跡控制課件50關(guān)節(jié)點(diǎn)：圖中的字母K代表造斜點(diǎn)，b代表增斜結(jié)束點(diǎn)，t代表目標(biāo)點(diǎn)，c代表五段式的降斜始點(diǎn)或雙增式的第二次造斜點(diǎn)，d代表多目標(biāo)井的目標(biāo)終點(diǎn)。所有這些點(diǎn)稱為關(guān)節(jié)點(diǎn)。這些關(guān)節(jié)點(diǎn)的參數(shù)均以相應(yīng)字母為下標(biāo)。關(guān)節(jié)點(diǎn)：圖中的字母K代表造斜點(diǎn)，b代表增斜結(jié)束點(diǎn)，t代512.3設(shè)計(jì)依據(jù)的條件一是由地質(zhì)、采油部門提供的分層地質(zhì)情況預(yù)告和目標(biāo)點(diǎn)或目標(biāo)井段的有關(guān)數(shù)據(jù)，如目標(biāo)點(diǎn)的垂深、水平位移以及設(shè)計(jì)方位等。二是由鉆井部門根據(jù)鉆井的條件選定的造斜點(diǎn)位置、造斜率大小和造斜段長度等(表5-2)

。2.4關(guān)鍵參數(shù)的計(jì)算2.5井段計(jì)算及設(shè)計(jì)結(jié)果表述2.3設(shè)計(jì)依據(jù)的條件52

表5-2軌道設(shè)計(jì)給定的條件軌道類型給定的條件關(guān)鍵參數(shù)三段式Dt,St,Dkop,Kz,θoαb,ΔDmw多靶三段式Dt,Dkop,Kz,θo,αtΔDmm,KnSt,ΔDmw五段式Dt,St,Dkop,Kzθoαt,ΔDmm,Knαb,ΔDmw雙增式Dt,St,Dkop,Kzθoαt,ΔDmm,Knαb,ΔDmw表5-2軌道設(shè)計(jì)給定的條件軌道類型給定的條件關(guān)鍵參數(shù)53第三節(jié)軌跡測量和計(jì)算1測斜儀和測斜方法簡介測斜儀分類：常用磁性測斜儀，并分為單點(diǎn)、多點(diǎn)和隨鉆測斜儀三類。特殊地區(qū)也用陀螺測斜儀。第三節(jié)軌跡測量和計(jì)算1測斜儀和測斜方法簡介54單點(diǎn)測斜儀：通常是用鋼絲從鉆柱內(nèi)送入井下，一次下井只能測一個(gè)井深(即靠近鉆頭)處的參數(shù)，費(fèi)時(shí)短，常用于定向和軌跡控制不難的井或定向井的直井段。單點(diǎn)測斜儀：通常是用鋼絲從鉆柱內(nèi)送入井下，一次下井只能測一個(gè)55多點(diǎn)測斜儀：在裸眼井中用鋼絲或電纜送入到井底，然后在上提過程中每隔一定長度進(jìn)行靜止測量和記錄；也可在起鉆前從鉆柱內(nèi)投入到靠近鉆頭處，然后在起鉆過程中利用每起一個(gè)立柱靜止卸扣的時(shí)間進(jìn)行測量和記錄。為了軌跡計(jì)算而進(jìn)行的軌跡測量須用多點(diǎn)測斜儀。多點(diǎn)測斜儀：在裸眼井中用鋼絲或電纜送入到井底，然后在上提過程56隨鉆測斜儀：分有線和無線兩種，現(xiàn)在主要用后一種。它是隨同鉆柱一同入內(nèi)，在鉆進(jìn)過程中不斷地連續(xù)地進(jìn)行測量，并實(shí)時(shí)將測量數(shù)據(jù)傳到地面上。但它使用費(fèi)用較高，一般用于軌跡控制要求較高或有一定難度的井段或井中。隨鉆測斜儀：分有線和無線兩種，現(xiàn)在主要用后一種。它是隨同鉆柱57磁性測斜儀的原理：如圖5-8所示，羅盤靠一頂尖支撐，可在儀器中靈活轉(zhuǎn)動，不管儀器外殼如何轉(zhuǎn)動，羅盤的S極始終指北。在儀器中心懸掛一個(gè)“十字”重錘，不管儀器外殼如何傾斜，重錘始終指向重力方向。靜止測量時(shí)，照相機(jī)對著透明的羅盤面照相，所以“十字”圖形也被照在底片上。然后相機(jī)自動進(jìn)卷，再記錄下一個(gè)井深處的參數(shù)。磁性測斜儀的原理：如圖5-8所示，羅盤靠一頂尖支撐，可在儀器58最新5第五章軌跡控制課件59高邊方位、低邊方位與井斜方位：除鉛垂的特殊情況外，井眼是一個(gè)軸線傾斜的圓柱體，其橫截面是一個(gè)傾斜的圓，此圓有最高點(diǎn)和最低點(diǎn)。最高點(diǎn)處的半徑方位即高邊方位，最低點(diǎn)處的半徑方位即低邊方位。兩方位在一條線上，相差180度。井斜方位是指井眼的高邊方位。高邊方位、低邊方位與井斜方位：除鉛垂的特殊情況外，井眼是一個(gè)60定心羅盤：在測斜過程中，儀器軸傾斜后“十字”總是落在低邊方位線上。為此，將羅盤盤面上的N、S互換，E、W互換，使盤面上標(biāo)志方位的字母正好與實(shí)際的地理方位相反，就可直接從照相底片上讀出井斜方位角。定心羅盤：在測斜過程中，儀器軸傾斜后“十字”總是落在低邊方位61測斜照片：如圖5-9所示，羅盤面上的同心圓代表了不同的井斜角，“十字”所在的同心圓就是該井深處的井斜角。羅盤面上的徑向放射線代表了不同的方位，羅盤邊緣有方位的刻度值。“十字”所在的放射線就是該井深處的井斜方位角(定心羅盤)。測斜照片：如圖5-9所示，羅盤面上的同心圓代表了不同的井斜角62最新5第五章軌跡控制課件632我國鉆井行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對測斜計(jì)算數(shù)據(jù)的規(guī)定問題討論：1)井深、井斜角和井斜方位角3參數(shù)是井眼軸線空間點(diǎn)的球座標(biāo)嗎？2)如何描述井眼軸線空間點(diǎn)位置？2我國鉆井行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對測斜計(jì)算數(shù)據(jù)的規(guī)定641)測點(diǎn)編號：從0測點(diǎn)開始，自上而下類推編號。每個(gè)測點(diǎn)的參數(shù)皆以該點(diǎn)編號作為下標(biāo)符號。2)測段編號：從1測段開始，自上而下類推編號。每個(gè)測段的參數(shù)皆以該段的編號作為下標(biāo)符號。1)測點(diǎn)編號：從0測點(diǎn)開始，自上而下類推編號。每個(gè)測點(diǎn)的參數(shù)653)第0測點(diǎn)：人為規(guī)定的，非實(shí)測點(diǎn)。當(dāng)?shù)?測點(diǎn)的井深大于25m時(shí)，規(guī)定第0測點(diǎn)的井深比第1測點(diǎn)的井深小25m，井斜角為零。當(dāng)?shù)?測點(diǎn)的井深小于或等于25m時(shí)，規(guī)定第0測點(diǎn)的井深和井斜角均為零。3)第0測點(diǎn)：人為規(guī)定的，非實(shí)測點(diǎn)。當(dāng)?shù)?測點(diǎn)的井深大于25664)用于進(jìn)行軌跡計(jì)算的測斜數(shù)據(jù)必須是用多點(diǎn)測斜儀測得的。5)用磁性測斜儀測得的井斜方位角，必須經(jīng)過當(dāng)?shù)禺?dāng)年的磁偏角校正之后才能進(jìn)行軌跡計(jì)算。4)用于進(jìn)行軌跡計(jì)算的測斜數(shù)據(jù)必須是用多點(diǎn)測斜儀測得的。676)當(dāng)某個(gè)測點(diǎn)的井斜角等于零時(shí)，該點(diǎn)的井斜方位角是不存在的。為了計(jì)算的需要，規(guī)定：若αi=0，則計(jì)算第i測段時(shí)，Φi=Φi-1

