侧钻井井眼轨迹优化设计及控制讲稿ppt课件

《侧钻井井眼轨迹优化设计及控制讲稿ppt课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《侧钻井井眼轨迹优化设计及控制讲稿ppt课件（145页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、侧钻轨迹优化设计及控制侧钻轨迹优化设计及控制西西南南石石油油学学院院石晓兵石晓兵2002年年10月月主要内容主要内容侧钻轨迹二侧钻轨迹二维维设计设计侧钻轨迹三维设计侧钻轨迹三维设计侧钻轨迹影响因素分析侧钻轨迹影响因素分析侧钻钻柱摩阻分析及应用侧钻钻柱摩阻分析及应用侧钻轨迹控制侧钻轨迹控制问题的提出问题的提出侧钻井侧钻井：根据油藏工程、地质及开发的需要，在油气水井油根据油藏工程、地质及开发的需要，在油气水井油层套管内一个预定的方向和深度，采用一定的工具和工艺开窗层套管内一个预定的方向和深度，采用一定的工具和工艺开窗钻进后，使部分井眼与原井口垂线偏离一定的距离的井身剖面钻进后，使部分井眼与原井口垂

2、线偏离一定的距离的井身剖面称为侧钻井，最终入靶的井斜角接近称为侧钻井，最终入靶的井斜角接近9090度，则为侧钻水平井。度，则为侧钻水平井。其作用主要表现在：其作用主要表现在：l油油气气水水井井侧侧钻钻在在开开发发区区利利用用原原井井眼眼，完完善善并并保保证证了了部部分分井井网网，可可减减少打部分调整井；少打部分调整井；l在在开开发发区区利利用用原原井井眼眼，可可利利用用油油气气井井侧侧钻钻加加深深层层位位，获获取取新新的的油油气气流；流；l通通过过油油气气水水井井侧侧钻钻，使使部部分分停停产产井井恢恢复复生生产产，提提高高油油气气水水井井利利用用率率和开发效果；和开发效果；l侧侧钻钻作作为为井

3、井下下作作业业大大修修的的主主要要工工艺艺手手段段，有有利利于于老老区区改改造造挖挖潜潜，有有利于提高井下作业工艺技术利于提高井下作业工艺技术与普通水平井相比侧钻井的特点：与普通水平井相比侧钻井的特点：l受原井油层套管的限制受原井油层套管的限制l需进行断铣或磨铣对原井套管开窗需进行断铣或磨铣对原井套管开窗l裸眼井小。钻具、井下工具小、环空尺寸小，易裸眼井小。钻具、井下工具小、环空尺寸小，易出现钻具断、卡事故及钻具失稳屈曲现象。出现钻具断、卡事故及钻具失稳屈曲现象。侧侧钻井井身剖面类型钻井井身剖面类型121341直井段（原井眼）；直井段（原井眼）；2斜井段；斜井段；3圆弧段；圆弧段；4水平段水平

4、段侧钻的井身侧钻的井身剖面，根据其形状可分为两类。剖面，根据其形状可分为两类。侧钻侧钻方式方式侧侧钻钻方式根据侧钻目的、侧钻油藏工程需要与井况分为两类。方式根据侧钻目的、侧钻油藏工程需要与井况分为两类。（1）定向侧钻）定向侧钻为了使新钻井眼符合一定的方位、井斜角及水平位移的要为了使新钻井眼符合一定的方位、井斜角及水平位移的要求，需进行定向侧钻。定向侧钻即将定斜器装置下到预计求，需进行定向侧钻。定向侧钻即将定斜器装置下到预计的深度，在测定定斜器斜面的准确方位固定后再开窗，使的深度，在测定定斜器斜面的准确方位固定后再开窗，使其在开窗过程中，沿设计的方位井眼轨迹钻达目的层。其在开窗过程中，沿设计的方

5、位井眼轨迹钻达目的层。（2）一般侧钻）一般侧钻对侧钻的整个过程中，没有明确的方位、井斜角和水平位对侧钻的整个过程中，没有明确的方位、井斜角和水平位移要求，定斜器在开窗过程中只起导斜和造斜的作用，使移要求，定斜器在开窗过程中只起导斜和造斜的作用，使开窗、钻进沿着定斜器斜面轴线进行，钻达设计目的层。开窗、钻进沿着定斜器斜面轴线进行，钻达设计目的层。侧钻井适应井别和井径侧钻井适应井别和井径侧侧钻钻作作为为油油田田开开发发中中井井下下作作业业的的主主要要工工艺艺技技术术，不不但但适适用用于油井，同样也适用于气井和注水井，不受井别的限制。于油井，同样也适用于气井和注水井，不受井别的限制。由于侧钻利用了部

6、分原井眼，且侧钻后还要有利于分层由于侧钻利用了部分原井眼，且侧钻后还要有利于分层开采和措施，使得侧钻井径受到限制。因为小井眼要求使用开采和措施，使得侧钻井径受到限制。因为小井眼要求使用直径较小的更加柔性的钻铤和钻杆，直径较小的钻柱还限制直径较小的更加柔性的钻铤和钻杆，直径较小的钻柱还限制了可用钻压的范围。大直径井眼比小直径井眼易于控制方向。了可用钻压的范围。大直径井眼比小直径井眼易于控制方向。小直径井眼裸眼钻进时地层特性对井眼偏离设计剖面的影响小直径井眼裸眼钻进时地层特性对井眼偏离设计剖面的影响大，且侧钻所下尾管尺寸受到原井眼限制，不利于分层开采大，且侧钻所下尾管尺寸受到原井眼限制，不利于分层

7、开采和措施。所以进行侧钻的井的井径应选择直径和措施。所以进行侧钻的井的井径应选择直径120mm以上以上的套管为宜。的套管为宜。侧钻井适用范围侧钻井适用范围对于开发低渗透、低压油层和垂直裂对于开发低渗透、低压油层和垂直裂缝发育的油层或开发受地面工程限制的缝发育的油层或开发受地面工程限制的油气水井，利用在原井眼用套管内开窗油气水井，利用在原井眼用套管内开窗侧钻水平井技术，有利于提高油气井产侧钻水平井技术，有利于提高油气井产量，提高采油速度和采收率。量，提高采油速度和采收率。侧钻井设计原则（侧钻井设计原则（1）l l设计基本数据设计基本数据根根据据侧侧钻钻要要求求，设设计计基基本本数数据据包包括括开

8、开窗窗位位置置、方方位位、井井斜斜、裸裸眼眼长长度度、井井底底位位移移、尾尾管管规规范范及长度。及长度。l l地质条件地质条件侧侧钻钻水水平平井井设设计计时时，应应详详细细了了解解该该地地区区的的地地质质条条件件，作作好好油油藏藏调调查查，如如地地质质分分层层、岩岩性性、地地层层压压力力、地地层层倾倾角角、走走向向、断断层层、采采出出程程度度、含含油油气气水水情情况况，为为设设计计提提供供依依据据，对对本本区区内内开开发发生生产产井井的的资资料料进进行行分分析析，是是获获取取该该资资料料的的重重要方法。要方法。侧钻井设计原则（侧钻井设计原则（2）l l设计中关键因素的选择设计中关键因素的选择对

9、对在在套套管管内内侧侧钻钻水水平平井井，开开窗窗位位置置要要根根据据水水平平井井的的曲曲率率半半径径来来确确定定。同同时时要要选选择择套套管管完完好好、管管外外地地层层胶胶结结好好的的部部位位。侧侧钻钻水水平平井井多多选选在在低低渗渗透透性性油油藏藏和和裂裂缝缝性性油油藏藏，特特别别适适用用于于垂垂直直裂裂缝缝发发育育较较好好的的油油层层。侧侧钻钻水水平平井井应应采采用用中中、短短半半径径侧侧钻钻水水平平井井的工艺方法。的工艺方法。l l设计要点设计要点根据侧钻的目的，设计要点贯穿于整个侧钻过程中，如下根据侧钻的目的，设计要点贯穿于整个侧钻过程中，如下和固定斜向器、开窗阶段施工要求、修窗要求、

10、裸眼钻进参数和固定斜向器、开窗阶段施工要求、修窗要求、裸眼钻进参数及要求等。其目在于指导施工，实现侧钻目的。及要求等。其目在于指导施工，实现侧钻目的。设计原则（小结）设计原则（小结）1）根据开发要求，保证实现侧钻目的和提高油气井利用率；）根据开发要求，保证实现侧钻目的和提高油气井利用率；2）根根据据油油气气田田构构造造、地地质质特特征征、油油层层产产状状选选择择不不同同的的侧侧钻钻方式，有利于提高油气产量和采收率，改善投资效益；方式，有利于提高油气产量和采收率，改善投资效益；3）在在选选择择井井斜斜、方方位位等等参参数数时时，应应有有利利于于钻钻井井、采采油油和和井井下作业；下作业；4）在选择

11、完井方式时，应满足注采需要；）在选择完井方式时，应满足注采需要；在满足侧钻目的前提下，力求使设计的井斜井深即裸眼在满足侧钻目的前提下，力求使设计的井斜井深即裸眼钻进井段最短，以减少井眼轨迹、井身控制难度和工作量，钻进井段最短，以减少井眼轨迹、井身控制难度和工作量，有利于安全快速钻井，提高效益。有利于安全快速钻井，提高效益。侧钻井轨迹优化设计侧钻井轨迹优化设计国国内内外外的的钻钻井井实实践践已已充充分分证证实实了了水水平平井井在在提提高高原原油油采采收收率率，增增加加单单井井原原油油产产量量，开开发发薄薄油油藏藏等等方方面面的的巨巨大大效效益益。但但了了有有不不少少的的实实例例说说明明不不成成功

