井眼轨道设计与监测94页PPT
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钻井工程井眼轨道设计与轨迹控制课件-PPT
结构及原理如图： （6）随钻测斜仪 + 定向键
水平井最大单井进尺10172米；
尽量减小井眼曲率，以改善油管和抽油杆的工作条件。
• 早期造斜工具 多底井总水平段长度达到11342米
B 井底液柱压力和环空压力；
（5）IDEAL和PowerDrive系统： Schlumberger(Anadrill)公司
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。
)
2
得： tan b De De2 Se2 2ReSe
2
2Re Se
Dmw De2 Se2 2ReSe
（2）计算各井段参数
增斜段： Dz Rz sin b
• 给定
， 计算
上述三个公式中，共有7 个参数：
多底井总水平段长度达到11342米
S z Rz (1 cosb )
—起下钻允许的最大曲率，度/100m ；
• 钻压越大，造斜能力越大； • 氢氟酸测斜仪 + 铅模 + 定向齿刀 使用动力钻具造斜工具造斜，套管开窗侧钻用变向器，
AutoTrak G3 RCLS 给定
，选用五段式或多靶三段式；
最大水平段达6118米 需使用无磁钻铤，可用于直井定向和斜井定向。
大位移井最大位移10728米 欲达井斜角 ，方位角 ；
注意：以上各轨道类型计算公式中所有符号的含义见教
w
钻井5-井眼轨道设计与控制-课件.ppt
37
（二）、设计井眼轨道的原则
（1）根据油气田勘探开发要求,保证实现钻井 目的。 （2）根据油气田的构造特征、油气产状，有 利于提高油气产量和采收率，改善投资效益。 （3）在选择造斜点、井眼曲率、最大井斜角 等参数时，有利于钻井、采油和修井作业。 （4）在满足钻井目的的前提下，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，以减小井眼轨道控制的难度和钻井工作 量，有利于安全、快速钻井、降低钻井成本。
22
三、油气井分类 (按井眼轨道) （1）直井 （Vertical well） 设计井眼轴线为一铅垂线，实钻井眼轴线大体沿
铅垂方向，其井斜角、井底水平位移和全角变化率均 在限定范围内的井。
（2）定向井(Directional well) 沿着预先设计的井眼轨道,按既定的方向偏离井口
垂线一定距离,钻达目标的井。
井斜角增量(Δα)： 下测点井斜角与上测点井斜角
之差。 Δα＝αB－αA
5
(3) 井斜方位角φ
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
43
直井设计输入内容
44
直井设计输出内容
45
定向井设计输入内容
46
定向井设计输出内容
47
丛式井设计输入内容
假设井眼轨迹是一条空间曲线，则
N(i)
可以用空间直角坐标系来描述。选
取笛卡尔坐标系ＯＮＥＤ。原点Ｏ
o
选在井口处；Ｎ轴指向正北,单位矢
E(j)
量为ｉ；Ｅ轴指向正东，单位矢量
（二）、设计井眼轨道的原则
（1）根据油气田勘探开发要求,保证实现钻井 目的。 （2）根据油气田的构造特征、油气产状，有 利于提高油气产量和采收率，改善投资效益。 （3）在选择造斜点、井眼曲率、最大井斜角 等参数时，有利于钻井、采油和修井作业。 （4）在满足钻井目的的前提下，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，以减小井眼轨道控制的难度和钻井工作 量，有利于安全、快速钻井、降低钻井成本。
22
三、油气井分类 (按井眼轨道) （1）直井 （Vertical well） 设计井眼轴线为一铅垂线，实钻井眼轴线大体沿
铅垂方向，其井斜角、井底水平位移和全角变化率均 在限定范围内的井。
（2）定向井(Directional well) 沿着预先设计的井眼轨道,按既定的方向偏离井口
垂线一定距离,钻达目标的井。
井斜角增量(Δα)： 下测点井斜角与上测点井斜角
之差。 Δα＝αB－αA
5
(3) 井斜方位角φ
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
