钻井工程轨迹控制
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第五章 井眼轨道设计 与轨迹控制
1
薄油层开发
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
2
薄油层开发
井眼轨迹在油层最佳位置穿行难
层薄，地层倾角变化，有时上翘或下倾
精确控制几千米远的钻头走向难度大
3
4
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。
18
(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
30
Dm
狗腿角（γ）的计算：
Lubinski公式：
cos cos A cosB sin A sinB cos(B A)
钻井行业标准计算公式：
2 2 sin2 c
c
A
B
2
γ——该测段的狗腿角，(°)； Ｋc——该测段的平均井眼曲率，(°)/30m ；
24
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°。
i i1 180时， i i i1 360 i i1 180时， i i i1 360
c
i
i1
2
180
c
i
i1
2
180
22
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
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 。
23
二．对测斜计算数据的规定
平移方位线：在水平投影面上，井口至轨迹上某点的连 线。
我国将完百度文库时的水平位移称为闭合距。
16
17
二．轨迹的计算参数 (4) 平移方位角θ ：
平移方位线所在的方位角。
(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。
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。
αc——该测段的平均井斜角，（°）。
19
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： ➢ 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身参数，如：井深、井斜角、 垂深；
➢ 作图简便。
20
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三．井眼轨迹的图示法
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 。
15
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）。
7
地面环境条件限制
8
地下地质条件要求
9
处理井下事故 10
11
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）
25
三．轨迹计算方法
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。
5
二维
三维
6
概述：
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。
下测点井斜角与上测点 井斜角之差。
Δα＝αB－αA
13
(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° 。
14
(4) 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
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。
12
(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 )：
1
薄油层开发
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
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薄油层开发
井眼轨迹在油层最佳位置穿行难
层薄，地层倾角变化，有时上翘或下倾
精确控制几千米远的钻头走向难度大
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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。
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(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
30
Dm
狗腿角（γ）的计算：
Lubinski公式：
cos cos A cosB sin A sinB cos(B A)
钻井行业标准计算公式：
2 2 sin2 c
c
A
B
2
γ——该测段的狗腿角，(°)； Ｋc——该测段的平均井眼曲率，(°)/30m ；
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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°。
i i1 180时， i i i1 360 i i1 180时， i i i1 360
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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
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 。
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二．对测斜计算数据的规定
平移方位线：在水平投影面上，井口至轨迹上某点的连 线。
我国将完百度文库时的水平位移称为闭合距。
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二．轨迹的计算参数 (4) 平移方位角θ ：
平移方位线所在的方位角。
(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。
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。
αc——该测段的平均井斜角，（°）。
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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： ➢ 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身参数，如：井深、井斜角、 垂深；
➢ 作图简便。
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三．井眼轨迹的图示法
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 。
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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）。
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地面环境条件限制
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地下地质条件要求
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处理井下事故 10
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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）
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三．轨迹计算方法
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。
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二维
三维
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概述：
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。
下测点井斜角与上测点 井斜角之差。
Δα＝αB－αA
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(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° 。
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(4) 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
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。
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(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 )：