；計(jì)算第i+1測段時(shí)，Φi=Φi+1

。6)當(dāng)某個(gè)測點(diǎn)的井斜角等于零時(shí)，該點(diǎn)的井斜方位角是不存在的。687)在一個(gè)測段內(nèi)，井斜方位角的變化的絕對值不得超過180°。在具體計(jì)算時(shí)，還要特別注意平均井斜方位角的計(jì)算方法(5-4式~5-7式)。7)在一個(gè)測段內(nèi)，井斜方位角的變化的絕對值不得超過180°。693軌跡計(jì)算的方法軌跡計(jì)算的目的：算出每個(gè)測點(diǎn)的坐標(biāo)值，以便繪圖和控制。軌跡計(jì)算的限制：即無法由基本參數(shù)直接描點(diǎn)，也無法隨意選點(diǎn)由基本參數(shù)算出相關(guān)參數(shù)。3軌跡計(jì)算的方法軌跡計(jì)算的目的：算出每個(gè)測點(diǎn)的坐標(biāo)值，以便70軌跡計(jì)算順序的唯一性：必須首先從已知坐標(biāo)值的0測點(diǎn)開始(D0=Dm0，LP0=0，N0=0，E0=0)，逐段、逐點(diǎn)向下進(jìn)行。通過假設(shè)測段為某種規(guī)則的曲線形狀，算出每個(gè)測段的坐標(biāo)增量，然后累加才能求得測點(diǎn)的坐標(biāo)值(5-8式~5-11式)。軌跡計(jì)算順序的唯一性：必須首先從已知坐標(biāo)值的0測點(diǎn)開始(D071軌跡計(jì)算方法的多樣性和近似性：我國鉆井行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：手工計(jì)算時(shí)用平均角法，計(jì)算機(jī)計(jì)算時(shí)用校正平均角法。軌跡計(jì)算方法的多樣性和近似性：72平均角法：假設(shè)測段是一條直線，該直線的方向是上下二測點(diǎn)處井眼方向的“和方向”(矢量和)，如圖5-10所示。根據(jù)這種假設(shè)，可得測段計(jì)算公式5-12~5-15。平均角法：假設(shè)測段是一條直線，該直線的方向是上下二測點(diǎn)處井眼73最新5第五章軌跡控制課件74校正平均角法：假設(shè)測段形狀為一條圓柱螺線。如圖5-11所示，圓柱螺線在水平投影圖上是圓弧。圓柱螺線在圓柱面展平平面上也是圓弧，即垂直剖面圖是圓弧。根據(jù)這個(gè)假設(shè)推導(dǎo)的測段計(jì)算公式5-24~5-29。

校正平均角法：假設(shè)測段形狀為一條圓柱螺線。如圖5-11所示，75最新5第五章軌跡控制課件76問題討論：1)如何提高井眼軌跡描述的準(zhǔn)確度或減小井眼軌跡描述的誤差？問題討論：77第四節(jié)影響井眼軌跡走向的因素問題討論：影響井眼軌跡走向的因素有哪些？第四節(jié)影響井眼軌跡走向的因素問題討論：78影響井眼軌跡走向的因素有：1地層2井下鉆具

3鉆頭

4鉆進(jìn)參數(shù)5已鉆井眼6鉆井方法地質(zhì)因素為客觀因素,井下鉆具和鉆進(jìn)參數(shù)是基本可控參數(shù)。影響井眼軌跡走向的因素有：1地層地質(zhì)因素為客觀因素,791地層地層可鉆性的各向異性和地層的傾斜是導(dǎo)致井斜的兩個(gè)最本質(zhì)的地質(zhì)因素。如圖5-12所示，沉積巖都有這樣的特性：垂直層面方向的可鉆性好，平行層面方向的可鉆性差。鉆頭總是有向著容易鉆進(jìn)的方向前進(jìn)的趨勢。1地層80最新5第五章軌跡控制課件81在地層傾斜的情況下，當(dāng)?shù)貙觾A角小于45°時(shí)，鉆頭前進(jìn)方向偏向垂直地層層面的方向，于是偏離鉛垂線。在地層傾角超過60°以后，鉆頭前進(jìn)方向則是沿著平行地層層面方向下滑，也要偏離鉛垂線。當(dāng)?shù)貙觾A角在45°~60°之間時(shí)，井斜方向?qū)俨环€(wěn)定狀態(tài)。在地層傾斜的情況下，當(dāng)?shù)貙觾A角小于45°時(shí)，鉆頭前進(jìn)方向偏向822井下鉆具井下鉆具

影響機(jī)理

鉆具的傾斜鉆具的彎曲2井下鉆具井下鉆具影響機(jī)理鉆具的傾斜鉆具的彎曲83主要是靠近鉆頭的那部分鉆具的傾斜和彎曲。這會引起鉆頭傾斜，在井底形成不對稱切削(圖5-15)；或使鉆頭受到側(cè)向力的作用，迫使其側(cè)向切削(圖5-16)，兩方面都將使新鉆的井眼不斷地偏離原井眼方向。主要是靠近鉆頭的那部分鉆具的傾斜和彎曲。這會引起鉆頭傾斜，在84最新5第五章軌跡控制課件85最新5第五章軌跡控制課件86導(dǎo)致鉆具傾斜和彎曲的原因：1)鉆具直徑小于井眼直徑，鉆具傾斜和彎曲有空間條件；2)鉆壓的作用；3)下入井內(nèi)的鉆具是彎曲的；4)在安裝設(shè)備時(shí)，天車、游車和轉(zhuǎn)盤三點(diǎn)不在一條鉛垂線上，如轉(zhuǎn)盤安裝不平，或鉆井中井架傾斜等。導(dǎo)致鉆具傾斜和彎曲的原因：873鉆頭鉆頭對井眼軌跡走向的影響主要表現(xiàn)在鉆頭各向異性和鉆頭結(jié)構(gòu)上。鉆頭各向異性是指鉆頭在不同方向上鉆進(jìn)能力的差異。地層各向異性與鉆頭各向異性相互作用會影響井斜和方位，從而影響井眼軌跡。鉆頭結(jié)構(gòu)不同，破巖方式就不同，從而影響井眼走向。3鉆頭鉆頭對井眼軌跡走向的影響主要表現(xiàn)在鉆頭各向異性和鉆頭884鉆進(jìn)參數(shù)主要是鉆壓影響井眼軌跡走向。由于鉆壓作用，下部鉆具受壓后必將靠向井壁一側(cè)而傾斜，當(dāng)鉆壓達(dá)到一定值，下部鉆柱還會發(fā)生彎曲。4鉆進(jìn)參數(shù)主要是鉆壓影響井眼軌跡走向。由于鉆壓作用，下部鉆895已鉆井眼

井下鉆具組合的變形會受到已鉆井眼形態(tài)的約束。如遇到井眼擴(kuò)大時(shí)，井眼對鉆具的約束條件就發(fā)生變化，從而影響到下部鉆柱的變形，鉆頭可在井眼內(nèi)左右移動，靠向一側(cè)，也可使受壓彎曲的鉆柱饒度加大，于是鉆頭軸線與原井眼軸線更不重合，導(dǎo)致偏離原井眼。5已鉆井眼井下鉆具組合的變形會受到已鉆井眼形態(tài)的約束。如906鉆井方法不同的鉆井方法在導(dǎo)向功能、鉆井參數(shù)和鉆頭等方面有自己的性能要求，而這些因素正是前面介紹的影響井眼軌跡的因素。6鉆井方法不同的鉆井方法在導(dǎo)向功能、鉆井參數(shù)和鉆頭等方面有91小結(jié)：客觀的地質(zhì)原因無法改變，但可利用，如自然造斜井(畫圖)；鉆具原因一定程度上可人為控制，為此設(shè)計(jì)了多種導(dǎo)向鉆具；井眼不會剛鉆成就擴(kuò)大，總是有個(gè)過程，可利用這個(gè)過程防斜。小結(jié)：客觀的地質(zhì)原因無法改變，但可利用，如自然造斜井(畫圖)92

第五節(jié)直井防斜技術(shù)井按軌道分類：直井和定向井。直井軌跡控制指標(biāo)和難度：控制井斜角和井眼曲率在甲方允許的范圍之內(nèi)，并確保中靶。第五節(jié)直井防斜技術(shù)井按軌道分類：直井和定向井。931滿眼鉆具組合控制井斜1.1滿眼鉆具組合的原理如果鉆具的直徑與鉆頭的直徑完全相等，井斜原因就都會被克服。但這樣做將無法循環(huán)鉆井液和正常起下鉆，也極易卡鉆，工程上行不通。實(shí)際上是采用扶正器組合的辦法來解決。1滿眼鉆具組合控制井斜941.2滿眼鉆具組合的設(shè)計(jì)在靠近鉆頭大約30m長的鉆鋌上適當(dāng)安置扶正器，其數(shù)量、位置和直徑，可用計(jì)算法或經(jīng)驗(yàn)法來設(shè)計(jì)?，F(xiàn)場常用經(jīng)驗(yàn)法(圖5-17、5-33和表5-5)。1.2滿眼鉆具組合的設(shè)計(jì)95最新5第五章軌跡控制課件96最新5第五章軌跡控制課件97

