井眼轨道设计与轨迹控制培训教材习题集 四、简答题 1. 井眼轨迹的基本参数有哪些？为什么将它们称为基本参数？ 答：井眼轨迹基本参数包括：井深、井斜角、井斜方位角。这三个参数足够表明井眼中一个测点的具体位置。 2. 方位与方向的区别何在？请举例说明。井斜方位角有哪两种表示方法？二 者之间如何换算？ 答： 方位都在某个水平面上，而方向则是在三维空间内（当然也可能在水平面上）。 方位角表示方法：真方位角、象限角。 3. 水平投影长度与水平位移有何区别？视平移与水平位 移有何区别？答：水平投影长度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。水平位移是指轨迹上某点至井口所在铅垂线的距离，或指轨迹上某点至井口的距离在水平面上的投影。在实钻井眼轨迹上，二者有明显区别，水平长度一般为曲线段，而水平位移为直线段。 视平移是水平位移在设计方位上的投影长度。 4. 狗腿角、狗腿度、狗腿严重度三者的概念有何不同？答：狗腿角是指测段上、下二测点处的井眼方向线之间的夹 角（注意是在空间的夹角）。狗腿严重度是指井眼曲率，是井眼轨迹曲线的曲率。 5. 垂直投影图与垂直剖面图有何区别？ 答：垂直投影图相当于机械制造图中的侧视图，即将井眼轨迹投影到铅垂平面上；垂直剖面图是经过井眼轨迹上的每一点做铅垂线所组成的曲面，将此曲面展开就是垂直剖面图。 6. 为什么要规定一个测段内方位角变化的绝对值不得超 过180 实际资料中如果超过了怎么办？ 答：因为假设一个测段内方位角沿顺时针变化超过180° 时，沿逆时针其变化则小于180°，所以一个测段内方位角变化的绝对值不得 超过180°。实际资料中超过了，则可用如下方法计算： 当4- 4-1 > 180°时， △①i =O i -①i-1 -360 当①i-①i-i v -180 o时， △①i=O i-①i-i +360 o 7．测斜计算，对一个测段来说，要计算那些参数？对一个测点来说，需要
第24卷 第12期2008年6月 甘肃科技 Gansu S cience and Technolo gy Vol.24 N o.12 J un. 2008井眼轨道设计及监控软件的开发 王慕玮1,范海燕2 (1.新疆油田公司井下作业公司,新疆克拉玛依834000;2.新疆油田公司装备处,新疆克拉玛依834000) 摘 要:W PM S井眼轨道设计及监控软件实现了井眼二维轨道和三维轨道设计模型的统一,轨道设计参数关系明确,剖面类型任意组合,采用解析法对设计参数精确求解,且能任意求解轨道设计参数,克服了以往在三维井眼轨道设计中利用数值法等难以求解的缺点,能在极短时间之内设计出合理的井眼轨道。满足定向井、水平井、侧钻井、分支井及多目标井等各种类型的井眼轨道设计和随钻轨道设计的需要。 关键词:水平井;井眼;轨迹;设计;监控 中图分类号:T E242 1 井眼轨道的设计 1.1 二维井眼轨道模型 典型的二维井眼轨道形式如图1,二维井眼轨道设计一般模型如图2所示。(所有图进单栏,排版时将此句删掉) 设计模型不仅包含了常规的三段制(J型),五段制(S型)和双增型轨道,而且还可令直线段长度为零,由此组成多种轨道剖面型式。具有8个轨道设计变量,任意给定6个参数,即可判定方程是否含有解。在有解的情况下,可唯一确定另外2个设计参数。对8个变量,任选2个进行求解组合,可得到28种求解方式。 应用所建立的二维经验轨道设计模型和求解公式,开发了井眼轨道设计软件。在设计时,可作到灵活,快速,精确的设计,能满足用户多种设计需求,在实践中得到了很好的应用,同时也验证了模型的正确性和有效性。 1.2 三维井眼轨道模型 三维井眼轨道设计模型如图3。
第五章井眼轨道设计与轨迹控制 1．井眼轨迹的基本参数有哪些？为什么将它们称为基本参数？08 答： 井眼轨迹基本参数包括：井深、井斜角、井斜方位角。这三个参数足够表明井眼中一个测点的具体位置，所以将他们称为基本参数。 2．方位与方向的区别何在？请举例说明。井斜方位角有哪两种表示方法？二者之间如何换算？ 答： 方位都在某个水平面上，而方向则是在三维空间内（当然也可能在水平面上）。 方位角表示方法：真方位角、象限角。 3．水平投影长度与水平位移有何区别？视平移与水平位移有何区别? 答： 水平投影长度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。