水平井轨迹设计操作说明
ODP水平井轨迹控制
水平井井眼轨迹控制技术要点底部钻具组合及钻柱设计底部钻具组合设计水平井底部钻具组合设计的首要原则是造斜率原则，保证设计组合的造斜率打到设计轨道要求并有一定的余地；设计水平井底部钻具组合时，要根据井底温度、最大排量、钻头类型和钻头压降的不同来选择螺杆钻具；底部钻具组合必须满足强度、可靠性的要求，并能处理井下事故。
钻柱设计使用“倒装钻柱”；为了防止卡钻事故，一般在钻柱中装震击器；为了克服定向滑动时托压的困难，推荐在钻柱适当位置装水力振荡器。
直井段轨迹控制技术要点水平井直井段的井身轨迹控制原则是防斜打直。
当钻至造斜点KOP时，如果直井段不直，不仅造斜点KOP处有一定井斜角而影响定向造斜的顺利完成，还会因为上部井段的井斜造成的位移影响下一步的井身轨迹控制。
假如KOP处的位移是负位移，为了达到设计要求，会造成在实际施工中需要比设计更大的造斜率和更大的最大井斜角度，•如果是正位移情况恰好相反。
如果KOP处的位移是向设计方向两侧偏离的，就将一口两维定向井变成了三维定向井了，同时也造成下一步井身轨迹控制的困难。
由于水平井的井身轨迹控制精度要求高，所以水平井直井段的井斜及所形成的位移相对与普通定向井来讲更加严重。
如果丛式井的直井段发生井斜，不仅会造成普通定向井中所存在的危害，还会造成丛式井中两口定向井的直井段井眼相碰的施工事故，造成新老井眼同时报废。
在直井段钻进过程中根据实际情况及时进行井斜角的监测，发现井斜立即采取措施，对于丛式井，为了方便下一步施工和具有较强的对比性，建议使用陀螺测斜仪测取数据，以便和下一步施工井进行数据对比。
在中途监测过程中，如果发现井斜，根据实际井斜情况，可以采用减压吊打纠斜；增斜段轨迹控制要点对一口实钻水平井，从造斜点到目的层入靶点的设计垂深增量和水平位移增量是一定的，如果实钻轨迹点的位置和矢量方向偏离设计轨道，势必改变待钻井眼的垂深增量和位移增量的关系，也直接影响到待钻井眼轨迹的中靶精度。
水平定向钻井轨迹设计
2. 以煤层气钻井工程为例，进行水平定向钻井轨迹设计或者欠平衡钻井工艺技术设计。
本文选择以煤层气钻井工程为例，进行水平定向钻井轨迹设计。
煤层气，又称煤层甲烷，俗称瓦斯，人们对它爱恨交加。
爱的是它是一种清洁能源，有很大的利用价值；恨的是它是矿难的原因之一。
因此，安全有效地采集煤层气可谓是一举两得的好事。
近些年，部分国家开始用定向钻井技术开采煤层气，取得了良好效果。
定向钻井，简单说就是让向地下竖着打的井拐个弯，再顺着煤层的方向横着打井。
定向钻井采集煤层气的原理同传统方法一样，即通过抽水减压，逼出煤层气，再进行采集。
但两者的区别在于，传统方法只用竖井穿到煤层采集，而横向井顺着煤层的走势大大增加了采气的面积，因而提高了效率。
定向钻井通常在石油和天然气开发中使用较多，但近些年煤炭行业也越来越多地将这项技术用于矿山开采前的瓦斯抽放、排水、矿井探查等方面。
在煤炭领域使用这一技术的主要有美国、澳大利亚、欧洲、南非等国家和地区，而利用这一技术采集、利用煤层气的国家以美国和澳大利亚等国为主。
澳大利亚目前有17个煤矿用定向钻井技术排放井内瓦斯，以确保安全生产。
而悉尼的一家公司在2000年成功地利用这一技术在地下600米深处开出了一口商业用煤层气井。
美国的一些煤矿企业为了矿井安全和开采煤层气也热衷采用定向钻井技术。
在2000年，美国10％的煤层气井都采用了这项技术。
由于这项技术的逐步开发，部分美国和澳大利亚企业的煤层气产量都得到了提高。
资料显示，定向钻井的纵向深度一般在600～1200米，横向煤层钻井长度可达到400米。
据美国某钻探公司的个例统计，采用横井采气比传统的单一竖井采气的初期产量可高出10倍，气井的生产寿命也会增加。
根据对某些项目的估算，运用定向钻井法商业采集煤层气的内部回报率为15～18％，明显高于传统竖井采集法约3％的内部回报率。
1 定向水平井的井身类型井身结构设计原则有许多条，其中最重要的一条是满足保护储层实现近平衡压力钻井的需要，因为我国大部分油气田均属于多压力层系地层，特别是韩城地区，构造复杂，经过大范围地层沉降，上覆地层压力较大，只有将储层上部的不同孔隙压力或破裂压力地层用套管封隔，才有可能采用近平衡压力钻进储层。
大斜度及水平井轨迹设计
垂向应力为中间应力时，θ大于60°时，坍塌压力随井斜角的变化 较小。故垂向应力为中间主应力时，大斜度井的最优钻井方向为与最大 水平主应力方向
不同地应力场中井壁稳定规律分析 3.垂向应力为最小主应力（ σH＞σh ＞σv ）
σv ，σH ，σh——分别 为垂直应 力，水平最大主应力，水平最小 主应力。 θ—井眼轨迹轴线与最大主应力 夹角，可理解为方位角。 可理解为方位角。 可理解为方位角 σH
σv ，σH ，σh——分别 为垂直应 力，水平最大主应力，水平最小 主应力。 θ—井眼轨迹轴线与最大主应力 夹角，可理解为方位角。 可理解为方位角。 可理解为方位角 σH θ=30~45° 大斜度井，水平井轨 迹应与最大主应力成 30~45° ， 坍 塌 压 力 最小，井眼稳定。
σh
θ=30~45°
θ=0° θ=0°，坍塌压力最小， 井眼稳定。
θ大于60°时坍塌压力随井斜角的增大而略微增大。故垂向应力为 最小主应力时，大斜度井，水平井轨迹最优钻井方向为平行于最大水平 主应力方向。
某油田岩样进行岩石力学试验结论