表5-5穩(wěn)斜鉆具組合的配合尺寸類型L1L2L3L4L5強(qiáng)穩(wěn)斜組合0.8~1.24.5~6.09.09.09.0中穩(wěn)斜組合1.0~1.83.0~6.09.0~18.09.0~27.0—弱穩(wěn)斜組合1.0~1.84.59.0——表5-5穩(wěn)斜鉆具組合的配合尺寸類型L1L2L3L4L5強(qiáng)981.3滿眼鉆具組合使用應(yīng)注意的問題1)在已經(jīng)發(fā)生井斜的井內(nèi)使用滿眼鉆具組合并不能減小井斜角，只能做到使井斜角的變化(增斜或降斜)很小或不變化。所以滿眼鉆具組合的主要功能是控制井眼曲率，而不能控制井斜角的大小。1.3滿眼鉆具組合使用應(yīng)注意的問題992)使用的關(guān)鍵在于一個(gè)“滿”字，即扶正器與井眼的間隙對滿眼鉆具組合的性能影響非常顯著。應(yīng)使間隙盡可能小。一般為1~2mm。在使用中，因扶正器磨損使間隙達(dá)到或超過兩倍的設(shè)計(jì)值時(shí)，應(yīng)及時(shí)更換扶正器。2)使用的關(guān)鍵在于一個(gè)“滿”字，即扶正器與井眼的間隙對滿眼鉆1003)保持“滿”的另一關(guān)鍵是控制井徑擴(kuò)大。這要求有好的鉆井液護(hù)壁技術(shù)。但井徑的擴(kuò)大總是有個(gè)過程。只要搶在井徑擴(kuò)大以前鉆出新的井眼，則仍可保持“滿”的效果。這就要求加快鉆速，達(dá)到“以快保滿，以滿保直”的效果。3)保持“滿”的另一關(guān)鍵是控制井徑擴(kuò)大。這要求有好的鉆井液護(hù)1014)在鉆進(jìn)軟硬交錯(cuò)，或傾角較大的地層時(shí)，要注意適當(dāng)減小鉆壓，并勤劃眼，以便消除可能出現(xiàn)的“狗腿”。4)在鉆進(jìn)軟硬交錯(cuò)，或傾角較大的地層時(shí)，要注意適當(dāng)減小鉆壓，1022鐘擺鉆具組合控制井斜2.1鐘擺鉆具組合的原理如圖5-19所示。當(dāng)鐘擺擺過一定角度時(shí)，在鐘擺上會產(chǎn)生一個(gè)向回?cái)[的力Gc，稱作鐘擺力，Gc=G·sinα。顯然，鐘擺擺過的角度越大，鐘擺力就越大。2鐘擺鉆具組合控制井斜103

如果在鉆柱的下部適當(dāng)位置加一個(gè)扶正器，該扶正器支撐在井壁上，使下部鉆柱懸空，則該扶正器以下的鉆柱就好像一個(gè)鐘擺，也要產(chǎn)生一個(gè)鐘擺力。其作用是使鉆頭切削井壁的下側(cè)，使新鉆的井眼不斷降斜。如果在鉆柱的下部適當(dāng)位置加一個(gè)扶正器，該扶正104最新5第五章軌跡控制課件1052.2鐘擺鉆具組合的設(shè)計(jì)在靠近鉆頭的鉆鋌上安置扶正器，其位置和數(shù)量可用計(jì)算法或經(jīng)驗(yàn)法來設(shè)計(jì)?，F(xiàn)場常用經(jīng)驗(yàn)法(圖5-34和表5-6)。2.2鐘擺鉆具組合的設(shè)計(jì)106最新5第五章軌跡控制課件107

表5-6降斜鉆具組合的配合尺寸類型L1L2強(qiáng)降斜組合9.0~27.0—弱降斜組合0.818.0~27.0表5-6降斜鉆具組合的配合尺寸類型L1L2強(qiáng)降斜9.01082.3鐘擺鉆具組合的使用1)鐘擺力隨井斜角的增大而增大，井斜角等于零，則鐘擺力也等于零。所以，鐘擺鉆具組合多數(shù)用于對井斜角已經(jīng)較大的井進(jìn)行糾斜。2.3鐘擺鉆具組合的使用1092)鐘擺鉆具組合的性能對鉆壓特別敏感。鉆壓加大，則增斜力增大，鐘擺力減小。鉆壓再增大，還會將扶正器以下的鉆柱壓彎，甚至出現(xiàn)新的接觸點(diǎn)，從而完全失去鐘擺組合的作用。所以鐘擺鉆具組合在使用中必須嚴(yán)格控制鉆壓。2)鐘擺鉆具組合的性能對鉆壓特別敏感。鉆壓加大，則增斜力增大1103)在井尚未斜或井斜角很小時(shí)，要想繼續(xù)鉆進(jìn)而保持不斜，只能減小鉆壓進(jìn)行“吊打”。這樣鉆速很慢，所以這時(shí)多使用滿眼鉆具組合。僅在對軌跡要求特別嚴(yán)的直井(段)中，才使用鐘擺鉆具組合進(jìn)行“吊打”。3)在井尚未斜或井斜角很小時(shí)，要想繼續(xù)鉆進(jìn)而保持不斜，只能減1114)扶正器與井眼間的問隙對鐘擺鉆具組合性能的影響特別明顯，當(dāng)扶正器直徑因磨損而減小時(shí)應(yīng)及時(shí)更換。5)使用多扶正器的鐘擺鉆具組合，需要進(jìn)行較復(fù)雜的設(shè)計(jì)和計(jì)算。4)扶正器與井眼間的問隙對鐘擺鉆具組合性能的影響特別明顯，當(dāng)112第六節(jié)定向井造斜工具及軌跡控制補(bǔ)充：1)廣義導(dǎo)向內(nèi)容

2)導(dǎo)向工具分類1動力鉆具造斜工具井下動力鉆具種類和工作特點(diǎn)：常用渦輪鉆具和螺桿鉆具。工作時(shí)，動力鉆具以上的整個(gè)鉆柱都可以不旋轉(zhuǎn)。這種特點(diǎn)對于定向造斜非常有利。第六節(jié)定向井造斜工具及軌跡控制補(bǔ)充：1)廣義導(dǎo)向內(nèi)容1131.1動力鉆具造斜工具形式(圖5-25)1)彎接頭：在動力鉆具和鉆鋌之間接一個(gè)彎接頭，使此部位形成一個(gè)彎曲角。造斜原理：這種結(jié)構(gòu)迫使鉆頭傾斜，造成對井底的不對稱切削；同時(shí)井壁還迫使彎曲部分伸直，使鉆頭受到鉆柱的彈性力作用，產(chǎn)生側(cè)向切削，從而改變井眼方向。1.1動力鉆具造斜工具形式(圖5-25)114最新5第五章軌跡控制課件115造斜率：與多方面因素有關(guān)。一般彎接頭彎角越大，造斜率越大；下部鉆柱的剛度越大，造斜率越大；彎曲點(diǎn)至鉆頭的距離越小且重量越小，造斜率越大；鉆進(jìn)速度越小，造斜率越大。此外，造斜率大小還與井眼間隙、地層因素、鉆頭結(jié)構(gòu)有關(guān)。造斜率：與多方面因素有關(guān)。一般彎接頭彎角越大，造斜率越大；下116造斜率的確定：因?yàn)橛绊懸蛩囟嗲译y以量化，還不能定量計(jì)算。一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或采用試鉆法來確定。彎接頭的不足：彎曲點(diǎn)至鉆頭的距離相對下面的彎外殼和偏心穩(wěn)定器較大，使得用彎接頭的造斜率較小，且入井困難，現(xiàn)在已很少使用。造斜率的確定：因?yàn)橛绊懸蛩囟嗲译y以量化，還不能定量計(jì)算。一般1172)彎外殼：將動力鉆具的外殼做成彎曲形狀，稱為彎外殼馬達(dá)。其造斜原理和造斜率與彎接頭類似，而且比彎接頭的造斜能力更大，且下入井內(nèi)更容易，現(xiàn)使用廣泛。2)彎外殼：將動力鉆具的外殼做成彎曲形狀，稱為彎外殼馬達(dá)。其1183)偏心穩(wěn)定器或偏心墊塊：在動力鉆具殼體的下端做一偏心穩(wěn)定器。在井眼內(nèi)，通過定向使此偏心穩(wěn)定器較厚一邊處在井壁一側(cè)，形成一個(gè)支點(diǎn)，迫使下部鉆頭傾斜，造成對井底的不對稱切削和側(cè)向切削，從而改變井眼方向。此種動力鉆具下入井內(nèi)更容易，現(xiàn)使用也較多。3)偏心穩(wěn)定器或偏心墊塊：在動力鉆具殼體的下端做一偏心穩(wěn)定器1191.2渦輪鉆具的結(jié)構(gòu)與特性結(jié)構(gòu)：如圖5-26所示，包括上端帶大小頭的外殼，被壓緊短節(jié)壓緊而安裝在外殼內(nèi)的定子，下端帶有下部短節(jié)并與鉆頭相連接的主軸，套裝在主軸上的轉(zhuǎn)子，以及止推軸承和扶正軸承等。定子和轉(zhuǎn)子是由特殊的葉片組成。1.2渦輪鉆具的結(jié)構(gòu)與特性120最新5第五章軌跡控制課件121工作特性：渦輪鉆具的工作特性曲線如圖5-27所示。圖中的橫坐標(biāo)為渦輪轉(zhuǎn)數(shù)，縱坐標(biāo)為功率和扭矩。圖中三組曲線表示不同的鉆井液流量。每組曲線有一個(gè)最優(yōu)轉(zhuǎn)數(shù)(n0)。可見：

