第五章　井眼轨迹设计与控制（1）

第五章井眼轨迹设计与控制第一节概述第二节定向井井眼轨迹设计第三节井眼轨迹测量计算第四节井眼轨迹控制第五章井眼轨迹设计与控制第一节概述井斜是指实钻井眼对铅垂井眼的偏离。有害井斜－－直井有益井斜－－定向井第五章井眼轨迹设计与控制井斜危害勘探：地质资料失真；错过油气层；测井困难。第一节概述第五章井眼轨迹设计与控制第一节概述井斜危害开发：打乱布井影响开发方案；影响分层开采、注水开采等作业；加剧抽油杆与油管间磨损；下电潜泵困难。钻井工程：键槽卡钻、起下钻遇阻、井壁坍塌；钻柱磨损套管；钻柱疲劳破坏；下套管困难、套管不居中、影响固井（顶替）质量第一节概述第五章井眼轨迹设计与控制定向井是使井眼沿预先设计的井眼轴线（井眼轨迹）钻达预定目标的井。定向井又可分为：直井（特例）定向斜井水平井、大位移井（水平位移/垂深2的井）、丛式井、分支井、侧钻井第一节概述第五章井眼轨迹设计与控制定向井特点:设计一条通往目的层的最佳轨迹.井斜角大、水平位移大、井眼曲率大.工艺技术特殊,需专门井下工具，钻压损失大、扭矩大，需经常测斜（一般一、二根单根测一次）、定向（指用井底动力钻具钻进），频繁起下钻.钻具事故可能性大,例如:井斜角大易粘糊卡钻,井眼曲率大易键槽卡钻和易疲劳破坏.第一节概述第五章井眼轨迹设计与控制定向井的应用范围：地面条件限制油田所处地面不利于或不允许设置井场钻井或搬家安装受到极大障碍。第一节概述第五章井眼轨迹设计与控制地下地质条件要求1）磨3井（四川磨溪构造），薄油层，总深度1685m，油层内延伸160m，初产产量比直井高10倍.2）前苏联依申拜油区66—45井,属水平多底井,有八个分枝井底,产量增加10倍.第一节概述第五章井眼轨迹设计与控制海上生产集输需要第一节概述第五章井眼轨迹设计与控制钻井技术的需要1）新疆柯3井，井喷失控着火，几年后请美国人来钻定向救援井。2）我国自行设计、施工的数口成功的定向救援井：濮2—151井（中原油田）、永59井（胜利）、南2—1井（青海）。均成功地制服了井喷失控事故。3）川东钻探公司高陡构造区块移动地面井位的钻井技术。第一节概述第五章井眼轨迹设计与控制MWD老井改造侧钻井其它过江管道的铺设第一节概述第五章井眼轨迹设计与控制定向井的发展1、定向井引入石油钻井界约在19世纪后期,当时的定向井是在“落鱼”周围侧钻。2、世界上第一口真正有记录的定向井是1932年美国人在加利福尼亚亨延滩油田完成，当时浅海滩下油田的开发是在先搭的栈桥上竖井架钻井。美国一位有创新精神的钻井承包商改变了选种做法，他在陆地上竖井架，使井眼延伸到海床下，开创了钻井新纪元。3、1934年，德国的克萨斯康罗油田一口井严重井喷。一位有丰富想象力的工程师提出用定向井技术来解决。在距失控井一定距离钻一口定向井，井底与失控井相交，然后向井内泵入重浆压住失控井，这是世界上第一口定向救援井。第一节概述第五章井眼轨迹设计与控制4、二战后生产的发展，海洋石油的开发，井下动力钻具的研制，计算技术的进步促进了定向井技术的发展。5、我国的第一口定向井是1955年在玉门油田钻成，井号为C2—15井。1965年在四川油田钻成了我国第一口水平井，磨三井，水平延伸160m，是继美、苏之后第三个钻成水平井的国家。6、四川油田的草16井，1987年钻成，是一口过长江定向井。第一节概述第五章井眼轨迹设计与控制7、胜利油田的河50丛式井组，1988年完成，一个陆地平台钻成35口定向井。8、1997年南海东部西江项目打成水平位移8000米的大位移定向井，当时世界最深。9、1998年渤海公司QK17-2地区4口大位移井。第一节概述第五章井眼轨迹设计与控制定向井工艺发展简史1897~1920，顿钻+斜向器.1920~1940，转盘钻+斜向器.1940~1960，井下动力钻具.1960~，转盘钻+稳定器或井下动力钻具+稳定器.第一节概述第五章井眼轨迹设计与控制第二节定向井井眼轨迹设计第五章井眼轨迹设计与控制一、基本要素一口井的井眼轴线都是一条空间曲线，掌握和描述井眼轴线上任一点的空间位置，对于井眼轨迹控制是非常重要的。井眼曲线的表示方法：投影图法(适于二维设计)垂直投影图与水平投影图垂直剖面能真实反映井斜角、井深、段长。