第5章井眼軌跡與井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

主要內(nèi)容:

第一節(jié)基本概念

第二節(jié)井眼軌道設(shè)計(jì)的原則與方法

第三節(jié)井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第五章井眼軌道設(shè)計(jì)與軌跡控制1井眼軌道：是指在一口井鉆進(jìn)之前人們預(yù)想的該井井眼軸線形狀。井眼軌跡：是指一口已鉆成的井的實(shí)際井眼軸線形狀。19世紀(jì)末打直井20世紀(jì)20年代末直井防斜技術(shù)20世紀(jì)30年代初打定向井定向井：是使井眼沿某一軌跡鉆達(dá)預(yù)定目標(biāo)的過程。井斜控制：是使井眼按規(guī)定的限制條件鉆進(jìn)的過程，而這些限制條件與井斜角＼偏離垂直方向的水平距離或二者有關(guān)第五章井眼軌道與井身軌跡設(shè)計(jì)2定向井的應(yīng)用(1)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(nóng)田或重要的建筑物等；(2)地下地質(zhì)條件的要求：增加油層穿越面積，提高產(chǎn)量和采收率（水平井）；適應(yīng)井下地質(zhì)條件，節(jié)省鉆井時(shí)間。對于斷層遮擋油藏，薄油層，側(cè)鉆井，多底井，分支井，大位移井，側(cè)鉆水平井，徑向水平井是定向井的新種類；(3)處理井下事故的特殊手段（救援井、側(cè)鉆井）。(4)減小地面井場占用面積，節(jié)省投資（叢式井、多底井）。第五章井眼軌道與井身軌跡設(shè)計(jì)3第五章井眼軌道與井身軌跡設(shè)計(jì)4第五章井眼軌道與井身軌跡設(shè)計(jì)5第五章井眼軌道與井身軌跡設(shè)計(jì)6第五章井眼軌道與井身軌跡設(shè)計(jì)7第五章井眼軌道與井身軌跡設(shè)計(jì)8第五章井眼軌道與井身軌跡設(shè)計(jì)9第五章井眼軌道與井身軌跡設(shè)計(jì)10第一節(jié)基本概念第五章井眼軌道與井身軌跡設(shè)計(jì)11所謂井眼軌跡，實(shí)指井眼軸線。軌跡測量就是“測斜”。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)。這些井段被稱為“測段”，這些點(diǎn)被稱為“測點(diǎn)”。一、軌跡的基本參數(shù)第一節(jié)基本概念Ａ點(diǎn)垂直井深A(yù)Ａ點(diǎn)測量井深：D＝ＯＡＡ點(diǎn)井斜角ＯHA12井眼曲線的表示方法：垂直平面（井斜平面）與水平平面一、軌跡的基本參數(shù)第一節(jié)基本概念NOO13垂直平面上：每一點(diǎn)的井深與空間井眼的井深一樣,每一點(diǎn)的井斜角與與空間井眼對應(yīng)的井斜角一致。（不是直接投影）一、軌跡的基本參數(shù)第一節(jié)基本概念OαBαAΔα14水平面上：為空間井眼的水平投影一、軌跡的基本參數(shù)第一節(jié)基本概念A(yù)NEBABSO15(1)井深（Dm），又稱斜深：井深指井口(通常以轉(zhuǎn)盤面為基準(zhǔn))至測點(diǎn)的井眼長度，也有人稱之為斜深，國外稱為測量井深(MeasureDepth)，井深常以字母Dm表示，單位為米(m)。井深的增量稱為井段，以ΔDm表示。二測點(diǎn)之間的井段稱為測段。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)。井深的增量總是下測點(diǎn)井深減去上測點(diǎn)井深。一、軌跡的基本參數(shù)第一節(jié)基本概念Ａ點(diǎn)垂直井深A(yù)Ａ點(diǎn)測量井深：D＝ＯＡＡ點(diǎn)井斜角ＯHA測深：井口至測點(diǎn)處的井眼實(shí)長，米。16(2)井斜角（Inclination,Inc.）

井斜角（α），單位為度：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。井眼方向線與重力線之間的夾角就是井斜角。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該測點(diǎn)處傾斜的大小。井斜角的增量：以Δα表示。AB井段井斜角增量為Δα＝αB-