工作特性：渦輪鉆具的工作特性曲線如圖5-27所示。圖中的橫坐122最新5第五章軌跡控制課件1231)渦輪鉆具的轉(zhuǎn)數(shù)、扭矩、壓力降和功率都與流量有正相關(guān)關(guān)系，顯然，足夠的流量是渦輪鉆具發(fā)出足夠功率和扭矩的前提。2)在一定流量下，渦輪鉆具的轉(zhuǎn)速隨扭矩的減小而增大，具有軟驅(qū)動特性。3)在空轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)速達(dá)到最高，所以不應(yīng)當(dāng)用渦輪鉆具進(jìn)行劃眼。1)渦輪鉆具的轉(zhuǎn)數(shù)、扭矩、壓力降和功率都與流量有正相關(guān)關(guān)系，1241.3螺軒鉆具的結(jié)構(gòu)與特性結(jié)構(gòu)：如圖5-28所示，包括與外殼做成一體的定子，與主軸做成一體的轉(zhuǎn)子。定子的上部與鉆柱相連，轉(zhuǎn)子的下部通過萬向軸與鉆頭相接。螺桿鉆具的結(jié)構(gòu)要簡單得多。1.3螺軒鉆具的結(jié)構(gòu)與特性125最新5第五章軌跡控制課件126工作特性：螺桿鉆具的工作特性曲線如圖5-29所示?？梢姡?)螺桿鉆具的轉(zhuǎn)數(shù)、扭矩、壓力降、功率與流量之間的關(guān)系，與渦輪鉆具相同。顯然，足夠的流量也是螺桿鉆具發(fā)出足夠功率和扭矩的前提。工作特性：螺桿鉆具的工作特性曲線如圖5-29所示。可見：1272)螺桿鉆具的扭矩與壓力降成正比。壓力降可從泵壓表上讀出，扭矩則反映所加鉆壓的大小，所以可以看著泵壓表打鉆。在定向井和水平井中，鉆柱摩擦阻力很大，很難從指重表上看出鉆壓大小。能夠看著泵壓表打鉆就顯出巨大的優(yōu)越性。2)螺桿鉆具的扭矩與壓力降成正比。壓力降可從泵壓表上讀出，扭1283)根據(jù)泵壓表上的壓力降還可以換算出鉆頭上的扭矩，從而可以較為準(zhǔn)確地求得反扭角。4)轉(zhuǎn)速要隨壓力降或流量而變化，但在一定范圍內(nèi)(也是實(shí)際使用范圍)轉(zhuǎn)速變化很小。螺桿鉆具具有硬驅(qū)動特性。3)根據(jù)泵壓表上的壓力降還可以換算出鉆頭上的扭矩，從而可以較129最新5第五章軌跡控制課件1302轉(zhuǎn)盤鉆(頂驅(qū)鉆)造斜工具種類和特點(diǎn)：變向器、射流鉆頭和扶正器組合。2.1變向器結(jié)構(gòu)如圖5-30所示。是最早使用的造斜工具。由于工藝繁雜，現(xiàn)在僅用于套管內(nèi)開窗側(cè)鉆，或不適宜用動力鉆具的井內(nèi)。2轉(zhuǎn)盤鉆(頂驅(qū)鉆)造斜工具131最新5第五章軌跡控制課件1322.2射流鉆頭結(jié)構(gòu)如圖5-31所示。使用一個(gè)大噴嘴、兩個(gè)小噴嘴。造斜時(shí)，先定向，再開泵循環(huán)，則大噴嘴中噴出的強(qiáng)大射流會沖出一個(gè)斜井眼來，然后啟動轉(zhuǎn)盤，修整并擴(kuò)大此斜井眼。如此反復(fù)即可不斷造斜。此工具現(xiàn)基本不用。2.2射流鉆頭1332.3扶正器鉆具組合定義：在轉(zhuǎn)盤鉆和頂驅(qū)鉆的基礎(chǔ)上，在靠近鉆頭的鉆鋌上巧妙地使用扶正器，得到的各種性能的組合。局限性：此類工具不能用于造斜和控制井眼方位，僅能用來進(jìn)行增斜、降斜或穩(wěn)斜。為什么？2.3扶正器鉆具組合1341)增斜鉆具組合—杠桿鉆具組合：結(jié)構(gòu)如圖5-32所示，配合尺寸見表5-4。在使用中要注意：鉆壓越大，增斜能力越大；L1越長，增斜能力越??；近鉆頭扶正器直徑減小，增斜能力也減小。使用時(shí)應(yīng)保持低轉(zhuǎn)速。1)增斜鉆具組合—杠桿鉆具組合：結(jié)構(gòu)如圖5-32所示，配合尺135最新5第五章軌跡控制課件136

表5-4增斜鉆具組合的配合尺寸類型L1L2L3強(qiáng)增斜組合1.0~1.8——中增斜組合1.0~1.818.0~27.0—弱增斜組合1.0~1.89.0~18.09.0表5-4增斜鉆具組合的配合尺寸類型L1L2L3強(qiáng)增斜11372)穩(wěn)斜鉆具組合—滿眼鉆具組合：在使用中要注意保持正常鉆壓和較高轉(zhuǎn)速。若需要更強(qiáng)的穩(wěn)斜組合，可使用雙扶正器串聯(lián)起來作為近鉆頭扶正器。3)降斜鉆具組合—鐘擺鉆具組合：使用中要注意保持小鉆壓和較低轉(zhuǎn)速。2)穩(wěn)斜鉆具組合—滿眼鉆具組合：在使用中要注意保持正常鉆壓和1383定向井軌跡控制的基本方法二維定向井的設(shè)計(jì)軌道一般是由四種井段組成：垂直井段、增斜井段、穩(wěn)斜井段和降斜井段。不同的井段將使用不同的工具，將有不同的軌跡控制方法?？偟膩碚f，一口定向井的軌跡控制過程，可分為三個(gè)階段。3定向井軌跡控制的基本方法1393.1打好垂直井段重要性和要求：該段的質(zhì)量是以后軌跡控制的基礎(chǔ)，故此段比打直井要求更高。要求實(shí)鉆軌跡盡可能接近鉛垂線，也就是井斜角盡可能小。軌跡控制方法：按照打直井的方法進(jìn)行控制(鐘擺、滿眼或塔式)。3.1打好垂直井段1403.2把好定向造斜關(guān)概念和重要性：定向造斜段是增斜井段的一部分，但它是從井斜角幾乎等于零的垂直井段開始增斜的，所以稱為“造斜”；由于垂直井段沒有井斜方位角，所以開始造斜時(shí)需要“定向”。如果該段的方位或造斜率有偏差，則會給以后的軌跡控制造成巨大困難。所以要‥‥‥3.2把好定向造斜關(guān)1413.3跟蹤控制到靶點(diǎn)跟蹤控制階段及其軌跡控制原則：從造斜段結(jié)束，至鉆完全井，可算作跟蹤控制階段。其軌跡控制原則是：在鉆進(jìn)過程中，不斷了解軌跡的變化發(fā)展情況，并使用合適的軌跡控制工具，使井眼軌跡離開設(shè)計(jì)軌道“不要太遠(yuǎn)”，目的是既要保證中靶，又要加快鉆速。3.3跟蹤控制到靶點(diǎn)142“不要太遠(yuǎn)”的具體意義：一方面，如果“太遠(yuǎn)”，就可能造成脫靶，成為不合格井；另一方面，如果始終要求井眼軌跡與設(shè)計(jì)軌道誤差很小，勢必要頻繁地測斜，頻繁地更換軌跡控制工具，這將會大大拖延時(shí)間，降低鉆速，增加成本，而且還有可能造成井下復(fù)雜情況，得不償失?！安灰h(yuǎn)”的具體意義：一方面，如果“太遠(yuǎn)”，就可能造成脫靶1433.4斜井段的軌跡控制方法斜井段：從造斜點(diǎn)起到完鉆點(diǎn)。1)井下動力鉆造斜工具(彎殼體或帶偏心穩(wěn)定器的螺桿鉆具)造斜+轉(zhuǎn)盤鉆或頂驅(qū)鉆的扶正器鉆具組合增斜、穩(wěn)斜或降斜,不得已時(shí)用再井下動力鉆工具導(dǎo)向。3.4斜井段的軌跡控制方法144造斜井段的長度：一般以井斜角達(dá)到可以使用扶正器鉆具組合繼續(xù)增斜為準(zhǔn)，這個(gè)井斜角一般為8°~10°造斜井段的長度：一般以井斜角達(dá)到可以使用扶正器鉆具組合繼續(xù)增145觀點(diǎn)：盡可能使用轉(zhuǎn)盤鉆的扶正器鉆具組合來進(jìn)行軌跡控制。這是因?yàn)檗D(zhuǎn)盤鉆的鉆速比動力鉆具要高。所以在造斜段結(jié)束之后，換用轉(zhuǎn)盤鉆繼續(xù)增斜，并在需要穩(wěn)斜和降斜的時(shí)候，仍然使用轉(zhuǎn)盤鉆來完成。只有在下列兩種情況下，才使用動力鉆具進(jìn)行控制：觀點(diǎn)：盡可能使用轉(zhuǎn)盤鉆的扶正器鉆具組合來進(jìn)行軌跡控制。這是因146

