三维多靶点井眼轨迹控制技术
井眼轨迹精准定位技术探讨
井眼轨迹精准定位技术探讨井眼轨迹精准定位技术在石油勘探和生产过程中具有重要作用。
目前，井眼轨迹精准定位技术已经成为了石油勘探和开发的一种关键技术。
本文将探讨此技术的概念、应用、以及未来的发展前景。
井眼轨迹精准定位技术是指通过在井眼入口处进行测量和分析，实现对井眼在垂直和水平两个方向上的精确定位和跟踪。
这种技术通常使用各种先进的仪器和设备，如全站仪、井下足迹、三轴倾角仪和惯导系统等，以确定井口的精准位置和井眼的方向。
井眼轨迹精准定位技术常用于地层地质、石油储层模型、油井管理、钻井工艺和生产井眼的监测等领域。
井眼轨迹精准定位技术的应用十分广泛。
下面列举一些典型的应用：1.钻井过程中，井眼轨迹精准定位技术可以实时检测钻曲和井眼偏移情况，在钻井中修正并控制钻头的方向，从而提高钻井的效率和成功率。
2.在进行水力压裂、酸化注水等石油生产过程中，井眼轨迹精准定位技术可以加速油料的流动，提高注水和采油的效率，从而提高生产能力。
3.井眼轨迹精准定位技术在废弃油井的监测和管理中也有广泛应用。
通过对废弃油井的井眼轨迹进行测量和分析，可以及时控制并减少油井破裂事故的发生，保护环境，提高资源利用效率。
4.井眼轨迹精准定位技术还可以用于地质勘探和地质储层的研究。
通过对井眼轨迹的研究，可以深入了解油层的地质特征、孔隙结构等，从而为石油开发和利用提供有效的技术支持。
5.灾难事故中，井眼轨迹精准定位技术也有一定的应用。
例如在地面发生火灾等情况时，可以通过对井眼轨迹的观测和控制，实现井筒的冷却和阻止火势扩散，保护人员的生命安全。
随着石油勘探和生产的深度和复杂度不断增加，井眼轨迹精准定位技术也面临着新的挑战和机遇。
在未来，井眼轨迹精准定位技术将会出现以下方面的发展：1.井眼轨迹精准定位技术在自动化和智能化方面的发展，将大大提高该技术的精确度和实效性。
2.随着惯性导航、激光技术等技术的不断发展和进步，井眼轨迹精准定位技术的应用也将变得更为广泛和成熟。
三维多目标定向井轨道设计(第四章)
第四章 三维多目标定向井轨道设计井眼按照其轴线形状可以分为三类：垂直井、二维定向井和三维定向井。
这个分类并不是根据实钻的井眼形状，而是根据设计的井眼形状来分的。
原设计的两维定向井，实钻出来的井眼形状都是三维的，但它们仍被称为两维定向井。
这好象原来设计为垂直井，而实钻出来的井眼都有一定的井斜角和方位角。
它仍被称为垂直井一样。
只有当设计的井眼轴线，既有井斜角变化，又有方位角的变化，才能称为三维定向井。
三维定向井的设计和施工，都比两维定向井困难，三维设计的思路和方法，是将三维设计转化为两维设计。
本文重点讨论三维双目标及三目标的设计的问题。
第一节 一般三维双目标定向井轨道设计三维双目标定向井的设计，其设计方法与一般普通定向井设计一样，在已知第一靶垂深1H 、第一靶方位1φ、第一靶位移1A ，第二靶方位2φ、第二靶位移2A 、第二靶垂深2H ，造斜点井深a D ，第一靶后增降斜率z K 和变方位曲率K 参数下，进行基本参数计算。
1、基本参数计算1.1 计算两靶位移差和两靶垂深差12A A A -=∆ 12H H H -=∆1.2 计算过渡参数a e D H D -=1 1A S e =z z K R /5730=1.3 计算最大井斜角)2/(2(2221max e z e z e e e S R S R S D D tg -++⋅=-α1.4 各井段参数的计算和结果验算1.4.1 增斜段参数max α⋅+=z a z R D Lmax sin α⋅=z z R D)cos 1(max α-=z z R S1.4.2稳斜段参数e z e e w S R S D L 222-+=max cos α⋅=w w L D max sin α⋅=w w L S 2、扭方位段的设计中第一靶后，后续设计为扭方位设计。
其设计方式有：可设计为稳斜变方位井段后接变井斜（或稳井斜）稳方位井段的设计。
令：2H D t =2A S t = 2φφ=b 11cos φ⋅=A N b 11sin φA E b = 1H D b = max α=b A 1φφ=b wz b L L L +=2.1 设计水平投影图的主要参数 1sin φt t S E =1cos φt t S N =1A S b =扭方位点自b 点至t 点的设计示意图见图1，图2图1 扭方位设计2.2 扭方位轨道设计方法2.2.1设计水平投影图的主要参数计算变方位段水平投影曲率半径a R :πα5400sin 2⋅=K R b a（1） 计算变方位段方位扭转角A(见图3)'-'+-+=t a t t a t t a N R E arctg E R N E R arctg A 222（2）计算水平投影总长度S:)2(18022'⋅-++⋅⋅+=t a t t ab E R N E R A S S π （3）式（2）、（3）中''t t N E ,分别按下列式子计算：b b t b b t t N N E E N φφcos )(sin )(-+-=' （4）b b t b b t t N N E E E φφsin )(cos )(---=' （5）2.2.2垂直剖面图的设计计算变方位段终点与目标点连线井斜角c α：tt D S arctg Lc ∆∆=α （6） 式（6）中t t D S ∆∆,分别按下列式子计算：180πα⋅⋅--=∆b a b t t tg R A D D D （7）5.022)2('-+=∆t a t t t E R N E S （8）图2 扭方位水平投影图2.2.3 变方位段终点与目标点之间井段设计：A ：变方位段终点与目标点之间井段设计为增（降）斜段，计算井斜角变化t α∆增斜段（或降斜段）曲率半径)(n z R R 和轨道长度t L ∆。