12、功的的设设计计造造成成的的高高投投入入低低产产出出，因因此此侧侧钻钻井轨迹的优化设计是非常重要的。井轨迹的优化设计是非常重要的。在吸收国内外水平井设计经验基础上，通过在吸收国内外水平井设计经验基础上，通过实践，充分认识到侧钻轨迹设计是一个系统工实践，充分认识到侧钻轨迹设计是一个系统工程，以下诸多因素在设计中必须加以考虑：程，以下诸多因素在设计中必须加以考虑：以下诸多因素在设计中必须加以考虑以下诸多因素在设计中必须加以考虑1)地质、油藏工程对水平井靶区的要求；地质、油藏工程对水平井靶区的要求；2)采油工艺、增产措施以及测试对完井的要求；采油工艺、增产措施以及测试对完井的要求；3)测井、地质资料采

13、集对设计的要求；测井、地质资料采集对设计的要求；4)设计对地质预测不确定性的适应性；设计对地质预测不确定性的适应性；5)地层分层、岩性、破裂压力、孔隙压力、坍塌压力；地层分层、岩性、破裂压力、孔隙压力、坍塌压力；6)对工具造斜能力不确定性的适应性；对工具造斜能力不确定性的适应性；7)可能发生的钻井事故、复杂情况的预防与处理；可能发生的钻井事故、复杂情况的预防与处理；8)现有工具设备的能力；现有工具设备的能力；9)试验项目实施的要求。试验项目实施的要求。侧钻井的钻井设计中的轨迹设计即要满足地质、油藏及采侧钻井的钻井设计中的轨迹设计即要满足地质、油藏及采油的需要，又要满足钻井工艺水平的要求。油的需

14、要，又要满足钻井工艺水平的要求。轨迹设计的基本原则轨迹设计的基本原则按按侧侧钻钻井井设设计计井井身身剖剖面面在在空空间间坐坐标标系系中中的的几几何何形形状状，又又可可分分为为两两维维侧侧钻钻井井（侧侧钻钻水水平平井井）和和三三维维侧侧钻钻井井（侧侧钻钻水水平平井井）剖面两大类。剖面两大类。两两维维侧侧钻钻井井剖剖面面是是指指设设计计井井眼眼轴轴线线仅仅在在设设计计方方位位线线所所在在的的铅垂平面上变化的井。铅垂平面上变化的井。三维侧钻井剖面是指在设计的井身剖面上，既有井斜角的三维侧钻井剖面是指在设计的井身剖面上，既有井斜角的变化又有方位角的变化。三维侧钻水平井常用于侧钻的新井变化又有方位角的变

15、化。三维侧钻水平井常用于侧钻的新井眼与已钻井眼并不在一个平面内，或存在着井眼难于直接通眼与已钻井眼并不在一个平面内，或存在着井眼难于直接通过的障碍物（如：已钻的井眼，盐丘、气顶等），设计井需过的障碍物（如：已钻的井眼，盐丘、气顶等），设计井需要绕过障碍钻达目标点。另外，设计的二维侧钻井轨迹在施要绕过障碍钻达目标点。另外，设计的二维侧钻井轨迹在施工中偏离了设计方位，中途修改设计时也要用到三维设计方工中偏离了设计方位，中途修改设计时也要用到三维设计方法，这种情况在施工中经常遇到。法，这种情况在施工中经常遇到。在设计轨迹时，在满足钻井目的的前提下，在设计轨迹时，在满足钻井目的的前提下，应尽可能选择比

16、较简单的剖面类型，力求使设应尽可能选择比较简单的剖面类型，力求使设计的斜井深最短，以减少井眼轨迹控制的难度计的斜井深最短，以减少井眼轨迹控制的难度和钻井工作量，有利于安全、快速钻井，降低和钻井工作量，有利于安全、快速钻井，降低钻井成本。钻井成本。侧钻点及其选择侧钻点及其选择l l侧钻点侧钻点在在侧侧钻钻井井中中，开开始始定定向向造造斜斜，即即定定斜斜器器的的位位置置叫叫造造斜斜点点。确确定定了了定定斜斜器器的的位位置置；窗窗口口的的位位置置相相对对就就确定了。确定了。1）造造斜斜点点即即窗窗口口位位置置应应选选择择在在比比较较稳稳定定的的地地层层，避避免免在在岩岩石石破破碎碎带带、漏漏失失地地

17、层层、流流砂砂层层或或容容易易坍坍塌塌等等复复杂杂地地层层，以以避避免免出出现现井井下下复复杂杂民民政政部部，影影响响侧侧钻钻施工。施工。2）应应选选在在可可钻钻性性较较均均匀匀的的地地层层，应应避避免免在在硬硬夹夹层层定定向造斜。向造斜。3）造造斜斜点点的的深深度度应应根根据据设设计计井井的的垂垂直直井井深深、水水平平位位移移决决定定，并并要要考考虑虑满满足足采采油油工工艺艺的的需需要要。设设计计垂垂深深长长应应既既充充分分利利用用原原老老进进眼眼，又又减减少少了了裸裸眼眼钻钻进进井井段段；若若垂垂深深短短则则会会增增加加裸裸眼眼钻钻进进长长度度及及下下固固尾尾管管技技术术难难度度。因因此此

18、要要综综合合考考虑虑造造斜斜点点的的深深度度，满满足足侧侧钻钻需需要要，实实现现少少投投入入的的侧侧钻钻目的。目的。4）选选择择造造斜斜点点位位置置应应尽尽可可能能避避开开方方位位自自然然大大的的地层，以免影响侧钻设计方位。地层，以免影响侧钻设计方位。侧钻点的选择由以下因素综合考虑决定侧钻点的选择由以下因素综合考虑决定q为为减减少少造造斜斜井井段段的的长长度度，减减轻轻地地质质不不确确定定性性的的危危险险，缩缩短短建建井井周周期期，窗窗口口位位置置应应在在保保证证有有足足够够造造斜斜井井段段的的条条件件下，尽量接近目的深度。下，尽量接近目的深度。q侧侧钻钻点点应应选选在在比比较较稳稳定定的的地

19、地层层，保保证证窗窗口口稳稳定定，避避免免在在岩岩石石破破碎碎带带，漏漏失失地地层层，流流砂砂层层或或容容易易坍坍塌塌等等复复杂杂地地层层定向造斜，以免出现井下复杂情况，影响施工。定向造斜，以免出现井下复杂情况，影响施工。q应选在可钻性较均匀的地层。避免在硬夹层造斜。应选在可钻性较均匀的地层。避免在硬夹层造斜。q侧侧钻钻点点的的深深度度应应根根据据设设计计井井的的垂垂直直井井深深，水水平平位位移移和和选选用用的的剖剖面面类类型型决决定定，并并要要考考虑虑满满足足采采油油工工艺艺的的需需要要。如如：设设计计垂垂深深大大、位位移移小小的的水水平平井井时时，应应采采用用深深层层造造斜斜，以以简简化化

20、井井身身结结构构和和强强化化直直井井段段钻钻井井措措施施，加加快快钻钻井井速速度度。在在设设计计垂垂深深小小，位位移移大大的的水水平平井井时时，则则应应提提高高侧侧钻钻点点的的位位置置，在在浅浅层层侧侧钻钻造造斜斜，即即可可减减少少施施工工的的工工作作量量，又又可可满足大水平位移的要求。满足大水平位移的要求。q在在井井眼眼方方位位漂漂移移严严重重的的地地层层侧侧钻钻水水平平井井，选选择择侧侧钻钻点点位位置置时时应应尽尽可可能能使使斜斜井井段段避避开开方方位位自自然然漂漂移移大大的的地地层层或或利利用井眼方位漂移的规律钻达目标点。用井眼方位漂移的规律钻达目标点。侧钻点选择的注意事项侧钻点选择的注

21、意事项1)在在选选择择造造斜斜点点（窗窗口口位位置置）、井井眼眼曲曲率率等等参参数数时时，应应有有利于钻井、采油和井下作业。利于钻井、采油和井下作业。2)造造斜斜点点应应选选择择在在远远离离事事故故井井段段或或套套损损井井段段以以上上30m左左右右，以利于有一定水平位移而避开原井眼。以利于有一定水平位移而避开原井眼。3)造造斜斜点点以以上上上上部部套套管管应应完完好好，无无变变形形、漏漏失失、破破裂裂现现象象以利于侧钻施工和完井工作顺利进行、确保侧钻成功。以利于侧钻施工和完井工作顺利进行、确保侧钻成功。4)造造斜斜点点应应选选择择在在固固井井质质量量好好、井井斜斜小小的的井井段段，尽尽是是避避

22、开开易塌、易漏、地层倾角大的地层，并避开套管接箍。易塌、易漏、地层倾角大的地层，并避开套管接箍。5）对对于于出出砂砂严严重重、窜窜漏漏和和套套管管破破裂裂在在射射孔孔井井段段或或射射孔孔井井段段底底部部的的需需侧侧钻钻的的油油水水井井，在在造造斜斜点点的的位位置置选选定定时时，要要综综合合考考虑虑侧侧钻钻效效果果，一一般般为为保保证证侧侧钻钻质质量量，开开窗窗位位置均选在射孔井段以上。置均选在射孔井段以上。造造斜斜点点选选择择在在上上述述原原则则初初定定的的基基础础上上，必必须须进进行行严严格格的的通通井井和和上上部部套套管管试试压压。通通过过井井史史与与测测井井资资料料的的对对比比，在在满满

23、足足方方位位、水水平平位位移移、造造斜斜点点、井井眼眼曲曲率率等等综综合合参参数数的的同同时时，最最大大限限度度地地实实现现侧侧钻钻目目的的，及及时时修修正正窗口位置，使侧钻工作建立在良好的基础上。窗口位置，使侧钻工作建立在良好的基础上。井眼曲率井眼曲率在侧钻裸眼钻进中，井眼曲率是一个很重在侧钻裸眼钻进中，井眼曲率是一个很重要的参数。井眼曲率过大会给钻井、采油要的参数。井眼曲率过大会给钻井、采油和修井作业造成困难。当然井眼曲率也不和修井作业造成困难。当然井眼曲率也不宜过小，井眼曲率太小会增加斜井段的井宜过小，井眼曲率太小会增加斜井段的井眼长度，从而增大了井眼轨迹控制的工作眼长度，从而增大了井眼

