概 述 井眼轨道：一口井开钻之前，预先设计的井眼轴线形状。 直井轨道： 过井口的铅垂线 定向井轨道： 二维定向井：过井口和目标点的铅锤面上的曲线。 三维定向井：具有不同曲率的空间曲线。 轨道设计：定向井、水平井、侧钻井、大位移井等。 井眼轨迹：一口井实际钻成后的井眼轴线形状。 轨迹控制： 直井防斜打直； 特殊工艺井控制井斜和方位，使轨道和轨迹相一致。,直井用途：油田开发和勘探。有井斜限制要求。 定向井用途： 1、地面环境条件的限制 高山、湖泊、沼泽、河流、沟壑、海洋、农田或重要的建筑物等。 2、地下地质条件的要求 断层遮挡油藏、薄油层、倾角较大的地层钻进等。 3、处理井下事故的特殊手段 井下落物侧钻、打救援井等。 4、提高油藏采收率的手段 钻穿多套油气层、老井侧钻等。,第一节 井眼轨迹的基本概念 目的：掌握有关参数的概念及这些参数之间的关系。 一、轨迹的基本参数： 测量方法：非连续测量、间断测量。“测段”、“测点”。 井深、井斜角和井斜方位角轨迹的三个基本参数 （1）井深（或称为斜深、侧深） 井口（通常以转盘面为基准）至测点的井眼长度。 以字母 表示 ，单位为米（m）。 井深增量（井段）：下测点井深与上测点井深之 差。以 表示。,（2） 井斜角 （ ）： 指井眼方向线与重力线之间的夹角。单位为 （ ）,井眼方向线： 过井眼轴线上某测点作井眼 轴线的切线，该切线向井眼前进 方向延伸的部分称为井眼方向线。 井斜角增量（ ）： 下测点井斜角与上测点井斜 角之差。,（）井斜方位角（井眼方位角、方位角）： 在水平投影图上，以正北方 位线为始边，顺时针方向旋转 到井眼方向线上所转过的角度。 井眼方位线（井斜方位线）： 某测点处的井眼方向 线在水平面上的投影。 井斜方位角增量 ：上下测点的井斜方位角之差。 井斜方位角的变化范围：,（）井斜方位角 井斜方位角的另一种表示方式： 象限角：指井斜方位线与正北方 位线或与正南方位线之间的夹角。 象限角的变化范围： 之间。 磁偏角： 磁北方位与正北方位之间的夹角。 磁偏角校正： 真方位角= 磁方位角 + 东磁偏角 真方位角= 磁方位角 - 西磁偏角,二、轨迹的计算参数 由基本参数计算得到的参数。 （1）垂直深度 D （垂深）：轨迹上某点至井口所在水平面的距离。垂深增量称为垂增 （ ）。 （2）水平投影长度 Lp （水平长度、平长）： 井眼轨迹上某点至井口的长度在水平面上的投影，即井深在水平面上的投影长度。 水平长度的增量称为平增 （ ）,（3）水平位移 S （平移）：轨迹上某点至井口所在的铅垂线的距离，（或：在水平投影面上，轨迹上某点至井口的距离）。 平移方位线：在水平投影面上，井口至轨迹上某点的连线。国外将水平位移称作闭合距 我国将完钻时的水平位移称为闭合距 （4）平移方位角 ： 平移方位线所在的方位角。 国外：将平移方位角称作闭合方位角。 国内：指完钻时的平移方位角为闭合方位角。,（5）N坐标和E坐标：南北坐标轴，以正北方向为正 东西坐标轴，以东北方向为正 （6）视平移 V： 水平移在设计 方位线上的投影长度。,（7）井眼曲率K （”狗腿严重度”、“全角变化率”） 指井眼轨迹曲线的曲率。平均曲率 “狗腿角”或“全角变化” 上下二测点的两条方向线之间的夹角（空间夹角）。 狗腿角的计算： Lubinski公式：,三、井眼轨迹的图示法 对一条空间曲线可以有不同的表示方法。 三维坐标法： 投影图示法：垂直投影图 + 水平投影图 不能反映出真实的井深和井斜角。,该测段的狗腿角，（ ）； 该测段的平均井眼曲率，（ ）/30m ; 该测段的平均井斜角， （ ）,钻井行业标准计算公式：,柱面图示法： 垂直剖面图 （柱面展开图） + 水平投影图 柱面：设想经过井眼轨迹上每一个点作一条铅垂线，所有 这些铅垂线构成的曲面称为柱面。