直井定向井井斜控制

最大特点：柱面展平后，井眼长度和井斜角都保持不变。
优点：
凭着这两张图，即可了解井眼的空间形状,可以反映出井
身参数的真实值，作图容易，利用测斜资料算出每个测点 的坐标位置，即可作图。
H
§3-3 直井钻井技术


三、井斜的危害 1、使井眼偏离设计井位 ，将打 乱油气田开发的布井方案。 2、使井深发生误差，使所得的地 质资料不真实。 3、给钻井工作增加困难，甚至造 成井下复杂事故。 4、使钻柱磨损和折断或造成井壁 坍塌及键槽卡钻等事故。 5、下套管困难，套管居中，影响 固井质量。 6、影响采油及注水工作，常引起 油管和抽油杆的磨损和折断，甚至 造成严重的井下事故。 所以，井斜过大对油气田的勘探 和开发都有很大危害。如何控制井 斜是钻井工作的一个重要课题。


（2）层状地层对井斜的影响
钻头在倾斜的层状地层中钻进时，当钻至每个层面交界处时，此处岩层不能长时 间支持所加的钻压而趋向沿垂直层面发生破碎。在井眼上倾一侧的小斜台很容易 钻掉。相反，在井眼下倾一侧却残留一个小斜台；它就向小变向器作用一样，对 钻头施加一个横向力，把钻头推向上倾的一侧，从而引起井斜。
参数的真实值。
井眼轴线的图示法
二、柱面图表示法：
包括两张图：
一张是水平投影图，相当于俯视图，与投影图表示法相同； 一张是垂直剖面图(横坐标 P，纵坐标D或 H)，与垂直投影
图不同，它不是在某个铅垂平面上的投影。
垂直剖面图的形成：实钻井眼是一条空间曲线，设想经过
这条曲线上的每一个点作一条铅垂线，所有这些铅垂线就构成 了一个曲面。


2、钻具原因
钻具导致井斜的主要因素是钻 具的倾斜和弯曲。一是引起钻头 倾斜，在井底形成不对称切削； 二是使钻头受到侧向力的作用， 迫使钻头进行侧向切削。 （1）导致钻具的倾斜和弯曲的 原因： ①由于钻具直径小于井眼直径 钻具和井眼之间有一定的间隙。 ②钻压使下部钻具受压弯曲。 弯曲钻柱将使靠近钻头的钻具弯 曲更大。 ③下入井内的钻具本来就是倾 斜和弯曲的。
钻进通过层状地层时井眼偏斜的原因
钻头在不同方向上的破碎速度
（3）地层各向异性 从生产实践和实验室的研究得知，由于岩层的成层状况、层理、 节理、纹理以及岩石的成分、结构、胶结物、颗粒大小等因素造成岩 层在不同方向上的强度不同，一般来说垂直地层层面的强度较小，钻 进时钻头将沿着这个破碎阻力最小的方向倾斜。
上节回顾：井眼轨迹的基本概念
1、井眼轨迹的基本参数
井深、井斜角、井斜方位角、磁方位角
2、井眼轴线的图示法
柱面图表示法、投影图表示法
井眼轨迹的基本参数
（1）井深：
指井口(通常以转盘面为基准 )至测
点的井眼长度，也有人称之为斜深， 国外称为测量井深。井深是以钻柱或 电缆的长度来量测。井深既是测点的 基本参数之一，又是表明测点位置的 标志。
钻进通过层状地层时井眼偏斜的原因
钻头在不同方向上的破碎速度
（4）岩性软硬交错变化对井斜的影 响 当钻头从软地层进入硬地层时， 如图（a）所示。钻头在A测接触到 硬岩石，而在B侧还是软岩石，这样 在钻压作用下，由于A侧岩石的硬度 大，可钻性小，钻头刀刃吃入地层 少，钻速慢；而在Ｂ侧岩石的硬度 小，可钻性大，钻头刀刃吃入地层 多，钻速快。这样钻出井眼自然会 偏斜。另外，由于钻头两侧受力不 均，在Ａ侧的井底的反力的合力比 Ｂ侧大，将产生一个弯距M，扭转钻 头，使其沿着地层上倾方向发生倾 斜。
直井段 上测点 增斜段 最大井斜角
井深常以字母Ｌ表示，单位为米
(m)。井深的增量称为井段，以ΔＬ表 示。二测点之间的井段长度称为段长。 一个测段的两个测点中，井深小的称 为上测点，井深大的称为下测点。井 深的增量是下测点井深减去上测点井 深。
α
max
降斜段
下测点 水平位移
井眼轨迹的基本参数
（2）井斜角：
当增大至第二次弯曲邻界钻压 P2时，下部钻铤产生二次弯曲。 这时靠下部得弯曲部分不与井壁 接触靠上面的弯曲部分与井 壁 接触与新的切点了，且切点提高 如图 d。钻头倾角减小。 3、安装设备安装质量对井斜的影 响 天车、游车和转盘三点不在一 条铅垂线上；转盘安装不平而引 起钻具一开始就倾斜等。


3. 西磁偏角5.50，测得方位 角292.50，求真方位角=？ 如果用象限角表示，象限角 =？

答：真方位角= 田的磁偏角大约是东偏 4.10。某测点测得井斜 方位角为3580，求真方 位角=？

答：真方位角=2870； 测得象限角=N67.50W；校正 后象限角=N730W；
指测点处的井眼方向线与重力线之间 的夹角就是该测点处的井斜角。
显然，井眼方向线与重力线都是有
向线段。井斜角表示了井眼轨迹在该
测点处倾斜的大小。
井斜角常以希腊字母 α 表示，单位
为度(°)。一个测段内井斜角的增量总 是下测点井斜角减去上测点井斜角，
以Δα表示。
井眼轨迹的基本参数
（3）井斜方位角：
4. 东磁偏角50，测得方位角 1200，求真方位角=？如果 用象限角表示，象限角=？

