第一章定向井的基本概念

第一章定向井的基本概念第一节井身的要素一、井身的基本要素1、测深（Measureddepth）：井身轴线任意一点到井的井身长度。通常用字母L表示，单位米或英尺。2、井斜角（HoleInclinationorHoleAngle）：某测点处的井眼方向线与通过该点的重力线之间的夹角称为该点的井斜角。通常用希腊字母α表示。3、井斜方位角（HoleDirection）：是以正北方位线为始边，顺时针旋转至井斜方位线所转过的角度。通常以Ø表示，单位度。它还可以用象限值表示，是指它与正方位线或与正南方位线之间的夹角，象限值在0-90°之间变化，并要注明象限。二、井斜变化率和方位变化率1、斜变化率：单位井段内井斜角的绝对变化值。通用的单位是：度/10米，度/30米和度/100米。计算公式：Kα=（△α/△L）*1002、井斜方位变化率：单位井段内井井斜方位角的绝对变化值。通用的单位是：度/10米，度/30米和度/100米。计算公式：KØ=（△Ø/△L）*100三、其它井身参数1、垂深：（VerticalDepthOrTrueVerticalDepth）即测点的垂直深度。通常用H表示，如A、B点的垂深分别表示为HA、HB。2、水平长度：是指自井口至测点的井眼长度在水平面上的投影长度。用S表示，如A点的水平长度表示为SA。3、水平位移：（DisplacementorClosureDistance）即井眼轴线某一点在水平面上的投影至井口的距离也称闭合距。用A表示，如A点的水平位移表示为AA。4、闭合方位角或总方位：（ClosureAzimuth）是指以正北方位线为始边顺时针转至闭合距方位线上所转过的角度。用θ表示，如A点的闭合方位角表示为θA。5、N（北）坐标和E（东）坐标：是指测点在以井口为原点的水平面坐标系里的坐标值。6、视平移：（VerticalSection）是井身上某点在某一垂直投影面上的水平位移，它不是真实的水平位移，所以称之为视平移。AA为闭合位移，VA为视平移。VAAA视平移与水平位移越接近，说明井眼方位控制的越好。水平位移都是正值，而视平移可能是正值，也可能是负值。负值的视平移说明闭合方位线与设计方位线的差值已大于90度，这种情况常出现于造斜前的直井段。四、定向井的一些述语或专用名词1、最大井斜角：（MaximumHoleAngle）略2、磁偏角：（Declination）在某一地区内，磁北方向线与地理北极方位线之间的夹角，称为该地区的磁偏角。以地理北极方位线为起点，顺时为正值，逆时为负，正值为东磁偏角，负值为西磁偏角。3、磁偏角的校正4、造斜点（Kickoffpoint）5、造斜率：造斜工具的造斜能力。它等于造斜工具所钻出的井段的井眼曲率，不等于井斜变化率。6、增（降）斜率：井斜变化率正值为增斜，负值为降斜。7、全角变化率：（DoglegSeverity）全角变化率、狗腿严重度、井眼曲率都是相同的意义，指的是单位井段内三维空间的角度变化。其常用单位为度/30m。计算公式：K=30√（Δα/ΔL）2+（ΔØ/ΔL）2sin2{（α1+α2）/2}2式中：Δα=α2-α1ΔØ-该井段内方位角的绝对变化值，单位“度”。11、目标点（Target）12、靶区半径13、靶心距14、工具面（ToolFace）：在造斜钻具组合中，由弯曲工具的两个轴线所决定的那个平面，称为工具面。15、反扭角：启动前的工具面与启动后的工具面之间的夹角。16、高边：（HighSide）有斜度的井眼的横断面是呈倾斜状态的圆平面，若干这样的平面上最高点的连线称为高边。因此高边方位就是井眼方位。17、工具面角：（ToolFaceAngle）表示造斜工具下到井底后，工具面所在位置的参数。其表示方法有两种：高边；二是磁北为基准（MagneticAngle）。高边基准工具面角简称高边工具面角，它是指高边方向线与工具面方向线在所处井眼断面上投影所形成的夹角。18、定向角：是定向工具面角的简称，在定向或扭方位钻进时工具面所处的位置，用工具面角表示。