井眼轨迹精准定位技术探讨
井眼轨迹精准定位技术探讨一、引言井眼轨迹精准定位技术是指利用钻井测井仪器和数据处理技术，通过分析钻井数据，对钻井井眼进行精准定位，以确保钻探目标精确到达矿层。
井眼精准定位技术在石油、天然气和地热开发领域有着广泛的应用，对于提高钻井效率、降低成本、确保安全具有重要意义。
本文将围绕井眼轨迹精准定位技术展开讨论，分析其发展现状、关键技术和应用前景。
二、井眼轨迹精准定位技术的发展现状1. 传统井眼定位技术传统的井眼定位技术主要依靠地面标志物、地面测量仪器和井下测斜仪等设备进行定位。
这种方法存在着测量误差大、成本高、工作量大等问题，同时也受到地形地貌的限制。
随着现代科技的发展，井眼轨迹定位技术得到了飞速的发展。
现代井眼轨迹定位技术主要分为以下几种：（1）测斜仪技术测斜仪技术是目前钻井现场应用最广泛的测量技术之一，其通过安装在钻杆上的测斜仪器，可以实时测量钻井井眼的倾角和方位角。
目前，测斜仪技术已经具备了高精度、高稳定性和自动化的特点，极大地提高了钻井井眼的精准定位能力。
（2）地磁测量技术地磁测量技术利用地球磁场的特性，通过在井下安装的磁性仪器测量井眼的方位角和倾角。
与传统的测斜仪技术相比，地磁测量技术在井下环境恶劣、非井斜钻井等方面具有一定的优势。
（3）地震反射定位技术地震反射定位技术是利用地震波在地下传播的特性，通过在地面部署地震检波器，记录地震波在地下反射和透射的情况，从而得到井眼的位置信息。
（4）井下导航技术井下导航技术是利用声波或电磁波在地下传播的时间差来确定井眼的位置，其具有定位精度高、适应性强等特点。
以上现代井眼轨迹定位技术在发展的过程中都取得了长足的进步，为井眼定位提供了更多的选择和解决方案。
传感器技术是井眼轨迹精准定位技术的基础，传感器的精度和稳定性直接影响了井眼定位的精准度。
研究和开发高精度、高稳定性的测斜传感器、地磁传感器等，对于提高井眼轨迹定位技术至关重要。
2. 数据处理技术井眼轨迹定位过程中需要大量的数据采集和处理，数据处理技术的高效性和精准度直接关系到井眼轨迹的定位结果。
三维多目标井靶区轨道参数计算
空间几何推导 了 靶 区井眼轨道参数计算的具体表达式． 计算公式简单准确， 避免 了求解复杂的非线 性 方程组 ， 为定 向井轨 道设 计 软件 的 开发提供 了准确 的理 论依 据．
关键 词 ： 定 向井 ； 多 目标 井 ； 井眼轨道 ； 设 计模 型 ； 靶 区
中 图分类 号 ： Ｔ Ｅ ２ １
作者简 介 ： 王志月 （ １ ９ ８ ７ 一 ） ， 男， 硕 士研 究生 ， 主要从事井筒信息应用 技术 研究． Ｅ ・ ｍ ａ ｉ ｌ ： ｗ ａ ｎ ｇ ｚ ｈ ｉ ｙ ｕ ｅ ｌ ０ ０ ４ ＠１ ２ ６ ． ｃ ｏ ｍ
一
９ ０一
西安石油大学学报 （ 自然科学版 ）
ｔ 点到 ｔ 。 点 的井斜 角为 Ｏ ／ ， 、 井斜方 位 角为 咖 ， ； ｔ 点到 ｔ ， 点 的井斜 角为 Ｏ ｌ 井斜 方位 角 为 ，的计 算公 式 同 Ｏ ／ ： 、 的计算 公 式 ， 不再 赘 述 ， 其 中井 斜
平位 移 最小 的为第 一 点 ， 将 前 ３个 目标 点 连接 成 一 条空 间斜 平 面上 的 圆弧 曲线 ， 求 得 ３个 目标 点 处 的 井 眼方 向（ 井 斜 角 和井 斜 方 位 角 ） ， 如 图 １所 示 ； 然 后将 第 三点 和第 四点连 成一 条空 间斜 平面 上 的圆弧 曲线 ， 并 求得第 四点处 的井 眼方 向． 对 于更 多 的 目标
Ｓｅ ｐ ．２０１ ３ Ｖｏ １ ． ２８ Ｎｏ． ５
文 章编 号 ： １ ６ ７ ３ ０６ － ４ Ｘ（ ２ ０ １ ３ ） ０ ５ － ０ ０ ８ ９ － ０ ３
三 维 多 目标 井靶 区轨 道 参 数 计 算
王志 月 ， 李 琪 ， 张 绍云 ， 何 羽飞。 ， 陈 薇
井眼轨迹精准定位技术探讨
井眼轨迹精准定位技术探讨
井眼轨迹精准定位技术是指通过一系列的测量和分析方法，实现对井眼轨迹的准确定位。
井眼轨迹是指钻井过程中井眼的三维空间路径，对于油气勘探和生产有着重要的意义。
精准地定位井眼轨迹可以帮助油气公司更好地进行油气勘探和开发工作，从而提高勘探开
发的效率和经济效益。
在井眼轨迹精准定位技术中，常用的方法主要分为测量方法和分析方法两个层面。
测量方法是指通过各种测井工具和技术，对井眼轨迹进行测量和采集。
常用的测井工
具包括测井钻头、测井仪、方位器等。
测井工具通过下井装备或通过丢失装置安置在钻柱
内部，实时测量并记录井眼轨迹数据。
分析方法是指通过对测量数据的处理和分析，实现井眼轨迹的精准定位。
常用的分析
方法有卡尔曼滤波、最小二乘法、插值法等。
卡尔曼滤波方法是一种基于数学模型的估计
方法，通过对多次测量数据进行加权平均，从而估计出井眼轨迹的位置和方向。
最小二乘
法是一种数学优化方法，通过最小化测量数据与模型预测值之间的差异，从而优化井眼轨
迹的估计值。
插值法是一种通过已知测量点推算未知点数值的方法，通过对已知井眼轨迹
点进行插值计算，得到井眼轨迹的完整分布。
除了上述的测量和分析方法，井眼轨迹精准定位技术还可以结合其他辅助技术来提高
定位的准确性。
如全局定位系统（GPS）、陀螺仪、加速度计等。
这些辅助技术可以提供更准确的位置和方向信息，对于井眼轨迹的定位效果会有进一步提升。
井眼轨迹控制技术
钟摆钻具原理:利用斜井内切点以下钻铤重量的横向分力把钻头推向井壁
下方,以达到逐渐减小井斜的效果.