24、轨迹控制的工作量，影响钻井速度。因此，在侧钻中井眼量，影响钻井速度。因此，在侧钻中井眼曲率应控制在（曲率应控制在（1130）/10m。二维侧钻水平井设计二维侧钻水平井设计剖面类型剖面类型 侧钻水平井的井身剖面有多种多样，最常用侧钻水平井的井身剖面有多种多样，最常用的有三种：增平、增增平、增稳增的有三种：增平、增增平、增稳增平，如下图所示：平，如下图所示： 增平增平井身剖面井身剖面增增-增增-平平剖面剖面增增-稳稳-增增-平平剖面剖面二维侧钻水平井设计二维侧钻水平井设计（1）增平轨道设计方法增平轨道设计方法对增平的剖面设计，如入靶点位置已给定时，则计算对增平的剖面设计，如入靶点位置已给定时，则计

25、算时需由井底反推搜索侧钻点位置，具体计算如下：时需由井底反推搜索侧钻点位置，具体计算如下：如如图图所所示示，由由测测点点M作作井井眼眼方方向向线线的的垂垂线线与与入入靶靶点点T的的方方向向线线的的垂线交于垂线交于O点，点，直线直线MO的方程：的方程：HHitg(i)(SSi)直线直线TO的方程：的方程：HHStg(S)(SSS)如如R2R1，则则表表示示侧侧钻钻点点需需选选在在侧侧钻钻点需下移；点需下移；如如R2R1，则则表表示示侧侧钻钻点点需需选选在在侧侧钻钻点需上移；点需上移；如如R2R1，则则表表示示M点点即即为为侧侧钻钻点点，此时造斜率此时造斜率K=1R11R2如如上上所所述述的的增增

26、平平剖剖面面的的设设计计方方法法的的优优点点是是，设设计计出出的的剖剖面面类类型型简简单单，造造斜斜段段为为单单一一的的造造斜斜率率，易易于于控控制制。缺缺点点是是造造斜斜点点、造造斜斜率率均均由由计计算算唯唯一一给给出，不一定符合实际要求。出，不一定符合实际要求。（2）斜直连续造斜水平的轨道设计方法）斜直连续造斜水平的轨道设计方法对于一个具有连续增斜段的水平井轨道，已知条件为：对于一个具有连续增斜段的水平井轨道，已知条件为：（2）斜直连续造斜）斜直连续造斜水平的轨道设计方法水平的轨道设计方法第第一一步步：求求出出各各造造斜斜段段末端井斜角末端井斜角 i i i-1LiKi30 n S第第二二

27、步步：求求出出第第n造造斜斜段段的造斜率的造斜率Kn和段长和段长LnKn5400(Rn)（2）斜直连续造斜水平的轨道设计方法）斜直连续造斜水平的轨道设计方法第第三三步步：求求出出各各造造斜斜段段的的垂垂深深Hvi和段长和段长StiHviHvi-1Ri(sin isin i-1)StiSti-1Ri(cos i-1cos i)（3）增稳增平的轨道设计方法）增稳增平的轨道设计方法对于一个具有稳斜段的水平井轨对于一个具有稳斜段的水平井轨道，已知条件为：道，已知条件为：侧钻井起始段施工参数的侧钻井起始段施工参数的优化设计优化设计老井窗口以上原井斜、方位对侧钻水平井的开窗段老井窗口以上原井斜、方位对侧钻

28、水平井的开窗段铣、扭方位侧钻水平井井身剖面设计等都有影响。为铣、扭方位侧钻水平井井身剖面设计等都有影响。为了准确地反映原井、方位的影响，在输入老井侧斜数了准确地反映原井、方位的影响，在输入老井侧斜数据和地质靶区要求，计算机软件可以在确定井身剖面据和地质靶区要求，计算机软件可以在确定井身剖面类型的前提下，经过搜索，优化出侧钻点，由于受老类型的前提下，经过搜索，优化出侧钻点，由于受老井的井斜和方位的影响，在地质靶区给定的情况下，井的井斜和方位的影响，在地质靶区给定的情况下，侧钻点是唯一确定的。并能够计算出侧钻点的井深、侧钻点是唯一确定的。并能够计算出侧钻点的井深、垂深、北坐标、东坐标以及钻井方位等

29、参数。垂深、北坐标、东坐标以及钻井方位等参数。对侧钻井起始段有重要影响的主要初对侧钻井起始段有重要影响的主要初始井眼条件主要包括始井眼条件主要包括侧钻点井深侧钻点井深侧钻点垂深侧钻点垂深侧钻点北东坐标侧钻点北东坐标侧钻点初始井斜角侧钻点初始井斜角侧钻点初始方位角侧钻点初始方位角侧钻水平井的老井初始井斜角和初始方位角完全侧钻水平井的老井初始井斜角和初始方位角完全取决于侧钻点的位置。即不同的侧钻点位置在老井取决于侧钻点的位置。即不同的侧钻点位置在老井中对应不同的初始井斜角和初始方位角。为了分析中对应不同的初始井斜角和初始方位角。为了分析初始条件对起始段的影响，首先得确定侧钻点的位初始条件对起始段的

30、影响，首先得确定侧钻点的位置。置。二维侧钻井（侧钻水平井）轨迹二维侧钻井（侧钻水平井）轨迹的的起始段的主要因素起始段的主要因素在二维侧钻水平井轨迹设计中，假设所确定侧在二维侧钻水平井轨迹设计中，假设所确定侧钻点的初始方位角与设计方位角一致且侧钻点钻点的初始方位角与设计方位角一致且侧钻点在设计平面之内。此时影响起始段的主要因素在设计平面之内。此时影响起始段的主要因素为侧钻点垂深和初始井斜角为侧钻点垂深和初始井斜角1）.初始井斜角为初始井斜角为0如果初始井斜角为如果初始井斜角为0，入，入靶点距侧钻点的水平位移不靶点距侧钻点的水平位移不等于侧钻点到入靶点的垂深等于侧钻点到入靶点的垂深的话，将不可能设

31、计出单一的话，将不可能设计出单一曲率的增平井眼轨迹。此曲率的增平井眼轨迹。此时可供选择的井眼轨迹设计时可供选择的井眼轨迹设计方案可有变曲率井眼轨迹或方案可有变曲率井眼轨迹或双增型井眼轨迹。双增型井眼轨迹。2）初始井斜角不为）初始井斜角不为0初始井斜角不为初始井斜角不为0点点,仅仅当在设计平面上侧钻点井当在设计平面上侧钻点井斜方向的垂线与水平段入斜方向的垂线与水平段入靶点井斜方向的垂线的交靶点井斜方向的垂线的交线相等的话，才有可能设线相等的话，才有可能设计出单一曲率的增平井计出单一曲率的增平井眼轨迹。否则可供选择的眼轨迹。否则可供选择的井眼轨迹设计方案可有变井眼轨迹设计方案可有变曲率井眼轨迹或双

32、增型井曲率井眼轨迹或双增型井眼轨迹。眼轨迹。三维侧钻水平井轨迹的三维侧钻水平井轨迹的起始段的主要因素起始段的主要因素为为了了考考虑虑老老井井的的初初始始井井斜斜、方方位位对对侧侧钻钻水水平平井井起起始始段段的的影影响响，需需要要对对侧侧钻钻水水平平井井进进行行三三维维轨轨迹迹设设计计考考虑虑。侧侧钻钻点点的的初初始始北北、东东坐坐标标是是影影响响扭扭方方位位三三维维设设计计的的重重要要因因素素。在在一一般般的的侧侧钻钻井井设设计计中中目目标标仅仅是是一一个个点点，而而在在侧侧钻钻水水平平井井设设计计中中目目标标是是一一个个水水平平段段，如如果果侧侧钻钻点点的的北北东东坐坐标标偏偏移移设设计计面

33、面过过远远，将将导导致致过过长长的的扭扭方方位位井井段段，增增加加施施工工难难度度。以以下下将讨论的老井初始井眼条件对侧钻井起始段的影响因素有：将讨论的老井初始井眼条件对侧钻井起始段的影响因素有：q初始方位角对侧钻水平井轨迹的影响初始方位角对侧钻水平井轨迹的影响q初始井斜角对侧钻水平井轨迹的影响初始井斜角对侧钻水平井轨迹的影响q地层造斜能力对侧钻水平井轨迹的影响地层造斜能力对侧钻水平井轨迹的影响初始方位角对起始段的影响初始方位角对起始段的影响侧钻点初始方位与设计方位之间的差值对扭侧钻点初始方位与设计方位之间的差值对扭方位设计和施工影响很大。当初始方位与设计方位设计和施工影响很大。当初始方位与设

34、计方位一致时，若侧钻点在设计方位面上，不需方位一致时，若侧钻点在设计方位面上，不需要扭方位作业。否则扭方位作业不可避免要扭方位作业。否则扭方位作业不可避免方位差决定了扭方位井段的长度方位差决定了扭方位井段的长度侧钻点初始方位角与设计方位角的差值对扭方位设计和施工影侧钻点初始方位角与设计方位角的差值对扭方位设计和施工影响很大。当初始方位与设计方位之间存在差异时，由图可以看出，响很大。当初始方位与设计方位之间存在差异时，由图可以看出，方位差越大，扭方位所需的井段长度就越大，从钻井施工的角度方位差越大，扭方位所需的井段长度就越大，从钻井施工的角度来看，这就会增大施工的难度和延长施工时间，增加施工费用

35、。来看，这就会增大施工的难度和延长施工时间，增加施工费用。从图可明显看出，随着方位差的增大，扭方位井段的长度增加，从图可明显看出，随着方位差的增大，扭方位井段的长度增加，这就增加了施工的难度。侧钻点初始方位与设计方位的方位差随这就增加了施工的难度。侧钻点初始方位与设计方位的方位差随选择不同的侧钻点而改变，因此，可以采用优选侧钻点的方法来选择不同的侧钻点而改变，因此，可以采用优选侧钻点的方法来减少这一方位差值。减少这一方位差值。方位差影响扭方位段的水平位移方位差影响扭方位段的水平位移由图可以看出，方位差对扭方位段的位移也会由图可以看出，方位差对扭方位段的位移也会产生明显的影响。开始时随着方位差的