工具面的位置有工作位置与非工作位置之分，工作位置是指启动马达正常钻进的工具面角，非工作位置是指不启动井下马达时的工具面角。19、安置角：（ToolFaceSetting）是安置工具面角的简称，在定向作业或扭方位时，根据井身控制的有关计算，将工具面安放的位置。20、水平井的一些述语（1）长半径水平井造斜率小于6度/30m的水平井。（2）中半径水平井造斜率介于6度/30m-20度/30m之间的水平井。（3）中短半径水平井造斜率在20度/30m-30度/30m之间的水平井。（4）短半径水平井造斜率介于1度/m-10度/m之间的水平井，有的把3度/m-10度/m的称为短半径水平井。（5）入靶点（6）终止点（7）靶前位移（8）水平段长第二节高斯投影坐标系和地磁要素一、基本概念1、高斯投影坐标系高斯投影坐标系统（国外也称网格坐标系统）是平面坐标系统。其符合以下三个条件：（1）正行条件；（2）中央子午线投影后为直线；（3）中央子午线投影后长度不变。将中央子午线东西各一定经差范围内的地区（一般6度或3度）投影到椭圆柱面上，将此柱面沿某一母线展开即成高斯投影平面，中央子午线与赤道的交点O为坐标原点，中央子午线的投影为纵坐标，即X轴，以赤道的投影为横坐标，即Y轴，这就形成了高斯平面直角坐标系。2、大地坐标和高斯投影坐标大地椭圆体面上的某点经纬度称为该点的大地坐标，以（L、B）表示；该点在高斯投影平面上的直角坐标称为高斯投影坐标，以（x、y）表示。3、高斯投影的分带高斯投影是一种正行投影，它虽然没有角度变形，但存在长度变形（除中央子午线外）。限制长度变形的最有效方法是“分带”，用分带的办法把投影区域限定在中央子午线两旁的一定范围之内。具体做法如下：先将旋转椭圆面沿子午线划分为若干个经差相等（例如六或三度）的瓜瓣形，各瓜瓣形分别按高斯投影规律进行投影，于是得出不同的投影带。位于各带的中央午子午线即为该带的中央子午线。我国规定中规定，所有国家大地点均按高斯投影正形投影计算其在六度带的平面直角坐标……。分带的具体规定：（1）投影带的编号高斯投影六度带，自O度子午线起每隔六度自西向东分带，依次编号为1、2、3、……。（2）坐标写法的规定为了避免横坐标出现负号，规定将y值上500.000米；又为了区别各带坐标的不同，规定在y值（已加500.000米）的前面冠以带号，以符号y规定表示。例如在第六度带第20带中，y=-200.25米，按规定却写成y规定=20499799.75米。至于纵坐标x值，无论哪一带都是由赤道起算的实际值。4、收敛角真北方向线与网格北方向线的交角称为平面子午线收敛角（Gridconvergence），简称收敛角，以γ表示。收敛角与磁偏角类似也有正负之分，当网格北方向线在真北方向线以东时为正，以西为负。5、网格方位与真北方位和磁方位之间的关系真北方位=磁方位+磁偏角网格方位=真北方位-收敛角网格方位=磁方位+磁偏角-收敛角某点磁方位为80度，磁偏角为6度，收敛角为1度，则其网格方位=80+6-1=85度。二、为什么要采用网格参考并补偿收敛角现在我国的定向井数据处理多采用真北作为方位角，然而地质设计中给出的井口（X0，Y0）和目标点（Xt，Yt）坐标是高斯投影坐标根据着两个点的坐标差值ΔX=Xt-X0和ΔY=Yt-Y0直接算出的方位角是高斯平面方位角（网格方位角），并参考北是网格北。真北和网格北的交角真北网格北测点方位线磁北称为平面子午线收敛角，简称收敛角，所以真方位和网格方位相差了γ角。过去我们总是近似以γ=0作数据处理，在γ很小时是可以接受的，然而当γ和位移都很大时，就会产生较大的误差。例如某地γ约为0.63度，当位移2000米时，误差将为2×2000×sin（0.63/2）=22米，这是不可忽略的。因此需要对收敛角进行校正。第二章定向井井身剖面设计定向井井身的所有井段形状不外乎有四种，即铅垂井段、增斜井段、稳斜井段和降斜井段，由这四种井段可以组成多种井身剖面。