扶正器的安放位置:对钟摆钻具来说,扶正器的安放位置十分重要.如果安放
偏低则减斜力小,效果差;如果安放偏高,则扶正器以下钻铤可能与井壁形成新 的切点,使钟摆钻具失效.稳定器的理想位置:保证稳定器以下钻铤不与井壁接 触的条件下尽量提高些.
测段计算公式：
此法假定二测点间的井段为两段各等于测段长度一半的 直线构成的折线，它们的方向分别与上、下两测点处的井 眼方向一致。
某斜井钻进到 1900 米时，井斜为 43 度，方位 29 度，垂深 1500 米，水平位移 1000 米，北位移 874 米，东位移 485 米， 钻进到 2000 米时井斜增到 47，方位增到 31，试用平均角法 计 算 2000 米 时 的 垂 深 ， 水 平 位 移 ， 北 位 移 ， 东 位 移 （Sin45=Cos45=0.71,Sin30=0.5;Cos30=0.87）
井眼轨迹控制技术
井眼轨迹现场控Βιβλιοθήκη 技术---有效的定向工艺措施
通过井眼轨迹的优化，大大减少了定向井作业难度，大大的节
约了定向作业时间，这在滑动进尺上得到了十分明显 的体现,以下 是设计与实际滑动进尺的比较：见ＱＨＤ３２－６各平台统计数 据：
项目名称
总滑动进尺
设计(m)
实际(m)
平均单井滑动进尺
设计(m)
井名
F30 F19 F20 F10 F16
扶正器尺寸
8 1/8” 8”
10 5/8” 10 1/2” 10 1/8”
井斜趋势（降斜率） 明化镇(上) 明化镇(下)
0.7o-1.7o 0.5o-1.5o 0.5o-1.5o 0.6o-1.6o 0.5o-1.9o
涪陵页岩气田三维水平井井眼的轨迹控制技术
控制工作中，工作人员可以结合偏移距离变化和靶前位移变化，控制难度比较大。
1.3 三维眼井摩阻扭矩较大在三维水平井斜井段，需要适当的增斜和扭方位，在下钻和滑动钻钻进过程中，钻具很容易发生屈曲问题，钻具接触井壁之后会产生较大的摩阻扭矩，产生严重的托压问题，不利于向钻头传递钻压，降低了钻井速度，延长了定向钻的周期。
由于上孔的扭转方向增加了全角度变化率和摩擦扭矩，定向工具面无法放置在正确位置，在同一位置反复升降钻具，增加了定向钻进的难度，延长了定向钻进的钻进周期[1]。
2 涪陵页岩气田三维水平井井眼轨迹控制技术思路采用原有的井眼轨迹设计模式，不利于实现三维水平井优化和快速定向钻井。
其工作目标是使摩擦力矩最小。
在实际工作中，有必要对原始井眼轨迹类型进行优化，改进轨迹参数，优化三维井眼轨迹设计技术，以提高定向钻井速度。
因为三维井眼轨迹控制工作具有较大的难度，为了保障钻井的安全性，提高现场定向施工的便利性，需要利用精细控制措施，严格控制井段井眼轨迹，优化涪陵页岩气田三维水平井井眼轨迹控制技术，降低整体施工难度。
面临三维井眼摩阻扭矩较大的问题，工作人员可以利用降摩减扭工具，避免发生托压问题，利用三维井眼降摩减阻技术，高效控制三维井眼轨迹。
要想优化三维井眼轨道，工作人员需要合理选择三维井眼轨道，把握入窗时机，提高施工现场的操作性。
利用预目标位移，尽可能调整倾斜点，缩短稳定段长度，有效缩短钻进周期。
为了降低整体工作量，要在稳斜段改变方位。
结合降摩减扭的工作理念，优化轨道全角的变化率，控制稳斜段的井斜角[3]。
在实际应用中，将三维水平井轨迹分为六段。
在纠偏井段的井眼内设置二维增斜段，以保证增斜效果。
在稳斜边变方位井段，施工人员需要全力扭方位，有效减少工作量。
在边增斜边调整方位井段，应合理调整调整工具面，合理调整方位角。
在着陆段利用增斜入窗，合理调整参数。
3 涪陵页岩气田三维水平井井眼轨迹控制关键技术三维水平井偏移距比较大，同时也会增加变方位工作量，在大斜度井段调整方位难度较大，定向钻工作周期比较长，井眼轨迹缺乏圆滑性，将会影响到后续井下作业的安全性。
三维绕障水平井轨迹控制技术在韦5平1井中的应用
三维绕障水平井轨迹控制技术在韦5平1井中的应用摘要：韦5平1井位于高邮凹陷赤岸构造韦5断块，是一口较短靶前位移的中曲率半径水平井。
由于受地面条件等原因限制，该井也是一口三维绕障水平井。
本井采用LWD无线随钻测斜仪，经过精心设计与施工，成功实现了与韦5-10井、韦5-11井的防碰绕障，并准确进入油层，顺利完成全井轨迹控制，安全、优质、高效的完成了本井施工。
本井水平段长313m，累计钻遇油层327.2m，圆满完成地质任务要求。
关键词：三维绕障水平井轨迹；控制技术1 井身结构及井眼轨道设计1.1 井身结构设计表1：井身结构数据表1.2 井身剖面设计在剖面的优化时，坚持以剖面轨迹最光滑，曲线最短，变方位、井斜的钻井工作量相对最小，以达到降低成本、有利后续施工为原则，建立以满足地质要求、几何条件、管柱与轨迹的摩阻扭矩相对较小为条件的约束函数。
初始井身剖面设计数据见表2.表2：轨道设计表2 施工技术难点及对策2.1 钻井技术难点2.1.1 靶窗小，中靶要求高，本井设计靶窗高度仅为1m（±0.5m），宽度10m（±5m）。
2.1.2 测斜数据滞后，LWD测斜仪器内探管到钻头距离为19.91m，加上测斜时需要上提一米钻具，实测数据距井底距离为20.91m。
在钻进过程中需要根据钻进参数对这段距离进行预测，尤其是在进靶及靶区控制等关键阶段，预测结果的准确度，直接影响到轨迹控制情况，所以给轨迹控制增加了难度。