αA。一、軌跡的基本參數(shù)第一節(jié)基本概念ＯAＢ井斜角：測點(diǎn)處井眼方向線（切線，指前）與重力線間的夾角，度。17井斜變化率：井斜角對井深的變化率，即鉆過單位井深井斜角的變化。度/30米(buildrate,droprate)第一節(jié)基本概念一、軌跡的基本參數(shù)ＯAＢ18(3)井斜方位角（Φ）：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。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。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。井斜方位角的增量是下測點(diǎn)的井斜方位角減去上測點(diǎn)的井斜方位角：ΔΦ＝ΦB-ΦA(chǔ)一、軌跡的基本參數(shù)第一節(jié)基本概念ＯＡＢＮＥfAfB方位角：測點(diǎn)處正北方向至井眼方向線在水平面投影線間夾角，度。19方位變化率：方位角對井深的變化率，即鉆進(jìn)單位井段，方位角的變化，度/30米walkrate第一節(jié)基本概念一、軌跡的基本參數(shù)ＯＡＢＮＥfAfB20注意“方向”與“方位”的區(qū)別。

方位線是水平面上的矢量，而方向線則是空間的矢量。只要講到方位、方位線、方位角，都是在某個(gè)水平面上；而方向和方向線則是在三維空間內(nèi)（當(dāng)然也可能在水平面上）。井眼方向線是指井眼軸線上某一點(diǎn)處井眼前進(jìn)的方向線。該點(diǎn)的井眼方位線則是該點(diǎn)井眼方向線在水平面上的投影。一、軌跡的基本參數(shù)第一節(jié)基本概念21需要注意的是，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。磁北方位與正北方位并不重合而是有個(gè)夾角，稱為磁偏角。磁偏角又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。用磁性測斜儀測得的井斜方位角稱為磁方位角。一、軌跡的基本參數(shù)第一節(jié)基本概念22一、軌跡的基本參數(shù)第一節(jié)基本概念井斜方位角還可用“象限角”表示?！跋笙藿恰敝妇狈轿痪€與正北方位線或正南方位線之間的夾角。象限角在0～90度之間變化。N67.5oW讀作由北向西偏了67.5o。232425第一節(jié)基本概念一、軌跡的基本參數(shù)26基本參數(shù)：測斜儀器在每個(gè)測點(diǎn)上測得參數(shù)（井深、井斜角和井斜方位角）。計(jì)算參數(shù)：根據(jù)基本參數(shù)計(jì)算出來的參數(shù)。(1)垂直深度，簡稱垂深；(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；(4)平移方位角；(5)N坐標(biāo)和E坐標(biāo)；(6)視平移，亦稱投影位移；(7)井眼曲率，狗腿嚴(yán)重度、全角變化率。二、軌跡的計(jì)算參數(shù)第一節(jié)基本概念27(1)垂直深度D

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，垂深常以字母D表示；Trueverticaldepth(TVD)垂深的增量稱為垂增，垂增以ΔD表示。垂增ΔD＝DB—DA第一節(jié)基本概念二、軌跡的計(jì)算參數(shù)垂深：測點(diǎn)的垂直深度，米。28（2）水平投影長度Lp：

水平投影長度簡稱水平長度或平長，是指井眼軌跡上某點(diǎn)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。水平長度的增量：稱為平增。平長以字母上Lp表示，平增以ΔLp表示。平長和平增在圖5—4中是指曲線的長度。第一節(jié)基本概念二、軌跡的計(jì)算參數(shù)水平投影長度：測點(diǎn)與井口之間的井眼長度在水平面的投影長度，米。29(3)水平位移S

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。第一節(jié)基本概念二、軌跡的計(jì)算參數(shù)水平位移：測點(diǎn)至井口所在的鉛垂線的距離，米。30

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。

閉合距：井底的水平位移，米。closure

第一節(jié)基本概念二、軌跡的計(jì)算參數(shù)ＯＡＮＡ點(diǎn)水平位移：ＳA＝OAE(完井井底)閉合距：SE＝OE閉合方位角fE31(4)平移方位角θ

平移方位角：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)過的角度，常以字母θ表示。如圖5—5所示。

第一節(jié)基本概念二、軌跡的計(jì)算參數(shù)32閉合方位角：在水平投影圖上測點(diǎn)處正北方向與閉合方位線間的夾角，度(closureazimuth)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。第一節(jié)基本概念二、軌跡的計(jì)算參數(shù)ＯＡＮＡ點(diǎn)水平位移：ＳA＝OAE(完井井底)閉合距：SE＝OE閉合方位角fE33(5)N坐標(biāo)和E坐標(biāo)

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?。如圖5—4所示，A、B二點(diǎn)的水平坐標(biāo)分別為NA、EA和NB、EB。水平坐標(biāo)可以有增量，以ΔN、ΔE表示。第一節(jié)基本概念二、軌跡的計(jì)算參數(shù)34(6)視平移V

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。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。第一節(jié)基本概念二、軌跡的計(jì)算參數(shù)視平移：測點(diǎn)水平位移在設(shè)計(jì)方位線上的投影，米。verticalsection35弧段OA：水平投影長度線段OA：水平位移θ：平移方位角V：視平移N坐標(biāo)E坐標(biāo)第一節(jié)基本概念二、軌跡的計(jì)算參數(shù)θ36井眼曲率