将柱面展平，就形成了垂直剖面图。 可以反映出真实的井深参数，如： 井深、井斜角、垂深 作图简便,1、水平投影图 投影面：水平面 坐标系：以井口为原点，N坐标轴、E坐标轴 表达的参数：N坐标值、E坐标值、水平位移 S 水平长度Lp 、闭合距、井斜方位角 平移方位角 、闭合方位角。 2、垂直投影图 投影面：过设计方位线的铅垂面，即井口和目标点所在的 铅锤面。 坐标系：原点（井口）、横坐标（视平移）、纵坐标 （垂深） 表达的参数：垂深 D ，视平移 V ，井斜的增减趋势,3、垂直剖面图 垂直剖面：过井眼轴线上各点垂线组成柱面展开图。 坐标系：原点（井口）、横坐标（水平长度）、 纵坐标（垂深） 表达的参数：垂深 D, 水平长度Lp ,井深 ,井斜角 a .,第二节 轨迹测量与计算 目的：掌握井眼轨迹参数的测量、计算、轨迹绘图方法。 一、测斜方法及测斜仪简介 1、测斜仪分类： 按工作方式分：单点式、多点式、随钻测量（有线、 无线） 按工作原理分：磁性测斜仪（罗盘） 陀螺测斜仪（高速陀螺空间指向恒 定） 2、测量内容： 井深 、井斜角 a 、方位角,3、磁性测斜仪的工作原理 仪器内主要由井斜刻度盘、 罗盘、十字摆锤、照明和照 相系统组成，罗盘的S始终指 北。 （1）井斜角的测量 当测斜仪随井眼倾斜时，十字 摆锤始终指向重力线方向，重力线 与仪器轴线的夹角就是井斜角，由 摆锤在井斜刻度盘底片上的位置读 取。,1. Pendulum 2. Circular Glass 3. Compass 4. Pressure equalization 5. Cover glass,（2）井斜方位角的测量 摆锤所在铅垂线与仪器轴线(井 眼方向线)构成井斜铅垂面，该井 斜铅垂面与水平面的交线就是井斜 方位线。摆锤在罗盘面上的投影位 置所在的放射线与罗盘N极之间的 夹角即为 井斜方位角 。(注意：在 井下，罗盘标志方位与实际地理方 位相反。) （3）井深测量： 根据电缆长度或钻柱长度。,4、Principles of MWD,随钻测量(Measurement While Drilling)是在钻井过程中进行井下信息的实时测量和上传的技术的简称(MWD)。 通常意义的MWD仪器系统，主要限于对工程参数(井斜，方位，工具面)的测量。 由井下部分(脉冲发生器，驱动电路,定向测量探管，井下控制器，电源等)和地面部分(地面传感器，地面信息处理和控制系统)组成，以钻井液作为信息传输介质。脉冲发生器有正脉冲、负脉冲和连续脉冲三种，井下电源可分为电池和井下涡轮发电机两类。 它是一种测量仪器，而无直接导向钻进的功能。,4、Principles of MWD,Components of MWD,Downhole equipments Electronics and batteries Pulser Surface equipments Transducer Surface processing units,MWD Tools Sensors,accelerators and magnetometers along three orthogonal axes,Accelerometers measure components of the Earths gravitational filed magnetometers measure components of the Earths magnetic filed By measuring the orientation and direction, the inclination,azimuth and toolface can be determined,二、对测斜计算数据的规定 1、测点编号： 测斜自下而上，测点编号自上而下第一个井斜角不 等于零的测点作为第一测点 2、测段编号：自上而下编号，第i1个点与第i点之间所夹的测段为 第i测段 3、 第0 测点： 第 1 测点的井深大于25 m ,第0 测点的井深比第 1 测点 的井深小于25m ,且井斜角规定为零，第 1 测点井深小于 或等于25 m 时，规定第0 测点的井深和井斜角均为零。