2.1.3 防碰绕障要求高，虽然本井设计与韦5-10井最近距离仅为14米、韦5-11井最近距离仅15.7米，但是系统、人员、环境等因素误差综合到一块防碰距离有可能更近，要求在施工过程中做好防碰监控，采取措施，防止相碰。
2.1.4 由于韦5平1井受地面和地下条件限制因素较多，造成设计扭方位井段长、造斜率较大，虽然设计最大狗腿度仅为26°/100m，但是中途没有稳斜调整段，实际施工过程中狗腿度很有可能要达到30°/100m以上，导致轨迹控制难度大。
井眼轨迹精准定位技术探讨
井眼轨迹精准定位技术探讨井眼轨迹精准定位技术是石油工业领域中的一个关键技术。
它是在石油勘探、钻井、油田开发等过程中，对储层进行准确渗透率分析和油气输送优化的基础。
因此，精准定位井眼轨迹不仅可以提高生产效率和油田产量，而且可以减少施工成本和环境污染。
本文将探讨目前井眼轨迹精准定位技术的发展现状和未来的研究方向。
井眼轨迹的定义及作用井眼轨迹是指在钻井过程中钻头从井口开始到达靶区或终点的二维或三维空间路径。
它是在地下岩石矿物质内钻孔轨迹，不同于平面上的轨迹。
井眼轨迹的准确性对钻井的成败和开发效果有很大影响。
通过井眼轨迹的准确量测和分析，可以得到地层中不同含油气层、水层、岩石层的深度、结构和性质等信息，为石油勘探和开发作出重要贡献。
目前，井眼轨迹的测量方法主要有测斜、定向和测深等。
这种传统的测斜测定位方法有限制，使用复杂，精度不够高，测量误差率较高。
近年来，随着计算机和GPS等定位技术的发展，井眼轨迹的精准定位技术得到了广泛应用。
下面介绍几种常见的井眼轨迹精准定位技术。
1. MWD技术：MWD英文全称为Measurement-While-Drilling, 中文简称井下测量。
该技术是一种现代化的、实时的井眼轨迹测量技术，其中包括多种测量技术，如惯性导航系统、磁场测量、地震波传感和气体检测等。
MWD技术可实现大量的井下测量和数据传输，可以在井中实时监测钻头的方向、深度、速度和温度等参数，并进行处理和分析。
MWD技术的主要优点是实时性好、精度高、测量范围较大。
3. 高井下定位技术：高井下定位技术主要包括GPS和INS技术。
GPS技术可以实现在短时间内定位井眼的位置，可借助卫星实现井眼位置的精确确定。
INS技术利用陀螺仪和加速度计等惯性传感器，实现井眼测量和跟踪。
这种技术性能好，可在井中实现井眼三维轨迹的追踪，可大幅提高钻井工作效率和安全性。
4. 电测距技术：该技术利用电测距钻头传输电信号的方式，实现井壁距离的测量和记录。
三维双靶点大斜度定向井井眼轨迹控制技术
Borehole Trajectory Control Technology for 3D Double Target Highly Deviated Well
Zhang Kai
(Oil Production Engineering Institute, Daqing Oil Field Limited-Liability Company, Daqing, Heilongjiang, China, 163453)
引言
老区井网密集，外围油田水泡子或高架线纵横 交错，普通存在井位布署困难的问题，地面条件好 的井位已经所剩无已了，大多数井位都存在地面条
件的限制。使得多目标井的靶点连线方位与井口不 在同一直线上，必须利用三维多目标井钻井技术， 采取“掏墙角”方式来满足勘探开发的需要，完成直 井和常规定向井难以完成的断层墙角部位油藏的开 发任务。南 4-4-丁斜 30 井是在大庆长垣萨尔图背斜
作者简介：张凯（1987—），男，2009 年毕业于中国石油大学（北京）地质工程专业，工程师，主要从事钻井工程设计及钻完井工程方面 的研究。E-mail：zhangkaipkf@。
计算机与应用
数
码
设
计
PEAK DATA SCIENCE
·13·
构造上布署的一口三维大斜度定向井，最大井斜角 为 49.74°，目的是挖潜长垣老区断层遮挡剩余油。 2014 年 7 月 17 日开钻，2014 年 7 月 28 日完钻。设 计井深 1345m，完钻井深 1352m。平均机械钻速 15.22m/h，比同区块定向井的平均机械钻速提高了 18%，钻井周期 11d, 比同区块平均钻井周期缩短了 2d。
通过以上分析，最终优选了地面井位。
三维多靶点轨道优化设计
井眼轨迹的三维显示毕业论文
井眼轨迹的三维显示毕业论文目录摘要................................................. 错误!未定义书签。
Abstract ............................................. 错误!未定义书签。