井眼曲率：指井眼軌跡曲線的曲率。有人稱作“狗腿嚴(yán)重度”，“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，所以在工程上常常計(jì)算井段的平均曲率。

“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”。即上下二測點(diǎn)的兩條方向線之間的夾角（空間夾角）。

井眼平均曲率：狗腿角被測段(或井段)除即可得到該段的井眼平均曲率。顯然，所取測(井)段越短，平均曲率就越接近實(shí)際曲率。第一節(jié)基本概念三、撓曲參數(shù)37NO井眼的曲率K：（holecurvature)井眼切線的方向相對于井深的變化率K表示曲線偏離直線的程度。第一節(jié)基本概念三、撓曲參數(shù)r1r2L38井眼曲率計(jì)算方法：先計(jì)算狗腿角，再計(jì)算平均井眼曲率。Lubinski公式：我國鉆井行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定狗腿角的計(jì)算公式：式中：α—井斜角；φ—方位角；αc—平均井斜角第一節(jié)基本概念三、撓曲參數(shù)39全角變化率K：井眼的空間曲率。井眼軌跡曲線的曲率。第一節(jié)基本概念三、撓曲參數(shù)KAB40第一節(jié)基本概念三、撓曲參數(shù)411、水平投影圖相當(dāng)于機(jī)械制圖中的俯視圖，也相當(dāng)于將井眼軌跡這條空間曲線投影到井口所在的水平面上。圖中的坐標(biāo)為N坐標(biāo)和E坐標(biāo)，以井口為坐標(biāo)原點(diǎn)。所以只要知道一口井軌跡上所有各點(diǎn)的N、E坐標(biāo)值就可以很容易畫出該井軌跡的水平投影圖。第一節(jié)基本概念四、井身剖面水平投影圖：空間井眼軌跡的俯視圖。422、垂直投影圖相當(dāng)于機(jī)械制圖中的側(cè)視圖，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(biāo)為垂深D和視平移V，也是以井口為坐標(biāo)原點(diǎn)。但是經(jīng)過井口的鉛垂平面有無數(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。顯然，只要計(jì)算出一口井軌跡上所有各點(diǎn)的垂深和視平移就可以很容易畫出該井軌跡的垂直投影圖。第一節(jié)基本概念四、井身剖面垂直投影圖：將軌跡數(shù)據(jù)投影到指定的垂直平面內(nèi)（通常為設(shè)計(jì)平面）433、垂直剖面圖

垂直剖面圖的形式原理：參看圖5—7，設(shè)想經(jīng)過井眼軌跡上每一個(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。這種曲面在數(shù)學(xué)上稱作柱面。此曲面有一個(gè)顯著的特點(diǎn)，就是可以展平到一個(gè)平面上。當(dāng)此柱面展平時(shí)就形成了垂直剖面圖。實(shí)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(gè)坐標(biāo)是垂深D和水平長度上Lp。實(shí)際上，只要計(jì)算出一口井軌跡上所有各點(diǎn)的垂深和水平長度就可以很容易畫出該井軌跡的垂直剖面圖。第一節(jié)基本概念四、井身剖面垂直剖面圖（柱面展開）：沿水平投影面展開空間曲線，其優(yōu)點(diǎn)是井眼上任一點(diǎn)的井深、井斜角與實(shí)際一致。441、水平投影圖

投影面：水平面坐標(biāo)系：以井口為原點(diǎn)，N坐標(biāo)軸、E坐標(biāo)軸表達(dá)的參數(shù)：N坐標(biāo)值、E坐標(biāo)值、水平位移S

水平長度Lp、閉合距、井斜方位角平移方位角θ、閉合方位角。四、井身剖面第一節(jié)基本概念452、垂直投影圖

投影面：過設(shè)計(jì)方位線的鉛垂面，即井口和目標(biāo)點(diǎn)所在的鉛錘面。坐標(biāo)系：原點(diǎn)（井口）、橫坐標(biāo)（視平移）、縱坐標(biāo)（垂深）表達(dá)的參數(shù)：垂深D，視平移V，井斜的增減趨勢四、井身剖面第一節(jié)基本概念463、垂直剖面圖垂直剖面：過井眼軸線上各點(diǎn)垂線組成柱面展開圖。坐標(biāo)系：原點(diǎn)（井口）、橫坐標(biāo)（水平長

度）、縱坐標(biāo)（垂深）表達(dá)的參數(shù)：垂深D,水平長度Lp,井深,井斜角a.四、井身剖面第一節(jié)基本概念47第一節(jié)基本概念四、井身剖面48第一節(jié)基本概念四、井身剖面49第一節(jié)基本概念四、井身剖面50第一節(jié)基本概念四、井身剖面51第二節(jié)井眼軌道設(shè)計(jì)的原則與方法第五章井眼軌道與井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)52常規(guī)定向井：大斜度井：水平井：上翹井：大位移井：水平位移與垂深之比大于2.0—最大穩(wěn)斜角第二節(jié)井眼軌道設(shè)計(jì)的原則與方法53二維定向井：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。

