井眼轨迹设计--大庆石油学院

井眼轨道设计与控制
井 眼 轨 道
直井：设计井眼轴线为一铅垂线，其井斜 角、井底水平位移和全角变化率均在限定 范围。 定向井：沿着预先设计的井眼轨道，按既 定方向偏离井口垂线一定距离，钻达一定 目标的井。
第三章
普通定向井：一个井场内仅有1口最大井斜角小于60°的定向井。 斜直井：用斜直钻机或斜井架完成，自井口开始井眼轨道一直是一段 斜井段的定向井。 大斜度井：最大井斜角在60° ~80°范围内的定向井 水平井：最大井斜角大于或等于86° ，并保持这种井斜角钻完一定长 度段的井。
第三章
井眼曲率的计算 1）简单表示法 若AB弧有均匀曲率，则 根据定义：
此时： 方位角不变的井眼轴线
第三章
对于空间井眼轴线，可以用两个平面来表示
垂直：
水平：
第三章
空间曲率的计算
设有一空间曲线L，L上点A的定向要素为：DA、EA、 NA、αA 、 φA 、ShA；井深增加到B点，设AB弧
第三章
与整个井眼相比为小量，其长设为dl，B点的定向要素为 DA+dD、EA+dE、 NA+dN、αA+dα、 ShA+dShA 、 φA +dφ。连接AB两点，AB线段水平投影为AˊBˊ 线段。可以近似地认为：AB弧长=AB 线段长= dl。 在垂直投影面中：
第三章
6) 核算井眼曲率，使其满足对它的各种限制条件，并做 出井身的控制圆柱，即误差范围； 7) 绘制井眼轨道图，标出安全圆柱。
设计实例：已知某设计井的垂深D=3000m ，水平位移 Sh=1500m，方位角φ =30°，造斜点垂直深度 Dkop=400m，造斜率Rb1=2°/30m，降斜率 Rb2=1.5°/30m ，油层垂直深度De=2700m，要求稳斜进 入油层，井斜角不大于αe=8° . 查图法 目前常用的设计方法 作图法
定 向 井
长曲率半径：6° /30m 中曲率半径：6° ~20° /30m
水平井
中短曲率半径：1° ~20° /30m
短曲率半径：1° ~10°/m 径向水平井：k=∝
丛式井：在一个井场内有计划地钻出两口或两口以上的定向井组，其 中可含1口直井。
多底井（分支井）：一个井口下面有两个或两个以上井底的定向井。
井段：b—c ; 最大井斜角:40.51 ° 方位角: 30°
Байду номын сангаас
R1 α
m
o1
垂直井深增量Δ D(m): Δ Dbc=De - Dkop - Δ Dab - Δ Dcd =1156.76 垂直井深D(m): Dc = Db+ Δ Dbc =2115.07 水平位移增量Δ Sh (m):
b α
m
c f
Δ Shbc = Δ Dbc tgα m=988.32 水平位移Sh(m): Shc = Shb + Δ Shbc = 1194.35 段长Δ l(m):
第三章
2.井身剖面
1) 直井段:设计井斜角为零 度的井段。 2) 造斜点（Ｄｋｏｐ）:开始 定向造斜的位置称为造斜点。 通常以该点的井深来表示。 3) 造斜率（Ｒｂ）:造斜工 具的造斜能力,即该造斜工 具所钻出的井段的井眼曲率。
直井段 造斜点
增斜段
最大井斜角
α
max
降斜段 直井段 斜井深
第三章
直井
直井段—造斜—稳斜
特点：造斜点浅，施工简单，在表层套管内达 最大井斜角。常用于不下中间套管的单一油层 的中深井，也用于水平位移大的井和水平井。
轨 道 类 型
三段制
直井段—造斜段—稳斜段—增斜段—稳斜段
五段制
一般用于水平井
直井段—造斜段—稳斜段—降斜段—稳斜段
“S”型
特点：造斜深度浅，造斜完成后下表层套管， 稳斜钻进，在达到一定水平位移后降斜，在达 到油层时井斜角符合要求。通常还要下一层中 间套管，最后稳斜钻穿油层。
第三章
2. 设计井眼轨道的原则
1) 根据油气田勘探开发要求，保证实现钻井目的；
2) 根据油气田的构造特征、油气产状，有利于提高 油气产量和采收率，改善投资效益；
3) 在选择造斜点、井眼曲率、最大井斜角等参数时， 有利于钻井、采油和修井作业； 4) 在满足钻井目的的前提下，应尽可能选择比较简 单的剖面类型，力求使设计的斜井深最短，以减小 井眼轨道控制的难度和钻井工作量，有利于安全、 快速钻井、降低钻井成本。
m
- sinα
e
) =584.93
垂直井深D(m): Dd= Dc + Δ Dcd =2700 水平位移增量Δ Sh (m): Δ Shcd =R2(cos α
e
b α
m
-cos α
m
)=263.35
c f R2
水平位移Sh(m): Shd = Shc + Δ Shcd = 1457.9 段长Δ l(m): Δ lcd= R2 (α