该地区的原地应力状态为σH＞σv＞σh，水平最大地应力接近垂向地应力。 由图1可以看出，随着井斜角 的增加，坍塌压力减小，说明地 层的稳定性变好，适合打斜井和 水平井。 由图2可以看出，随着方位角 和井斜角的增加，坍塌压力减小; 当井斜方位与最大水平卞应力方 位的夹角接近60°时，坍塌压力 最小，说明沿此方位钻进，地层 最不易坍塌。 以上分析结论与前面室内实 验结论类似，垂向应力为中间应 力时可通过计算得出井眼轨迹方 向应与最大水平主应力成30~60° 角，具体角度数值通过油田岩心 室内试验得出。
不同地应力场中井壁稳定规律分析
以下为砂岩、石灰岩、自云岩、页岩、角闪岩 种岩石模拟井眼的破坏实验得 以下为砂岩、石灰岩、自云岩、页岩、角闪岩5种岩石模拟井眼的破坏实验得 出的结论： 出的结论：
定向井水平井轨迹控制技术讲诉
第二章定向井井眼轨迹控制技术前言定向井是指按照预先设计的井斜方位和井眼轴线形状进行钻进的井，是相对于直井而言的，而且是以设计的井眼轴线形状为依据。
直井的井斜角为零度，没有井斜方位角。
尽管实钻的直井都有一定的井斜角，有的井斜角甚至很大，但仍然属于直井。
定向井又可分为二维定向井和三维定向井。
也是以设计的井眼轴线形状为依据划分的。
凡是井眼轴线形状只在某个铅垂平面上变化的定向井，称为两维定向井，它们的井斜角是变化的，而井斜方位角则是不变的。
三维定向井则是既有井斜角的变化，又有井斜方位角的变化。
实钻的两维定向井，其井眼轴线都是既有井斜角的变化，又有井斜方位角的变化，但它仍然属于两维定向井。
定向井在石油勘探与开发中得到了广泛的应用。
在地面上难以建立或不允许建立井场和安装钻井设备进行钻井的地区，要勘探开发地下的石油，唯一的办法是从该地区附近打定向井，在海洋或湖泊等水域上勘探开发石油，最好是建立固定平台或从岸边打定向井和丛式定向井。
当在钻达油气层所经过的地层中，有难以穿过的复杂地层时，用定向井可以绕过这些复杂地层。
为了扩大勘探效果和增加油井产量，可以打多底井、水平井以及丛式水平井、分支井或径向水平井等。
在发生断钻具、卡钻以及井喷着火等恶性钻井事故的情况下，钻侧钻井、救援井是处理此类事故的有效方法。
我国的定向井钻井开始于1956年，在60年代，曾达到了相当高的水平，钻出了许多高难度的定向井，与当时世界先进水平的差距并不大。
我国是世界上第二个钻成水平井的国家。
但在60年代中期以后，我们与世界先进水平的差距拉大了，直到70年代中后期，开始大力研究和发展定向井，80年代以后，我国积极地学习国外先进技术，二十多年来，国外在定向井钻井技术最主要的进展是随钻测量仪器的出现和发展，螺杆钻具、金刚石钻头、可控弯接头和旋转导向钻井等工具发展，以及近几年来，自动化钻井系统、旋转地质导向钻井系统的出现与发展，都显著地提高了定向井钻井的技术水平。
水平井轨迹设计操作说明
水平井轨迹设计操作说明一、根据井组生成轨迹剖面设计水平井1、选择水平井设计方式在平面图上单击鼠标右键，选择“设计水平井”→“井组方式”图1-1 选择井组方式2、设置水平井设计剖面依次选中需要的参考井，创建两个井组，然后右键选择“设置剖面方向”，按住鼠标左键给定一个井轨迹设计剖面的方向，右键选择“完成连井”，生成有这些井组构造的参考剖面和轨迹设计剖面，且界面自动转换到参考剖面。
图1-2 完成连井3、提取虚拟井的储层信息在参考井剖面中将已知井的地层、砂层都对应连接好，然后在剖面图幅中右键选择“提取设计井地层属性”或者“提取设计井砂层属性”进行虚拟井储层信息的自动提取图1-3 设计井地层属性的提取图1-4 设计井砂层属性的提取4、激活水平井设计剖面在参考井剖面图幅上右键选择“激活水平井轨迹设计剖面”，软件的界面会自动转换到水平井轨迹设计剖面，如下图所示图1-5 激活水平井设计剖面5、设计井轨迹在水平井轨迹设计剖面中，选择右侧工具栏上的“激活图层”，将井轨迹设计图层激活；选择右侧工具栏上的“井口”，回到设计剖面图幅中在需要设计井口的位置双击，井口就会出现在对应的地方；图1-6 设定井口选择右侧工具栏的“靶点”，在剖面中的目的层段双击设置靶点，设置到第二个靶点时，会弹出剖面类型的选择对话框图1-7 剖面类型选择对话框软件针对水平井轨迹设计提供了4中模式，分别为：①增-稳-增；②增-增-增；③阶梯井；④拱形井；选择需要的类型，点击下一步，出现水平井参数对话框图1-8 水平井参数对话框对井口及靶点的参数进行调整，并在井名处设定一个井名，点击“完成”，就会在剖面中出现设计的井轨迹图1-9 生成井轨迹6、井轨迹的编辑单击右侧工具栏上的“轨迹编辑”，再选中轨迹，轨迹呈现出可编辑状态，移动结点，可对轨迹进行编辑图1-10 井轨迹编辑7、井轨迹风格的设置选中井轨迹，右键“设置风格”图1-11 设置井轨迹风格出现井轨迹风格设置的对话框图1-12 井轨迹属性对话框对轨道、井导眼、标注等进行设置，点击确定，轨迹就以设定的风格显示在剖面上图1-13 井轨迹显示8、模板的保存选中井轨迹右键，选择“保存轨道风格为模板”，弹出对话框，输入模板的名称，单击确定.图1-14 井轨迹模板9、剖面表格、标题、方位角的显示选中轨迹，再点选一下右侧工具栏的“剖面表格”，则设计轨道剖面数据表显示在剖面上，通过拖动可以移动它在平面图上的位置，也可以拖拉边框调整表格的大小。
水平井井眼轨迹控制技术.doc
我就水平井井眼轨迹控制技术说一点：1、水平井井身剖面的优化设计（1）、井身剖面设计原则：.1）满足地质要求，实现地质目的；2)保证钻进和起下钻摩阻扭矩尽可能小；3)其形状有利于地质导向工作和现场实际井眼轨迹控制；4)能克服油层深度预测和工具（含地层）造斜率的不确定问题等等。