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直井设计输入内容
44
直井设计输出内容
45
定向井设计输入内容
46
定向井设计输出内容
47
丛式井设计输入内容
假设井眼轨迹是一条空间曲线，则
N(i)
可以用空间直角坐标系来描述。选
取笛卡尔坐标系ＯＮＥＤ。原点Ｏ
o
选在井口处；Ｎ轴指向正北,单位矢
E(j)
量为ｉ；Ｅ轴指向正东，单位矢量
井眼轨迹与井身结构设计PPT教案
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第 27 页
第一节 基本概念
二、轨迹的计算参数
（2）水平投影长度 Lp ：
水平投影长度简称水平长度或平长，是指井眼轨迹上某点至 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。平长以字母上Lp表示，平增以 ΔLp表示。
平长和平增在图5—4中是指曲线的长 度。
第 35 页
第一节 基本概念
三、挠曲参数
井眼曲率
井眼曲率：指井眼轨迹曲线的曲率。有人称作“狗腿严重度”， “全角变化率”。 由于实钻井眼轨迹是任意的空间曲线，其曲率是 不断变化的，所以在工程上常常计算井段的平均曲率。
“狗腿角”：对一个测段(或井段)来说，上、下二测点处的井眼方 向线是不同的，两条方向线之间的夹角(注意是在空间的夹角)称为 “狗腿角”，也有人称为“全角变化”。即上下二测点的两条方向线 之间的夹角（空间夹角）。
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第 29 页
第一节 基本概念
二、轨迹的计算参数
在国外将水平位移称作闭合距。而我国油田现场常特指完钻时 的水平位移为闭合距。
闭 合 距：井底的水平位移，米。 closure
Ｎ
Ａ点水平位移：ＳA＝OA
Ａ 闭合方位角 fE
E(完井井底)
闭合距：SE＝OE Ｏ
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在国外将平移方位角称作闭合方位角。而我国油田现场常特
指完钻时的平移方位角为闭合方位角。
Ｎ
Ａ点水平位移：ＳA＝OA
Ａ 闭合方位角 fE
E(完井井底)
闭合距：SE＝OE
Ｏ
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第一节 基本概念
水平井轨道设计 教学PPT课件
培训讲课
水平井轨道设计 问题(B类)
第二种不确定性：造斜率 确定，目标垂深不确定
有关计算公式：
– 最佳稳斜角计算公式：
opt
E
c
os1
1
sin( E
R2
opt )
» 当αE=900时，
opt
s
in
1
1
cosopt
R2
– 稳斜段长bc ：
bc ES sinE sin( E opt )
上差12米，下差15 米。
若油层厚度为10米， 则可能脱靶。
两个不确定性的影响
培训讲课
目标垂深的 不确定可能 导致脱靶；
4‰ 的预测 精度，2500 米深度，偏 差10米。
若油层厚度 为10米，则 可能脱靶。
套管可通过的最大井眼曲率限制问题
我国的《钻井手册(甲方)》介绍了API推荐的公式和钻井
承包商推荐的公式，两公式的形式完全相同，只是系数不同
上界和下界轨道之间，在造斜率误差范围之内，保证钻达目标。
培训讲课
水平井轨道设计 问题(B类)
第一种不确定性：目标垂 深确定，造斜率不确定
有关计算公式：
– 造斜点垂深Ha和靶前位移SE ：
Ha H X RX (sinE sina ) SE Ha tga RX (cosa cosE )
– 最佳稳斜角计算公式： » 最优进入法：进入点对准窗心E点； » 平行切线法：稳斜角与上界轨道相同；
套管可通过的最大井眼曲率限制问题
推荐公式的计算步骤：
– 从《钻井手册（甲方）》或其他有关手册中查得套 管的最小螺纹联结抗拉强度 Pj 。
– 计算套管已经承受的轴向力 PE 。
– 计算套管可承受的弯曲引起的轴向力：Pe Pj PE 。
水平井轨道设计 问题(B类)
第二种不确定性：造斜率 确定，目标垂深不确定
有关计算公式：
– 最佳稳斜角计算公式：
opt
E
c
os1
1