o2
Sho Sh
第三章
o Dkop a k De DD o j i
R1 α
m
井段：a—b 最大井斜角:40.51 ° o1 方位角: 30° 垂直井深增量ΔD(m): ΔDab= R1sinαm =558.31 垂直井深D(m):Db = Da + ΔDab =958.31
b α
m
水平位移增量Δ Sh (m): Δ Shab =R1(1-cos α
第三章
第一节 井眼轨道设计的原则和方法
一、基本概念
1 .井眼轨道的基本要素
井眼轨道：表示井眼轴线形状的图形。 其它基本要素如下图所示：
第三章
井底水平位移Sh：井口与井底两点 在水平投影面上的直线距离。 井底闭合方位角Ψ h ：从正北方向 顺时针转至井口与井底的水平投影 连线的夹角。
方位角ψ ：正北顺时针转至轴 线上某点切线在水平面的投影 的夹角。
第三章
3. 井眼轨道水平投影 1) 工具弯角（θ ｂ ）:在造 斜钻具组合中,拐弯处上下两段 的轴线间的夹角。 2) 工具面:在造斜钻具组合 中,由弯曲工具的两个轴线所决 定的平面。 3) 反扭角（β ｒ ）:在使用 井下动力钻具进行定向造斜或 扭方位时,动力钻具启动前的工 具面与启动后且加压钻进时的 工具面之间的夹角。反扭角总 是使工具面逆时针转动。
m
)=206.03
c f R2
水平位移Sh(m):
Shb = Δ Shab = 206.03
段长Δ l(m): Δ lab= R1α
m
αe
αe
/57.3=607.65
h
α
m
井深Dw(m) :
o2
Sho Sh
第三章
g e tDwb = Dwa + Δ lab =1007.65 She
o Dkop a k De DD o j i R2
4) 造(增)斜段:井斜角随井 井身在垂直平面内的投影 深增加的井段。
第三章
水平位移
5) 稳斜段:井斜角保持不变的井段。
6) 降斜段:井斜角随着井深的增加而减小的井段。
7) 目标点:设计规定的、必须钻达的地层位置，通常 以地面井口为坐标原点的空间坐标系的坐标值来表示。
8) 靶区及靶区半径（ｒｔ）:包含目标点在内的一个 区域称为靶区。在大斜度井和水平井中，靶区为包含 设计井眼轨道的一个柱状体。 9) 靶心距（ｓｔ）:在靶区平面上,实钻井眼轴线与目 标点之间的距离 。
井段：O—a
R1 α
m
o1
最大井斜角:0 方位角:0
垂直井深增量Δ D(m):
Δ Da= Δ Dkop=400 垂直井深D(m):
b αm
c f
Da = Dkop =400
水平位移增量Δ Sh (m): Δ Sha =0
αe
αe
h
α
m
水平位移Sh(m): Sh =0
段长Δ l(m): Δ la= Dkop =0 g e t She 井深Dw(m) : Dw = Dkop =0
6) 在井眼方位漂移地区，应使斜井段避开方 位漂移大的地层。
第三章
(2)最大井斜角
直井在规定井斜角内；常规井和水平井交斜角小 于15°时，方位不稳定，因此，最大井斜角应大于15°。 (3)井眼曲率 井眼曲率过大会给钻井、采油和修井作业造成困 难，因此，应根据具体情况，适当选择井眼曲率。 4. 井眼轨道类型的选择 设计井眼轨道时，一般选择简单的二维轨道。二维 轨道由垂直井段、造斜井段、稳斜井段、降斜井段组合 而成，最常用的有四种类型。
第三章
4)高边：定向井的井底是个呈倾斜状态的圆平面 ，称为井底圆；井底圆上的最高点称为高边；从井底 圆心至高边之间的连线所指的方向称为高边方向；从 正北方向线顺时针转至高边方向在水平面上的投影所 转过的角度称为高边方位角。
5)工具面角（βｔ）：造斜工具下到井底以后，工 具面所在的角度。它有两种表示方法：高边工具面角 和磁工具面角。高边工具面角是以高边方向线为始边 ，顺时针转到工具面与井底圆平面的交线所转过的角 度；磁工具面角为以正北方向线为始边，顺时针转到 工具面与井底圆平面的交线在水平面上的投影线所转 过的角度。
m
j i
αe
αe
h
α
- α
e
) / 57.3=1521.47
m o2
Sho Sh
第三章
井深Dw(m) : ge t She Dwd = Dwc+ Δ lcd =3179.32
o Dkop a k De DD
o
R1 α
m
o1
b α
m
井段：d—t 最大井斜角: 8 ° 方位角: 30° 垂直井深增量ΔD(m): ΔDdt=D - De =300 垂直井深D(m):Dt= Dd+ ΔDdt =3000 水平位移增量ΔSh (m):ΔShdt= ΔDdt tgαe=42.16