1 绪论 (1)1.1井眼轨迹三维显示技术产生的背景 (1)1.2井眼轨迹三维显示技术国外研究状况 (1)1.2.1井眼轨迹三维显示技术国外研究状况[8] (1)1.2.2井眼轨迹三维显示技术国研究状况 (2)1.3 本论文的主要研究容 (3)2 常规二维定向井轨道设计[11] (4)2.1 设计原则 (4)2.2 轨道类型及计算方法 (4)2.2.1 三段式轨道 (4)2.2.2 多靶三段式 (5)2.2.3 五段式轨道 (5)2.3 井段计算设计结果表述 (5)3 井眼轨迹测量及计算[10][11] (7)3.1 基本概念 (7)3.2 对井眼轨迹测斜计算数据的规定 (7)3.3 井眼轨迹计算的模型假设 (8)3.4 轨迹计算的方法 (9)3.4.1 平均角法 (10)3.4.2 校正平均角法 (11)3.4.3 弦步法 (12)4 井眼轨迹误差分析[22] (13)4.1 误差原因分析 (13)4.1.1 井位的误差 (13)4.1.2 井下测量误差 (13)4.1.3 计算误差 (14)4.2 小结 (15)5 井眼轨迹控制 (16)6 井眼轨迹三维显示软件的编制[12]～[21] (17)6.1 软件的功能简介 (17)6.2 软件的流程图 (17)6.3 软件窗体模块介绍 (17)6.3.1 用VB编制人机交互界面 (17)6.3.2 用VB编制计算机绘图管理程序 (17)6.4 软件的难点处理 (18)6.4.1.VB调用数据库数据 (18)6.4.2.VB与Matlab的衔接语句,以及MATLAB引用VB计算的数据[13] .. 196.4.3.Matlab软件绘制井眼轨迹管道三维立体图[12][14] (19)6.5 软件的不足 (19)6.6 软件运行环境 (20)6.6.1 硬件要求 (20)6.6.2 软件要求 (20)7 结论与展望 (21)致谢 (22)参考文献 (23)术语 (25)附录1：插图 (27)附录2：软件说明书 (33)1 绪论1.1井眼轨迹三维显示技术产生的背景随着石油工业的发展，井眼轨迹的三维显示已经成为钻井设计与钻井施工过程中不可回避的重大问题。
三维多目标定向井轨道设计
三维多目标定向井轨道设计三维多目标定向井轨道设计是指在油气勘探开发过程中，在不同的地质构造和井筒要求下，通过合理设计井轨道来实现井眼在空间中的精确控制和定向钻探。
这种井轨道设计通常涉及到多种目标，包括垂直井深、水平井段长度、井眼贯通地层的位置和角度等。
本文将对三维多目标定向井轨道设计进行详细的论述，并提出一种优化设计方法。
首先，三维多目标定向井轨道设计需要考虑的第一个目标是垂直井深。
垂直井深是指垂直井段的长度，它与井眼贯穿地层的位置和角度密切相关。
在实际勘探开发过程中，根据不同的地质构造和目标层位，垂直井段的长度可能有所不同。
例如，在层理平缓的区域，垂直井深可以比较短，而在地质构造复杂的区域，垂直井深可能需要加长，以便更好地钻遇目标地层。
其次，三维多目标定向井轨道设计还需要考虑水平井段的长度。
水平井段的长度是指井眼贯通地层后，水平井的长度。
水平井段的长度对于油气开发具有重要的意义，它决定了井眼对目标地层的有效测井和采油效果。
因此，在三维多目标定向井轨道设计中，需要充分考虑水平井段长度，选择合适的长度以满足油气开发的要求。
另外，三维多目标定向井轨道设计还需要考虑井眼贯穿地层的位置和角度。
井眼贯穿地层的位置和角度对于井眼测井、钻探工作和地层采样具有重要意义。
在三维井轨道设计中，需要通过合理的位置和角度来确保井眼能够准确贯穿目标地层，同时能够满足测井和采样的要求。
为了优化三维多目标定向井轨道设计，我们可以采用遗传算法进行优化求解。
遗传算法是一种模拟生物进化过程的优化算法，通过模拟自然界的遗传和进化过程，获得最优解。
在三维多目标定向井轨道设计中，我们可以将井轨道设计的不同参数作为遗传算法的个体基因，通过交叉和变异操作来产生新的个体，然后根据井轨道设计的质量评价函数来评估每个个体的适应度。
最后，通过不断迭代遗传算法的过程，直到达到收敛条件，可以获得三维多目标定向井轨道设计的最优解。
这种优化设计方法可以充分考虑不同目标的权衡和互相制约关系，能够得到更合理的井轨道设计方案。
井眼轨迹控制技术的应用
1311 前言对井眼轨迹控制技术的应用进行深入研究，探讨其在油气工程和地下水勘探等领域的应用价值，并对其发展趋势进行展望。
通过对现有技术的分析和总结，以及对新技术的探索与应用，旨在为相关领域的工程实践提供可行的解决方案和技术支持，为资源勘探和开发提供更好的技术保障。
2 井眼轨迹控制技术的基本原理2.1 井眼轨迹控制概述井眼轨迹控制是指在钻井过程中，通过合理的钻井参数控制和调整，使井眼轨迹达到预定的目标路径。
井眼轨迹控制技术是钻井工程中的重要技术之一，它对于提高钻井效率、降低钻井成本、保证井筒质量具有重要意义。
井眼轨迹控制的目标是在保证井筒稳定性和完整性的前提下，实现井眼轨迹的精确控制。
通过合理的钻井参数设计和调整，可以控制井眼的倾斜度、方位角和井斜角等参数，从而实现井眼路径的控制。
井眼轨迹控制技术的核心是井眼轨迹建模和优化算法[1]。
2.2 井眼轨迹控制的关键技术2.2.1 井眼轨迹建模方法井眼轨迹建模方法是井眼轨迹控制技术中的关键环节之一。
它主要是通过建立数学模型来描述井眼在地下的轨迹形状和方向变化。
井眼轨迹建模方法的选择和准确性直接影响到后续的轨迹优化和实时控制[2]。
在井眼轨迹建模方法中，常用的方法有几何建模方法、统计建模方法和物理建模方法。
2.2.2 井眼轨迹优化算法井眼轨迹优化算法是井眼轨迹控制技术中的关键部分，它的目标是通过优化井眼轨迹的设计，使得钻井过程更加高效、安全和经济。
井眼轨迹优化算法在井眼轨迹控制技术中具有重要的应用价值。