sin( E
R2
opt )
» 当αE=900时，
opt
s
in
1
1
cosopt
R2
– 稳斜段长bc ：
bc ES sinE sin( E opt )
上差12米，下差15 米。
若油层厚度为10米， 则可能脱靶。
两个不确定性的影响
培训讲课
目标垂深的 不确定可能 导致脱靶；
4‰ 的预测 精度，2500 米深度，偏 差10米。
若油层厚度 为10米，则 可能脱靶。
套管可通过的最大井眼曲率限制问题
我国的《钻井手册(甲方)》介绍了API推荐的公式和钻井
承包商推荐的公式，两公式的形式完全相同，只是系数不同
上界和下界轨道之间，在造斜率误差范围之内，保证钻达目标。
培训讲课
水平井轨道设计 问题(B类)
第一种不确定性：目标垂 深确定，造斜率不确定
有关计算公式：
– 造斜点垂深Ha和靶前位移SE ：
Ha H X RX (sinE sina ) SE Ha tga RX (cosa cosE )
– 最佳稳斜角计算公式： » 最优进入法：进入点对准窗心E点； » 平行切线法：稳斜角与上界轨道相同；
套管可通过的最大井眼曲率限制问题
推荐公式的计算步骤：
– 从《钻井手册（甲方）》或其他有关手册中查得套 管的最小螺纹联结抗拉强度 Pj 。
– 计算套管已经承受的轴向力 PE 。
– 计算套管可承受的弯曲引起的轴向力：Pe Pj PE 。
(完整版)井眼轨道设与轨迹控制
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
假设井段 假设测段为 为直线， 圆柱螺线， 其方向为 螺线在 上、下测 两端点处与 点方向的 上、下两测 “和方向” 点方向相切
假设测段为 平面圆弧， 圆弧在 两端点处与 上、下两测 点方向相切
(四)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二测点处井眼方 向的“和方向”（矢量和）。 测段计算公式：
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 公式的基础上乘以校正系数fD和fH，因而称之为校正平均角法。
关于校正平均角法的推导：
在曲率半径法的基础上，进行三角变换：
sin i
sin
i1
2sii1
2
2sin2 cosc
一．井斜的原因
地质因素，钻具因素。
(四)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 。
(五)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-1<-180°时，Δφi=φi-φi-1+360° φc=(φi+φi-1)/2+180°
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：
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
假设井段 假设测段为 为直线， 圆柱螺线， 其方向为 螺线在 上、下测 两端点处与 点方向的 上、下两测 “和方向” 点方向相切
假设测段为 平面圆弧， 圆弧在 两端点处与 上、下两测 点方向相切
(四)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二测点处井眼方 向的“和方向”（矢量和）。 测段计算公式：
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 公式的基础上乘以校正系数fD和fH，因而称之为校正平均角法。
关于校正平均角法的推导：
在曲率半径法的基础上，进行三角变换：
sin i
sin
i1
2sii1
2
2sin2 cosc
一．井斜的原因
地质因素，钻具因素。
(四)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 。
(五)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-1<-180°时，Δφi=φi-φi-1+360° φc=(φi+φi-1)/2+180°