36、增加，产生明显的影响。开始时随着方位差的增加，扭方位段的位移增加，但是这种增加的趋势到扭方位段的位移增加，但是这种增加的趋势到一定的情况下就会达到一个最大值，之后随着一定的情况下就会达到一个最大值，之后随着方位差的增大，扭方位段的位移将会出现下降方位差的增大，扭方位段的位移将会出现下降的趋势。扭方位井段的水平位移即是扭方位结的趋势。扭方位井段的水平位移即是扭方位结束点距侧钻点的水平距离。束点距侧钻点的水平距离。地层因素对起始段的影响地层因素对起始段的影响地地层层因因素素对对扭扭方方位位作作业业的的影影响响是是通通过过对对工工具具的的造造斜斜能能力力的的影影响响而而表表现现出出来来的的。在在易易

37、造造斜斜地地层层，工工具具的的造造斜斜能能力力高高，扭扭方方位位所所需需要要的的井井段段就就短短；而而对对于于不不易易造造斜斜地地层层，工工具具的的造造斜斜能能力力低低，扭扭方方位位所所需需要要的的井井段段就就长长。这这些些关关系系可可从从图看出。图看出。初始井斜角初始井斜角是影响扭方位段长的最重要因素是影响扭方位段长的最重要因素初始井斜角是影响扭方位段长的最重要的因素。由图可初始井斜角是影响扭方位段长的最重要的因素。由图可知，随着初始井斜角的增大，扭方位井段长度直线增加。知，随着初始井斜角的增大，扭方位井段长度直线增加。从井眼轨迹控制的角度来看，老井的初始井斜角较大时，从井眼轨迹控制的角度来

38、看，老井的初始井斜角较大时，扭方位所需的工作量就大。这告诉我们，扭方位作业最好扭方位所需的工作量就大。这告诉我们，扭方位作业最好是在小井斜井段进行，对侧钻水平井的施工来说，当侧钻是在小井斜井段进行，对侧钻水平井的施工来说，当侧钻出老井眼后，若需扭方位应尽早进行，这样可大大节约扭出老井眼后，若需扭方位应尽早进行，这样可大大节约扭方位施工时间。老井初始井斜角对侧钻水平井轨迹起始段方位施工时间。老井初始井斜角对侧钻水平井轨迹起始段的影响还表现在扭方位段的水平位移大小上。由图可以看的影响还表现在扭方位段的水平位移大小上。由图可以看出，随着初始井斜角的增加，扭方位段的水平位移将增大。出，随着初始井斜角的

39、增加，扭方位段的水平位移将增大。侧钻水平井井眼调整侧钻水平井井眼调整侧钻侧钻水平井曲率类型可分为四种，如图所示：水平井曲率类型可分为四种，如图所示：1324R1R2R“增增增增”型式型式曲率曲率1为为“增增增增”型式，适用于目的层上翘型式，适用于目的层上翘的侧钻水平井；的侧钻水平井；1“增增降降”型式型式曲率曲率2为为“增增降降”型式，适用于目的层下倾型式，适用于目的层下倾的侧钻水平井；的侧钻水平井；2曲率曲率3和曲率和曲率4曲率曲率3为为“增增稳稳增增”型式，曲率型式，曲率4为为“单增单增”型式，是型式，是常用的侧钻水平井方式。曲率常用的侧钻水平井方式。曲率3中的稳斜段即为初始切线中的稳斜段

40、即为初始切线段，目的在于补偿造斜率的不确定性。但是对于岩性一致段，目的在于补偿造斜率的不确定性。但是对于岩性一致和地层倾角易预测的正在开发的地区就无须在在设计中考和地层倾角易预测的正在开发的地区就无须在在设计中考虑，而采用曲率虑，而采用曲率4的单增型式。这是因为插入初始切线段的单增型式。这是因为插入初始切线段它需要两次额外的起下钻和一个非常短的工作井段，已失它需要两次额外的起下钻和一个非常短的工作井段，已失去原有的效益，而且还会使螺杆钻具或其他井下钻具产生去原有的效益，而且还会使螺杆钻具或其他井下钻具产生不必要的应力。不必要的应力。34R1R2R在在侧钻侧钻水平井曲率类型确定后，特别是选用水平

41、井曲率类型确定后，特别是选用曲率曲率3和和4时，由于从垂直段到水平段（甚至从时，由于从垂直段到水平段（甚至从45到水平）到水平）定向控制的必要性，所以下切线段一般应在钻井设计定向控制的必要性，所以下切线段一般应在钻井设计中加以考虑。即钻水平段之前，应在曲率半径的下部中加以考虑。即钻水平段之前，应在曲率半径的下部先钻一平稳的造斜段，使井下钻具组合在旋转前退出先钻一平稳的造斜段，使井下钻具组合在旋转前退出狗腿度比较严重的井段，以减小交变应力和冲击力的狗腿度比较严重的井段，以减小交变应力和冲击力的作用。造斜段底部切线长度的增加也为操作者在钻进作用。造斜段底部切线长度的增加也为操作者在钻进中提供了中提

42、供了“安全余量安全余量”。曲率的确定曲率的确定在在造斜点造斜点确定的基础上，为了使曲率与造斜点相适确定的基础上，为了使曲率与造斜点相适应，以准确地到达靶区位置，因此对造斜率就有一个应，以准确地到达靶区位置，因此对造斜率就有一个限制，这是设计时必须注意的问题，造斜率一般应在限制，这是设计时必须注意的问题，造斜率一般应在（1020）/30m范围内。根据国外有关资料介绍，范围内。根据国外有关资料介绍，推荐的最理想的造斜率为推荐的最理想的造斜率为17/30m，这时摩擦最小，钻这时摩擦最小，钻杆应力不大，钻柱不易疲劳。杆应力不大，钻柱不易疲劳。曲率（井眼）轨迹的修正曲率（井眼）轨迹的修正为了保证侧钻水平

43、井井眼轨迹，同时考虑侧钻水平为了保证侧钻水平井井眼轨迹，同时考虑侧钻水平井曲率半径范围，受造斜率（井曲率半径范围，受造斜率（625）/30m的的局限，局限，在作水平井侧钻时考虑半径在作水平井侧钻时考虑半径R70m的的“增增-稳稳-增增”曲曲率类型和率类型和“单增单增”的形式。应用的形式。应用“增增-稳稳-增增”应使应使R1=R2，这样设计虽然难一点，但是钻进时比较方便，这样设计虽然难一点，但是钻进时比较方便，在钻曲线井段在钻曲线井段R1和和R2时可使用同一井下动力钻具，钻时可使用同一井下动力钻具，钻直线段即直线段即“稳稳”斜井段时使用另一井下动力钻具组合。斜井段时使用另一井下动力钻具组合。如果

44、设计时考虑地层为灰岩如果设计时考虑地层为灰岩如果设计时考虑地层为灰岩如果设计时考虑地层为灰岩R70mR70m，则将则将则将则将与动力钻具组合的弯接头调整到与动力钻具组合的弯接头调整到与动力钻具组合的弯接头调整到与动力钻具组合的弯接头调整到3 3 ，这时曲率，这时曲率，这时曲率，这时曲率半径可钻成半径可钻成半径可钻成半径可钻成R=60mR=60m，但是砂岩、页岩半径最小但是砂岩、页岩半径最小但是砂岩、页岩半径最小但是砂岩、页岩半径最小应为应为应为应为7070mm。地层软、半径必须大一些，才能保地层软、半径必须大一些，才能保地层软、半径必须大一些，才能保地层软、半径必须大一些，才能保证曲率半径不受

45、影响，不超出设计范围，即半证曲率半径不受影响，不超出设计范围，即半证曲率半径不受影响，不超出设计范围，即半证曲率半径不受影响，不超出设计范围，即半径径径径7070mR172mmR172m。在侧钻在侧钻水平井过程中易出现的问题水平井过程中易出现的问题1)井段或造斜器低，半径比设计的短；井段或造斜器低，半径比设计的短；2)存在的金属损坏钻头，使侧钻出去的井眼增斜角度存在的金属损坏钻头，使侧钻出去的井眼增斜角度不够；不够；3)在造斜点有角度，由此改变整个增斜角度或增大、在造斜点有角度，由此改变整个增斜角度或增大、或减小；或减小；4)造斜点选错方向，造成在水平方向需要过大的角度造斜点选错方向，造成在水

46、平方向需要过大的角度才能回到目标方向。才能回到目标方向。5)因此，设计规定在因此，设计规定在20m每隔每隔5m测量一次，如果井眼测量一次，如果井眼偏离方向，修正较容易。偏离方向，修正较容易。调整曲率半径的方法调整曲率半径的方法当储层角度不水平，修正曲率可以正确进入储层。当储层角度不水平，修正曲率可以正确进入储层。如果储层和井眼向下倾斜，没有必要在储层顶部达到如果储层和井眼向下倾斜，没有必要在储层顶部达到90，所以曲率将是大曲率。如果储层和井眼向上倾斜，所以曲率将是大曲率。如果储层和井眼向上倾斜，井斜角就必要超过井斜角就必要超过90，所以达到的较大角度可能会达，所以达到的较大角度可能会达到到11

47、0之大，这个曲率会较大，就需要对半径进行调之大，这个曲率会较大，就需要对半径进行调整。调整半径方法见图所示。整。调整半径方法见图所示。减小增加RR12341)为了正确到达目标点，钻井过程中应保证井眼轨迹靠切线段长度，增加为了正确到达目标点，钻井过程中应保证井眼轨迹靠切线段长度，增加或减小切线或减小切线1长，曲率半径长，曲率半径R会随之增大或减小，因此，增加或减小半会随之增大或减小，因此，增加或减小半径径R是保证井眼轨迹达到目标的重要途径，同时也是设计过程中调整窗是保证井眼轨迹达到目标的重要途径，同时也是设计过程中调整窗口位置的方法。口位置的方法。2）进入目标点后，当轨迹）进入目标点后，当轨迹2