水平位移是指轨迹上某点至井口所在铅垂线的距离，或指轨迹上某点至井口的距离在水平面上的投影。在实钻井眼轨迹上，二者有明显区别，水平长度一般为曲线段，而水平位移为直线段。 视平移是水平位移在设计方位上的投影长度。 4．狗腿角、狗腿度、狗腿严重度三者的概念有何不同？ 答： 狗腿角是指测段上、下二测点处的井眼方向线之间的夹角（注意是在空间的夹角）。狗腿严重度是指井眼曲率，是井眼轨迹曲线的曲率。 5．垂直投影图与垂直剖面图有何区别？ 答： 垂直投影图相当于机械制造图中的侧视图，即将井眼轨迹投影到铅垂平面上；垂直剖面图是经过井眼轨迹上的每一点做铅垂线所组成的曲面，将此曲面展开就是垂直剖面图。 6．为什么要规定一个测段内方位角变化的绝对值不得超过180 ？实际资料中如果超过了怎么办？ 答： 7．测斜计算，对一个测段来说，要计算那些参数？对一个测点来说，需要计算哪些参数？测段计算与测点计算有什么关系？ 答： 测斜时，对一个测段来说，需要计算的参数有五个：垂增、平增、N坐标增量、E坐标增量和井眼曲率；对一个测点来说，需要计算的参数有七个：五个直角坐标值（垂深、水平长度、N坐标、E坐标、视平移）和两个极坐标（水平位移、平移方位角）。
水平井井眼轨迹控制 第一章水平井的分类及特点 (2) 第二章水平井设计 (4) 第三章水平井井眼轨迹控制基础 (8) 第四章水平井井眼轨迹控制要点 (13) 第五章水平井井眼轨迹施工步骤 (21)
第一章水平井的分类及特点 水平井的概念：是最大井斜角保持在90°左右（大于86°），并在目的层中维持一定长度的水平井段的特殊井（通常大于油层厚度的6倍）。 一、水平井分类 二、各类水平井工艺特点及优缺点
三、水平井的优点和应用 1、开发薄油藏油田，提高单井产量。
2、开发低渗透油藏，提高采收率。 3、开发重油稠油油藏，有利于热线均匀推进。 4、开发以垂直裂缝为主的油藏，钻遇垂直裂缝多。 5、开发底水和气顶活跃油藏，减缓水锥、气锥推进速度。 6、利用老井侧钻采出残余油，节约费用。 7、用丛式井扩大控制面积。 8、用水平井注水注气有利于水线气线的均匀推进。 9、可钻穿多层陡峭的产层。 10、有利于更好的了解目的层性质。 11、有利于环境保护。 第二章水平井设计 一、设计思路和基本方法： 简而言之，就是“先地下后地面，自下而上，综合考虑，反复寻优”的过程。
二、水平井靶区参数设计 与定向井不同，水平井的靶区一般是一个包含水平段井眼轨道的长方体或拟柱体。靶区参数主要包括水平段的井径、方位、长度、水平段井斜角、水平段在油藏中的垂向位置、靶区形状和尺寸。 1、水平段长度设计 设计方法：根据油井产量要求，按照所期望的产量比值（即水平井日产量是临近直井日产量的几倍），来求解满足钻井工艺方面的约束条件的最佳水平段长度值。约束条件主要有钻柱摩阻、扭矩，钻机提升能力，井眼稳定周期，油层污染状况等。 2、水平段井斜角的确定 应综合考虑地层倾角、地层走向、油层厚度以及具体的勘探开发要求。 βα±?=90H ，β为地层真倾角 当地层倾角较大而水平段斜穿油层时，则应考虑地层视倾角的影响，[])cos(90H H d tg arctg Φ-Φ-?=βα， d Φ为地层下倾方位角，H Φ为 水平段设计方位角 3、水平段垂向位置确定 油藏性质决定了水平段的设计位置。对于无底水、无气顶的油藏，水平段宜置于油层中部；对于有底水或气顶的油藏，水平段应尽量远离油水或气水边界；对于既有底水又有气顶的油藏，
中文摘要 井眼轨迹的三维显示 摘要 本文介绍了国内外井眼轨迹三维显示技术的研究现状，归纳了常规二维定向井轨道设计原则和几种轨道类型的计算方法，以及井眼轨迹测斜计算的相关规定、计算模型假设和轨迹计算方法。从井位、井下测量和计算三个方面对井眼轨迹误差进行了讨论并简要说明了不同的井眼轨迹控制。在此基础之上，利用VB和MATLAB软件编制了井眼轨迹的三维显示软件，并简要介绍了该软件的设计流程、主要功能和难点处理，指出了软件的不足之处，展示了井眼轨迹三维绘图的所有运行界面，并附上软件说明书。最后，对井眼轨迹三维显示开发的研究方向进行了展望。 关键字井眼轨迹三维显示 MATLAB Visual Basic 轨迹计算轨道设计误差分析