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：
项目五--井眼轨迹基本认知
井眼方向线：是指井眼沿轴线上某一点处井眼前 进的方向线。
井眼方位线：是指该点井眼方向线在水平面上的 投影。
（二）井眼轨迹计算参数
根据监测参数计算出来的其他井眼 轴线的几何、方位参数。 1．垂直井深D（垂深）：井眼轨迹 上的点至井口所在水平面距离。垂 增ΔD。 2．水平投影长度LP(平长)：井眼轨 迹上的点至井口的长度在水平面上 的投影长度，也是井深在水平面上 的投影长度，也称为水平长度。平 增ΔLP。 3．N坐标和E坐标：井眼轨迹上的 点在以井口为原点的水平面 坐标系 里的坐标值。增量分别为ΔN、ΔE 。
学习情境二 开钻准备 项 目三 井眼轨道与井眼轨迹
（一）井眼轨迹监测参数（测量参数、基本参数） 由监测仪器在井眼轨迹每个测点上测得的。
• 三个基本参数：井深、井斜角和井斜方位角。
1. 井深Ｌ（斜深、测深）：井口(常以转盘面为基准)至测点的井 眼长度，单位米(m) ；以钻柱或电缆的长度来量测。井深既是测点的
注意：水平位移和水平长度是完 全不同的两个概念。在实钻的三 维井眼轨迹上，二者有着明显的 区别，但在二维轨道设计上是完 全相同的。
学习情境二 开钻准备 项 目五 井眼轨道与井眼轨迹
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。
水平位移和水平长度是完全不同的概念。
度，量ＯＢ＝ΔΦ；
（4）自Ｂ点向ＯＡ作垂线， 垂足为Ｃ点；
（5）按步骤（3）中的比例 （以长度代表角度的比例 ），量ＣＡ＝Δα；
（6）连接Ａ、Ｂ，并量Ａ、 Ｂ长度，按步骤（3）中 的比例换算成角度， 此角 度即狗腿角γ。
第二套计算公式：
井眼曲率计算
假定测段是斜面圆弧曲线，则测段的狗腿角γ：
式中 ： 若用半角和平均角形式表达,则可得:
井眼方位线：是指该点井眼方向线在水平面上的 投影。
（二）井眼轨迹计算参数
根据监测参数计算出来的其他井眼 轴线的几何、方位参数。 1．垂直井深D（垂深）：井眼轨迹 上的点至井口所在水平面距离。垂 增ΔD。 2．水平投影长度LP(平长)：井眼轨 迹上的点至井口的长度在水平面上 的投影长度，也是井深在水平面上 的投影长度，也称为水平长度。平 增ΔLP。 3．N坐标和E坐标：井眼轨迹上的 点在以井口为原点的水平面 坐标系 里的坐标值。增量分别为ΔN、ΔE 。
学习情境二 开钻准备 项 目三 井眼轨道与井眼轨迹
（一）井眼轨迹监测参数（测量参数、基本参数） 由监测仪器在井眼轨迹每个测点上测得的。
• 三个基本参数：井深、井斜角和井斜方位角。
1. 井深Ｌ（斜深、测深）：井口(常以转盘面为基准)至测点的井 眼长度，单位米(m) ；以钻柱或电缆的长度来量测。井深既是测点的
注意：水平位移和水平长度是完 全不同的两个概念。在实钻的三 维井眼轨迹上，二者有着明显的 区别，但在二维轨道设计上是完 全相同的。
学习情境二 开钻准备 项 目五 井眼轨道与井眼轨迹
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。
水平位移和水平长度是完全不同的概念。
度，量ＯＢ＝ΔΦ；
（4）自Ｂ点向ＯＡ作垂线， 垂足为Ｃ点；
（5）按步骤（3）中的比例 （以长度代表角度的比例 ），量ＣＡ＝Δα；
（6）连接Ａ、Ｂ，并量Ａ、 Ｂ长度，按步骤（3）中 的比例换算成角度， 此角 度即狗腿角γ。
第二套计算公式：
井眼曲率计算
假定测段是斜面圆弧曲线，则测段的狗腿角γ：
式中 ： 若用半角和平均角形式表达,则可得:
井眼轨道设计与监测PPT实用课件
10
1. 井眼轨道优化设计
1.2 设计方法
国内(双增模型)：
tanw H0 H02 S02 R02
2
R0 S0
Lw H02 S02 R02
11
1. 井眼轨道优化设计
1.3 三增剖面
Ht
O ∆L1 a
α1 b
S
O3
R1
O1 O2
R2
R3
α2 c
α3
d
∆L5
α4
t
St H
多圆弧组合剖面示意图
12
的法线方向。 给定井口位置的漂移设计
n
Z Z Z 相对于首靶的靶区设计结果
5 三维漂移定向井设计
i
t
o
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱi1