48、上倾时，靠调整工具面角钻上倾时，靠调整工具面角钻12m，使其轨迹使其轨迹回到水平段上；回到水平段上；3）当发现井眼偏离方向在）当发现井眼偏离方向在3左右时，依靠调整方位来修正。左右时，依靠调整方位来修正。减小增加R1234R当然调整曲率半径或井眼轨迹是在设计及测量的基础上进当然调整曲率半径或井眼轨迹是在设计及测量的基础上进行的。因此，设计及调整时必须注意以下问题：行的。因此，设计及调整时必须注意以下问题：1）造斜点（窗口）和储层之间的真实垂直深度）造斜点（窗口）和储层之间的真实垂直深度4大于半径；大于半径；2）两段弯曲部分应是同样的增斜角度，即半径）两段弯曲部分应是同样的增斜角度，即半径R相同

49、；相同；3）切线（直线部分）必须与两个弯曲段相切；）切线（直线部分）必须与两个弯曲段相切；4）切线必须在距老井眼足够远处开始，以便能够取得好的测）切线必须在距老井眼足够远处开始，以便能够取得好的测量记录。量记录。减小增加R1234R井下井下动力钻具动力钻具侧侧钻钻水平井多采用带可调弯外壳的螺杆钻具，为了水平井多采用带可调弯外壳的螺杆钻具，为了在在121235mm的井眼内达到（的井眼内达到（625）/30m的造斜率，的造斜率，螺杆钻具的选择至关重要，这是因为采用的井下动力螺杆钻具的选择至关重要，这是因为采用的井下动力钻具既要满足原生产井在老井眼内工具顺利下入，又钻具既要满足原生产井在老井眼内工具

50、顺利下入，又要能满足造斜率的要求。一般在要能满足造斜率的要求。一般在139.7mm的套管内多的套管内多选用选用89mm可调螺杆钻具，角度在（可调螺杆钻具，角度在（02.25)范围内范围内能满足上述要求。可调弯壳距钻头的距离是满足造斜能满足上述要求。可调弯壳距钻头的距离是满足造斜率的关键，其距离应保持在率的关键，其距离应保持在11.3m范围内。范围内。井眼井眼轨迹的调整轨迹的调整一般情况下，中半径都设计成垂深与水平位移的改一般情况下，中半径都设计成垂深与水平位移的改变量相等。但是在特定的情况下，可以通过改变直线变量相等。但是在特定的情况下，可以通过改变直线井段的倾角，在钻进过程中对井眼轨迹进行调

51、整，见井段的倾角，在钻进过程中对井眼轨迹进行调整，见图。图。12341，第一造斜井段；，第一造斜井段；2，直线井段；，直线井段；3，第二造斜井段；，第二造斜井段；4，水平井段；，水平井段；5，垂直井段，垂直井段5第一个造斜段从造斜点开始，然后增斜使井斜角达到第一个造斜段从造斜点开始，然后增斜使井斜角达到45。由。由于实际造斜率可能与于实际造斜率可能与设计的或理论上的不同，所以钻进这一段对设计的或理论上的不同，所以钻进这一段对了解钻具性能了解钻具性能和地层的可钻性十分重要。和地层的可钻性十分重要。为了补偿第一个造斜段中实际与设计造斜率之间的偏差，下一为了补偿第一个造斜段中实际与设计造斜率之间的偏

52、差，下一步就采用稳斜钻具完成直线井段。如果初始造斜率比预计的低，步就采用稳斜钻具完成直线井段。如果初始造斜率比预计的低，那么所设计的直线段就要缩短；如果比设计的高，直线段则较长。那么所设计的直线段就要缩短；如果比设计的高，直线段则较长。12341，第一造斜井段；，第一造斜井段；2，直线井段；，直线井段；3，第二造斜井段；，第二造斜井段；4，水平井段；，水平井段；5，垂直井段，垂直井段5钻钻完完直线段后，中半径井通常井斜角已达到直线段后，中半径井通常井斜角已达到4560，这时开始下一个造斜段。当井眼接近水平时，钻进，这时开始下一个造斜段。当井眼接近水平时，钻进一定井段垂深变化较小，水平位移变大。

53、因此，当井一定井段垂深变化较小，水平位移变大。因此，当井眼接近水平时，第二个造斜段为获得最终的井斜角所眼接近水平时，第二个造斜段为获得最终的井斜角所需垂深比第一个造斜段要小。如果造斜率继续改变，需垂深比第一个造斜段要小。如果造斜率继续改变，则变化主要出现在水平面里，在垂直平面变化很小，则变化主要出现在水平面里，在垂直平面变化很小，结果井斜角变大，垂深精确度增加。结果井斜角变大，垂深精确度增加。12341，第一造斜井段；，第一造斜井段；2，直线井段；，直线井段；3，第二造斜井段；，第二造斜井段；4，水平井段；，水平井段；5，垂直井段，垂直井段5侧钻井三维井眼轨迹设计侧钻井三维井眼轨迹设计空空间间

54、的的侧侧钻钻轨轨迹迹设设计计比比平平面面的的轨轨迹迹设设计计适适应应性性更更大大，更更具具有有实实际际意意义义，因因为为侧侧钻钻时时已已钻钻井井身身与与侧侧钻钻井井身身并并不不一一定定在在一一个个平平面面，变变化化方方位位是是常常见的。见的。一一般般侧侧钻钻时时，侧侧钻钻点点以以前前的的井井身身均均已已取取得得了了测测量量数数据据。利利用用空空间间斜斜平平面面法法可可以以完完成成空空间间的的侧侧钻轨迹设计。钻轨迹设计。N(Y)H(Z)ossE(X)T(XT, YT, ZT)xYoN(Y)E(X)S(XS, YS, ZS)s斜斜平面法基本思路平面法基本思路斜平面法的基本思路斜平面法的基本思路斜斜

55、平平面面法法就就是是在在空空间间某某个个平平面面上上设设计计井井身身。该该平平面面仍仍是是一一个个斜斜平平面面。这这个个设设计计三三维维侧侧钻钻井井的的斜斜平平面面，不不是是空空间间任任意意一一个个斜斜平平面面，而而是是由由给给定定的的设设计计参参数数和设计要求所决定的某个斜平面。和设计要求所决定的某个斜平面。如图所示，点划线为原设计井眼轴线，实线为如图所示，点划线为原设计井眼轴线，实线为实钻井眼轴线，虚线为纠偏的井眼轴线。当该井钻实钻井眼轴线，虚线为纠偏的井眼轴线。当该井钻至至S点时，井眼轴线严重偏离设计井眼轴线，此时点时，井眼轴线严重偏离设计井眼轴线，此时需要设计纠偏井眼，以便准确钻达目标

56、点需要设计纠偏井眼，以便准确钻达目标点T。设计设计点点S到到T点间的纠偏井眼就是三维侧钻井的设计。点间的纠偏井眼就是三维侧钻井的设计。此时，已知条件是此时，已知条件是S点的坐标（点的坐标（Xs、Ys、Zs）和井身和井身参数参数s和和 s以及目标点坐标（以及目标点坐标（XT、YT、ZT）。）。斜平面法的基本思路斜平面法的基本思路S点的位置由坐标（点的位置由坐标（Xs、Ys、Zs）决定，决定，S点的井眼点的井眼方向由井身参数（方向由井身参数（s， s）决定。为了设计决定。为了设计ST间间的待钻轨迹，可以的待钻轨迹，可以过过S点的井眼方向线和点的井眼方向线和T点作一平点作一平面，此平面即为一个斜平面

57、面，此平面即为一个斜平面，也就是新设计的井眼，也就是新设计的井眼轴线所在的平面。在此斜平面上设计井身，就可以轴线所在的平面。在此斜平面上设计井身，就可以从从S点出发，直钻至点出发，直钻至T点。这就将本属于三维设计的点。这就将本属于三维设计的问题变为二维设计的问题。问题变为二维设计的问题。斜平面法的特点斜平面法的特点空间斜平面法的显著特点就是，钻进这空间斜平面法的显著特点就是，钻进这段井身所用的造斜工具的装置方位角是一段井身所用的造斜工具的装置方位角是一个常数，而且在设计井身时就可以求出装个常数，而且在设计井身时就可以求出装置角。求出装置角，既是实际施工的需要，置角。求出装置角，既是实际施工的需

58、要，又是设计过程进行井身计算的需要。又是设计过程进行井身计算的需要。斜面法的基本思路和步骤斜面法的基本思路和步骤OENH坐坐标标系系里里。新新设设计计的的待待钻钻井井眼眼是是在在某某个个空空间间斜斜平平面面上上。所所以以，必必须须找找到到这这个个斜斜平平面面与与原原坐坐标标系系OENH之之间间的的关关系系。这这样样才才能能将将新新设设计计的的待待钻钻井井眼眼转换到转换到OENH坐标系里。坐标系里。斜面法的基本思路和步骤是：斜面法的基本思路和步骤是：（1）将将坐坐标标系系OENH用用OXYZ代代替替，X、Y、Z轴轴分分别别与与E、N、H轴轴对对应应。因因为为在在OENH坐坐标标系系中中，只只有有

59、原原点点O可可以以变变化化，它它的的三三根根坐坐标标轴轴的的方方向向是是不不能能改改变变的。的。（2）根根据据已已知知条条件件（S点点和和T点点在在OXYZ坐坐标标系系中中的的坐坐标标以以及及S点点的的井井斜斜角角s和和方方位位角角 s），找找到到要要设设计计的的井井眼所在的斜平面。眼所在的斜平面。斜面法的基本思路和步骤斜面法的基本思路和步骤（ 3） 在在 该该 斜斜 平平 面面 上上 建建 立立 一一 个个 新新 的的 坐坐 标标 系系 SX Y Z 。该该坐坐标标系系的的原原点点为为S点点，并并以以S点点的的井井眼眼方方向向线线为为Y 轴轴。Z 轴轴垂垂直直于于该该斜斜平平面面，并并且且向