一、定向井軌道分類第二節(jié)井眼軌道設(shè)計(jì)的原則與方法54二維定向井：常規(guī)二維定向井-井段形狀由直線和圓弧線組成。

非常規(guī)二維定向井：除直線和圓弧曲線外，還有

特殊曲線，如：懸鏈線、二

次拋物線等。

一、定向井軌道分類OABABCDO第二節(jié)井眼軌道設(shè)計(jì)的原則與方法55三維定向井：指設(shè)計(jì)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。

常用于在地面井口位置與設(shè)計(jì)目標(biāo)點(diǎn)之間的鉛垂平面內(nèi)，存在井眼難以通過的障礙物（如：已鉆的井眼、鹽丘等），設(shè)計(jì)井需要繞過障礙鉆達(dá)目標(biāo)點(diǎn)。三維定向井：糾偏三維定向井

繞障三維定向井。一、定向井軌道分類O第二節(jié)井眼軌道設(shè)計(jì)的原則與方法561、定向井井身剖面設(shè)計(jì)的原則（1）保證實(shí)現(xiàn)鉆定向井的目的根據(jù)不同的定向井鉆井目的對定向井井身剖面進(jìn)行合理設(shè)計(jì)例如：裂縫性油藏：橫穿裂縫薄油層：大斜度或水平井低滲塊狀油層：多底井二、常規(guī)二維定向井軌道設(shè)計(jì)第二節(jié)井眼軌道設(shè)計(jì)的原則與方法57救援：目標(biāo)層位、靶區(qū)半徑、簡單（快速、經(jīng)濟(jì)）二、常規(guī)二維定向井軌道設(shè)計(jì)第二節(jié)井眼軌道設(shè)計(jì)的原則與方法58落魚側(cè)鉆：避開落魚、一定水平位移整塊油藏：按開發(fā)井網(wǎng)布置要求

二、常規(guī)二維定向井軌道設(shè)計(jì)第二節(jié)井眼軌道設(shè)計(jì)的原則與方法59地面限制

油田所處地面不利于或不充許設(shè)置井場鉆井或搬家安裝受到極大障礙。如：1）英國的北海油田 2）中國的塔里木油田。二、常規(guī)二維定向井軌道設(shè)計(jì)第二節(jié)井眼軌道設(shè)計(jì)的原則與方法60地下地質(zhì)條件要求：增產(chǎn)

由于地質(zhì)構(gòu)造特點(diǎn)，定向井能更有利于發(fā)現(xiàn)油藏、增加開發(fā)速度。二、常規(guī)二維定向井軌道設(shè)計(jì)第二節(jié)井眼軌道設(shè)計(jì)的原則與方法61海上生產(chǎn)集輸需要二、常規(guī)二維定向井軌道設(shè)計(jì)第二節(jié)井眼軌道設(shè)計(jì)的原則與方法62（2）有利于安全、優(yōu)質(zhì)、快速鉆井

地面條件是確定定向井井位和叢式井平臺(tái)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?/p>

①軌道形狀簡單，盡量保證較長的直井段，容易實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)

②盡量減小最大井斜角，以便減小鉆井難度，小傾角定向井；

，中傾角定向井；

大于，大傾角定向井；

最大井斜角不得小于15度，否則井斜方位不易穩(wěn)定。二、常規(guī)二維定向井軌道設(shè)計(jì)第二節(jié)井眼軌道設(shè)計(jì)的原則與方法63③選擇合適的造斜點(diǎn)位置。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。垂深大、位移小、造斜點(diǎn)應(yīng)深一些，避免長穩(wěn)斜段；垂深小、位移大、造斜點(diǎn)應(yīng)淺一些，減小定向施工工作量。④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和縮短造斜井段的長度。二、常規(guī)二維定向井軌道設(shè)計(jì)第二節(jié)井眼軌道設(shè)計(jì)的原則與方法64(3)有利于采油工藝的要求：