16
1. 井眼轨道优化设计
1.5 三维漂移定向井设计
O
S
ZK
α0
O1
A
ZT Z
B △L3 C
O2 ST
D αf
△Zf
T
X
D
C
B ST
A
φ0
VT
ψT
O
垂直剖面展开图
定向井的漂移轨道示意图
水平投影图
井眼轨道优化设计 与监测技术
刘修善
2002年10月
1
目录
1. 井眼轨道优化设计 2. 实钻轨道监测技术 3. 中靶预测及设计 4. 随钻修正轨道设计 5. 安全圆柱与防碰计算 6. 优化设计与监测软件 7. 设计与计算实例
专题讨论
➢ 特殊形状的水平井 段设计；
➢ 急需解决的技术问 题。
2
1. 井眼轨道优化设计
井眼轨道几何学 基于空间解析几何、微分几何原理，进行井
定向钻井轨道设计概述ppt课件
5
定向井轨道设计原则
• (续上页) – 6.钻机功率应比相同井深的直井用钻机功率大30～50%。3000～3500米 的定向井应用4500米钻机，4500米的定向井应用6000米钻机； – 7.定向井裸眼段内尽可能不搞中途测试。必要时需经过充分论证，防止 井下事故； – 8.探井一定要注意及时测斜，尽可能在每次起钻前投测“多点”；以防 万一井喷着火需要打救援井时，有井眼轨迹的数据； – 9.丛式井要注意井口井底布置、造斜点位置和钻井顺序： • 开钻顺序：除直井首先打外，其他定向井应该先打造斜点高的井， 后打造斜点低的井； • 位移大的井放在外围，造斜点相对高； • 位移小的井放在内部，造斜点相对低； • 相邻两口井的造斜点应该上下错开100米； – 10.海上丛式井可使用倾斜导管或弯曲导管；
度定
井的1.5～2倍。
向井 3. 由于造斜、测斜、扭方位以及井下复杂原因，每米钻井成本显
著增大。
1. 井斜角在600～1200，包括水平井在内。
大斜 2. 起下钻及下套管困难，摩阻摩扭大，加钻压难，管柱受力复杂； 度定 3. 缆线作业困难，测斜测井及射孔作业需特殊技术； 向井 4. 井下复杂情况增多，卡钻、键槽、岩屑床、井塌、井漏，等等；
5. 固井完井困难：固井质量难以保证；完井作业也困难；
3
定向井的分类(按轨道形状而分)
• 三维定向井：
– 单目标三维定向井； – 多目标三维定向井(Designer Wells)； – 施工中待钻设计轨道；
• 二维定向井：
– 二维常规定向井轨道； – 多增降率轨道； – 缓曲代稳轨道； – 水平井轨道； – 大位移井轨道；
2
定向井的分类(按井斜角大小而分)
小斜 度定 向井
1. 2. 3.
定向井轨道设计原则
• (续上页) – 6.钻机功率应比相同井深的直井用钻机功率大30～50%。3000～3500米 的定向井应用4500米钻机，4500米的定向井应用6000米钻机； – 7.定向井裸眼段内尽可能不搞中途测试。必要时需经过充分论证，防止 井下事故； – 8.探井一定要注意及时测斜，尽可能在每次起钻前投测“多点”；以防 万一井喷着火需要打救援井时，有井眼轨迹的数据； – 9.丛式井要注意井口井底布置、造斜点位置和钻井顺序： • 开钻顺序：除直井首先打外，其他定向井应该先打造斜点高的井， 后打造斜点低的井； • 位移大的井放在外围，造斜点相对高； • 位移小的井放在内部，造斜点相对低； • 相邻两口井的造斜点应该上下错开100米； – 10.海上丛式井可使用倾斜导管或弯曲导管；
度定
井的1.5～2倍。
向井 3. 由于造斜、测斜、扭方位以及井下复杂原因，每米钻井成本显
著增大。
1. 井斜角在600～1200，包括水平井在内。
大斜 2. 起下钻及下套管困难，摩阻摩扭大，加钻压难，管柱受力复杂； 度定 3. 缆线作业困难，测斜测井及射孔作业需特殊技术； 向井 4. 井下复杂情况增多，卡钻、键槽、岩屑床、井塌、井漏，等等；
5. 固井完井困难：固井质量难以保证；完井作业也困难；
3
定向井的分类(按轨道形状而分)
• 三维定向井：
– 单目标三维定向井； – 多目标三维定向井(Designer Wells)； – 施工中待钻设计轨道；
• 二维定向井：
– 二维常规定向井轨道； – 多增降率轨道； – 缓曲代稳轨道； – 水平井轨道； – 大位移井轨道；
2
定向井的分类(按井斜角大小而分)
小斜 度定 向井
1. 2. 3.