（2）、井身剖面类型的选择水平井井身剖面根据地质目标、油层情况、地质要求、靶前位移，选择不同的剖面类型。
油田施工的水平井，从曲率半径来分，选择长曲率半径水平井和中曲率半径水平井。
剖面选用了具有两个稳斜井段的直－增－稳－增－稳（探油顶）－增（着陆段）－水平段三增剖面、直－增－稳（探油顶）－增（着陆段）－水平段双增剖面、直－增－水平段单增剖面。
设计造斜率选为2～10o/30m。
（3）水平井防碰绕障技术受地面条件限制，油田多为丛式定向井，防碰绕障问题突出，水平井又需要一定的靶前位移，许多井往往从一个平台打到另一个平台下面，即要考虑本平台邻井的防碰，又要考虑下部斜井段和水平段的防碰，通过现场水平井钻井实践，形成了油田特有的水平井防碰绕障技术：1）、井身剖面的优化设计。
在设计时，充分考虑邻井情况，通过剖面类型、造斜点、造斜率等的优化设计，尽量避开老井，必要时进行绕障设计。
2）、利用软件进行防碰扫描和防碰距离计算。
3）、现场井眼轨迹的监控和防碰绕障施工。
4）、地质导向技术在防碰绕障中的应用。
2、井眼轨迹控制技术随着水平井在不同区块的施工，不同区块每口井的地质情况不同，井眼轨迹控制过程中遇到的问题也不一样。
突出表现在以下几个方面：(1)、实钻地质情况复杂多变，油层深度与设计变化较大，井眼轨迹需要随地质情况变化进行调整。
(2) 、水平段油层深度在横向上变化不一，有从低部位到高部位的，也有从高部位到低部位的，还有先从低部位到高部位再下降的。
(3) 、不同区块工具造斜能力和地层对井眼轨迹的影响不同。
(4) 、测量数据的相对滞后对地质导向和井眼轨迹的预测和调整带来困难。
卡塔尔水平井轨迹控制总结
卡塔尔水平井井身轨迹控制要点一、工具面的摆放及控制。
参考汽车方向盘操作的原理，水平井工具面的控制，是一个不断地调整和控制的过程。
需要在地面不断地正反转动钻具，实现井底的工具面在一个比较合适的位置。
钻进方式由转动转入滑动时，工具面的摆放，也往往不是一次放到理想的位置，而是放将其放置到与要求大致相同，然后首先恢复钻进，对钻具在地面施加一定的扭矩，使其在钻进的过程中，逐渐地转动到所需要的位置。
长时间的放置工具面，在这里是不会允许的。
水平段较长时，停下转盘（或者接单根之后）准备采用滑动钻进方式时，往往井底的钻具在摩阻力的作用下，有着一定的扭矩，摆放工具面时，井底工具面的转动失去规律性，这时可以首先上下大幅度活动钻具几次，消除钻具的扭矩，然后再摆放工具面。
二、6-3/4“马达的造斜能力：1°30’单弯造斜率为：SLIDING 15°以上/100英尺 (井斜在20°以后)ROTATING 2.2°/100’ (井斜在20°以后) 1°15’扶单弯的造斜率为:SLIDING: 10--11°(10.5)/100’(井斜在20°--80°)14.5°/100英尺(井斜80B—90度)ROTATING: 2.1°/100’ (井斜在20°以后)这样在造斜井段,设计造斜率为6.5°/100’,主要的钻方式为 ROTATING，正符合甲方的要求。
4-3/4“马达的造斜能力：我们在水平井段只使用了1°30’SLEEVE 和1°单弯带扶正器: 这两种工具的造斜能力基本相同:SLIDING: 10°/100’ROTATING: 3.5°/100’ (实际为2--6°/100’)三、井身轨迹的控制：1、精确的计算钻具的零长和SLIDING及ROTATING的进尺。
水平井轨道设计
水平井轨道设计一．水平井分类：长半径水平井 1～6°/100英尺；中半径水平井 8～20°/100英尺；短半径水平井1～3.5°/1英尺；超短半径水平井 30mm 。
二．水平井轨道类型：A 类水平井轨道：是有一个增斜段达到水平，多用于短半径水平井，常用于侧钻井。
B 类水平井轨道：先用一个增斜段然后用一个稳斜段，在用一个增斜段达到水平。
C 类水平井轨道：用一个增斜段+稳增段+一个增斜段达到水平。
三．水平轨迹设计需要考虑的问题：1．考虑能否取得预期的经济效益，水平井获得经济效益的关键是目标段的设计，包括油藏类型的选择，对油层厚度、性质以及剩余油分布的研究，目标段的走向、倾向、长度、完井方法等。
2．考虑两个不确定性问题：其一、目标垂深的不确定性；其二、造斜率的不确定性 （1）考虑施工人员的轨迹控制能力，特别是增斜段的轨迹控制能力，是否具备必要的造斜工具和测量工具测量仪器等。
（2）考虑所选的造斜率，下套管时，套管是否顺利通过。
（3）目标段的长度，还要受到众多因素的影响。
四．水平井目标区的设计：水平井合理井位选择：水平井合理井位的选择是水平井优化是的第一个课题，它是保证水平井取得良好经济效益的重要因素，其关键是油藏筛选的合理性，地质设计的准确性，在研究过程中，结合大港油田实际，形成了水平井合理井径选择的技术及工作流程 水平井：其延伸长度不小于目标层的六倍，井斜角度不小于85°的井。
五．水平井的主要难度之一：井眼轨迹控制要求高：要求高是指轨迹控制的目标区要求高，普通定向井的目标区是一个靶圆，井眼轨迹只要穿过此靶圆即为合格。
水平井的目标区是一个扁平的立方体，不仅要求井眼准确的进入窗口，而且要求井眼方位与靶区轴线一致，俗称“矢量中靶”。
水平井的主要难度之二：难度大是指在井眼轨迹控制过程中存在“两个不确定的因素”。