其一，使用轉(zhuǎn)盤鉆扶正器組合已難以滿足增斜或降斜要求時(shí)，改用動力鉆具造斜工具進(jìn)行強(qiáng)力增斜或降斜。其二，轉(zhuǎn)盤鉆扶正器組合不能控制方位，而且在鉆進(jìn)中常常出現(xiàn)方位偏差。當(dāng)井眼方位有較大偏差，有可能造成脫靶時(shí)，必須使用動力鉆具造斜工具來完成扭方位。其一，使用轉(zhuǎn)盤鉆扶正器組合已難以滿足增斜或降斜要1472)采用復(fù)合鉆(井下動力鉆＋轉(zhuǎn)盤鉆或頂驅(qū)鉆)。在需要控制井斜和方位時(shí)，只用井下動力鉆(滑動鉆)；否則用復(fù)合鉆。目前現(xiàn)場常采用這種軌跡控制方式。2)采用復(fù)合鉆(井下動力鉆＋轉(zhuǎn)盤鉆或頂驅(qū)鉆)。在需要控制井斜1483)采用目前最先進(jìn)的閉環(huán)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向軌跡控制工具；對大斜度井和水平井的油氣層井段，還可采用目前最先進(jìn)的地質(zhì)導(dǎo)向軌跡控制工具，但技術(shù)要求高，價(jià)格貴。3)采用目前最先進(jìn)的閉環(huán)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向軌跡控制工具；對大斜度井和水149小結(jié)：在跟蹤控制階段，井斜角的控制比較容易，可用的工具也較多。而方位的控制則比較難，而且還牽扯到許多復(fù)雜的計(jì)算問題，特別是在扭方位的同時(shí)還要求改變井斜角，其計(jì)算就更為復(fù)雜。所以下面重點(diǎn)敘述扭方位計(jì)算問題。小結(jié)：在跟蹤控制階段，井斜角的控制比較容易，可用的工具也較多1504扭方位計(jì)算內(nèi)容：扭方位計(jì)算包括裝置角的計(jì)算，動力鉆具反扭角的計(jì)算，定向方位角的計(jì)算。扭方位計(jì)算是定向井工程師必須掌握的基本計(jì)算之一。為此，首先需要搞懂裝置角的概念。4扭方位計(jì)算1514.1造斜工具的裝置角造斜工具在井底的狀況：以動力鉆具帶彎接頭為例，由于受井眼的限制，下入井內(nèi)后鉆具發(fā)生變形，如圖5-35所示。4.1造斜工具的裝置角152最新5第五章軌跡控制課件153

現(xiàn)在假設(shè)此鉆具放在井內(nèi)時(shí)不受井眼的限制，則如圖5-36所示，鉆頭將在井底的外面。此時(shí)如果旋轉(zhuǎn)鉆柱，則鉆頭中心點(diǎn)將畫出一個(gè)與井底圓同心的圓。顯然，鉆頭在該圓周上的位置不同，新鉆出的井眼方向就不同(舉例)?，F(xiàn)在假設(shè)此鉆具放在井內(nèi)時(shí)不受井眼的限制，則如圖5-3154最新5第五章軌跡控制課件155裝置角概念：為了描述鉆頭在該圓周上的位置，引出此概念。如圖5-36所示，A點(diǎn)是井底圓上的最高點(diǎn)，OA線稱為“高邊方向線”。C點(diǎn)是鉆頭中心，OC線稱為“裝置方向線”。定義：以高邊方向線為始邊，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)到裝置方向線上所轉(zhuǎn)過的角度，稱為造斜工具的裝置角，用ω表示。裝置角概念：為了描述鉆頭在該圓周上的位置，引出此概念。如圖5156裝置方位角概念及意義：進(jìn)一步將裝置角與井斜方位角相加，以φω字母表示，稱作裝置方位角。其意義就在于，它是給地面上的人們正確地指出彎接頭在井下的裝置角的大小。

裝置方位角概念及意義：進(jìn)一步將裝置角與井斜方位角相加，以φω157工具面角：彎接頭的軸線是一條折線，折線構(gòu)成一個(gè)平面，稱為彎接頭的工具面。工具面所處的位置可以用“工具面角”表示。工具面角有高邊模式的工具面角，相當(dāng)于上述的裝置角；還有正北模式的工具面角，相當(dāng)于上述的裝置方位角。工具面角：彎接頭的軸線是一條折線，折線構(gòu)成一個(gè)平面，稱為彎接1584.2裝置角的計(jì)算設(shè)目前井底的井斜角為α1，井斜方位角為φ1；希望經(jīng)過一定長度的鉆進(jìn)后使井斜和方位達(dá)到α2和φ2

，且已知造斜工具的造斜率Kc?，F(xiàn)在要求造斜工具的裝置角ω和需要鉆進(jìn)的井段長度△Dm。計(jì)算方法按(5-69)式~(5-73)式進(jìn)行計(jì)算。4.2裝置角的計(jì)算1594.3動力鉆具反扭角的計(jì)算反扭角：鉆井液作用于動力鉆具的轉(zhuǎn)子，使其順時(shí)針旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生扭矩，傳給鉆頭去破碎巖石。鉆井液同時(shí)也作用于定子，使其受到一反扭矩。此反扭矩將有使鉆柱逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的趨勢，但由于鉆柱在井口處是被鎖住的，所以只能扭轉(zhuǎn)一定的角度，此角度稱為反扭角，以φn表示。4.3動力鉆具反扭角的計(jì)算160定向方位角：反扭角將使已確定好的裝置角減小。為了彌補(bǔ)反扭角的影響，在給造斜工具定向時(shí)，需要在原計(jì)算的裝置角上加上此反扭角，稱作定向方位角。以φs表示。則有：Φs=φω+φn=φ1+ω+φn定向方位角：反扭角將使已確定好的裝置角減小。為了彌補(bǔ)反扭角的161反扭角的影響因素及計(jì)算方法：影響反扭角的因素很多且難確定，如有反扭矩的大小、鉆柱的長度、鉆柱斷面的極慣性矩、鉆柱與井壁之間的摩擦力以及裝置角的大小等，所以很難建立計(jì)算模式。工程上采用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)法或資料反算法來求解。反扭角的影響因素及計(jì)算方法：影響反扭角的因素很多且難確定，如162資料反算法：先給定一個(gè)定向方位角，試鉆一個(gè)井段，然后根據(jù)實(shí)鉆資料反算實(shí)際的反扭角，再據(jù)此反扭角計(jì)算正確的定向方位角(5-75式~5-77式)。資料反算法：先給定一個(gè)定向方位角，試鉆一個(gè)井段，然后根據(jù)實(shí)鉆1635造斜工具的定向5.1概述定向：上面已算出造斜工具的定向方位角φs。下一步就需要把造斜工具的工具面擺在井底預(yù)定的定向方位線上，這就是定向。何時(shí)需要定向：使用動力鉆具造斜工具進(jìn)行扭方位、造斜、增斜或降斜。5造斜工具的定向164定向方法及分類：如何使造斜工具的工具面正好處在井底預(yù)定的定向方位角上呢?這就是定向法。有地面定向法和井下定向法。定向方法及分類：如何使造斜工具的工具面正好處在井底預(yù)定的定向165地面定向法：在井口將造斜工具的工具面擺到預(yù)定的方位線上，然后定向下鉆。如果下到井底后測斜發(fā)現(xiàn)實(shí)際方位與預(yù)定方位不符，再通過地面轉(zhuǎn)盤來調(diào)整。這種方法較工序復(fù)雜，準(zhǔn)確性差，已很少用。地面定向法：在井口將造斜工具的工具面擺到預(yù)定的方位線上，然后166井下定向法：先將造斜工具正常下鉆到井底，然后從鉆柱內(nèi)下入測斜儀測量工具面在井下的實(shí)際方位，再通過地面轉(zhuǎn)盤將工具面扭到預(yù)定的定向方位上。這種方法工序簡單，準(zhǔn)確性高?，F(xiàn)在都用這種方法。井下定向法：先將造斜工具正常下鉆到井底，然后從鉆柱內(nèi)下入測斜1675.2井下定向法5.2.1工具面的標(biāo)記方法必要性和分類：要把儀器下到造斜工具內(nèi)部測量工具面的方位，必須在造斜工具的內(nèi)部給工具面作個(gè)標(biāo)記，這樣才能識別?，F(xiàn)在廣泛用定向鍵法來標(biāo)記，定向齒刀法已淘汰，定向磁鐵法也很少用。5.2井下定向法168定向鍵法：一種用途廣泛的標(biāo)記方法，如圖5-42所示，定向鍵所在的母線就標(biāo)志著造斜工具的工具面方位。測量時(shí)設(shè)法測到定向鍵的方位，就可以知道造斜工具的工具面方位了。定向鍵法：一種用途廣泛的標(biāo)記方法，如圖5-42所示，定向鍵所169

