第五章 井眼轨道设计与轨迹控制海油陆探、海油陆采西江24-3海上平台西江24-1边际油田扩大泄油面积 增加控制储量 提高油井产能0.6万吨直井的5倍以上（L=300m）水平井技术适合于薄层的开采油层薄，中靶难需要有合适的角度，才能达 到矢量入靶角度偏大角度偏小薄油层开发井眼轨迹在油层最佳位置穿行难精确控制几千米远的钻头走向难度大薄油层开发层薄，地层倾角变化，有时上翘或下倾Vertical Injection Wells and Horizontal Production WellHorizontal Well PairHorizontal Well Pair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垂 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 与轨迹相一致二维三维直井用途：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、老井侧钻等地面环境条件限制地下地质条件要求处理井下事故第一节 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、测深）井口(通常以转盘面为基准)至测点的井眼长度以字母Dm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ΔDm表示2) 井斜角(α)：指井眼方向线与重力线之间的夹角单位为度(°)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( Δα )：下测点井斜角与上测点井斜角之差Δα＝αB－αA (3) 井斜方位角φ （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 向旋转到井眼方位线上所转 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Δφ ：上下测点的井斜方位角之差。
Δφ ＝φB－φA 井斜方位角的变化范围：0～360° 3) 井斜方位角φ： 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：0～90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（ΔＤ） (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（ΔL） (3) 水平位移Ｓ（平移）：轨迹上某点至井口所在铅 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θ ：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，以正东方向为正 。
(6) 视平移Ｖ：水平位移在 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Kc=30γ/ΔDm “狗腿角”或“全角变化”（γ）：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： cosγ=cosαA·cosαB+sinαA·sinαB·cos(φB- φA) 钻井行业标准计算公式：γ=(Δα2+Δφ2·sin2αc)0.5 αc=(αA+αB)/2γ——该测段的狗腿角，(°)；Ｋc——该测段的平均井眼曲率，(°)/30m；αc——该测段的平均井斜角，（°）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Ø三维坐标法：Ø投影图示法：垂直投影图+水平投影图l不能反映出真实的井深和井斜角Ø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l可以反映出真实的井身参数，如：井深 、井斜角、垂深；l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φ、平移方位角θ、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垂面 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的柱面展开图 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Dm、井斜角α 第二节 轨迹测量及计算目的：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Dm、井斜角α 、方位角φ 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极始终指北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 器轴线的夹角即为井斜 角由摆锤在井斜刻度 盘底片上的位置读取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i-1 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25m 时，第０测点的井深比第１测点 的井深小25m，且井斜角规定为零第１测点的井深小于或等于25m时，规定第０测点的井深和井斜角均为零4．若αi= 0，则计算第i测段时，φi= φi-1；计算第i+1测段时， φi=φi+1 5．在一个测段内，井斜方位角变化的绝对值不得超过180°φi-φi-1>180°时， Δφi=φi-φi-1-360°φc=(φi+φi-1)/2-180°φi-φi-10，ω=arccosC ；当Δφ φ1时，取“＋”；当φ2 < φ1时，取“－ ” 3)．求实际反扭角φn：φn = φs - φ1 – ω实 ----第五次课----四. 造斜工具的定向 定向：使造斜工具作用方位指向预定方位的工艺。
1、地面定向法l地面摆工具面：造斜工具下井之前，在地 面调整好工具面下井l打印标记（“+”）：在钻杆同一母线的两 端接头上打印“+”标记l定向下钻：记录每两根钻杆的角度偏差， 计算总偏差，根据总偏差扭方位 2、井下定向法 井下定向的关键是要知道原井斜方位和工具面方位 （1）定向齿刀法l氢氟酸测斜仪 + 铅模 + 定向齿刀l氢氟酸液瓶的液面倾斜方向指示井斜方位 l铅模上留下的齿刀印痕指示造斜工具的工 具面方位2）磁铁定向法（双罗盘定向法）双罗盘测斜仪 + 定向磁铁（安装在无磁钻铤上）l上罗盘处在定向磁铁位置，指针标志工 具面方位；l下罗盘远离定向磁铁，指针指向正北方 位 （3）定向键法（螺鞋定向法）磁性或陀螺测斜仪 + 螺鞋（定向鞋） + 定向键l定向键安装在造斜工具上，其所在母线 指示工具面方位l测斜仪螺鞋上的定向槽所在母线与罗盘 上的“发线”对齐l测量时，定向槽卡在定向键上，“发线 ”的方位就是工具面方位3、各种定向方法及其使用 （1）双罗盘定向仪＋定向磁铁 需使用无磁钻铤，可用于直井定向和斜 井定向 （2）陀螺仪＋定向键 无需使用无磁钻铤，可用于直井定向和 斜井定向 （3）磁罗盘测斜仪＋定向键 目前使用最多的定向方法。
必须使用无磁钻铤可用于直井定向和 斜井定向 （4）氟氢酸测斜仪＋定向齿刀 只能在斜井内使用方法比较落后 （5）地面定向法 可用于直井和斜井内定向方法落后 （6）随钻测斜仪＋定向键 目前最先进的定向方法，可以做到随钻 定向第六节 水平井钻井技术简介定义：水平井是指井眼轨迹达到水平以后，井眼继续 延伸一定长度的定向井延伸的长度要大于油层厚 度的六倍 水平井的分类：根据从垂直井段向水平井段转弯时的 曲率半径的大小进行分类 。