,4、若 =0 ， 则计算第 i测段时， ，计算第 i+1测段时， 5、在一个测段内，井斜方位角变化的绝对值不得超过 180度。,三、轨迹计算方法 1、计算顺序：计算的目的是算出每个测点的坐标值； 从第1 个测段开始，逐段向下进行 算出每个测段的坐标增量；累加求得测点的坐标值。 第0 测点的坐标值，,2、计算内容： 测点：五个直角坐标值（ ） 两个极坐标值（ ） 测段：四个坐标增量（ ） 井眼曲率 3、计算方法的多样性： 要计算测段的四个坐标增量，就必须知道测段的几何形状。而测斜只能测上下两点的参数，测段形状未知，计算时只能假设测段形状，假设不同，计算方法不同。,4、计算方法： （1）平均角法：假设测段是一条直线；该直线的方向是 上下两测点处井眼方向的“和方向”（矢量和）。,测段计算公式：,（2）圆柱螺线法 假设测段形状为一条等变螺旋角的圆柱螺线；其两端与上下两测点处井眼方向相切。在水平投影图上是圆弧，在垂直剖面图上也是圆弧。 测段计算公式：,注意：公式中 和 单位，求三角函数时用度，其他情况用弧度。,（3）曲率半径法 美国人也曾提出了以圆柱螺旋线为模型的测段参数计算方法，称之为曲率半径法，其计算结果与圆柱螺旋法相同，只是计算公式的表达式不同。 曲率半径法测段计算公式：,注意：圆柱螺旋线法与曲率半径法的公式，在分母位置上都有 和 （单位为弧度）。这两个增量中的任意一个或同时为零，都需要另选公式计算，为解决这一问题，提出了校正平均角法。,（4）校正平均角法 我国钻井行业标准规定使用的方法（校正平均角法）。 测段计算公式：,其中：,注意：以上二式中 和 的单位为弧度。 测段计算公式与平均角法公式的形式相似，只是在平均角法的公式基础上乘上校正系数 和 ，因而称之为校正平均角法。,关于校正平均角法的推导： 在曲率半径的基础上，进行三角变换：,将三角函数用幂级数表示： 取：,将以上几式代入曲率半径法公式，即可得到校正平均角法计算表达式：,第三节 直井防斜技术 井斜的危害： 1、在地质勘探方面：造成地质资料失真，打乱合理的 地下 井网和开发方案。 2、在钻井施工方面：恶化钻柱工作条件，易造成井壁 坍塌和卡钻，易造成固井下套管困难和注水泥窜 槽，纠斜侧钻增加成 本。 3、在开发采油方面： 影响分层开采，影响修井工作， 影响采收率（死油区）。,一、井斜的原因 地质因素、钻具因素、井眼扩大、钻压等。 1、地质因素 地层倾斜和地层可钻性不均匀两个方面 （1）地层可钻性各向异性因素 沉积岩特性：垂直层面方向的可钻性高，平行层面方向的可钻性低。 钻头总是有向着容易钻进的方向前进的趋势。地层倾角小于 45度时，钻头偏向垂直地层层面的方向。地层倾角超过60度时，钻头沿着平行地层层面方向下滑，地层倾角在4560度之间时，井斜方向属不稳定状态。,图 512 地层可钻性的各向异性导致井斜,（2）地层可钻性的纵向变化 地层倾斜且软硬交错，钻头偏向垂直地层层面方向,（3）地层可钻性的横向变化 垂直于钻头轴线方向上可钻性的变化 如：在钻头的一侧下面钻遇溶洞或较疏松的地层，而另一侧则钻遇较致密的地层。,2、钻具因素 主要原因是钻具的倾斜和弯曲： 引起钻头倾斜，在井底形成不对称切削； 使钻头受侧向力作用，产生侧向切削。 “底部钻具组合”（Bottom Hole Assembly）,简称 BHA 导致钻具倾斜和弯曲的原因： 钻具和井眼有一定的空隙 钻压的作用，钻柱受压靠近井壁或发生弯曲 钻具本身