在測量儀器的羅盤面上有一個(gè)“發(fā)線”，在測量儀器的最下面有一個(gè)“定向鞋”，定向鞋上有一個(gè)“定向槽”，在儀器安裝時(shí)使“發(fā)線”與“定向槽”在同一個(gè)母線上對齊。當(dāng)儀器下到井底時(shí)，定向鞋的特殊曲線將使定向槽自動卡在定向鍵上，從而使羅盤面上的“發(fā)線”方位能表示造斜工具的工具面方位，且會在測斜底片上顯現(xiàn)。在測量儀器的羅盤面上有一個(gè)“發(fā)線”，在測量儀器的最170最新5第五章軌跡控制課件1715.2.2各種定向方法及其使用場合1)陀螺儀+定向鍵標(biāo)記：直井定向或斜井定向都可以用；在鉆柱上無需接專用的無磁鉆鋌；特別是在磁性異常地區(qū)或叢式井間磁性干擾嚴(yán)重的情況下可以應(yīng)用此法。但由于陀螺儀較為“嬌貴”，操作較復(fù)雜，使用費(fèi)用也較高。5.2.2各種定向方法及其使用場合1722)磁羅盤測斜儀+定向鍵標(biāo)記：目前用得最多的定向方法。既可用于直井定向，也可用于斜井定向。但在磁異?；虼鸥蓴_嚴(yán)重的地區(qū)，此法定向不夠準(zhǔn)確。由于磁羅盤的緣故，此法必須使用無磁鉆鋌。2)磁羅盤測斜儀+定向鍵標(biāo)記：目前用得最多的定向方法。既可用1733)隨鉆測斜儀+定向鍵標(biāo)記：是目前最先進(jìn)的定向方法?？梢噪S鉆定向，即在鉆進(jìn)過程中隨時(shí)指示出造斜工具的工具面方位及其變化情況。3)隨鉆測斜儀+定向鍵標(biāo)記：是目前最先進(jìn)的定向方法。可以隨鉆174

謝謝！謝謝！175最新5第五章軌跡控制課件1765第五章軌跡控制5第五章軌跡控制177概論問題討論：你做過“導(dǎo)向”工作嗎？概論問題討論：178最新5第五章軌跡控制課件179最新5第五章軌跡控制課件180最新5第五章軌跡控制課件181最新5第五章軌跡控制課件182最新5第五章軌跡控制課件183最新5第五章軌跡控制課件1841軌跡的基本參數(shù)測斜：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，必須首先描述出這條空間曲線形狀及其位置，這就要先進(jìn)行軌跡測量，即“測斜”。測段和測點(diǎn)：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井段測一個(gè)點(diǎn)。這些井段即“測段”，這些點(diǎn)即“測點(diǎn)”。上測點(diǎn)和下測點(diǎn)：一個(gè)測段的兩個(gè)測點(diǎn)中，井深小的稱為上測點(diǎn)，井深大的稱為下測點(diǎn)。1軌跡的基本參數(shù)185軌跡的基本參數(shù)：測斜儀器在每個(gè)點(diǎn)上測得的三個(gè)參數(shù)，即井深、井斜角和井斜方位角。1.1井深井深：指井口(通常以轉(zhuǎn)盤面為基準(zhǔn))至測點(diǎn)的井眼軸線長度，以鉆柱或電纜的長度來量測，常用Dm(m)表示。井段：井深的增量，為下測點(diǎn)井深減去上測點(diǎn)井深，以ΔDm表示。軌跡的基本參數(shù)：測斜儀器在每個(gè)點(diǎn)上測得的三個(gè)參數(shù)，即井深、井1861.2井斜角井眼方向線：過井眼軸線上某測點(diǎn)作井眼軸線的切線，該切線向井眼前進(jìn)方向延伸的部分稱為井眼方向線。井斜角：井眼方向線與重力線之間的夾角，表示井眼軌跡在測點(diǎn)處傾斜的大小，用α(°)表示。井斜角增量：一個(gè)測段內(nèi)井斜角的增量總是下測點(diǎn)井斜角減去上測點(diǎn)井斜角，以Δα表示(圖5-1)。1.2井斜角187最新5第五章軌跡控制課件1881.3井斜方位角井眼方位線：某測點(diǎn)處的井眼方向線投影到水平面上，稱為井眼方位線，或井斜方位線。正北方位線：地理子午線沿正北方向延伸的線段。1.3井斜方位角189井斜方位角：以正北方位線為始邊，順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)到井眼方位線上所轉(zhuǎn)過的角度，即井眼方位角，或井斜方位角。用Φ(°)表示(圖5-2)。井斜方位角增量：下測點(diǎn)的井斜方位角減去上測點(diǎn)的井斜方位角，以ΔΦ表示。其值在0~360°內(nèi)變化。方位與方向的區(qū)別：井斜方位角：以正北方位線為始邊，順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)到井眼方位線上190最新5第五章軌跡控制課件191磁偏角：地球有磁北方位和正北方位之分，兩者并不重合而是有個(gè)夾角，稱為磁偏角。東磁偏角：磁北方位線在正北方位線的東面。西磁偏角：磁北方位線在正北方位線的西面。磁偏角校正：目前廣泛使用的磁性測斜儀是以地球磁北方位為基準(zhǔn)的，所測得的井斜方位角為磁方位角，并不是真方位角。需要經(jīng)過換算求得真方位角，稱為磁偏角校正：真方位角=磁方位角+東磁偏角真方位角=磁方位角-西磁偏角磁偏角：地球有磁北方位和正北方位之分，兩者并不重合而是有個(gè)夾1921.4軌跡基本參數(shù)的特性問題討論：1)井深、井斜角和井斜方位角3參數(shù)是井眼軸線空間點(diǎn)的球座標(biāo)嗎？1.4軌跡基本參數(shù)的特性1932軌跡的計(jì)算參數(shù)1)垂直深度：簡稱垂深，是指軌跡上某點(diǎn)至井口所在水平面的距離，用D表示。垂深的增量稱為垂增，以ΔD表示。如圖5-1所示。2軌跡的計(jì)算參數(shù)194最新5第五章軌跡控制課件195

2)水平投影長度：簡稱水平長度或平長，是井深在水平面上的投影長度，平長以字母Lp表示。水平長度的增量稱為平增。平增以ΔLp表示。平長和平增在圖5-4中是指曲線的長度。2)水平投影長度：簡稱水平長度或平長，是井深在水平面上的投196最新5第五章軌跡控制課件1973)水平位移：簡稱平移，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S表示。如圖5-5所示。在國外將水平位移稱作閉合距。而我國油田現(xiàn)場常特指完鉆時(shí)的水平位移為閉合距。3)水平位移：簡稱平移，指軌跡上某點(diǎn)至井口所在鉛垂線的距離198最新5第五章軌跡控制課件199

4)平移方位角：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)過的角度，常以字母θ表示。如圖5-5所示。在國外將平移方位角稱作閉合方位角。而我國油田現(xiàn)場常特指完鉆時(shí)的平移方位角為閉合方位角。4)平移方位角：平移方位線所在的方位角，即以正北方位為始邊200

5)N坐標(biāo)和E坐標(biāo)：是指軌跡上某點(diǎn)在以井口為原點(diǎn)的水平面坐標(biāo)系里的坐標(biāo)值。此水平面坐標(biāo)系有兩個(gè)坐標(biāo)軸，一是南北坐標(biāo)軸，以正北方向?yàn)檎较?；一是東西坐標(biāo)軸，以正東方向?yàn)檎较?。如圖5-4所示。5)N坐標(biāo)和E坐標(biāo)：是指軌跡上某點(diǎn)在以井口為原點(diǎn)的水平面201最新5第五章軌跡控制課件202

6)視平移：亦稱投影位移，是水平位移在設(shè)計(jì)方位線上的投影長度。視平移以字母V表示。如圖5-5所示，A、B二點(diǎn)的視平移分別為VA、VB。顯然，當(dāng)實(shí)鉆軌跡與設(shè)計(jì)軌跡偏差很大時(shí)甚至背道而馳時(shí)，視平移可能成為負(fù)值。6)視平移：亦稱投影位移，是水平位移在設(shè)計(jì)方位線上的投影長203最新5第五章軌跡控制課件2047)井眼曲率：指井眼軌跡曲線的曲率，也稱“狗腿嚴(yán)重度”和“全角變化率”。由于實(shí)鉆井眼軌跡是任意的空間曲線，其曲率是不斷變化的，無法計(jì)算每一點(diǎn)的曲率，所以在工程上常常計(jì)算井段的平均曲率。7)井眼曲率：指井眼軌跡曲線的曲率，也稱“狗腿嚴(yán)重度”和“全205

8)狗腿角：對一個(gè)測段(或井段)來說，上、下二測點(diǎn)處的井眼方向線是不同的，兩條方向線之間的夾角(注意是在空間的夾角)稱為“狗腿角”，也有人稱為“全角變化”。平均曲率計(jì)算：5-1式~5-3式8)狗腿角：對一個(gè)測段(或井段)來說，上、下二測點(diǎn)處的井2063軌跡的圖示法有兩種：一種是垂直投影圖與水平投影圖相配合，如圖5-6（a）所示；一種是垂直剖面圖與水平投影圖相配合，如圖5-6（b）所示。3軌跡的圖示法207最新5第五章軌跡控制課件208

3.1水平投影圖相當(dāng)于機(jī)械制圖中的俯視圖，是將井眼軌跡這條空間曲線投影到井口中心所在的水平面上。圖中的坐標(biāo)為N坐標(biāo)和E坐標(biāo)，以井口中心為坐標(biāo)原點(diǎn)。3.1水平投影圖209