轨迹控制的精度稍差就有可能脱靶。
所谓“两个不确定因素”，一是目标垂深的不确定性，防止地质部门对目‰标层垂深精度有误差就可能脱靶；二是井眼曲率比普通定向井高的多。
定向、水平井轨迹控制
井眼轨迹预测与定向控制方法
井眼轨迹的主要影响因素分析：
–钻头、BHA结构及操作参数的影响（可控制因素） –地层因素的影响（不可改变的客观因素） –井眼几何参数的影响，以及动态因素的影响
井眼轨迹预测方法：
–有效钻力与“平衡曲率法”结合，进行定量预测
定向控制方法：
–底部钻具组合（BHA）和钻头的优选方法 –随钻井眼轨迹监视与操作参数控制方法 –利用地层自然造斜规律进行控制
井下动力钻具组合
转盘钻具组合（BHA）
BHA参数:
•稳定器的安放位置； •稳定器与井眼的间隙； •钻铤的抗弯刚度； •钻铤的每米有效重量； •钻铤的刚柔组合； •钻头的各向异性特性；
•特殊接头等。
转盘旋转钻进与滑动钻进特性
旋转钻进方式：主要有如下两种
–转盘旋转钻进方式（如：ERD偏爱此种）
钻头的各向异性钻井特性
88.9mm 六角方钻杆
侧向力
接触点 低摩阻滚动轴承 侧向位移
Ib
R l ( Fa Fa o ) R a ( Fl Flo )
地层的各向异性钻井特性
ezf eyf Yf
O
Zf
exf Xf
地层倾角
水平面
I r1
Ddip Dn
,
Ir2
Dstr Dn
实钻地层的各向异性划分
磁偏角（Declination）
在某一地区内，其磁北极方向线与地理北 极方向线的夹角。计算方法是以地理北极方向 线为始边，磁北极方向线为终边。顺时针为正 ，逆为负。
定向、水平井的主要用途
在地面上难以建立或不允许建立井场的地区，要勘 探开发地下的石油等资源，唯一的办法是从该地区 附近打定向井； 在海洋或湖泊等水域上勘探开发石油时，最好是建 立固定平台或从岸边打定向井和丛式定向井； 可使用定向井饶过所钻遇的地下复杂地层或障碍物 等； 打定向水平井和复杂结构井，可扩大勘探效果及提 高开发效益和采收率； 在发生卡钻、断钻及井喷着火等恶性钻井事故的情 况下，用侧钻井、救援井来处理这类事故最有效。
井眼轨迹设计与控制方法
井眼轨迹设计与控制方法井眼轨迹设计与控制方法是指在石油工程领域中，为了实现最佳的钻井效果，需要设计合适的井眼轨迹，并通过控制方法来实施钻进操作。
井眼轨迹设计和控制方法的目的是确保井眼能够贯穿目标层，并达到钻井目标。
以下是井眼轨迹设计和控制方法的一般步骤和原则。
1.收集地质和地下信息：了解地质和地下条件对井眼轨迹设计的影响，包括地层构造、断层、岩性、陷落带等信息。
通过地质勘探技术，如地震勘探、测井等方法获得地下信息。
2.考虑钻进目标：确定钻井目标并制定井眼轨迹设计的目标，包括垂直井、平曲井、S型井、水平井等。
3.选择合适的钻头和井壁稳定措施：根据地层岩性和井眼设计目标，选择适当的钻头和井壁稳定措施，以减少钻井风险。
4.采用合适的井眼轨迹设计软件：使用井眼轨迹设计软件，根据地质和目标要求，进行井眼轨迹设计。
软件可以根据用户的输入参数，提供最佳的井眼轨迹设计方案。
5.优化井眼轨迹设计：根据设计的井眼轨迹，进行优化，以满足目标要求、降低钻井风险和成本。
6.完善设计：进行设计审查并完善井眼轨迹设计。
井眼轨迹控制方法的原则如下：1.根据地质情况进行实时调整：在钻井过程中，根据地质情况和实时测井数据，适时调整井眼轨迹设计。
控制方法可以包括调整钻头类型、调整钻井液密度等。
2.使用工具进行测量和记录：使用相关测量工具，如测井仪器、鱼雷测井等，对井眼轨迹进行实时测量和记录。
这些测量数据可用于分析地层情况和优化井眼轨迹设计。
3.采用适当的工具和技术：选择合适的工具和技术，如导航仪器和测量工具，帮助实施井眼轨迹控制。
这些工具可以提供准确的测量数据和实时导航。
4.数据分析和反馈：通过分析测量数据和井斜数据，对当前井眼轨迹进行评估和反馈。
根据评估结果，进行必要的调整和控制。
5.培训和提高技能：培训钻井工程师和工人，提高其井眼轨迹设计和控制的技能水平。
这样可以确保钻井操作的安全和高效。
总之，井眼轨迹设计和控制方法是确保钻井工程顺利进行的重要环节。
第1章水平井井眼轨道设计
坐标原点：井口 横坐标：视平移 V 纵坐标：垂深 D 该方法不能反映出真实的井深和井斜角。 柱面图示法应用最广
二、轨迹的基本概念
井深、井斜角和井斜方位角—轨迹的三个基本参数 (1) 井深（斜深、测深） 定义：井口（通常以转盘面为基准）至测点的轨迹长度。 井深增量（井段长度）：下测点井深与上测点井深之差。
C 式中： m
— 套管允许通过的最大井眼曲率，° 30m；
Pj — 套管螺纹联结强度， kN ；
PE — 套管已承受的有效轴向力，kN ； D — 套管管体外径，cm ；
o
K
— 考虑套管螺纹应力集中等因素的系数，取K=1.65； — 套管管体截面积， cm 。
2
中国石油大学（北京） 张辉
A
套管可通过的最大井眼曲率限制问题
α (2) 井斜角 （ ）
指井眼方向线与重力线之间的夹角。单位为 （ 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 = α B − α A
(3) 井斜方位角（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。
19
答案：
δ = 10 ° φF = 140° φ0= 90°