60、向下下为为正正。X 轴轴可可以以根根据据Y 和和Z 的的方方向向，按按照左手坐标系决定其方向。照左手坐标系决定其方向。（4）求求目目标标点点T在在SX Y Z 坐坐标标系系中中的的坐坐标标值值。显显然然，T点点的的Z 坐坐标标Z T=0。只只要要求求X T和和Y T即可。即可。（5）根根据据X T和和Y T，按按照照二二维维设设计计方方法法，将将在在SX Y Z 坐坐标标系系中中设设计计的的井井身身参参数数转转换换到到OXYZ坐标系中。坐标系中。求求T点在点在SX Y Z 坐标系中的坐坐标系中的坐标值标值利利用用解解析析几几何何法法，将将OXYZ坐坐标标系系经经过过转转换换（平平移移和和旋旋转

61、转），转转换换为为SX Y Z 坐坐标标系系。经过转换，可以导出经过转换，可以导出X T和和Y T的计算公式。的计算公式。平移平移x1y1z1绕绕z1至至x2y2z2，转角为转角为 sx2y2z2绕绕y2转转 s角至角至x3y3z3（x3代表井眼的高边，代表井眼的高边，z3指向指向S点的井眼切线方向）点的井眼切线方向）作作相应的代换相应的代换井身形状计算井身形状计算计算的内容包括：弯曲井段的弯曲角（狗腿角）、计算的内容包括：弯曲井段的弯曲角（狗腿角）、设计井身长度、以及井身上各点在设计井身长度、以及井身上各点在SX Y Z 坐标系中的坐标值。坐标系中的坐标值。井身计算井身计算井身计算的内容包括

62、：井眼轨迹上各点在井身计算的内容包括：井眼轨迹上各点在O-XYZ坐标系里的坐标、各点的井深、各点的井斜角和井坐标系里的坐标、各点的井深、各点的井斜角和井斜方位角，以及该井身所用造斜工具的装置角。斜方位角，以及该井身所用造斜工具的装置角。（3）各点在各点在OXYZ坐标系里的坐标坐标系里的坐标可直接套用最小曲率法或正切法的公式可直接套用最小曲率法或正切法的公式例：例：已知侧钻点的位置坐标、侧钻点的井斜角与方位已知侧钻点的位置坐标、侧钻点的井斜角与方位角、给定的空间曲率。角、给定的空间曲率。作作三维侧钻轨迹设计三维侧钻轨迹设计侧钻井井眼轨迹控制技术侧钻井井眼轨迹控制技术q侧侧钻井（侧钻水平井）钻柱摩

63、阻钻井（侧钻水平井）钻柱摩阻q侧钻井（侧钻水平井）钻柱组合侧钻井（侧钻水平井）钻柱组合q侧钻井（侧钻水平井）钻柱力学与轨迹控制侧钻井（侧钻水平井）钻柱力学与轨迹控制q侧钻井（侧钻水平井）井眼轨迹控制实例分析侧钻井（侧钻水平井）井眼轨迹控制实例分析侧钻水平井摩阻分析基本模型侧钻水平井摩阻分析基本模型基本假设：基本假设：井壁为刚性；井壁为刚性；钻柱单元体所受重力、钻柱单元体所受重力、正压力、摩阻力均匀分正压力、摩阻力均匀分布；布；计算单元体为空间斜平计算单元体为空间斜平面上的一段圆弧。面上的一段圆弧。全刚度模型全刚度模型柔索模型柔索模型钻井液粘滞力对摩阻的影响钻井液粘滞力对摩阻的影响 计算的结果表

64、明，粘滞力对钻柱产生的附加摩阻力不大，一般不会计算的结果表明，粘滞力对钻柱产生的附加摩阻力不大，一般不会超过超过5%5%，但是当，但是当300300读值较大时，则应该引起注意，这是因为读值较大时，则应该引起注意，这是因为300300与钻井液稠度系数成正比关系，它的增大，直接导致钻井液稠度的增与钻井液稠度系数成正比关系，它的增大，直接导致钻井液稠度的增大，从而使得钻井液对钻柱的附加摩阻增大。大，从而使得钻井液对钻柱的附加摩阻增大。 侧侧钻钻水水平平井井属属于于小小井井眼眼钻钻井井，对对钻钻井井液液的的流流变变性性能能具具有有一一定定的的影影响响，从从而而影影响响到到钻钻柱柱的的摩摩阻阻。因因为为

65、钻钻柱柱与与井井眼眼的的间间隙隙直直接接影影响响到到钻钻井井液液的的流流变变性性，随随着着井井径径的的减减小小，钻钻井井液液流流速速加加快快，粘粘滞滞力力逐逐渐渐增增大大。对对于于小小井井眼眼钻钻井井，充充分分考考虑虑粘粘滞滞力力的的影影响响，有有利利于于正正确确估估计计钻钻柱柱的的摩摩阻阻，提高摩阻分析与预测准确度。提高摩阻分析与预测准确度。 尽尽管管钻钻井井液液粘粘滞滞阻阻力力对对摩摩阻阻的的影影响响并并不不大大，但但是是由由于于在在侧侧钻钻水水平平井井小小井井眼眼钻钻井井中中，施施加加的的钻钻压压一一般般在在20402040kNkN之之间间，因因此此摩摩阻阻的的精精确确程程度度直接影响到

66、对井底钻压施加的正确估计，以及井下事故的预防和处理。直接影响到对井底钻压施加的正确估计，以及井下事故的预防和处理。钻井液压差对摩阻的影响钻井液压差对摩阻的影响 压压差差阻阻力力对对钻钻柱柱摩摩阻阻有有一一定定的的影影响响，由由压压差差阻阻力力产产生生的的附附加加摩阻在总的摩阻中所占的比例一般为摩阻在总的摩阻中所占的比例一般为5%5%10%10%左右。左右。 压压差差阻阻力力主主要要与与钻钻井井液液密密度度、钻钻井井液液泥泥饼饼厚厚度度有有关关系系，随随着着密度的增大，压差阻力增大。密度的增大，压差阻力增大。 对对于于侧侧钻钻水水平平井井钻钻井井，在在小小井井眼眼中中，随随着着井井径径的的减减小

67、小，泥泥饼饼的的厚厚度度对对钻钻柱柱摩摩阻阻的的影影响响显显得得较较明明显显，充充分分考考虑虑压压差差阻阻力力的的影影响，有利于正确估计钻柱的摩阻。响，有利于正确估计钻柱的摩阻。侧钻水平井钻柱强度分析及应用研究侧钻水平井钻柱强度分析及应用研究由由于于侧侧钻钻水水平平井井钻钻井井属属于于小小井井眼眼钻钻井井，使使用用的的钻钻柱柱都都属属于于小小尺尺寸寸的的钻钻具具，包包括括钻钻杆杆、钻钻铤铤等等。小小尺尺寸寸的的钻钻杆杆在在井井下下容容易易造造成成屈屈曲曲失失稳稳而而产产生生疲疲劳劳破破坏坏，同同时时小小尺尺寸寸的的钻钻具具的的机机械械性性能能明明显显降降低低，对对小小尺尺寸寸的的钻钻具具强强度

68、度进进行行正正确确的的校校核核和和评评价价是是非非常常重重要要的的一一个个方方面面，小小井井眼眼的的钻钻柱柱强强度度分分析析与与评评价价是是侧侧钻水平井钻井技术的一项重要内容钻水平井钻井技术的一项重要内容钻柱所受基本应力钻柱所受基本应力扭矩应力扭矩应力轴向应力轴向应力钻井液液柱引起的钻柱端面径向钻井液液柱引起的钻柱端面径向应力和周向应力应力和周向应力钻柱稳定性分析钻柱稳定性分析基本假设基本假设l井眼为等直径的圆筒；井眼为等直径的圆筒；l钻钻杆杆为为等等直直径径的的圆圆柱柱体体，其其变变形形前前在在自自重重的的作作用用下下躺躺在下井壁上并与井壁连续接触；在下井壁上并与井壁连续接触；l忽略摩阻、扭

69、矩、转动和振动的影响忽略摩阻、扭矩、转动和振动的影响力学模型力学模型 将侧钻水平井的水平段钻柱简化为两端铰支等刚度的弹性地基梁将侧钻水平井的水平段钻柱简化为两端铰支等刚度的弹性地基梁 受压钻杆从直线平衡状态过渡到弯曲平衡状态时，钻杆应变能的增量与受压钻杆从直线平衡状态过渡到弯曲平衡状态时，钻杆应变能的增量与外力所做的功应相等，即从稳定平衡转变为不稳定平衡的临界条件是：外力所做的功应相等，即从稳定平衡转变为不稳定平衡的临界条件是：上式表明，在弹性系统对其平衡位置的微小偏离中，体系的变形能增上式表明，在弹性系统对其平衡位置的微小偏离中，体系的变形能增量与外力所作的功相等。根据这一临界条件，即可求出

70、临界载荷。量与外力所作的功相等。根据这一临界条件，即可求出临界载荷。钻柱强度分析与校核钻柱强度分析与校核针针对对新新疆疆侧侧钻钻水水平平井井的的井井眼眼的的具具体体情情况况，选选择择的的井井眼眼较较浅浅，对对抗抗挤挤、抗抗内内压压没没有有过过高高的的要要求求，侧侧钻钻水水平平井井小小井井眼眼钻钻井井的的钻钻柱柱强强度度分分析析和和校校核核的的核核心心内内容容为为抗抗拉拉强强度度校校核核、抗抗扭扭强度校核、螺纹连接强度校核等。强度校核、螺纹连接强度校核等。抗拉强度校核抗拉强度校核Pw=0.9Py式中：式中：Pw钻钻杆杆的的最最大大工工作作负负荷荷，N；Py最最小小屈屈服服强强度度下下的的抗抗拉拉