定向井井眼轨道设计课件
De Se
De Dt Da R1 sin a R2 sin t Se St Sa R1 cosa R2 cost
Re R1 R2
Lw De2 Se2 Re2
b
2 tan1
De Re
Lw Se
注意：上述公式与《钻井工程理论与技术》课本第190页 双增 式轨道设计公式（5-47）～（5-51）完全相同。
课堂讨论：（1）关键参数计算公式有多种形式
பைடு நூலகம்
Re Re
sinb cosb
Lw cosb Lw sinb
De Se
Lw De2 Se2 Re2
b
tan 1
Lw Se De Re Lw De Se Re
tan 1
Re Lw
tan 1
Se De
b sin1
Se
tan1 Re sin1
De2
S
2 e
Lw
De
tan1 Lw
De2
S
2 e
Re
b
2 tan 1
De Lw Re Se
2 tan 1
Re Se De Lw
课堂 讨论：
（2） 几何 作图 求解 关键 参数
De Dt Da R1 sin a R2 sin t （圆心线对应的垂增）
Se St Sa R1 cosa R2 cost （圆心线对应的平增）
R tan
2
sina
sina
sin b
sinb
增斜段和降斜段R 均取正。
对于三维轨道，平长Lp与平移S是不一样的。
§3-2 二维常规轨道设计
1、一般会给定的条件
目标点的垂深Dt 、水平位移St （井口可移动时相当于没给 定） 、井斜角αt （单靶时无要求）及设计方位角θ0；
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当0 当0
LsinS sinS,
Y
1 2 1 2
LcosAQ
FS AQ,Q
FSAP,P
LcosAP
, ,
1
2
FS
AQ,Q
FSAP,P ,
当 0 当 0 当 0 当
14
1. 井眼轨道优化设计
1.5 三维漂移定向井设计——约束方程
n
Xi Xt Xo
i1
n
Yi Yt Yo
9 0,当 Zi Zj
i
j
tan1
Yj Xj
Yi Xi
,当Xi
Xj
90或270,当Xi Xj
23
1. 井眼轨道优化设计
1.7 多目标井设计——入靶方向
空间圆弧模型
Ti
Rij
λij
Tj
空间圆弧模型示意图
24
1. 井眼轨道优化设计
1.7 多目标井设计——入靶方向
三点定圆模型
ξ
Ti
β
γ
t
ζ
Tj
Tk η
18
1. 井眼轨道优化设计
1.6 绕障井设计——绕障方向判断， 并求初始设计方位
1, 左旋绕障设计
qsgnyg
1,
右旋绕障设计
0
g
qsin1VRgg
19
1. 井眼轨道优化设计
1.6 绕障井设计——求方位扭转角
其中
DH
tan22D DVH,
DH2DV22RgDV , 2Rg DV
当2Rg DV
1.2 设计方法
国内(增降模型)：
tanwH0 H02S022R0S0
2
2R0S0
9
1. 井眼轨道优化设计
1.2 设计方法
国内(双增模型)：
tanw H0 H02 S02 R02
2
R0 S0
Lw H02 S02 R02
10
1. 井眼轨道优化设计
1.3 三增剖面
Ht
O ∆L1 a
α1 b
S
O3
R1
O1 O2
R2
R3
α2 c
α3
d
∆L5
α4
t
St H
多圆弧组合剖面示意图
11
1. 井眼轨道优化设计
1.5 三维漂移定向井设计
X T
O
Y
12
1. 井眼轨道优化设计
1.5 三维漂移定向井设计
漂移轨道设计的优势 ❖ 解放钻压、提高机械钻速 ❖ 减少扭方位和起下钻次数 ❖ 减少井眼轨道控制的难度和工作量 ❖ 提高井身质量， 降低钻井成本
X L sin c cos c
Y Z
L sin c sin c L cos c
S L sin c
c
1
2
2
c
1
2 2
例子： (500m, 4°,357°) (530m, 6°,2°)
目录
1. 井眼轨道优化设计 2. 实钻轨道监测技术 3. 中靶预测及设计 4. 随钻修正轨道设计 5. 安全圆柱与防碰计算 6. 优化设计与监测软件 7. 设计与计算实例