重庆科技学院本科生毕业设计英文摘要 Abstract In this paper, at home and abroad well trajectory 3-D display technology of the status quo，Summarized the conventional two-dimensional directional well the track design principles and track several types of calculation method，And the well trajectory inclinometer terms of the relevant provisions, the model assumptions and trajectory calculation. From the wells, underground measurement and calculation of the three aspects of the well trajectory error was discussed and a brief description of the different well trajectory control. On this basis, using VB and MATLAB software produced a hole trajectory of the three-dimensional display software, and gave a briefing on the software design process, and difficulties in dealing with the main function, pointed out the inadequacy of the software, demonstrated the well trajectory 3-D graphics interface all the running, along with software manuals. Finally, the well trajectory 3-D display development direction of the prospect. Keyword:Well trajectory；3-D display；MATLAB ；Visual Basic；trajectory calculation ；trajectory design ；Error Analysis
钻井工程专业竞赛试题 一、选择题：（每题只有一个是正确的，将正确的选项填入括号内）（每题1分，共10分） 1、一口井钻进之前人们预想的该井井眼轴线形状称（）。 （A）井眼轨迹（B）井眼轨道（C）井眼曲线（D）井眼图形 2、一口已钻成的井实际井眼轴线形状叫（ C ）。 （A）井眼轨迹（B）井眼轨道（C）井眼曲线（D）井眼图形 3、水平井技术的迅速发展是从20世纪（）年代开始的。 （A）60 （B）70 （C）80 （D）90 4、只能纠斜不能防斜的钻具是（）。 （A）钟摆钻具（B）塔式钻具（C）偏重钻铤（D）满眼钻具 5、测斜仪入井后，为防止卡钻，活动钻具（）。 （A）时间越长越好（B）不能连续长时间活动（C）尽可能转动（D）范围越小越好 6、水平井的摩擦阻力随井斜角的增大而（）。 （A）不变（B）增大（C）减小（D）影响不大 7、（）是确定水平井各项技术方案的依据。 （A）地面设备（B）工艺要求（C）曲率半径（D）储层特征 8、井眼轴线上某一点到（）之间的距离，为该点的水平位移。 （A）井口铅垂线（B）井口坐标（C）井口（D）井口直线 9、根据井眼曲率的大小，水平井可分为（）类。
（A） 2 （B）3 （C）4 （D）5 10、常规定向井的最大井斜角在（）以内。 （A）60°（B）70°（C）80°（D）90° 11、水平井的最大井斜角保持在（）左右。 （A）60°（B）70°（C）80°（D）90° 12、定向井中通常所说的“井深”是指（）。 （A）斜深（B）垂深 （C）设计井深（D）井眼某点到井口直线长度 13、常规定向井和丛式井中的最大井眼曲率不应超过（）。 （A）4°/30m （B）5°/30m （C）5°/35m （D）7°/35m 14、上扶正器能保证钻具上至少有3个稳定点与井壁接触，从而保证井眼的直线性。 （A） 2 （B）3 （C）4 （D）5 15、井眼间隙对钟摆钻具组合性能的影响（） （A）非常明显（B）不太明显（C）比较明显（D）不明显 一、单项选择答案： 1、B； 2、A； 3、C； 4、A； 5、B； 6、B； 7、D； 8、A； 9、C；10、A；11、D；12、A；13、B；14、B；15、C 二、多项选择题：（每题有两个或两个以上答案是正确的，将正确的选项填入括号内）（每题2分，共20分，每道题答案中只要有一个错误选择就不能得分，答案选择两个或以上都正确但不全的得1分，全部正确得2分） 1、定向井应用领域大体有以下情况（A、C、D ）