αT = 90 − tg [tgδ ⋅ cos(φ0 − φF )]
o −1
αT = 90 - atan (tan 10 cos (90 - 140)
= 83.53°
20
设计方位改变
水平井井眼轨迹操纵技术
水平井井眼轨迹操纵技术不管是定向井，仍是水平井，操纵井眼轨迹的最终目的都是要按设计要求中靶。
但因水平井的井身剖面特点、目的层靶区的要求等与一般定向井和多目标井不同，在井眼轨迹操纵方面具有许多与定向井、多目标井不同的新概念，需要成立一套新的概念和理论体系来作为水平井井眼轨迹操纵的理论依据和指导思想。
在长、中半径水平井的井眼轨迹操纵模式的形成和验证进程中，针对不断显现的轨迹操纵问题，成立了适应于水平井轨迹操纵特点的几个新概念。
一、水平井的中靶概念地质给出的水平井靶区一般是一个在目的层内以设计的水平井眼轨道为轴线的柱状靶，其横截面多为矩形或圆。
能够把那个柱状靶看成是由无数个彼此平行的法面平面组成，因此，操纵水平井井眼轨迹中靶，与一般定向井、多目标井是个截然不同的新概念，要紧表现是: 井眼轨迹中靶时进入的平面是一个法平面（也称目标窗口），但中靶的靶区不是一个平面，而是一个柱状体，因此，不仅要求实钻轨迹点在窗口平面的设计范围内，而且要求点的矢量方向符合设计，使实钻轨迹点在进入目标窗口平面后的每一个点都处于靶柱所限制的范围内。
也确实是说，操纵水平井井眼轨迹中靶的要素是实钻轨迹在靶柱内的每一点的位置要到位（即入靶点的井斜角、方位角、垂深和位移在设计要求的范围内），也确实是咱们所讲的矢量中靶。
二、水平井增斜井段井眼轨迹操纵的特点及阻碍因素对一话柄钻水平井，从造斜点到目的层入靶点的设计垂深增量和水平位移增量是必然的，若是实钻轨迹点的位置和矢量方向偏离设计轨道，必将改变待钻井眼的垂深增量和位移增量的关系，也直接阻碍到待钻井眼轨迹的中靶精度。
水平井钻井工程设计中所给定的钻具组合是在必然的理论计算和实践体会的基础上得出的，随着理性熟悉的深化和实践体会总结，设计的钻具组合钻出实际井眼轨迹与设计轨道曲线的符合程度会不断提高。
可是，由于井下条件的复杂性和多变性，那个符合程度老是相对的。
实钻井眼轨迹点的位置相关于设计轨道曲线老是会提早、或适中、或滞后，点的井斜角大小也可能是超前、适中或滞后。
水平井工程设计及轨迹控制.
水平井钻井工程设计及轨迹控制一、水平井的概述：八十年代中期以来，水平井技术在世界范围内取得了突飞猛进的进展，为提高勘探效果，提高单井产量和油层采收率，开辟了一条新的途径，给石油工业的发展带来了新的革命，胜利油田从1990年9月开始，以埕科1井为起点，展开了水平井研究与应用，针对各种类型油藏，如整合油藏、不整合油藏、稠油砾石油藏、低渗透块状砾石油藏、砂岩油藏、石炭系砂岩油藏、古潜山漏失型油藏等进行攻关研究。
“八五”期间组织了六个油田、五个院校，762名科技人员，在水平井钻井的设计技术、轨迹控制技术、钻井液技术、完井技术及测井射孔技术的五个方面共31个专题进行了四年的攻关，在理论研究、实验技术、软件技术、工具仪器研制和工具方法等方面，取得了重大技术突破，包括了16项重大科技成果在内的30项技术成果，形成了一整套水平井钻井、完井技术，截止1995年7月项目提交国家鉴定时，胜利油田完成各类水平井30口。
“八五”攻关计划完成后，水平井技术迅速转化为生产力，很快形成了大规模推广应用的局面。
到1996年底我国陆上已完成水平井94口，推广面积达到13个油田，六种类型的油气藏。
仅投产的47口科学实验水平井增产原油78吨，新增产值9.52亿元, 获直接经济效益6.46亿元。
到98年底全国陆上油田已钻成水平井204口，其中胜利油田所钻井和以技术服务形式在外油田所钻水平井共计119口。
更重要的是，“水平井是增加原油产量、提高采收率和开发特殊油藏最有效的手段之一”这一观点，得到了广大勘探开发工作者的共识，从而带动了与水平井有关的地质、油藏、采油工程等相关技术的发展，推动石油的科技进步。
自项目推广应用以来，应用的油藏类型逐步扩大，完成的水平井类型逐步增多。
除本油田以外，先后应用到塔里木、长庆、吐哈、青海、中原、江汉、河南、大港、玉门、江苏等油田，以及江苏省洪泽县非石油行业的芒硝矿开采，完成了以水平探井、阶梯水平井、连通式水平井等为代表的12种类型水平井，其经济效益十分显著，所完成的开发井稳定产值为同地区直井的3倍，其投资仅为直井投资的1.8倍左右，1997年《石油水平井钻井成套技术》被列为国家”八²五”国民经济贡献巨大的十大攻关成果。
水平井井眼轨道设计
一、总体原则
1. 应能实现钻水平井的目的； 2. 应有利于安全、优质、快速钻井； 3. 满足采油工艺的要求。
5.1 水平井轨道设计的原则
二、具体设计原则
1. 选择合适的井眼形状
• 复杂的井眼形状，势必带来施工难度的增加，因此井眼 形状的选择，力求越简单越好；
• 应尽可能不采用降斜井段的轨道设计
5.1 水平井轨道设计的原则
第5讲 水平井井眼轨道设计
• 5.1 水平井轨道设计的原则 • 5.2 水平井轨道设计方法
5.1 水平井轨道设计的原则
一口水平井的实施，首先要有一个轨道设计， 才能以此设计为依据进行具体的钻井施工。对于相同 的勘探、开发目的和相同的设计限制条件，可以设计 出不同的轨道，要保证设计轨道合理，就需要按轨道 设计原则进行设计。
二、具体设计原则
2. 选择合适的造斜点位置