71、强度，强度，N。抗拉强度校核（钻杆允许圈数计抗拉强度校核（钻杆允许圈数计算）算）式中，式中，T轴向拉力轴向拉力NL卡点深度卡点深度mD钻杆外径钻杆外径mmG剪切弹性模量剪切弹性模量Ym抗拉屈服强度抗拉屈服强度PaSf安全系数安全系数A钻柱截面积，钻柱截面积，m2钻柱钻柱力学与井眼轨迹控制力学与井眼轨迹控制带弯带弯接头（弯外壳）的井下动力钻具组合接头（弯外壳）的井下动力钻具组合带钻柱稳定器的下部钻柱组合带钻柱稳定器的下部钻柱组合(a)定定向向造造斜斜组组合合；(b)转转盘盘钻钻增增斜斜组组合合；(c)微微增增斜斜组组合合；(d)稳稳斜斜组组合合；(e)降斜组合降斜组合带弯接头的直螺杆下部钻具组合

72、力学性能分析 在侧钻井钻井中，弯接头 + 螺杆主要用于井眼的造斜段。在使用弯接头螺杆钻进时，钻具共顶于某一指定方向，从而使钻头沿预定方向增斜，其作用相当于定向弯接头。 采用静力学的方法，采用连续梁力学分析方法，对下部钻柱组合的力学性能进行分析 弯接头的处理 把连续梁柱OBT从弯接头肘点B点处断开，附加内弯矩M1，该计算方法的特点是在计算时考虑了弯角的影响并加以补偿 边界条件的确定 当钻具与井壁接触时，即在上切点处，此时边界条件为： 三维井身中弯矩方程建立 将受力变形问题分解为两个平面内的双二维问题，即井斜平面P和方位平面Q。根据以上所给定的边界条件和连续条件，注意到钻头处为绞点，可以得到弯矩方

73、程P平面内钻头侧向力和钻头倾角Q平面内钻头侧向力和钻头倾角井斜的影响分析井斜的影响分析井斜的大小对于单弯螺杆的造斜井斜的大小对于单弯螺杆的造斜特性具有一定的影响，如图特性具有一定的影响，如图4.2所示，所示，图图4.2的条件为：钻压的条件为：钻压20kN，装置角装置角45。随着井斜的增大，在其它条件。随着井斜的增大，在其它条件相同的情况下，井斜变化率是增大相同的情况下，井斜变化率是增大的，也即单弯螺杆的造斜能力增大，的，也即单弯螺杆的造斜能力增大，增大的趋势是非线性的，井斜越大，增大的趋势是非线性的，井斜越大，造斜率趋于平缓。造斜率趋于平缓。钻压的影响分析钻压的影响分析钻钻压压的的大大小小对对

74、于于单单弯弯螺螺杆杆的的造造斜斜特特性性的的影影响响较较大大，图图4.3的的分分析析条条件件为为：井井斜斜60，装装置置角角45。如如图图4.3所所示示，随随着着钻钻压压的的逐逐步步增增大大，在在其其它它条条件件相相同同的的情情况况下下，井井斜斜变变化化率率和和方方位位变变化化率率都都是是增增大大的的，也也即即单单弯弯螺螺杆杆的的造造斜斜能能力力增增大大，但但是是由由于于新新疆疆侧侧钻钻水水平平井井钻钻井井中中使使用用的的钻钻压压是是相相对对稳稳定定的的，一一般般在在2030kN之之间间，使使得得钻钻压压对对单单弯弯螺螺杆杆的的造造斜斜能能力力影影响响有有限。限。装置角的影响分析装置角的影响分

75、析装置角对于单弯螺杆的造斜特性而言，是一装置角对于单弯螺杆的造斜特性而言，是一个非常敏感的因素，确定不同的装置角，单弯个非常敏感的因素，确定不同的装置角，单弯螺杆的造斜特性是大不相同的，如图螺杆的造斜特性是大不相同的，如图4.4所示，所示，井斜井斜60，钻压，钻压20kN时，随着装置角度数的逐步时，随着装置角度数的逐步增大，在其它条件相同的情况下，井斜变化率增大，在其它条件相同的情况下，井斜变化率和方位变化率都发生明显的变化，也即单弯螺和方位变化率都发生明显的变化，也即单弯螺杆的变井斜能力减小，而变方位能力增大，这杆的变井斜能力减小，而变方位能力增大，这是装置角在第一象限内的情况，通过程序计算

76、，是装置角在第一象限内的情况，通过程序计算，也可得到装置角在另外三个象限的变化情况，也可得到装置角在另外三个象限的变化情况，如果将四个象限内的变化趋势曲线连接起来，如果将四个象限内的变化趋势曲线连接起来，井斜变化率曲线是一条类似余弦曲线，而方位井斜变化率曲线是一条类似余弦曲线，而方位变化率曲线是一条类似正弦曲线。变化率曲线是一条类似正弦曲线。肘点距离的影响分析肘点距离的影响分析肘点距离指的是单弯螺杆的肘点到钻头的距肘点距离指的是单弯螺杆的肘点到钻头的距离，肘点距离对于单弯螺杆的造斜特性而言，离，肘点距离对于单弯螺杆的造斜特性而言，也是一个非常敏感的因素，肘点距离不同，也是一个非常敏感的因素，肘

77、点距离不同，单弯螺杆的造斜特性亦不一样，图单弯螺杆的造斜特性亦不一样，图4.5给出给出了了89mm的单弯螺杆的肘点距离对井斜变化的单弯螺杆的肘点距离对井斜变化率的影响，对于方位变化率的影响也可得到率的影响，对于方位变化率的影响也可得到相似的结论，如图相似的结论，如图5所示，井斜所示，井斜60，钻压，钻压20kN，装置角装置角0时，时，随着肘点距离的逐步增随着肘点距离的逐步增大，在其它条件相同的情况下，井斜变化率大，在其它条件相同的情况下，井斜变化率的变化是首先增大的，当达到某一极限后，的变化是首先增大的，当达到某一极限后，井斜变化率减小，对于克拉玛依使用的单弯井斜变化率减小，对于克拉玛依使用的

78、单弯螺杆的肘点距离为螺杆的肘点距离为1.03m，从图可以看出其从图可以看出其造斜特性是比较好的，基本上接近极限值。造斜特性是比较好的，基本上接近极限值。转盘钻下部钻具组合力学特性分析转盘钻下部钻具组合力学特性分析采用纵横弯曲法，主要分析其力学模型（纵横弯曲连续梁）和数学模型（三弯距方程组）的建立和寻求数学模型求解方法，重点分析不同井底钻具组合在各种不同的井身条件下的受力和变形，揭示钻具组合的结构参数、工艺参数和井身几何条件等对钻头侧向力的定量关系。 力学模型的基本假设A.井壁呈刚性。B.钻头中心在井眼中线上，且井眼轨道为等截面圆柱体。C.钻压为常量，其方向，沿钻头处井身中心线的切线。D.不考虑

79、钻头动载，转动和钻具震动等动态因素的影响。 纵横弯曲问题中的新叠加原理 由不同载荷作用下的纵横弯曲问题可知,由于梁柱的绕度和转角与轴向载荷呈非线性关系,所以,梁柱的总变形不等于横向载荷产生的变形与轴向载荷产生的变形之和,即线性弹性力学中的线性叠加原理对此不再成立。但是，在轴向载荷不变的前提下，梁柱的变形（扰度与转角）与横向载荷（集中力，均布载荷，力偶等）呈线性关系。当有多个横向载荷同时作用于轴向受压的梁柱时，梁柱的总变形（扰度，转角）可由每个横向载荷分别与轴向载荷共同作用所产生的变形（扰度，转角）线性叠加得到。 轴向载荷 由于每跨钻柱的自重分量影响，梁柱的上下两端轴向压力并不相等，为简化分析，

80、在应用纵横弯曲法时，以梁柱中点的轴向载荷亦即上下两端轴力的平均值作为该梁柱的轴向载荷 连续条件和上边界条 稳定器与井壁之间的接触为刚性点接触，因此可处理为简单支座。把BHA这一受纵横弯曲载荷的连续梁处理成从稳定器和上切点断开，并附加内弯矩和轴力 上边界条件:钻柱的弯曲曲率与井眼的弯曲曲率相等钻头侧向力和钻头倾角井眼曲率的影响下下稳定器的位置对钻具组合造斜特性稳定器的位置对钻具组合造斜特性的影响的影响 钻压对造斜钻压对造斜特性的影响特性的影响套管套管定向开窗侧钻小眼井轨迹控制定向开窗侧钻小眼井轨迹控制实例实例胡胡5-27井井是中原油田胡状构造胡是中原油田胡状构造胡5断块上的的断块上的的一口生产井

81、，因一口生产井，因 139.7套管错断，被迫停产。套管错断，被迫停产。为了恢复生产，完善注采井网，决定在为了恢复生产，完善注采井网，决定在 139.7套管内开窗侧钻。套管内开窗侧钻。该井设计井深该井设计井深2200m（垂深），靶心垂深垂深），靶心垂深2150m，水平位移水平位移73.82m，方位方位1343339，靶心半径小于靶心半径小于30m。该井在该井在1930m开窗，完钻开窗，完钻井深井深2240.7m，裸眼段长裸眼段长310.7m，井底水平位井底水平位移移113.05m，靶点位移靶点位移75.34m，靶心距靶心距1.69m，最大井斜角最大井斜角33，固井质量优。，固井质量优。脱离老井眼

82、脱离老井眼为了防止侧钻井眼回到老井眼（沿老井沿水泥为了防止侧钻井眼回到老井眼（沿老井沿水泥环钻进），达到尽快离开老井眼的目的，胡侧环钻进），达到尽快离开老井眼的目的，胡侧5-27井首先采用动力钻具（不用弯接头），以利于造井首先采用动力钻具（不用弯接头），以利于造斜作业。采用的钻具组合为：斜作业。采用的钻具组合为： 116PDC钻头钻头+ 100螺杆螺杆+ 105无磁钻铤（无磁钻铤（1根）根）+ 105钻铤（钻铤（1根）根）+ 73钻杆。钻杆。钻进长度根据井斜的大小确定，一般钻进长度根据井斜的大小确定，一般30m40m即可形成新井眼。胡侧即可形成新井眼。胡侧5-27井钻进至井深井钻进至井深195