盡量減小井眼曲率，以改善油管和抽油桿的工作條件。盡量以較小井斜角的直井段（斜直或垂直）進(jìn)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)。(4)盡量利用地層自然造斜規(guī)律（方位漂移），減少人工造斜工作量；(5)在滿足鉆井目的的前提下，使剖面盡量簡單，斜井段最短；(6)斜井段全角變化率要保持均勻，避免急彎。二、常規(guī)二維定向井軌道設(shè)計(jì)第二節(jié)井眼軌道設(shè)計(jì)的原則與方法65設(shè)計(jì)步驟1、收集原始資料：地表限制、地下條件要求、自然造斜規(guī)律2、選擇井身剖面類型：3、選擇造斜點(diǎn)位置（1）地層應(yīng)穩(wěn)定，不應(yīng)是破碎帶、漏失、易塌地層；（2）地層可鉆性均勻，不應(yīng)有硬夾層；（3）滿足采油工藝的要求；（4）垂深大，水平位移小的井，造斜點(diǎn)應(yīng)深；（5）垂深小，水平位移大的井，造斜點(diǎn)應(yīng)淺；（6）定造斜點(diǎn)時(shí)應(yīng)使斜井段避開方位漂移大的地層或利用方位漂移。二、常規(guī)二維定向井軌道設(shè)計(jì)第二節(jié)井眼軌道設(shè)計(jì)的原則與方法66設(shè)計(jì)步驟4、確定造斜率和降斜率大小造斜率：井下動(dòng)力鉆具，取5～16/100m轉(zhuǎn)盤鉆造斜，取4～8/100m降斜率：用鐘擺鉆具或光鉆鋌降斜，取6～2/100m最大井斜角：15～45井眼曲率：控制在5～12/100m，最大不超過16/100m水平井：大曲率半徑水平井，造斜率5～16/100m中曲率半徑水平井，造斜率6～25/10m小曲率半徑水平井，造斜率4～10/m二、常規(guī)二維定向井軌道設(shè)計(jì)第二節(jié)井眼軌道設(shè)計(jì)的原則與方法67設(shè)計(jì)步驟5、計(jì)算剖面上各井段的、、L、H6、繪出設(shè)計(jì)的井眼軸線7、核算井眼曲率8、給出誤差范圍（控制圓柱Controlcylinder）二、常規(guī)二維定向井軌道設(shè)計(jì)第二節(jié)井眼軌道設(shè)計(jì)的原則與方法68

2、軌道類型三段式多靶三段式五段式雙增式二、常規(guī)二維定向井軌道設(shè)計(jì)t第二節(jié)井眼軌道設(shè)計(jì)的原則與方法69

二、常規(guī)二維定向井軌道設(shè)計(jì)K造斜點(diǎn)b增斜結(jié)束點(diǎn)t目標(biāo)點(diǎn)αb穩(wěn)斜段井斜角第二節(jié)井眼軌道設(shè)計(jì)的原則與方法703、設(shè)計(jì)依據(jù)的條件

由地質(zhì)、采油部門提供的要求：?目標(biāo)點(diǎn)位置：?目標(biāo)段位置：

由鉆井工程要求和設(shè)計(jì)原則確定的數(shù)據(jù)：

造斜點(diǎn)深度井眼曲率二、常規(guī)二維定向井軌道設(shè)計(jì)第二節(jié)井眼軌道設(shè)計(jì)的原則與方法71

4、關(guān)鍵參數(shù)的計(jì)算

（1）三段式軌道給定二、常規(guī)二維定向井軌道設(shè)計(jì)第二節(jié)井眼軌道設(shè)計(jì)的原則與方法727374755．井段計(jì)算及設(shè)計(jì)結(jié)果表述井段計(jì)算是根據(jù)設(shè)計(jì)依據(jù)的條件和計(jì)算出的關(guān)鍵參數(shù)，算出每個(gè)井段的段長、垂增、平增三個(gè)參數(shù)。下面分別列出各段的計(jì)算公式。761.基本參數(shù)：井深、井斜角、井斜方位角2.計(jì)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(biāo)和E坐標(biāo)；(6)視平移，亦稱投影位移；(7)井眼曲率，狗腿嚴(yán)重度、全角變化率。777879802.Planadirectionalwelltrajectoryusingabuild-and-holdtypeofprofile.Knowndataarelistedasfollowing:ProposedazimuthΦT:60°Thekickoffpoint:300mTVD(TrueVerticalDepth)oftargeHT:1000mHorizontaldepartureoftargetST:500mBuild-uprate:3°/30mRequirements:（1）Calculatemaximuminclinationαm（2）Calculateincrementofdepth,inclination,azimuth,trueverticaldepth(TVD),horizontaldisplacement,Northing,Eastingforeachsection.（3）Calculatedepth,inclination,azimuth,trueverticaldepth(TVD),horizontaldisplacement,Northing,Eastingattheendofeachsection.Note:1radian＝57.3°or3.14/1808182Solution：（1）calculatemaximuminclination： R0=1719/3=573mA0=500H0=HT-Hz=1000-300=700m83（2）atverticalsection:depth：L1=300minclination：0azimuth：N/Anorthing：0easting：084（3）atbuild-upsection1)incrementincrementofdepth：ΔL2=48.55/57.3*573=485.48mincrementofTVD：ΔH2=R*sin48.55°=429.44mincrementofhorizontaldep.：ΔS2=R(1-cos48.55°)=573*(1-cos48.55°)=193.67mincrementofNorthing：ΔN2=ΔS2*cos60°=208.5*cos60°=96.83mincrementofeasting：ΔE2=ΔS2*sin60°=208.5*sin60°=167.72m2)parametersattheendofcurvedepth：L2=L1+ΔL2=785.48mTVD：H2=H1+ΔH2=300+429.44=729.44mHorizontaldeparture：S2=S1+ΔS2=193.67mnorthing：N2=N1+ΔN2=96.83measting：E2=E1+ΔE1=167.72minclination：48.55°azimuth：60°