• 造斜点的选择应充分考虑地层稳定性、可钻性的限制。 尽可能把造斜点选择在比较稳定、均匀的硬地层，避开 软硬夹层、岩石破碎带、漏失地层、流沙层、易膨胀或 易坍塌的地段，以免出现井下复杂情况，影响定向施工；
• 造斜点的深度应根据设计井的垂深、水平位移和选用的 轨道类型来决定，并要考虑满足采油工艺的需求 ；
5.1 水平井轨道设计的原则
二、具体设计原则
4. 选择合适的稳斜段井斜角
• 稳斜段井斜角不宜太小，太小时方位不好控制； • 稳斜段井斜角也不宜太大，太大时施工难度增加； • 稳斜段稳斜角还应避开不利于携岩的稳斜角范围。
一般来讲，井斜角的大小与轨迹控制的难度有下面的关系：
➢ 井斜角小于15°时，方位难以控制； ➢ 井斜角在15°~40°时，既能有效地调整井斜角和方位，也能顺利
专题1：井眼轨迹控制技术(以水平井为例)
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
用水平井连通有高低差的两孤立油藏
4. 水平井的主要技术问题（技术关键）
合适的油气藏选择 井眼轨迹控制 井壁稳定 油气层保护 固井完井
(1) 目标区的设计
目标区的设计是水平井是否有效益的关键技术 ① 合理井位的选择； ② 完井方法选择； ③ 靶区参数设计：水平段长， 水平段方位、水平段井斜 角、水平段垂向位置和水 平井靶体设计。
水平井合理井位的选择
限制水平段长度的因素
精心设计井身结构和泥浆参数，并减小起下管柱的压力波动。
(4) 泥浆密度窗口小，易出现井漏、井塌
垂直主应力是中间主应力
(4) 泥浆密度窗口小，易出现井漏、井塌
垂直主应力是最大主应力，两个水平主应力相等
(4) 泥浆密度窗口小，易出现井漏、井塌
垂直主应力是最大主应力，两个水平主应力不相等
(4) 泥浆密度窗口小，易出现井漏、井塌
③ 钻柱旋转：钻柱旋转有利于搅动岩屑床，有利于携岩。 ④ 钻柱尺寸：钻柱尺寸大，环空间隙小，相同排量条件下返
速高，有利于携岩。
(6) 保证固井质量难度大
顺利将套管下入井内问题； 套管在井内的居中及顶替效率问题； 井眼高边的自由水通道问题。
提高注水泥质量措施
① 使用扶正器使套管居中：在弯曲段和水平段，至少一根套 管一个扶正器，或两根套管三个扶正器；
垂直主应力是最小主应力。
(4) 泥浆密度窗口小，易出现井漏、井塌
(5) 携带岩屑困难
3水平井轨道设计
3水平井轨道设计水平井是一种特殊类型的井，其井身的轨道是水平的，与地面平行。
水平井是现代石油工业中的一个重要组成部分，广泛应用于油田开发和生产作业。
水平井轨道的设计对于提高勘探开采的效率和安全性至关重要。
本文将详细介绍水平井轨道设计的一些关键要素和流程。
首先，水平井轨道设计的目标是实现井身的水平运动，以达到油气的有效开采。
轨道设计需要考虑以下几个方面：设计井斜的角度；确定井身的水平段长度；选择合适的地层进行水平井的钻探等。
设计井斜的角度是水平井轨道设计的第一步。
井斜角度决定了井身的倾斜程度，通常选择0-5度之间的角度。
较小的井斜角度可以减小钻井对资源层的干扰，但可能需要较长的水平段以达到所需的水平移动距离。
较大的井斜角度则可以更快地达到所需的水平段长度，但可能会增加钻井的复杂性和难度。
确定井身的水平段长度是水平井轨道设计的另一个重要考虑因素。
水平段长度指的是井身在地面之下水平运动的距离。
水平段长度的选择需要考虑油气层的厚度、产能和走向等因素。
较长的水平段能够增加油气井与油层的接触面积，增加采集效果，但也增加了水平井施工的难度和成本。
因此，水平段长度的选择需要综合考虑经济效益和工程可行性。
另外，选择合适的钻井地层也是水平井轨道设计的一项重要任务。
地层的选择需要考虑地层的密度、稳定性和油气储集性能。
地层密度和稳定性的选择能够减少钻井过程中的事故风险，确保水平井的安全运行。
而选择具有良好油气储集性能的地层，可以提高水平井的采集能力和产能。
设计水平井轨道需要进行详细的工程规划和设计。
首先，需要进行地质勘探以确定水平井的设计位置和钻井地层。
然后，根据地质勘探的结果，进行轨道设计，确定井斜角度和水平段长度。
在设计过程中，还需要考虑井身的稳定性，确保井身能够正常运行并承受地层的压力。
在设计完成后，需要进行钻井工程的实施。
钻井工程包括井身的钻进和完井作业。
钻进作业需要使用合适的钻探设备和技术，确保井身的竖直和水平钻进。
2-水平井轨迹设计和控制技术(课件版)
第二部分水平井轨迹设计和控制技术⏹水平井的井眼轨道的基础知识水平井的基本术语水平井的井眼轨道类型⏹水平井设计的基本内容水平井的设计思路和基本方法水平井轨迹设计的主要内容水平井井眼轨迹设计的原则和有关因素水平井的剖面设计⏹水平井井眼轨迹的控制技术水平井井眼轨迹控制的实现方法水平井井眼轨迹控制工具和定向方法水平井井眼轨迹的控制技术(一)水平井的基本术语井深：又称斜深或测深，指井口至测点的井眼长度；垂深：指轨迹上某点至井口水平面的垂直距离；井斜角：井眼轴线上某测点的井眼方向线（切线）和重力线之间的夹角，称为井斜角；方位角：某测点处井眼方向线投影到水平面上（井眼方位线）与正北方向的夹角（顺时针向），即方位角；水平位移：指轨迹上某点至井口所在铅垂线的距离。
井斜变化率：单位井段内，井斜角的变化值；方位变化率: 单位井段内，井斜方位角的变化值；全角变化率：单位井段内，井眼前进的方向在三维空间内的角度变化。
（也称“狗腿严重度”、“井眼曲率”）磁偏角：在某一地区内，其磁北极方向线与地理北极方向线之间的夹角。
