第3章 井眼轨迹预测方法

第3章 井眼轨迹预测方法

第一节 井眼轨迹预测的外推法

外推法是根据目前的井眼轨迹发展变化规律和趋势预测未知井

眼轨迹的方法。

外推法主要适用于井内钻具组合没有更换、钻进方式和条件没

有改变时井眼轨迹预测。

主要方法有：

• 自然参数曲线外推法

• 圆柱螺线外推法

• 斜面圆弧外推法

• 恒装置角曲线外推法

一、 自然参数曲线外推法

自然参数曲线外推法认为已钻井眼的轨迹变化规律是井斜变化

率和方位变化率均保持常数，并且这种趋势还将保持下去。

自然参数曲线外推法主要适用于存在方位漂移井段的井眼轨迹

预测。

自然参数曲线外推法的关键是：

• 如何获取井斜变化率和方位变化率？

• 井斜变化率和方位变化率确定后如何预测轨道？

1、计算井斜变化率和方位变化率

分别计算出最近1~3个测段内井斜变化率和方位变化率，然后

取其算术平均值作为预测用的井斜及方位变化率。

2、根据井斜及方位变化率预测井眼轨迹

b点为当前井底；j点为预测点；Lj为预测点到当前井底的距离。

二、圆柱螺线外推法

圆柱螺线外推法认为已钻井眼的轨迹是一条等变螺旋角的圆柱

螺线，即在垂直剖面图和水平投影图上均为圆弧，并且这种趋

势还将保持下去。

圆柱螺线外推法主要适用于转盘钻进井段的井眼轨迹预测。

圆柱螺线外推法的关键是：

• 如何获取圆柱螺线在垂直剖面图和水平投影图上的曲率？

以及曲率确定后如何预测轨道？

1、计算垂直剖面图上井眼轨迹曲率KH和水平投影图上井眼轨迹曲率KA

分别计算出最近1~3个测段内KH和KA ，然后取其算术平均值作

为预测用的KH和KA 。

2、根据KH和KA预测井眼轨迹

b点为当前井底；j点为预测点；Lj为预测点到当前井底的距离。

三、斜面圆弧外推法

斜面圆弧外推法认为已钻井眼的轨迹是一斜平面上的圆弧线，

并且将来的轨道仍然在该斜平面圆弧上。

斜面圆弧外推法主要适用于保持造斜工具面不变时动力钻具定

向钻进井段的井眼轨迹预测。

斜面圆弧外推法的关键是：

• 如何获取斜面圆弧的曲率及其法线矢量？

• 在曲率和法线矢量确定后如何预测轨道？

自然参数曲线、圆柱螺线和斜面圆弧都是三自由度曲线，当给

定曲线的两个特征参数和曲线段长后，就可以计算出预测点各

参数。

自然参数曲线和圆柱螺线的两个特征参数分别为K、K和KH、

KA，且特征参数在曲线的任意点上均保持不变，所以可以用平

均法求其特征参数。

斜面圆弧的两个特征参数是圆弧的曲率K和斜平面对应的装置

角，与前面两种曲线不同的是圆弧的特征参数在斜面圆弧的不

同位置处是不一样的，这就使得无法用平均法求其特征参数。

虽然斜面圆弧的特征参数在斜面圆弧的不同位置处是不一样

的，但斜面圆弧的斜平面法线矢量却是不变的，因此，我们以

斜面圆弧的单位法

线矢量和曲率作为其两个特征参数，通过计算最近1~3个测段内

曲率K和单位法线矢量，然后取其平均值作为预测用的K和。

1、计算斜面圆弧的曲率K和单位法线矢量

2、根据K和单位法线矢量预测井眼轨迹

要预测井眼轨迹，需先知道预测点处的井眼方向单位矢量b点为当前井底；j点为预测点；Lj为预测点到当前井底的距离。

当预测点 j 处井眼方向单位矢量确定后，就可以计算出预测

点出的井斜角j和方位角j 。

当预测点 j 处井斜角j和方位角j 确定后可以按下式计算其它

参数。

四、恒装置角曲线外推法

恒装置角曲线外推法认为已钻井眼的轨迹是一条井眼曲率不

变、装置角恒定的曲线（即恒装置角曲线），并且将来的轨道

仍然在该曲线上。

恒装置角曲线外推法主要适用于保持装置角恒定时动力钻具定

向钻进井段的井眼轨迹预测。

恒装置角曲线外推法的关键是：

• 如何获取恒装置角曲线的曲率及其装置角的大小？

• 在曲率和装置角确定后如何预测轨道？

1、计算恒装置角曲线的曲率K和装置角

恒装置角曲线的两个特征参数是曲线的曲率K及其装置角，且

在曲线的任意点上，这两个参数都保持恒定，因此可以通过计

算最近1~3个测段内曲率K和装置角 ，然后取其平均值作为预

测用的K和 。

2、根据K和预测井眼轨迹

b点为当前井底；j点为预测点；Lj为预测点到当前井底的距离。5. 四种曲线特性的比较

自然参数曲线、圆柱螺线和恒装置角曲线的井斜变化率都是恒

定的，方位变化率分别为恒定、随井斜角增大而增大、随井斜

角增大而减小。

自然参数曲线：

圆柱螺线：

恒装置角曲线：

四种曲线中，只有斜面圆弧和恒装置角曲线的曲率是恒定的，

自然参数曲线和圆柱螺线的曲率都是随井斜角增大而增大。

自然参数曲线：

圆柱螺线：

恒装置角曲线：

斜面圆弧：

第二节 工具造斜率的预测方法

工具造斜率是指某种工具钻出的井眼曲率大小

工具造斜率的预测在上个世纪八、九十年代曾是井眼轨迹预测

和控制的焦点之一，因为一旦工具造斜率分析准了，井眼轨迹

的预测和控制就变得易如反掌。但后来……

目前，有代表性的预测方法有：

• 测斜数据反算法

• 三点定圆法（Three Point Geometry）

• 平衡曲率法（Balance Curvature）

一、测斜数据反算法