85（3）atholdsection1)incrementincrementofdepth：：ΔL3=408.71mincrementofTVD：ΔH2=ΔL3*cos(48.55°)=270.56mincrementofhorizontaldep.：ΔS3=ΔL3*sin(48.55°)=306.33mincrementofNorthing：ΔN3=ΔS3*cos60°=306.33*cos60°=153.17mincrementofeasting：ΔE3=ΔS3*sin60°=306.33*sin60°=265.29mTD：L3=L2+ΔL3=785.48m+408.71m=1194.19mTotalTVD：H3=H2+ΔH3=729.44m+270.56m=1000mTotalhorizontaldeparture：S3=S2+ΔS2=193.67m＋306.33m=500mTotalnorthing：N3=N2+ΔN3=250mTotaleasting：E3=E2+ΔE3=433minclination：48.55°azimuth：60°

8687第三節(jié)井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第五章井眼軌道與井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)88定義套管層次、套管下入深度以及井眼尺寸（鉆頭尺寸）與套管尺寸的配合。目的：保證安全、優(yōu)質(zhì)、快速和經(jīng)濟(jì)地鉆達(dá)目的層

內(nèi)容下入套管層數(shù)各層套管的下入深度選擇合適的套管尺寸與鉆頭尺寸組合影響因素地層壓力（地層壓力、破裂壓力、坍塌壓力）工程參數(shù)地層必封點(diǎn)第三節(jié)井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)89井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是鉆井工程的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，它不但關(guān)系到鉆井工程的整體效益，而且還直接影響油井的質(zhì)量和壽命，因而在進(jìn)行鉆井工程設(shè)計(jì)時(shí)首先要科學(xué)地進(jìn)行井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)是地層壓力和地層破裂壓力剖面。第三節(jié)井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)90一、套管的類型第三節(jié)井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)導(dǎo)管鉆表層井眼時(shí)，將鉆井液從地表引導(dǎo)到鉆臺(tái)平面上來。

表層套管防止淺層水受污染，封閉淺層流砂、礫石層及淺層氣，支撐井口設(shè)備裝置，懸掛依次下入的各層套管的載荷。

技術(shù)套管（中間套管）封隔坍塌地層及高壓水層封隔不同的壓力體系繼續(xù)鉆井的需要91油層套管（生產(chǎn)套管）為油氣生產(chǎn)提供流通通道保護(hù)產(chǎn)層、分層測試、分層采油、分層改造尾管技術(shù)尾管生產(chǎn)尾管尾管回接一、套管的類型第三節(jié)井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)92能有效保護(hù)油氣層；能避免產(chǎn)生井漏、井噴、井塌、卡鉆等井下復(fù)雜情況,為全井安全、優(yōu)質(zhì)、快速和經(jīng)濟(jì)地鉆進(jìn)創(chuàng)造條件；當(dāng)實(shí)際地層壓力超過預(yù)測值使井出現(xiàn)溢流時(shí)，在一定范圍內(nèi)，具有壓井處理溢流的能力。二、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則第三節(jié)井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)93抽吸壓力系數(shù)Sb上提鉆柱時(shí)，由于抽吸作用使井內(nèi)液柱壓力降低的值，用當(dāng)量密度表示。激動(dòng)壓力系數(shù)Sg下放鉆柱時(shí)，由于鉆柱向下運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的激動(dòng)壓力使井內(nèi)液柱壓力的增加值，用當(dāng)量密度表示。安全系數(shù)Sf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(dāng)量密度表示。安全系數(shù)的大小與地層破裂壓力的預(yù)測精度有關(guān)。三、設(shè)計(jì)系數(shù)第三節(jié)井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)94井涌允量Sk由于地層壓力預(yù)測的誤差所產(chǎn)生的井涌量的允值，用當(dāng)量密度表示，它與地層壓力預(yù)測的精度有關(guān)。壓差允值Δp不產(chǎn)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(shù)和鉆井液性能有關(guān)，也與裸眼井段的地層孔隙壓力有關(guān)。若正常地層壓力和異常高壓同處一個(gè)裸眼井段，卡鉆易發(fā)生在正常壓力井段，所以壓差允值又有正常壓力井段和異常壓力井段之分，分別用Δpn和Δpa表示。三、設(shè)計(jì)系數(shù)第三節(jié)井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)95已知條件：1.設(shè)計(jì)系數(shù):根據(jù)本地的統(tǒng)計(jì)資料確定;2.所在地區(qū)的地層壓力和地層破裂壓力剖面考慮的因素地層壓力地層破裂壓力工程參數(shù)正常作業(yè)：Sb、Sg、Sf