通过优化井眼轨迹的设计、路径规划和控制策略等方面的研究，可以提高钻井过程的效率、安全性和经济性，为石油工程和地下水勘探等领域的发展做出贡献。
未来的研究方向可以进一步探索井眼轨迹优化算法的改进和创新，以适应不同钻井环境和需求，实现更加精确和高效的井眼轨迹控制[3]。
2.2.3 井眼轨迹实时控制方法井眼轨迹实时控制方法主要包括：传感器监测、数据处理与分析、控制策略设计、实时反馈与调整。
井眼轨迹控制技术1
井眼轨迹控制技术井眼轨道，是指在一口井钻进之前人们预想的该井井眼轴线形状。
井眼轨迹是指一口已钻成的井的实际井眼轴线形状。
●19世纪末打直井●20世纪20年代末直井防斜技术●20世纪30年代初打定向井定向井的应用(1)地面环境条件的限制：当地面上是高山，湖泊，沼泽，河流，沟壑，海洋，农田或重要的建筑物等，难以安装钻机，进行钻井作业时，或者安装钻机和钻井作业费用很高时，为了勘探和开发它们下面的油田，最好是钻定向井。
(2)地下地质条件的要求：对于断层遮挡油藏，定向井比直井可发现和钻穿更多的油层；对于薄油层，定向井和水平井比直井的油层裸露面积要大得多。
另外，侧钻井，多底井，分支井，大位移井，侧钻水平井，径向水平井等定向井的新种类，显著地扩大了勘探效果，增加了原油产量，提高了油藏的采收率。
(3)处理井下事故的特殊手段：当井下落物或断钻事故最终无法捞出时，可从上部井段侧钻打定向井；特别是遇到井喷着火常规方法难以处理时，在事故井附近打定向井(称作救援井)，与事故井贯通，进行引流或压井，从而可处理井喷着火事故。
第一节井眼轨迹的基本概念一、轨迹的基本参数二、轨迹的计算参数三、轨迹的图示法一、轨迹的基本参数(1)井深（Dm），又称斜深(2)井斜角（α），单位为度(3)井斜方位角（Φ）(1)井深（D m）(1)井深（Dm）：井深定义：指井口(通常以转盘面为基准)至测点的井眼长度，也有人称之为斜深，国外称为测量井深(MeasureDepth)，井深常以字母Dm表示，单位为米(m)。
井深的增量称为井段，以ΔDm表示。
二测点之间的井段称为测段。
一个测段的两个测点中，井深小的称为上测点，井深大的称为下测点。
井深的增量总是下测点井深减去上测点井深。
(2)井斜角：定义：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。
井眼方向线与重力线之间的夹角就是井斜角。
显然，井眼方向线与重力线都是有向线段。
井斜角表示了井眼轨迹在该测点处倾斜的大小。
一种基于三维GIS技术的井眼轨迹控制方法[发明专利]
![一种基于三维GIS技术的井眼轨迹控制方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/e7c1ab91168884868662d6c4.png)
专利名称：一种基于三维GIS技术的井眼轨迹控制方法
专利类型：发明专利
发明人：谢雷江,张捍卫,吕清林,彭鑫岭,雷金晶,郑孝苗,范传柏,吴波,刘欣
申请号：CN201610917466.7
申请日：20161020
公开号：CN106285479A
公开日：
20170104
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种基于三维GIS技术的井眼轨迹控制方法，属于油气勘探开发技术领域，利用地理信息系统技术和三维可视化技术，构建覆盖钻探目标区域的三维可视化场景立体模型、部署井的井眼轨道的三维模型和已完井、部署井、正钻井的井眼轨迹的三维模型在内的三维可视化立体模型，依据三维可视化立体模型直观展示部署井的井眼轨道和已完井、正钻井井眼轨迹，调整部署井的钻井设计或正钻井的钻进参数，控制正钻井的井眼轨迹，有效避免正钻井与已完井的井眼轨迹出现交叉，确保正钻井按照钻井设计的井眼轨迹击中靶点并保证井身质量。
申请人：中国石油化工股份有限公司,中国石油化工股份有限公司中原油田普光分公司,北京中盈安信技术服务股份有限公司
地址：100728 北京市朝阳区朝阳门北大街22号
国籍：CN
代理机构：郑州睿信知识产权代理有限公司
代理人：韩天宝
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涪陵页岩气田三维水平井井眼轨迹控制技术
涪陵页岩气田三维水平井井眼轨迹控制技术沈国兵;刘明国;晁文学;张金成【摘要】为满足地理环境条件和页岩气高效开发需要，涪陵页岩气田采用“井工厂”模式开发，多采用中、长半径三维水平井。
针对原井眼轨道设计不利于三维水平井优快定向钻井、三维井眼轨迹控制难度大、三维井眼摩阻扭矩大等技术难点，通过优化设计，应用三维水平井井眼轨迹控制、三维井眼降摩减阻等技术，以提高三维水平井机械钻速，缩短定向钻井周期。
现场应用表明，涪陵页岩气田三维水平井二开定向周期缩短46．36％，三开定向周期缩短5．76％，成效显著。