83、9.6m时，因螺杆损坏加之新井眼已形成，起钻换造斜时，因螺杆损坏加之新井眼已形成，起钻换造斜钻具组合。钻具组合。造斜段造斜段轨迹控制技术轨迹控制技术一般情况下，侧钻井眼方位与老井眼方位不一致，有时甚至一般情况下，侧钻井眼方位与老井眼方位不一致，有时甚至相反，而老井眼通常是沿地层自然漂移方向，因此侧钻井的施相反，而老井眼通常是沿地层自然漂移方向，因此侧钻井的施工难度大。胡侧工难度大。胡侧5-27井老井眼在井老井眼在1930m处，井斜处，井斜4.7，方位，方位312，与侧钻方位恰好相反，增加了造斜作业的难度。为此，在施，与侧钻方位恰好相反，增加了造斜作业的难度。为此，在施工中首次采用弯外壳动力钻具

84、，并首次使用工中首次采用弯外壳动力钻具，并首次使用 45随钻随钻DOT（方方位定向工具）监控井眼轨迹。钻具组合为：位定向工具）监控井眼轨迹。钻具组合为： 116PDC钻头钻头+ 95弯外壳螺杆（弯外壳螺杆（1.5或或1.3）+定向直接头定向直接头+ 105无磁钻无磁钻铤（铤（1根）根）+ 105钻铤（钻铤（1根）根）+ 73钻杆。钻进参数：钻压钻杆。钻进参数：钻压20kN40kN，泵压泵压15MPa16MPa，排量排量6L/s9L/s。造斜钻进至造斜钻进至2017.2m时，井斜角时，井斜角24，方位，方位142，均达到设，均达到设计要求。计要求。1.3弯外壳动力钻具的造斜率达弯外壳动力钻具的造

85、斜率达12/30m，1.5弯外弯外壳动力钻具的造斜率达壳动力钻具的造斜率达17/30m。稳斜稳斜段（扩眼钻进段）轨迹控制技术段（扩眼钻进段）轨迹控制技术稳稳斜扩眼钻进井段自斜扩眼钻进井段自2017.2m2240.7m，使用使用 114偏心钻偏心钻头。根据偏心钻头的特性，采用了如下的钻具组合：头。根据偏心钻头的特性，采用了如下的钻具组合： 114偏偏心心PDC钻头钻头+ 114稳定器稳定器+ 105无磁钻铤（无磁钻铤（1根）根）+ 105钻铤钻铤（8根）根）+ 73钻杆。钻进参数：钻压钻杆。钻进参数：钻压kN40kN，转速转速60r/min80r/min，泵压泵压5MPa18MPa，排量排量6L

86、/s8L/s。该钻具组合从力学的角度分析是一种强增斜钻具，但在胡该钻具组合从力学的角度分析是一种强增斜钻具，但在胡5-27井施工中，由于钻压小，钻头偏心，使用结果表现为稳井施工中，由于钻压小，钻头偏心，使用结果表现为稳斜或微增斜趋势。由于采用了适当的下部钻具组合，且钻进斜或微增斜趋势。由于采用了适当的下部钻具组合，且钻进施工参数合理，有效地控制了井眼轨迹，顺利中靶，靶心距施工参数合理，有效地控制了井眼轨迹，顺利中靶，靶心距仅为仅为1.69m。但是由于地面设备的限制，排量较小，不能有但是由于地面设备的限制，排量较小，不能有效地携带岩屑，致使机械钻速太慢。全井机械钻速仅为效地携带岩屑，致使机械钻速

87、太慢。全井机械钻速仅为0.5m/h。侧侧钻井轨迹方位设计与控制钻井轨迹方位设计与控制v槽式变向器扭槽式变向器扭方位方位v井下动力钻具扭方位井下动力钻具扭方位v扭方位计算扭方位计算槽式变向器槽式变向器扭扭方位计算方位计算井下动力钻具扭方位计算井下动力钻具扭方位计算90 扭方位扭方位已已知知参参数数：当当前前井井底底的的井井斜斜角角 1和和方方位位角角 1，造造斜斜工工具具的的造造斜斜能能力力K（ /Ck(m)），设设计计点点的的方位角方位角 1，装置角，装置角 = 90 。需求：设计点的井斜角需求：设计点的井斜角 2，扭方位段长，扭方位段长 L。稳斜扭方位稳斜扭方位已已知知参参数数：当当前前井井

88、底底得得井井斜斜角角 1和和方方位位角角 1，设设计计点点得得井井斜斜角角 2= 1，造造斜斜工工具具得得造造斜斜能能力力K，设计点的方位角设计点的方位角 2，需求：装置角，扭方位段长需求：装置角，扭方位段长 L。全力扭方位全力扭方位已已知知参参数数：当当前前井井底底井井斜斜角角 1和和方方位位角角 1，造造斜斜工具得造斜能力工具得造斜能力K，设计点的方位角设计点的方位角 2。需需求求：装装置置角角，扭扭方方位位段段长长 L，设设计计点点的的井井斜斜角角 2两种扭方位设计方法的比较两种扭方位设计方法的比较两两种种扭扭方方位位设设计计方方法法的的计计算算公公式式基基本本相相似似。实实际际上上，它

89、它们们是是相相同同的的。这这是是因因为为井井下下动动力力钻钻具具扭扭方方位位形形成成的的井井眼眼轨轨迹迹是是空空间间一一斜斜平平面面上上的的一一段段圆圆弧弧，该该圆圆弧弧的的弯弯曲曲角角在在某某种种意意义义上上等等价价于槽式变向器的导斜角。于槽式变向器的导斜角。两种扭方位设计方法的比较两种扭方位设计方法的比较两两种种扭扭方方位位设设计计方方法法在在理理论论上上是是有有区区别别的的。使使用用槽槽式式变变向向器器扭扭方方位位时时，在在钻钻完完一一定定距距离离（称称为为有有效效井井段段）后后，如如果果不不改改变变槽槽式式变变向向器器的的位位置置和和定定向向方方位位（装装置置角角）而而继继续续钻钻进进

90、，所所形形成成的的井井眼眼轨轨迹迹将将趋趋于于稳稳斜斜稳稳方方位位。而而对对于于井井下下动动力力钻钻具具扭扭方方位位来来说说，整整个个井井段段的的弯弯曲曲角角在在不不断断地地发发生生变变化化。也也就就是是说说，井井下下动动力力钻钻具具扭扭方方位位可可以以连连续续扭扭上上百百米米甚甚至至更更长长的的井井段段。从从现现场场实实际际操操作作来来看看，这这种种理理论论分分析析是是有有道道理理的的。采采用用槽槽式式变变向向器器扭扭方方位位时时，其其有有效效井井段段是是较较短短的的，它它与与井井眼眼曲曲率率、井井眼眼尺尺寸寸、钻钻柱柱的的刚刚度度、钻钻柱柱结结构构和和井井眼眼环环境境有有关关，一一般般30

91、m左左右右。而而随随着着井井深深的的增增加加，井井下下动动力力钻钻具具始始终终与与井井底底钻钻头头相相距距为为常常距距离离，它它对对钻钻头头的的走走向向始始终终起起着着决决定定的的作作用用，因因此此，井下动力钻具可以连续扭方位很长的井段。井下动力钻具可以连续扭方位很长的井段。根据以上公式，可以解决定向井井眼根据以上公式，可以解决定向井井眼轨迹控制中的方位控制计算。下面用例轨迹控制中的方位控制计算。下面用例题来加以说明。题来加以说明。例例1：已知扭方位前井斜角为：已知扭方位前井斜角为10 ，方位角，方位角为为40 。扭方位后井斜角为。扭方位后井斜角为12 ，方位角，方位角为为50 。造斜工具的造

92、斜率为。造斜工具的造斜率为3 /30m。求：扭方位初始装置角和扭方位井段长。求：扭方位初始装置角和扭方位井段长。例例2：已知扭方位前井斜角为：已知扭方位前井斜角为5 ，方位角，方位角为为30 。方位角为。方位角为50 。造斜工具的造斜。造斜工具的造斜率为率为3 /30m，扭方位井段长扭方位井段长30m。要求要求扭方位后方位角为扭方位后方位角为45 。求：扭方位初。求：扭方位初始装置角和扭方位后井斜角度数。始装置角和扭方位后井斜角度数。例例3：已知扭方位前井斜角为：已知扭方位前井斜角为8 ，方位角，方位角为为70 。造斜工具的造斜率为。造斜工具的造斜率为3 /30m，扭方位井段长扭方位井段长25

93、m。要求扭方位后井斜角要求扭方位后井斜角为为10 。求：扭方位初始装置角和扭方。求：扭方位初始装置角和扭方位后方位角度数。位后方位角度数。在实际施工中，有些井身参数是很难准确控制的。在实际施工中，有些井身参数是很难准确控制的。如关键的工具造斜率参数将随钻井参数、地层等条件如关键的工具造斜率参数将随钻井参数、地层等条件的变化而变化。要想保持工具造斜率在扭方位过程中的变化而变化。要想保持工具造斜率在扭方位过程中相对不变，需尽量保持钻井参数不变。在具体施工计相对不变，需尽量保持钻井参数不变。在具体施工计算中，根据使用的弯接头和螺杆钻具先假定一个近似算中，根据使用的弯接头和螺杆钻具先假定一个近似于实际的造斜率（如可用生产厂家的推荐值），算出于实际的造斜率（如可用生产厂家的推荐值），算出装置角，调整好工具面的方向，在初始井眼条件（井装置角，调整好工具面的方向，在初始井眼条件（井斜角、方位角）下钻进一段长度后用测斜仪器测出此斜角、方位角）下钻进一段长度后用测斜仪器测出此时的井斜角、方位角。时的井斜角、方位角。则可据此计算出扭方位过程中的工具实际造则可据此计算出扭方位过程中的工具实际造斜率：斜率：然后根据计算出的工具实际造斜率，再重新然后根据计算出的工具实际造斜率，再重新计算下段扭方位的装置角计算下段扭方位的装置角 。