出現(xiàn)溢流：Sb

、Sf、SK

最大允許壓差四、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法第三節(jié)井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)井深當(dāng)量泥漿密度GpGf964、設(shè)計(jì)舉例例題：某井設(shè)計(jì)井深為4400m,，地層孔隙壓力梯度和地層破裂壓力梯度剖面如圖所示。給定設(shè)計(jì)系數(shù)：試進(jìn)行該井的井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。四、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法第三節(jié)井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)量泥漿密度971、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵參數(shù)

最大鉆井液密度：

某一層套管的鉆進(jìn)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(guān)：Ρmax：某層套管的鉆進(jìn)井段中所使用的最大鉆井液密度，g/cm3；Gpmax：該井段的最大地層壓力梯度，g/cm3；Sw：考慮到上提鉆柱時(shí)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密度，g/cm3。Sb=0.024-0.048g/cm3

。四、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法第三節(jié)井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)量泥漿密度981、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵參數(shù)

最大井內(nèi)壓力梯度正常作業(yè)（起下鉆、鉆進(jìn)）：正常鉆井條件下，井內(nèi)最大壓力梯度是發(fā)生在下放鉆柱時(shí)，由于產(chǎn)生壓力激動(dòng)使得井內(nèi)壓力增高，設(shè)由于壓力激動(dòng)使井內(nèi)的壓力增加值為Sg，則最大井內(nèi)壓力梯度為：

Sg：激動(dòng)壓力梯度當(dāng)量密度；g/cm3；Sg=0.024-0.048g/cm3四、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法第三節(jié)井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)991、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵參數(shù)最大井內(nèi)壓力梯度發(fā)生溢流時(shí)：為了制止溢流，如壓井時(shí)井內(nèi)壓力增高值為Sk,則最大井內(nèi)壓力梯度為：

Sk=0.060g/cm3

上式只適用于最大地層壓力所對應(yīng)的井深Hpmax處，而對于井深為H的任意井深處的井內(nèi)壓力梯度為：四、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法第三節(jié)井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)100關(guān)井井底最大壓力對于任意井深H處：四、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法第三節(jié)井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)PsdHpmaxH1011、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵參數(shù)最大井內(nèi)壓力梯度發(fā)生溢流時(shí)：為了制止溢流，如壓井時(shí)井內(nèi)壓力增高值為Sk,則最大井內(nèi)壓力梯度為：

Sk=0.060g/cm3

上式只適用于最大地層壓力所對應(yīng)的井深Hpmax處，而對于井深為H的任意井深處的井內(nèi)壓力梯度為：四、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法第三節(jié)井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1021、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵參數(shù)套管下深的臨界條件為了確保上一層套管鞋處的裸露地層不被壓裂，應(yīng)該保證，某一井段的最大地層壓力滿足：ρf:上一層套管下入深度處裸露地層的破裂壓力梯度；g/cm3Sf：為避免將上一層套管下入深度處裸露地層壓裂的安全值，

Sf=0.024-0.048g/cm3四、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法第三節(jié)井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)量泥漿密度1031、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵參數(shù)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(yīng)該限制井內(nèi)鉆井液液柱壓力與地層壓力的壓力差值，即規(guī)定最大允許壓差。最大允許壓差的取值在正常壓力地層：ΔPN=11-17MPa在異常壓力井段：

ΔPa=14-22MPa四、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法第三節(jié)井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)PPPm1042、設(shè)計(jì)方法（1）各層套管（不含油層套管）下入深度初選點(diǎn)Hni的確定正常鉆進(jìn)時(shí)：Ρfnr：在設(shè)計(jì)套管層所在的裸眼井段內(nèi)，在最大井內(nèi)液柱壓力梯度作用下，上部裸露地層不致破裂所應(yīng)有的地層破裂壓力梯度，g/cm3；（裸眼井段井內(nèi)最大液柱壓力梯度）Ρpmax：裸露井段預(yù)計(jì)的最大地層壓力梯度，g/cm3;四、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法第三節(jié)井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)105（1）各層套管（不含油層套管）下入深度初選點(diǎn)Hni的確定（續(xù)1）發(fā)生溢流時(shí)：