答：真方位角=2.10
答：真方位角=1250； 测得象限角=S600E；校正后 象限角= S550E ；
井眼轴线的图示法
一、投影图表示法
相当于机械制图中的视图表示法，在国外 使用广泛。
这种图示法包括两张图：一张是水平
方位角减去上测点的井斜方位角，以Δφ表示。井斜方位角的值可 以在0～360° 范围内变化。
井眼轨迹的基本参数
（4）磁偏角
磁偏角分为东磁偏角和西磁偏角。东磁偏角指磁北方位线在正北 方位线的东面，西磁偏角指磁北方位线在正北方位线的西面。用磁性 测斜仪测得的井斜方位角称为磁方位角，并不是真方位角，需要经过 换算求得真方位角。这种换算称为磁偏角校正。
井眼轨迹的基本参数
（5）象限角

象限方位角校正，更为麻烦。


区别东西磁偏角； 区别在哪个象限里；
井眼轨迹的基本参数
磁偏角校正(课堂练习)

1. 我国胜利油田的磁偏 角大约是西偏 5.50 。某 测点测得井斜方位角为 2.50，求真方位角=？
2. 我国新疆克拉玛依油 田的磁偏角大约是东偏 4.10 。某测点测得井斜 方位角为 3580 ，求真方 位角=？

五、斜井内钻柱的受力分析 1、钻压 w
由于井斜， 钻压不是沿井眼轴线 方向施加给钻头，而是偏离一个角度 β。此时钻压可分解为与井眼轴线相 平行得力P0和与井眼轴线相垂直的力 FI

P0=Pcosβ
它对井斜没有什麽影响，而是使井眼 沿着原井眼轴线的方向继续向下钻进 。

Fi=Psinβ




3、地层造斜力
取决于地层倾角和各向异性等因素。在多数 情况下增斜，也可能降斜 综合考虑上述诸力的作用，在钻头上作用一 对相互矛盾着的力，即：造斜力
Ff



F1=Psinβ+Ff
或 F1=Psinβ—Ff
自然增斜时Ff取正号，自然降斜时取负号 。 降斜力

F≈1/2Wsinα
斜井内钻柱切点以下钻柱受力情况
四、井斜的原因 主要有地质条件，钻具结构，钻进 技术措施，操作技术，以及设备安 装质量等。 1、地质条件 地质条件是产生井斜的重要原 因。地层倾角；层状结构；各向异 性；岩性软、硬交替及断层等。起 主要作用的是地层倾角， （1）地层倾角对井斜的影响 当地层倾角小于45°时，井眼 一般沿上倾方向偏斜 ；当地层倾 角大于60°时，井眼将顺着地层面 下滑发生偏斜 ；而在45°至60° 之间是不稳定区。即有时向上倾斜 有时向下倾斜。
目前常采用控制井斜的方法有：满 眼钻具、钟摆钻具、偏心偏重钻铤及 塔式钻具。 一、钟摆钻具的工作原理及使用特点 1、工作原理 就是利用斜井内切点以下钻铤重量产 生的钟摆减斜力，把钻头推向井壁下 方，以达到逐渐减小井斜的目的。 2、钟摆减斜力的计算。
Fd≈1/2Lqmsinα 式中Fd—钟摆减斜力 KN L—切点以下钻铤长度，m qm—泥浆中每米钻铤的重量
KN/m
α—井斜角 度
钟摆钻具示意图
从上式可看出，对一定斜度的井眼 来说，井斜角α是一定的，因此增 大钟摆减斜力。 一是使用大尺寸钻铤或加重钻铤 ，增大qm在同一钻压下，不易被压 弯，且切点位置高，切点以下钻铤 长度L增大减斜力增大。 二是使切点略高一些。在钻铤上 安装一个稳定器，以提高切点以下 钻铤的长度使减斜作用增大。（如 图）。除此之外，稳定器对下部钻 铤还起到扶正作用，因而可减小钻 头倾斜角，限制增斜力的作用。当 然，最理想的办法是大尺寸钻铤加 稳定器，这样组成的钟摆长度大， 重量也大，其减斜效果最好。
投影图，相当于俯视图。
一张是垂直投影图，相当于侧视图，
其投影面选在原设计方位线所在的铅垂平 面上(横坐标V，纵坐标D或H)。
投影图主要用于指导施工。
优点：从图上可直接看出，需要增斜还
是需要降斜，需要增方位还是需要减方位。 也可根据这张图，可以想象出井眼轴线的 空间形状。
H
缺点：这种垂直投影图不能反映出井身
井眼轨迹的基本参数
（3）井斜方位角：
井眼轨迹的基本参数
（3）井斜方位角：
井斜方位角：以正北方位线为始边，顺时针方向旋转到井眼方位 线（井斜方位线）上所转过的角度，即井斜方位角。
注意，正北方位线是指地理子午线沿正北方向延伸的线段。所以
正北方位线和井眼方位线也都是有向线段，都可以用矢量表示。
井斜方位角以字母φ表示。井斜方位角的增量是下测点的井斜
式中P——钻压； β——钻头倾斜角。 Fi将使钻头偏离井眼轴线，即增 斜力 。
斜井内钻柱切点以下钻柱受力情况