第二节定向井井眼轨迹设计第五章井眼轨迹设计与控制水平面上：坐标（N,E），能真实反映方位角、水平位移第二节定向井井眼轨迹设计第五章井眼轨迹设计与控制1．井深：井眼轴线上任一点到井口的井眼长度称为该点的井深，也称为该点的测量井深或斜深；2．井斜角：井眼轴线上任一点的井眼方向线（切线，指向前方）与通过该点的重力线间之间的夹角，称为该点处的井斜角；3．方位角：井眼轴线上任一点的正北方向线与该点的井眼方向线在水平面投影线间的夹角，称为该点处方位角；第二节定向井井眼轨迹设计第五章井眼轨迹设计与控制4．井斜变化率：单位长度井段内井斜角的改变值称为井斜变化率。通常以两测点间的井斜角的变化值与两测点间井段长度的比值表示。ABABLLK第二节定向井井眼轨迹设计第五章井眼轨迹设计与控制5．方位变化率：单位长度井段内方位角的改变值称为方位变化率。通常以两测点间的方位角的变化值与两测点间井段长度的比值表示。ABABLLK第二节定向井井眼轨迹设计第五章井眼轨迹设计与控制6．垂深：井眼轴线上任一点到井口所在水平面的距离称为该点的垂深；7．水平位移：井眼轴线上任一点到井口所在的铅垂线的距离，称为该点的水平位移；第二节定向井井眼轨迹设计第五章井眼轨迹设计与控制二、井眼曲率井眼曲率K（全角变化率、狗腿严重度）：单位井段长度内井眼切线的倾角的改变。dldrKK表示曲线偏离直线的程度。r1r2L第二节定向井井眼轨迹设计第五章井眼轨迹设计与控制AB1.只有井斜角变化的井段RlK1OαBαAΔαΔlR只有井斜沿轴线的变化，R为曲率半径。也叫井斜变化率。AB第二节定向井井眼轨迹设计第五章井眼轨迹设计与控制2.只有方位角变化的井段NOΔlΔSABABLLKK只有方位沿轴线的变化，也叫方位变化率。第二节定向井井眼轨迹设计第五章井眼轨迹设计与控制AB3.同时有井斜角变化和方位角变化的井段最小曲率法利用全角关系推导全角就是A点切线矢量和B点切线矢量间的夹角BABABAcosAAAAAAAAcossinsincossinBBBBBBBBcossinsincossin第二节定向井井眼轨迹设计第五章井眼轨迹设计与控制BABABAcosBABBAABBAAcoscossinsinsinsincossincossincos)]cos(sinsincos[coscos1ABBABAABABBABAABLLLLK)]cos(sinsincos[coscos1第二节定向井井眼轨迹设计第五章井眼轨迹设计与控制BAv*)]cos(sinsincos[coscos1ABBABA21221]sin2sin2[sinsin2v2BAv第二节定向井井眼轨迹设计第五章井眼轨迹设计与控制β很小时，不易计算：2ABABABBABAABLLLLK)]cos(sinsincos[coscos1空间曲线法根据微分几何原理，一条空间曲线的曲率K有公式：222222222)()()(dlEddlNddlHdKdHdEdNL第二节定向井井眼轨迹设计第五章井眼轨迹设计与控制sinsinsinsincossinsincoscoscosdldEdldsdsdEdldEdldNdldsdsdNdldNdldHdldH222sinKKK222222222)()()(dlEddlNddlHdK第二节定向井井眼轨迹设计第五章井眼轨迹设计与控制KdldKdld,222sinKKK)2(21vv以代替，(1、2)分别为上下测点井斜角对一个测段来说lKlK,lllKvv222222sinsin422sinAHKKK第二节定向井井眼轨迹设计第五章井眼轨迹设计与控制ABABBABAABLLLLK)]cos(sinsincos[coscos1222sinKKK空间曲率法：第二节定向井井眼轨迹设计第五章井眼轨迹设计与控制最小曲率法：例测量数据如下表，计算两测点之间的井眼曲率K，单位为度/30米：计算第二节定向井井眼轨迹设计第五章井眼轨迹设计与控制mLLLLKABABBABAAB30309.0)]cos(sinsincos[coscos301／mlKv30310.0sin30222／空间曲率法：最小曲率法：