%In order to accommodate the realities of the geographical environment and goals of develo‐ping shale gas in a highly efficient way ,the Fuling Shale Gas Field has adopted the “well factory” mode that includes drilling 3D horizontal wells with both medium and long .The original profile design was not appropriate for drilling horizontal wells efficiently ,and it is difficult to control 3D well trajectory ,due to high drag and torque .Through the optimization of the profile design ,combined with 3D horizontal well trajectory control technology and drag reducing technology ,the rate of penetration for 3D horizontal wells has been raised ,and the drilling cycle shortened .Field application results demonstrate that this technology is remarkably efficient in the Fuling Shale Gas Field ,w here it reduces the operation time of the second sec‐tion of 3D horizontal wells by 46 .36% and that of the third section by 5 .76% .【期刊名称】《石油钻探技术》【年(卷),期】2016(044)002【总页数】6页(P10-15)【关键词】页岩气;水平井;井眼轨道设计;井眼轨迹控制;涪陵地区【作者】沈国兵;刘明国;晁文学;张金成【作者单位】中石化中原石油工程有限公司钻井工程技术研究院，河南濮阳457001;中石化中原石油工程有限公司钻井工程技术研究院，河南濮阳 457001;中石化中原石油工程有限公司钻井工程技术研究院，河南濮阳 457001;中国石化石油工程技术研究院，北京 100101【正文语种】中文【中图分类】TE243+.1◀钻井完井▶涪陵页岩气田位于川东南地区川东高陡褶皱带包鸾-焦石坝背斜带焦石坝构造带，目的层为上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组下部页岩气层段，目的层最大主应力的方向为东西走向。
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三维多靶点深井轨迹控制技术
一、概况
QK18-2油田位于歧口区块，大大小小的断层很多，地层相当复杂。
QK18-2油田分北块、南块、中块，主要钻探沙河街的油层，平台结构3X4，间距2.0X2.3m，结构北角358.9度，井身剖面全部为三维多靶点定向井，方位最大变化68度，井斜最大变化35.86度。
平均井深3515.64米，最深井深3938.42米，靶区半径控制范围:50m。
QK18-2平台分两次批钻方式，第一批钻5口井，第二批钻7口井。
QK18-2平台全部钻三维定向井的第一个丛式井平台，是丛式井集束作业难度最大的一个平台之一。
二、井身设计
第一类定向井（P3、P4、P6）：平均井深在3247米左右，目的层为沙河街。
井身结构：17-1/2”井眼+12-1/4”井眼+8-1/2”井眼
第二类定向井（P1、P8）：平均井深在3919米左右，目的层为沙河街。
井身结构：26”井眼+17-1/2”井眼+12-1/4”井眼+8-1/2”井眼
四、平台槽口图和井位图
五、项目难点
1、深井作业安全问题。
2、克服摩阻，保证滑动钻进。
3、二次造斜，二次造斜点深，是否容易造斜，是否滑得动。
4、合理优化轨迹。
六、施工思路
大位移三维多靶点定向井最大的困难是如何克服摩阻，保证滑动钻进和井眼轨迹合理控制。
在井眼轨迹需要调整时，能够及时的调整，如果各方面原因不能调整时，怎样合理的把困难有效的克服，顺利中靶，是我们工作的重点。
1、总结本地区各地层的漂移规律，合理利用地层的自然漂移规律，达到有效控制井眼轨迹的目的。
2、裸眼井段长，摩阻大，扶正器托压严重，不能滑动钻进时，在轨迹控制不失控的情况下，合理利用井身结构，把困难转移到下一个井段或改变钻具组合。
3、合理选择第二造斜点，合理选择造斜率。
4、从始至终，要准确的预测井眼轨迹。
5、合理选择马达弯角，使之能够满足井眼轨迹控制的需要。
6、优化井眼轨迹，降低作业难度。
七、井眼轨迹控制
下面以P8井为例介绍井眼轨迹控制技术，中间穿插其它井遇到特殊情况下的轨迹控制：1、26"井眼轨迹控制
26"井眼主要任务是防斜打直，做好防碰扫描。
利用大钟摆钻具，轻压吊打，钻进至208米，投测多点起钻。
钻井参数控制：钻压：0.5~2.5吨；排量：4200升/分；转速：80转/分；平均机械钻速：62.45米/小时。
2、17-1/2"井眼轨迹控制
钻具组合：17-1/2"PDC+9-5/8"AKO(1.5)+16-1/2"STB+8"F/V+8"NMDC1+8"MWD+8"NMDC1 +7-3/4"(F/J+JAR)+X/O+5"HWDP13