靶区：根据地质和钻井工艺的要求,规定井眼轨迹穿行的区域范围。
(一)水平井的基本术语●入靶点：是指地质设计规定的目标起始点。
●终止点：是指地质设计规定的目标结束点。
●靶前位移：是指入靶点的水平位移。
●水平段长：入靶点与终止点的轨道长度。
●圆柱靶：即沿水平段设计井眼轴线的半径为R 米的圆柱。
●矩形靶：即纵向为a 米,横向为b 的长方体。
(一)水平井的基本术语（二）井眼轨道的类型二维井眼轨道井眼轨道的类型三维井眼轨道◆二维井眼轨道由垂直井段、增斜井段、稳斜井段和降斜井段组合而成。
◆在设计井眼轴线上，既有井斜角变化又有方位角变化的井眼轨道。
◆三维井眼轨道设计用于绕障井和现场待钻修正井眼轨道设计。
二维井眼轨道◆设计的井眼轴线仅在设计方位所在的铅垂平面上变化的井眼轨道。
井身剖面基本类型◆水平井多为长曲率半径和中曲率半径水平井◆根据地质目标、油层情况、地质要求、靶前位移，选择单增、双增、三增等不同的剖面类型KAFSEHO 1R1R2CBI hNO2O3R3三增剖面KA FT S EHJO1O 2R 1R2CBII hN双增剖面KA DS2OR1BS1C单增剖面水平井设计是一个“先地下后地面，自下而上，综合考虑，反复寻优”的过程。
水平井井眼轨迹绘制方法
２ 井眼造斜数据及空间位置参数计算
井眼造斜数据是由配备在钻头附近的测斜装置 测量的， 其基本参数为：每一测点的斜深、倾斜角和方 位角。根据这 ３ 个参数可求出描述井眼轨迹的其他空 间位置参数：斜深间距、垂直间距、垂深、闭合位移（ 相 对造斜起点） 、东西投影位移、南北投影位移等。
杨玉梅
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参考文献 １ 李鹏翔， 徐姣莲．水平井测井解释成果图显示图件的绘制．江
汉 石 油 学 院 学 报 ，１９９４，（１６）：１１～１６ ２ Ｃｌａｖｉｅｒ Ｃ． Ｔｈｅ ｃｈａｌｌｅｎｇｅ ｏｆ ｌｏｇｇｉｎｇ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｗｅｌｌｓ． Ｔｈｅ Ｌｏｇ
Ａｎａｌｙｓｔ， １９９１， ３２ （２）：６３～８４ ３ Ｓａｎｔｏｓ Ｏ Ｌ． Ｍａｉｄｌａ Ｅ Ｅ． Ｌａｎｇｌｌｎａｌｓ Ｊ Ｐ． Ｆｉｅｌｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ
新 新疆 疆石 石油 油油科田科水高技平压技井注井汽眼锅轨炉迹在绘役制检方验２法与００２研８００年究５ 第年第２ 期４ （期第（ 第１８ １卷５ ）卷）
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水平井井眼轨迹绘制方法
伍强① 李海涛 粟超 赵书朵
西南石油大学， ６１０５００ 四川成都
罗钟鸣
四川石油管理局地质勘探开发研究院
摘 要 为描述水平井眼轨迹在地下空间的立体延伸情况，当采用垂直和水平两重深度显示任一解释层段的解释成果时，需要绘
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水平井轨迹设计操作说明
一、根据井组生成轨迹剖面设计水平井
1、选择水平井设计方式
在平面图上单击鼠标右键，选择“设计水平井”→“井组方式”
图1-1 选择井组方式
2、设置水平井设计剖面
依次选中需要的参考井，创建两个井组，然后右键选择“设置剖面方向”，按住鼠标左键给定一个井轨迹设计剖面的方向，右键选择“完成连井”，生成有这些井组构造的参考剖面和轨迹设计剖面，且界面自动转换到参考剖面。
图1-2 完成连井
3、提取虚拟井的储层信息
在参考井剖面中将已知井的地层、砂层都对应连接好，然后在剖面图幅中右键选择“提取设计井地层属性”或者“提取设计井砂层属性”进行虚拟井储层信息的自动提取
图1-3 设计井地层属性的提取图1-4 设计井砂层属性的提取
4、激活水平井设计剖面
在参考井剖面图幅上右键选择“激活水平井轨迹设计剖面”，软件的界面会自动转换到水平井轨迹设计剖面，如下图所示
图1-5 激活水平井设计剖面
5、设计井轨迹
在水平井轨迹设计剖面中，选择右侧工具栏上的“激活图层”，将井轨迹设计图层激活；
选择右侧工具栏上的“井口”，回到设计剖面图幅中在需要设计井口的
位置双击，井口就会出现在对应的地方；
图1-6 设定井口
选择右侧工具栏的“靶点”，在剖面中的目的层段双击设置靶点，设置到第二个靶点时，会弹出剖面类型的选择对话框
图1-7 剖面类型选择对话框
软件针对水平井轨迹设计提供了4中模式，分别为：①增-稳-增；②增-增-增；③阶梯井；④拱形井；选择需要的类型，点击下一步，出现水平井参数对话框
图1-8 水平井参数对话框
对井口及靶点的参数进行调整，并在井名处设定一个井名，点击“完成”，就会在剖面中出现设计的井轨迹
图1-9 生成井轨迹
6、井轨迹的编辑
单击右侧工具栏上的“轨迹编辑”，再选中轨迹，轨迹呈现出可编辑状态，移动结点，可对轨迹进行编辑
图1-10 井轨迹编辑
7、井轨迹风格的设置
选中井轨迹，右键“设置风格”
图1-11 设置井轨迹风格
出现井轨迹风格设置的对话框
图1-12 井轨迹属性对话框
对轨道、井导眼、标注等进行设置，点击确定，轨迹就以设定的风格显示在剖面上
图1-13 井轨迹显示
8、模板的保存
选中井轨迹右键，选择“保存轨道风格为模板”，弹出对话框，输入模板的名称，单击确定.