专题讨论
➢ 特殊形状的水平井 段设计；
➢ 急需解决的技术问 题。
1
1. 井眼轨道优化设计
基本步骤
❖ 选择剖面类型； ❖ 确定造斜点、造斜率等参数； ❖ 求解关键的待定参数； ❖ 井眼轨道节点参数计算； ❖ 井眼轨道分点参数计算； ❖ 设计结果制表及绘图。
DV x
T
Q
VT
Rg P
g
φOδ
Vg
O
YБайду номын сангаас
y
水平投影图设计
17
1. 井眼轨道优化设计
1.6 绕障井设计——绕障必要性判断 将O-XY坐标系绕井口点顺时针旋转t角度，使X轴通 过目标点t而建立新坐标系O-xy，则
xg Vgcosg t yg Vgsing t
如果 0xgVt且yg Rg 则需要进行绕障设计。 否则，不必考虑障碍物，进行常规的二维设计即可。
2
1. 井眼轨道优化设计
1.1 剖面类型
O
S
Da αa
R1
O1
a
Dt
b αb
St D
三段制轨道
t
f
3
1. 井眼轨道优化设计
1.1 剖面类型
O
S
Da
αa
O1
a
b
Dt
αb
c
d
αt O2
t
St D
f
五段制轨道
4
1. 井眼轨道优化设计
1.1 剖面类型
O
S
Da
αa
a
R1
O1
O2
Dt D
R2 b αb
c
d αt St
三点定圆模型示意图
25
1. 井眼轨道优化设计
1.7 多目标井设计——入靶方向
自适应模型
26
2. 实钻轨道监测技术
2.1 井眼轨道的挠曲形态
22sin2
2 sin122cos
从 切
面
b 法面
T
n
L2 L2si2nV
30
L
M t 密切面
Γ Frenet标架
27
2. 实钻轨道监测技术
2.2 平均角法 假设：直线段
当2Rg DV
其中
D H V t c to 0 V s g cg o 0s
D VV tsin t0
20
1. 井眼轨道优化设计
1.6 绕障井设计
O
S
——垂直剖面图设计
HZ αo
R
O1
关键参数的求法同二 维设计(用水平位移) HT
A
P B
αw
难点： P、Q点的位置判别， 及相关计算
i1
n
Zi Zt Zo
i1
15
1. 井眼轨道优化设计
1.5 三维漂移定向井设计
O
S
ZK
α0
O1
A
ZT Z
B △L3 C
O2 ST
D αf
△Zf
T
X
D
C
B ST
A
φ0
VT
ψT
O
垂直剖面展开图
定向井的漂移轨道示意图
水平投影图
T Y
16
1. 井眼轨道优化设计
1.6 绕障井设计——水平投影图设计
X DH
O
HZ
αo
R1
O1
S O2
三段式(J型) 五段式(S型) 双增式(B型)
R2 HT
αw △Lw
αf
△Hf
ST
T
H
二维定向井的典型剖面 7
1. 井眼轨道优化设计
1.2 设计方法 国外方法：
wta 1nH 02S R 0 0 22 R 0S 0ta 1R n 0 H 0 S 0
8
1. 井眼轨道优化设计
13
1. 井眼轨道优化设计
1.5 三维漂移定向井设计——基本方程
SLLS S LLS
LsinS cosS,
X
1 2 1 2
LsinAQ LsinAP
FCAP,P
FC AQ,Q
, ,
1
2
FCAP,P FC
AQ,Q
,
当 0 当 0 当 0 当
Z FS L cSo, s S,,
双增轨道
t
f
5
1. 井眼轨道优化设计
1.2 设计方法
传统方法 ❖ 图解法(作图法)； ❖ 查图法(标准图板)； ❖ 平面解析法(国内外有所差异)；
井眼轨道几何学 基于空间解析几何、微分几何原理，进行井
眼轨道的描述、设计、计算、监测和分析的一整 套科学体系。
6
1. 井眼轨道优化设计
1.1 二维定向井设计
Q △Lw
ST
T
H
垂直剖面图
21
1. 井眼轨道优化设计
1.7 多目标井设计
❖ 靶区轨道设计 选择靶段的剖面类型 确定合理的入靶方向
❖ 靶前轨道设计 需要考虑进入首靶的井眼方向
22
1. 井眼轨道优化设计
1.7 多目标井设计 ——入靶方向
直线模型
i j ta1 n
Xj X Zij 2 Z1Yj Yi 2,当 Zi Zj