3.2垂直投影圖相當(dāng)于機(jī)械制圖中的主視圖，即將井眼軌跡這條空間曲線投影到過井口中心的某個(gè)鉛垂平面上。圖中的坐標(biāo)為垂深D和視平移V，也是以井口中心為坐標(biāo)原點(diǎn)。3.2垂直投影圖210

經(jīng)過井口中心的鉛垂平面有無數(shù)個(gè)，應(yīng)該選擇那個(gè)呢？我國鉆井行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，選擇設(shè)計(jì)方位線所在的那個(gè)鉛垂平面。這樣的垂直投影圖與設(shè)計(jì)的垂直投影圖進(jìn)行比較，可以看出實(shí)鉆井眼軌跡與設(shè)計(jì)井眼軌跡的差別，便于指導(dǎo)施工中軌跡控制。經(jīng)過井口中心的鉛垂平面有無數(shù)個(gè)，應(yīng)該選擇那個(gè)呢？我國211

3.3垂直剖面圖參看圖5-7，設(shè)想經(jīng)過井眼軌跡上的每一個(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，在數(shù)學(xué)上稱作柱面。其特點(diǎn)是可以展平到一個(gè)平面上，就形成了垂直剖面圖。該圖的兩個(gè)坐標(biāo)是垂深D和水平長度Lp。3.3垂直剖面圖212最新5第五章軌跡控制課件213第二節(jié)井眼軌道設(shè)計(jì)1井眼分類分類標(biāo)準(zhǔn)說明：按軌道。直井：指設(shè)計(jì)軌道是一條鉛垂線的井，不管實(shí)鉆的直井井眼軌跡如何在空間變化，我們?nèi)匀环Q之為直井。定向井：指設(shè)計(jì)軌道是一條特定曲線或非鉛垂線的井。第二節(jié)井眼軌道設(shè)計(jì)1井眼分類214定向井一級分類：可分為二維定向井和三維定向井兩大類。所謂二維定向井是指設(shè)計(jì)的軌道都在一個(gè)鉛垂平面上變化，即設(shè)計(jì)軌道只有井斜角的變化而無井斜方位角的變化。三維定向井是在三維空間進(jìn)行設(shè)計(jì)，既有井斜角的變化又有井斜方位角的變化。定向井一級分類：可分為二維定向井和三維定向井兩大類。所謂二維215定向井二級分類：二維定向井又可分為常規(guī)二維定向井和非常規(guī)二維定向井。常規(guī)二維定向井的井段形狀都是由直線和圓弧曲線組成。非常規(guī)二維定向井的井段形狀除了直線和圓弧曲線外，還有某種特殊曲線，例如懸鏈線，二次拋物線等等。三維定向井又可分為糾偏三維定向井和繞障三維定向井。定向井二級分類：二維定向井又可分為常規(guī)二維定向井和非常規(guī)二維216說明：在實(shí)際工程中，最常見的是常規(guī)二維定向井。我國鉆井行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化委員會對常規(guī)二維定向井的軌道設(shè)計(jì)制定了標(biāo)準(zhǔn)。說明：在實(shí)際工程中，最常見的是常規(guī)二維定向井。我國鉆井行業(yè)標(biāo)2172常規(guī)二維定向井軌道設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)原則1)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)鉆定向井的目的。2)應(yīng)有利于安全、優(yōu)質(zhì)、快速鉆井。要注意選好造斜點(diǎn)，要選擇硬度適中，無坍塌、縮徑、高壓、易漏等復(fù)雜情況的地層開始造斜。2常規(guī)二維定向井軌道設(shè)計(jì)218按照井斜角的大小，可將定向井分為三類：井斜角在15°~30°的屬小傾角定向井；井斜角在30°~60°的屬中傾角定向井；井斜角超過60°的屬大傾角定向井。在可能的條件下，盡量減小最大井斜角，以便減小鉆井的難度。但最大井斜角不得小于15°，否則井斜方位不易穩(wěn)定。按照井斜角的大小，可將定向井分為三類：井斜角在15°~30°219在選擇井眼曲率值時(shí)，要權(quán)衡造斜工具的造斜能力、減小起下鉆和下套管的難度以及縮短造斜井段的長度等各方面的要求。在選擇井眼曲率值時(shí)，要權(quán)衡造斜工具的造斜能力、減小起下鉆和下2203)要滿足采油工藝的要求。在可能的情況下，減小井眼曲率，以改善油管和抽油桿的工作條件。進(jìn)入目的層井段的井斜角應(yīng)盡量小點(diǎn)，最好是垂直井段，以利于安裝電潛泵、坐封封隔器及其他井下作業(yè)。3)要滿足采油工藝的要求。在可能的情況下，減小井眼曲率，以改2212.2軌道類型常規(guī)二維定向井軌道類型：按照我國鉆井行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，有四種類型：三段式，多靶三段式，五段式和雙增式，如圖5-20~5-23所示。不同類型的軌道，它們的設(shè)計(jì)條件和計(jì)算公式各不相同。2.2軌道類型222最新5第五章軌跡控制課件223最新5第五章軌跡控制課件224最新5第五章軌跡控制課件225最新5第五章軌跡控制課件226關(guān)節(jié)點(diǎn)：圖中的字母K代表造斜點(diǎn)，b代表增斜結(jié)束點(diǎn)，t代表目標(biāo)點(diǎn)，c代表五段式的降斜始點(diǎn)或雙增式的第二次造斜點(diǎn)，d代表多目標(biāo)井的目標(biāo)終點(diǎn)。所有這些點(diǎn)稱為關(guān)節(jié)點(diǎn)。這些關(guān)節(jié)點(diǎn)的參數(shù)均以相應(yīng)字母為下標(biāo)。關(guān)節(jié)點(diǎn)：圖中的字母K代表造斜點(diǎn)，b代表增斜結(jié)束點(diǎn)，t代2272.3設(shè)計(jì)依據(jù)的條件一是由地質(zhì)、采油部門提供的分層地質(zhì)情況預(yù)告和目標(biāo)點(diǎn)或目標(biāo)井段的有關(guān)數(shù)據(jù)，如目標(biāo)點(diǎn)的垂深、水平位移以及設(shè)計(jì)方位等。二是由鉆井部門根據(jù)鉆井的條件選定的造斜點(diǎn)位置、造斜率大小和造斜段長度等(表5-2)

。2.4關(guān)鍵參數(shù)的計(jì)算2.5井段計(jì)算及設(shè)計(jì)結(jié)果表述2.3設(shè)計(jì)依據(jù)的條件228