图1-14 井轨迹模板
9、剖面表格、标题、方位角的显示
选中轨迹，再点选一下右侧工具栏的“剖面表格”，则设计轨道剖面数据表显示在剖面上，通过拖动可以移动它在平面图上的位置，也可以拖拉边框调整表格的大小。
点选右侧工具栏的标题和方位工具，可将剖面的标题和方位角度显示在剖面上。
图1-15 井轨迹设计剖面
二、投影方式
1、选择投影方式设计水平井
在平面图上单击鼠标右键选择“设计水平井”→“投影方式”
图2-1 选择投影方式
2、生成水平井设计剖面
首先，在平面图上按住鼠标左键拖动，设定井轨迹设计剖面方向，接着选中相邻的参考井，再单击鼠标右键选择“完成连井”，软件则将界面自动切换到井轨迹设计剖面上。
图2-2 生成井轨迹设计剖面
3、截取目的层段
选中地层分界线→右键→地层线截取作图井段顶/底部→截取
图2-3 研究井段的截取
4、进行油藏剖面连层
将连层模式转换到解释结论模式→自动连层，没有连接上的层则选择手动连层对其进行连接
图2-4 油藏剖面
5、设计井轨迹
在水平井轨迹设计剖面中，选择右侧工具栏上的“激活图层”，将井轨迹设计图层激活；
选择右侧工具栏上的“井口”，回到设计剖面图幅中，在需要设计井口的位置双击设置井口；
选择右侧工具栏的“靶点”，在剖面中的目的层段双击设置靶点，设置到第二个靶点时，会弹出剖面类型的选择对话框，选择好需要的井轨迹类型，单击下一步，出现水平井参数对话框，对井口及靶点的参数进行调整，并在井名处设定一个井名，点击“完成”，就会在剖面中出现设计的井轨迹。
图2-4 设计井轨迹
6、创建分支井
选中右侧工具栏上的“设计分支井”→双击井轨迹→选择“靶点设置”
→在剖面图中双击设置靶点→选择井轨迹类型→输入井名，点击确定→生成分支井轨迹
图2-5 设计分支井
7、设置井轨迹风格
选中井轨迹，再单击击右侧工具栏上的“轨迹模板”，则弹出模板管
理的对话框，选中模板可以从右侧的预览窗口查看模板的风格。
图2-6 井轨迹模板选择
选中需要的模板，点击确定，井轨迹就按所选模板的风格展现出来
图2-7 应用井轨迹模板
8、标题、方位角以及比例尺的显示
点选右侧工具栏的标题和方位工具，可将剖面的标题和方位角度显示在剖面上。
剖面图幅中右键，选择“比例尺”→“水平/深度比例尺”，则可将比例尺显示在剖面上。
图2-9 含有分支井的井轨迹剖面
三、平面图上布靶点设计水平井
1、选择布靶点方式设计水平井
在平面图上选择需要设计水平轨迹的井，右键选择“水平井”→“靶点设计”
出现靶点设计属性的对话框
设置好后点击确定，则在平面图上出现设计的靶点
2、创建投影剖面
选中靶点连线，右键选择“创建靶点投影剖面”
依次点选临近的参考井，将其投影到剖面方向上
选择之后，右键选择“完成连井”,软件就自动将界面转换到井轨迹设计剖面中。
3、井轨迹设计
将井轨迹设计剖面的深度、水平比例调整到合适的位置，并进行解释结论连层
连好之后，在剖面图幅中右键选择“布靶点”根据储层类型选择“油藏剖面/气藏剖面”。
之后会弹出剖面类型的选择框，选取需要的井轨迹类型，点击下一步出现参数设置的对话框，可以调整井口及靶点的参数信息，点击确定。
就将在平面图上设计的靶点展
布在了剖面中
4、创建实钻井
选中轨迹，右键选择“创建实钻井”就可以看到在项目树下生成了对应的实钻
井
5、添加实钻数据
选中项目树中实钻井右键“加载数据”可以加载测井数据、井轨迹数据、岩性数据等，并通过勾选，选择自己需要的图道显示在剖面中
6、播放实钻井
实钻井显示在剖面时，剖面图幅的左下角出现了控制实钻井播放的工具栏，选择需要的方式使实钻井播放或回放，以便实时对比查看实钻井轨迹与设计井轨迹
6、预警报警
选中设计轨迹右键选择“预警及报警参数”，在弹出的对话框中设置预警及报警参数，点击确定。
7、添加标题、方位角、比例尺
在选中轨迹，单击剖面右侧工具栏的标题、方位角，在剖面图幅中右键选择“比例尺”，创建深度和水平比例尺
四、根据模型设计水平井
1、由分层数据生成层面
在井位图激活的前提下选中某一地层，回到平面图中右键选择“创建等值线”。
在项目树下生成的等值图结点处右键，选择“生成层面”→“生成三维层面”
2、构造建模
在项目树中“测井层序模型”结点上，点击鼠标右键，选择“添加新模型”
在建模产生的“结构体”结点上右键选择“结构建模”，会弹出层面选择的对话框
项目树上的层面数据系统默认全部选入，用户可以通过打“对钩”，抉择该层面是否参与建模（注释：模型建立至少两个层面）。
当选择的层面数据局部变化剧烈时，用户可以通过设置光滑次数使网格光滑。
当参数设置好，点击“确定”后，在三维窗口下可以看到选入的层面
3、层序建模
点击项目树结构体，右键弹出菜单，选择“层序建模”弹出如下对话框：
在层面之间系统提供三种细分方式：线性、平行于顶和平行于底，选择一个方式，并输入层序间隔，点击确定。
4、属性建模
点击项目树属性模型，右键弹出菜单，包括常用曲线建模、全部曲线建模和加载属性模型，选择某个方式，则弹出建模向导对话框。
用户可以选择参与运算的井和井曲线数据。
选择好了之后点击下一步，则弹
出属性设置参数对话框
系统提供了反距离、普通克里金、简单克里金、多面函数、移动拟合内插法、Shepard方法和最小曲率7种属性计算方法。
属性体的计算可以受或不受结构体约束。
当点击“完成”后，系统快速计算，得到相应的属性体，并将其保存成文件。
5、解释结论建模
在项目树中油藏模型结点处右键选择“解释结论建模”，则弹出油藏建模对话框
系统可根据储层的分类建立油层/干层/泥层模型或者油层/非油层模型，选择后点击确定，则可生成模型文件。
6、数据体显示
结构体与属性体都可以生成各种剖面、水平切片和栅状图等等。
下面以油藏模型为例，选中项目树已创建的模型体，右键弹出菜单可选择各种剖面、切片
选择之后会在项目树中产生对应的结点，创建三维窗口，之后选中某个数据体，就会在三维窗口中显示出来
选中模型结点右键选择色标设置
弹出色标设置属性框
设置好需要的色标，点击确定，该模型下数据体的色标则变成设置的色标显示。