Ρfnk：在設(shè)計(jì)套管層所在的裸眼井段發(fā)生溢流時(shí)，在最大井內(nèi)壓力梯度作用下，上部裸露地層不致破裂所應(yīng)有的地層破裂壓力梯度，g/cm3;

Hni：設(shè)計(jì)層套管的初始下入深度，m；Hpmax：最大地層壓力所對應(yīng)的井深；m。四、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法第三節(jié)井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)106（1）各層套管（不含油層套管）下入深度初選點(diǎn)Hni的確定（續(xù)2）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，一般地,因此通常按ρfnk計(jì)算，只有在肯定不會(huì)發(fā)生液流的情況下，才按ρfnr計(jì)算。對于技術(shù)套管，首先計(jì)算出ρfnk，然后通過作圖或數(shù)字計(jì)算的方法找到地層破裂壓力為ρfnk的井深，該井深即為技術(shù)套管下入的初選點(diǎn)。對于技術(shù)套管，需要校核是否會(huì)卡套管，對于表層套管，則一般不必進(jìn)行壓差粘卡套管的校核四、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法第三節(jié)井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1072、設(shè)計(jì)方法（2）校核套管下入初選點(diǎn)Hni是否會(huì)發(fā)生壓差粘卡套管所用最大鉆井液密度與最小地層壓力之間實(shí)際的最大靜止壓差：

ΔP：套管所受到的最大靜止壓差，MPa；ρpmin：該井段內(nèi)最小地層壓力，g/cm3；Dpmin：最小地層壓力所對應(yīng)的井深，m。四、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法第三節(jié)井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)GpGfHmm108（2）校核套管下入初選點(diǎn)Hni是否會(huì)發(fā)生壓差粘卡套管（續(xù)1）比較ΔP與ΔPN(ΔPa)若PPN（或PA），則假定深度Hni為中間套管下入深度。若P>PN（或PA），則中間套管下至Hni過程中有被卡危險(xiǎn)。在這種情況下,必須采取下尾管的方法解決。確定技術(shù)套管的下入深度：先計(jì)算不卡套管的最大地層壓力梯度，g/cm3；與ρpper對應(yīng)的井深即為經(jīng)過校核的井深四、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法第三節(jié)井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1092、設(shè)計(jì)方法（3）在技術(shù)套套下入深度淺于初選點(diǎn)的情況下，確定尾管的下入深度Hn+1確定尾管下入深度的初選點(diǎn)Hn+1,I由技術(shù)套管鞋處的地層破裂壓力梯度ρfn可求得允許的最大地層壓力梯度ρpper:通過數(shù)字計(jì)算或作圖法找到與ρpper相等的地層壓力梯度所對應(yīng)的井深，該井深即為尾管下入深度的初選點(diǎn)。四、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法第三節(jié)井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1101)中間套管下深Hn的確定與ρpper相對應(yīng)的井深即為中間套管下深Hn。2)尾管下深Hn+1的確定采用迭代法，試取一個(gè)Hn+1值求ρpper，如果ρpper大于該深度的實(shí)際地層壓力梯度，且二者接近，則Hn+1就是尾管下入深度。四、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法第三節(jié)井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)GpGfHnHn+11112、設(shè)計(jì)方法（4）校核尾管的下入深度初選點(diǎn)是否會(huì)發(fā)生卡套管同上。（5）計(jì)算表層套管下入深度D1當(dāng)接近可小于D2處的破裂壓力梯度0.024~0.048g/cm3時(shí)，符合要求，該深度即為表層套管下入深度。四、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法第三節(jié)井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1123、設(shè)計(jì)步驟①定中間套管最大下入深度假定點(diǎn)。根據(jù)可能鉆遇的最大地層壓力求設(shè)計(jì)破裂壓力梯度。四、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法第三節(jié)井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)量泥漿密度1134、設(shè)計(jì)舉例例題：某井設(shè)計(jì)井深為4400m,，地層孔隙壓力梯度和地層破裂壓力梯度剖面如圖所示。給定設(shè)計(jì)系數(shù)：試進(jìn)行該井的井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。四、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法第三節(jié)井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)量泥漿密度1144、設(shè)計(jì)舉例解：由圖上查得最大地層孔隙壓力梯度為2.04g/cm3，位于4250m處。1、確定中間套管下入深度初選點(diǎn)試取，將3400代入上式，得四、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法第三節(jié)井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)量泥漿密度115試取，將3400代入上式，得由圖查得3400m處，因?yàn)榍蚁嘟?，所以確定中間套管下入深度初選點(diǎn)四、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法第三節(jié)井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)量泥漿密度1163、設(shè)計(jì)步驟②驗(yàn)證中間套管是否有卡套管的危險(xiǎn)。如有，則應(yīng)減小下深③加下一層尾