表5-2軌道設(shè)計(jì)給定的條件軌道類型給定的條件關(guān)鍵參數(shù)三段式Dt,St,Dkop,Kz,θoαb,ΔDmw多靶三段式Dt,Dkop,Kz,θo,αtΔDmm,KnSt,ΔDmw五段式Dt,St,Dkop,Kzθoαt,ΔDmm,Knαb,ΔDmw雙增式Dt,St,Dkop,Kzθoαt,ΔDmm,Knαb,ΔDmw表5-2軌道設(shè)計(jì)給定的條件軌道類型給定的條件關(guān)鍵參數(shù)229第三節(jié)軌跡測量和計(jì)算1測斜儀和測斜方法簡介測斜儀分類：常用磁性測斜儀，并分為單點(diǎn)、多點(diǎn)和隨鉆測斜儀三類。特殊地區(qū)也用陀螺測斜儀。第三節(jié)軌跡測量和計(jì)算1測斜儀和測斜方法簡介230單點(diǎn)測斜儀：通常是用鋼絲從鉆柱內(nèi)送入井下，一次下井只能測一個(gè)井深(即靠近鉆頭)處的參數(shù)，費(fèi)時(shí)短，常用于定向和軌跡控制不難的井或定向井的直井段。單點(diǎn)測斜儀：通常是用鋼絲從鉆柱內(nèi)送入井下，一次下井只能測一個(gè)231多點(diǎn)測斜儀：在裸眼井中用鋼絲或電纜送入到井底，然后在上提過程中每隔一定長度進(jìn)行靜止測量和記錄；也可在起鉆前從鉆柱內(nèi)投入到靠近鉆頭處，然后在起鉆過程中利用每起一個(gè)立柱靜止卸扣的時(shí)間進(jìn)行測量和記錄。為了軌跡計(jì)算而進(jìn)行的軌跡測量須用多點(diǎn)測斜儀。多點(diǎn)測斜儀：在裸眼井中用鋼絲或電纜送入到井底，然后在上提過程232隨鉆測斜儀：分有線和無線兩種，現(xiàn)在主要用后一種。它是隨同鉆柱一同入內(nèi)，在鉆進(jìn)過程中不斷地連續(xù)地進(jìn)行測量，并實(shí)時(shí)將測量數(shù)據(jù)傳到地面上。但它使用費(fèi)用較高，一般用于軌跡控制要求較高或有一定難度的井段或井中。隨鉆測斜儀：分有線和無線兩種，現(xiàn)在主要用后一種。它是隨同鉆柱233磁性測斜儀的原理：如圖5-8所示，羅盤靠一頂尖支撐，可在儀器中靈活轉(zhuǎn)動，不管儀器外殼如何轉(zhuǎn)動，羅盤的S極始終指北。在儀器中心懸掛一個(gè)“十字”重錘，不管儀器外殼如何傾斜，重錘始終指向重力方向。靜止測量時(shí)，照相機(jī)對著透明的羅盤面照相，所以“十字”圖形也被照在底片上。然后相機(jī)自動進(jìn)卷，再記錄下一個(gè)井深處的參數(shù)。磁性測斜儀的原理：如圖5-8所示，羅盤靠一頂尖支撐，可在儀器234最新5第五章軌跡控制課件235高邊方位、低邊方位與井斜方位：除鉛垂的特殊情況外，井眼是一個(gè)軸線傾斜的圓柱體，其橫截面是一個(gè)傾斜的圓，此圓有最高點(diǎn)和最低點(diǎn)。最高點(diǎn)處的半徑方位即高邊方位，最低點(diǎn)處的半徑方位即低邊方位。兩方位在一條線上，相差180度。井斜方位是指井眼的高邊方位。高邊方位、低邊方位與井斜方位：除鉛垂的特殊情況外，井眼是一個(gè)236定心羅盤：在測斜過程中，儀器軸傾斜后“十字”總是落在低邊方位線上。為此，將羅盤盤面上的N、S互換，E、W互換，使盤面上標(biāo)志方位的字母正好與實(shí)際的地理方位相反，就可直接從照相底片上讀出井斜方位角。定心羅盤：在測斜過程中，儀器軸傾斜后“十字”總是落在低邊方位237測斜照片：如圖5-9所示，羅盤面上的同心圓代表了不同的井斜角，“十字”所在的同心圓就是該井深處的井斜角。羅盤面上的徑向放射線代表了不同的方位，羅盤邊緣有方位的刻度值。“十字”所在的放射線就是該井深處的井斜方位角(定心羅盤)。測斜照片：如圖5-9所示，羅盤面上的同心圓代表了不同的井斜角238最新5第五章軌跡控制課件2392我國鉆井行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對測斜計(jì)算數(shù)據(jù)的規(guī)定問題討論：1)井深、井斜角和井斜方位角3參數(shù)是井眼軸線空間點(diǎn)的球座標(biāo)嗎？2)如何描述井眼軸線空間點(diǎn)位置？2我國鉆井行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對測斜計(jì)算數(shù)據(jù)的規(guī)定2401)測點(diǎn)編號：從0測點(diǎn)開始，自上而下類推編號。每個(gè)測點(diǎn)的參數(shù)皆以該點(diǎn)編號作為下標(biāo)符號。2)測段編號：從1測段開始，自上而下類推編號。每個(gè)測段的參數(shù)皆以該段的編號作為下標(biāo)符號。1)測點(diǎn)編號：從0測點(diǎn)開始，自上而下類推編號。每個(gè)測點(diǎn)的參數(shù)2413)第0測點(diǎn)：人為規(guī)定的，非實(shí)測點(diǎn)。當(dāng)?shù)?測點(diǎn)的井深大于25m時(shí)，規(guī)定第0測點(diǎn)的井深比第1測點(diǎn)的井深小25m，井斜角為零。當(dāng)?shù)?測點(diǎn)的井深小于或等于25m時(shí)，規(guī)定第0測點(diǎn)的井深和井斜角均為零。3)第0測點(diǎn)：人為規(guī)定的，非實(shí)測點(diǎn)。當(dāng)?shù)?測點(diǎn)的井深大于252424)用于進(jìn)行軌跡計(jì)算的測斜數(shù)據(jù)必須是用多點(diǎn)測斜儀測得的。5)用磁性測斜儀測得的井斜方位角，必須經(jīng)過當(dāng)?shù)禺?dāng)年的磁偏角校正之后才能進(jìn)行軌跡計(jì)算。4)用于進(jìn)行軌跡計(jì)算的測斜數(shù)據(jù)必須是用多點(diǎn)測斜儀測得的。2436)當(dāng)某個(gè)測點(diǎn)的井斜角等于零時(shí)，該點(diǎn)的井斜方位角是不存在的。為了計(jì)算的需要，規(guī)定：若αi=0，則計(jì)算第i測段時(shí)，Φi=Φi-1

；計(jì)算第i+1測段時(shí)，Φi=Φi+1

。6)當(dāng)某個(gè)測點(diǎn)的井斜角等于零時(shí)，該點(diǎn)的井斜方位角是不存在的。2447)在一個(gè)測段內(nèi)，井斜方位角的變化的絕對值不得超過180°。在具體計(jì)算時(shí)，還要特別注意平均井斜方位角的計(jì)算方法(5-4式~5-7式)。7)在一個(gè)測段內(nèi)，井斜方位角的變化的絕對值不得超過180°。2453軌跡計(jì)算的方法軌跡計(jì)算的目的：算出每個(gè)測點(diǎn)的坐標(biāo)值，以便繪圖和控制。軌跡計(jì)算的限制：即無法由基本參數(shù)直接描點(diǎn)，也無法隨意選點(diǎn)由基本參數(shù)算出相關(guān)參數(shù)。3軌跡計(jì)算的方法軌跡計(jì)算的目的：算出每個(gè)測點(diǎn)的坐標(biāo)值，以便246軌跡計(jì)算順序的唯一性：必須首先從已知坐標(biāo)值的0測點(diǎn)開始(D0=Dm0，LP0=0，N0=0，E0=0)，逐段、逐點(diǎn)向下進(jìn)行。通過假設(shè)測段為某種規(guī)則的曲線形狀，算出每個(gè)測段的坐標(biāo)增量，然后累加才能求得測點(diǎn)的坐標(biāo)值(5-8式~5-11式)。軌跡計(jì)算順序的唯一性：必須首先從已知坐標(biāo)值的0測點(diǎn)開始(D0247軌跡計(jì)算方法的多樣性和近似性：我國鉆井行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：手工計(jì)算時(shí)用平均角法，計(jì)算機(jī)計(jì)算時(shí)用校正平均角法。軌跡計(jì)算方法的多樣性和近似性：248平均角法：假設(shè)測段是一條直線，該直線的方向是上下二測點(diǎn)處井眼方向的“和方向”(矢量和)，如圖5-10所示。根據(jù)這種假設(shè)，可得測段計(jì)算公式5-12~5-15。平均角法：假設(shè)測段是一條直線，該直線的方向是上下二測點(diǎn)處井眼249最新5第五章軌跡控制課件250校正平均角法：假設(shè)測段形狀為一條圓柱螺線。如圖5-11所示，圓柱螺線在水平投影圖上是圓弧。圓柱螺線在圓柱面展平平面上也是圓弧，即垂直剖面圖是圓弧。根據(jù)這個(gè)假設(shè)推導(dǎo)的測段計(jì)算公式5-24~5-29。

校正平均角法：假設(shè)測段形狀為一條圓柱螺線。如圖5-11所示，251最新5第五章軌跡控制課件252問題討論：1)如何提高井眼軌跡描述的準(zhǔn)確度或減小井眼軌跡描述的誤差？問題討論：253第四節(jié)影響井眼軌跡走向的因素問題討論：影響井眼軌跡走向的因素有哪些？第四節(jié)影響井眼軌跡走向的因素問題討論：254影響井眼軌跡走向的因素有：1地層2井下鉆具

3鉆頭

4鉆進(jìn)參數(shù)5已鉆井眼6鉆井方法地質(zhì)因素為客觀因素,井下鉆具和鉆進(jìn)參數(shù)是基本可控參數(shù)。影響井眼軌跡走向的因素有：1地層地質(zhì)因素為客觀因素,2551地層地層可鉆性的各向異性和地層的傾斜是導(dǎo)致井斜的兩個(gè)最本質(zhì)的地質(zhì)因素。如圖5-12所示，沉積巖都有這樣的特性：垂直層面方向的可鉆性好，平行層面方向的可鉆性差。鉆頭總是有向著容易鉆進(jìn)的方向前進(jìn)的趨勢。1地層256最新5第五章軌跡控制課件257在地層傾斜的情況下，當(dāng)?shù)貙觾A角小于45°時(shí)，鉆頭前進(jìn)方向偏向垂直地層層面的方向，于是偏離鉛垂線。在地層傾角超過60°以后，鉆頭前進(jìn)方向則是沿著平行地層層面方向下滑，也要偏離鉛垂線。當(dāng)?shù)貙觾A角在45°~60°之間時(shí)，井斜方向?qū)俨环€(wěn)定狀態(tài)。在地層傾斜的情況下，當(dāng)?shù)貙觾A角小于45°時(shí)，鉆頭前進(jìn)方向偏向2582井下鉆具井下鉆具

影響機(jī)理

鉆具的傾斜鉆具的彎曲2井下鉆具井下鉆具影響機(jī)理鉆具的傾斜鉆具的彎曲259主要是靠近鉆頭的那部分鉆具的傾斜和彎曲。這會引起鉆頭傾斜，在井底形成不對稱切削(圖5-15)；或使鉆頭受到側(cè)向力的作用，迫使其側(cè)向切削(圖5-16)，兩方面都將使新鉆的井眼不斷地偏離原井眼方向。主要是靠近鉆頭的那部分鉆具的傾斜和彎曲。這會引起鉆頭傾斜，在260最新5第五章軌