P8井17-1/2"井眼造斜，造斜点248米，按照设计轨迹开始造斜，平均机械钻速45米/小时，钻进至683米造斜结束。
反扭角20~40度。
17-1/2"井眼主要在平原组和明化段，可钻性好，钻进至1213米17-1/2"井眼结束。
井眼轨迹控制较困难：
1）17-1/2"井眼的欠扶正器尺寸选择有限，只有16-5/8"和16-1/2"两种，几乎没有选择的余地。
2）降斜率0.5~1度/30米，漂移率0.4~1.5度/30米。
3）裸眼井段长，滑动困难。
裸眼井段超过600米之后，摩阻大，钻具托压严重。
3、12-1/4"井眼轨迹控制
钻具组合：
12-1/4"PDC+9-5/8"AKO(1.15)+11-1/4"STB+8"F/V+8"NMDC1+8"MWD+8"NMDC+7-3/4"(F/J +JAR)+X/O+5"HWDP10
P8井三维多靶点定向井，12-1/4"井眼主要控制好井斜、方位，越靠近设计轨迹越好。
轨迹控制原则是，12-1/4"井眼稳斜稳方位，把二次造斜点推迟到8-1/2"井眼，降低作业时间。
轨迹控制原则从始而终贯穿12-1/4"井眼。
12-1/4"井眼完钻原则是进入东营组50米下9-5/8"套管。
明化镇地层的漂移规律：降斜率为0.2~0.5度/30米，漂移率-0.2~0.3度/30米；进入馆陶组，降斜率为0.1~0.3度/30米，馆陶底部井斜有微增斜趋势，增斜率0.1~0.5度/30米；方位较稳定。
馆陶底部有微增斜趋势后，滑动钻进非常困难，这也是使用PDC钻头的缺点，采取划眼和降低钻压的方法控制井眼轨迹。
12-1/4"井眼的困难是裸眼井段长，滑动困难，必
须进行有效的轨迹控制和井眼优化，使之能够最大限度的降低作业难度和作业风险。
井眼轨迹控制中要时刻预测轨迹趋势和第二造斜点，有计划的将第二造斜点和一些12-1/4"不能解决的困难推移到8-1/2"井眼进行解决。
钻进至2865米，12-1/4"井眼结束。
4、8-1/2"井眼轨迹控制
钻具组合：
8-1/2"PDC+6-3/4"PDM+8-1/8"STB+6-1/2"F/V+6-1/2"NMDC+6-1/2"MWD+6-1/2”NMDC+
6-1/2"JAR+SUB+5"HWDP*13
合理选择造斜点，合理选择造斜率，使井眼轨迹平滑是8-1/2"井眼解决的主要问题：1）进入8-1/2"井眼首先降斜，降斜结束后再全力扭方位。
设计方位变化68度。
2）控制好造斜点，和造斜率。
控制不好有脱靶的危险。
3）中靶原则是中1#靶的左靶边中3#靶的右靶边。
4）油基泥浆可解决托压问题。
5）解决滑动钻进钻速问题。
6）合理选择扶正器。
造斜结束后，稳斜或降斜钻进，选择上扶正器尺寸8-1/8"。
按照制定的方案，旋转钻进至2884米开始滑动降斜，降斜结束开始全力扭方位。
滑动钻进进尺很慢，4~10米/30米，滑动钻进能够正常进行。
摩阻15~18吨，钻压1~5吨，反扭角60~100度。
马达弯角1.15度理论造斜率为6.96度/30米，每柱滑动钻进12~13米，造斜率控制在2.8度/30米左右。
整个东营组井段都在滑动钻进，无法有效的分析地层的漂移规律。
8-1/2”井眼钻进过程中出现的问题，
1) P1井8-1/2”井眼要求稳斜井段长，并且控制范围小，将8”扶正器改为7-3/4”。
稳斜作业中，增斜率0.4~0.6度/30米。
裸眼井段超过500米，滑动钻进相当困难，在继续旋转钻进，3#靶将脱靶。
及时改变钻具组合结构：
a.更换扶正器尺寸，尺寸由7-3/4”更换为8”。
b.马达本体扶正器套子由8-3/8”改变为8-1/8”。
改变组合后，降斜率0.4~1.2度/30米，达到了改变组合的目的，使P1井不需要滑动钻进，降斜进靶。
单井轨迹控制图
正确处理滑动钻进中遇到的问题
在使用PDC钻头无法滑动钻进时，要正确判断原因，有的放矢的去解决问题。
1、摩阻问题。
摩阻是由钻具与井壁或套管产生的摩擦阻力，影响摩擦阻力的因素有三点：
a. 泥浆的粘度高，含砂量高。
b. 泥浆的润滑性差。
c. 井眼轨迹不光滑。
d. 产生岩屑
床。
摩阻大小不是直接影响滑动钻进的因素，只要钻具能够克服摩阻，产生连续下滑的动力，滑动钻进就能够进行。
2、地层问题。
存在两个问题：a. 地层岩性不均质，使PDC各刀翼受力不均匀，地层对PDC
的反作用力，使工具面不稳定或马达蹩泵。
3、马达问题。
钻具没有托压问题，接触井底就蹩泵，在这种情况下，应该让钻头慢慢接触
井底，或增加或降低排量，是否能够解决。
如不能解决起钻换马达。
八、技术统计：
九、结论
QK18-2平台各井的井眼轨迹控制难度很大，作业从始而终都是按照设计的轨迹、施工措施、技术方案在执行，井眼轨迹控制得当，圆满完成QK18-2平台的作业。
QK18-2油田8-1/2"井眼使用油基泥浆，有效的降低了摩阻，解决了钻具托压问题，也是本井大段滑动效果较顺利的原因。
纵观三维多靶点定向井的作业成功，体现了技术措施周密、细致，施工方案制定得当，执行彻底的方针。
QK18-2丛式井平台安全、优质、快速的结束了，比ODP提前天，为作业者节约作业成本几千万元，这就是解决三维多靶点轨迹控制问题带来的成绩和经济效益。