本章介绍的只是常规两维定向井井身剖面设计、水平井剖面和绕障井设计。第一节常规两维定向井井身剖面设计两维定向井是指设计的井眼轴线只是在某一个给定的铅垂面内变化，即设计的井眼轴线只有井斜的变化，没有方位的变化。一、井身剖面的设计原则1、能实现钻定向井的目的；2、尽可能利用地层的自然造斜规律；3、有利于采油工艺的要求；4、有利于安全、优质、快速钻井。这方面要考虑以下几个问题：（1）择合理的井眼曲率；（2）选择易钻的井眼曲率；（3）选择适当的造斜点；（4）设计井身剖面形状应与井身结构同时考虑。二、井身剖面设计的条件、内容步骤1、设计条件：一般情况下给定的设计条件有地面坐标、地下目标点坐标、目的层垂直深度和井底位置。根据这些基本数据，通过坐标换算，可计算出设计方位角设计水平位移。2、井身剖面设计的内容和步骤（1）选择剖面类型；（2）确定增斜率和降斜率，选择造斜点；（3）求得剖面上的未知数，一般情况下这个未知数是全井最大井斜；（4）进行井身计算，包括各井段的井斜角、垂深、水平位移、井斜方位角及井深；（5）作垂直剖面图和水平投影图，必要时绘出安全圆柱。3、常规两维定向井井身剖面设计常规两维定向井的剖面形状主要有两种，一种是“直-增-稳”剖面，在我国现场上称为三段制剖面，可分为低造斜点和高造斜点两类，稳斜段的长度可长可短，甚至没有稳斜段，这根据设计要求而定。另一种是“直-增-稳-降-稳”剖面，现场上称为“S”形井眼或“五段制剖面”，可根据开发的具体要求而定。所有的剖面类型都是由两种类型演化而来，它们是“三段制”和“S”剖面的一种特殊情况。这样，我们就可以用“S”剖面作为所有常规两维定向井剖面的代表。如果能够设计出来“S”剖面，其他都可以应刃而解。“S”剖面的设计方法目前主要三种：作图法、查图法和解析法。第二节水平井井身剖面设计所谓水平井，是指最大井斜角一般不小于86度和在生产层内横向钻进的特殊形式的油气井。一、水平方法一览表特性造斜曲率高低中造斜半径/英尺303000-1200286典型造斜率[度/100英尺≈2002-520钻到水平井ft454700-1900450水平长度（潜在能）/英尺700±4000±3000±钻井装置及工具非常特殊的转动装置常规的转动和马达装置近似常规的转动和马达装置钻井作业非常特殊常规近似常规每英尺水平耗资（与垂直英尺相比）非常高，由于专用工具非常高，由于造斜部分太长有点高，由于MWD和马达操作勘测抽油杆输送MWD和泵送MWD和泵送方向控制造斜器一开始定目标用马达控制用马达控制裸眼测井没有钻杆输送最终钻杆输送用现有井可以也许不可行可以水平井固井不行可以可以准确找到菠地层可以可行但不容易可以二、剖面设计应考虑的因素1、与普通定向井不同，水平井要横穿目的层，设计中需要考虑更多的因素，主要有以下几个方面。（1）有底水或气顶的油藏，水平井段要尽可能远离油水或油气界面，防止水锥或气锥，沿油层上部或下部水平延伸。在底水和气顶同时存在的油藏中，也应以尽可能减少水锥和气锥速度为原则，选定水平井段的适当轨迹。（2）有垂直裂缝的油、气藏，水平井段的方位应与垂直裂缝带走向相交，尽可能钻穿更多的垂直裂缝带。（3）多层系油、气藏，根据油藏的特点和开发要求也可以钻穿几组油气藏，成为水平多目标井。（4）老井侧钻情况，设计时应注意产层内大斜度和水平段要避开老井的水淹区，以便降低采收含水率。（5）热采稠油情况，在稠油区打水平井除具有井眼大等特点外，在生产井附近还要打一口加热井（注气井）。这两口井之间的间距精度要求很高，它们之间的距离有时只有3米，设计时一定要注意水平段的井身轨迹。（6）井眼轨迹精度选择原则，油气藏的具体条件的不同，水平井眼轨迹的精度要求也有很大的区别，其选择原则就是依油气层的厚度不同而不同。（7）产层的几何形状，由于水平井眼轨迹精度要求高，特别是要求沿产层顶部狭小的厚度水平延伸钻进时，设计之前如产层空间不详，有时就会钻偏。这说明在一些的特殊的情况下，水平井设计之前需要进行详细的地质