第六章井眼轨迹设计与控制 第一次作业 1、已知某井的几个测段数据如下表所示（测段长均为30m），试计算每个测段的井眼曲率。分别用最小曲率法和空间曲线法计算，并加以对比。 解： 此处前二个测段采用的是最小曲率法，后二个测段的是采用空间曲线法。因此解题并不完整. （1）采用最小曲率法计算前二个测段井眼曲率 由公式：K=cos-1[cosαA cos B+sinαA sinαB cos(φB-φA)]*30/(L B-L A)（°/30m） 并注意到测段长均为30m，可得： 对于第一个测段：K=cos-1[cos35cos38+sin35sin38cos8]*30/30=5.62（°/30m）对于第二个测段：K=cos-1[cos25cos30+sin25sin30cos0]*30/30=5.00（°/30m） （2）采用空间曲线法计算后二个测段井眼曲率 由公式：Δα=αB-αA（°） αV=(αA+αB)/2（°） K=[Δα2+Δφ2sin2αV]1/2/ΔL*30（°/30m） 并注意到测段长均为30m，可得： 对于第三个测段： Δα=15-10=5（°） Δφ=80（°） αV=(10+15)/2=12.5（°） K=[52+802sin212.5]1/2/30*30=18.02（°/30m） 对于第四个测段： Δα=56-60=-4（°） Δφ=79（°） αV=(60+56)/2=58（°） K=[（-4）2+792sin258]1/2/30*30=67.12（°/30m） 答：该四个测段的井眼曲率依次为5.62°/30m、5.00°/30m、18.02°/30m、67.12°/30m。
SPE 123710 井眼曲折、扭转、钻井参数和能量：在井眼轨道设计中起什么作用？ Robello Samuel, 哈里伯顿，刘修善，中石化 版权所有2009年，石油工程师学会 这篇论文准备是2009SPE 技术年会上的演示文稿并于2009年10月在美国路易斯安那州新奥尔良展览。 摘要 井身质量通常与井身的“光滑度”相关，它有很多的衡量方法，这些方法都与钻井过程和钻进的效率以及完井成本息息相关。目前，有几个参数如井眼的曲折、曲率、扭转角和钻井的各项指标，都被用于量化的井眼轨迹，或评估钻得光滑井眼的难度。除此之外，没有明确的标准来衡量的井身质量。与定性地量化井眼相比，钻井指数更主观地描述井身质量。在某些情况下，他们仅作为衡量井的难钻程度，而不是实钻井眼多么光滑。 另外一个在计算时被忽略重要参数是井眼的扭转。井眼的扭转描述了井眼轨迹的副法线向量对弧长的旋转速度，或密切面改变副法线方向的程度。它确保光滑的井眼轨并减少大位移和超深大位移井的摩阻扭矩。由于还没有行业标准量化这些参数，它们很容易混淆，在还没有适当的证明和理解时，就互换使用它们。本文提供这些参数，以及它们明确的定义和可以使用环境。几个计算示例以作简单指导。本文还提供了评价相对和绝对项在光滑井眼轨迹上应用这些参数的方法。本文还提供了用于衡量井身质量的最小能量，它是基于薄弹性梁非线性弯曲的数学标准。 介绍 随着更新的、更复杂的井底钻具组合的出现，监测这些工具的性能和井身质量的要求就更加迫切。滑动钻进和旋转钻进的交替进行，导致井眼成螺旋形；经常的滑动钻进，使井眼振荡变的更加明显。对摩阻扭矩定性的质量评价和定性估计在钻井施工的很多阶段相当的重要。当地质导向工具配合使用时，它们可以调
井眼轨道参数的插值计算 由于实钻井眼轨道的测点与钻柱单元体的划分可能并不一致，因此钻柱单元体边界点对应的井眼轨道参数必须靠插值计算获得。插值结果的准确与否，对钻柱单元体的受力计算有着直接的影响。因此，提高插值计算的精度具有重要意义。 由于测点是离散的，无法知道各测段内井眼轨道的实际形态，所以测段内某点几何参数的计算方法都是建立在一定假设的基础上的。这些计算方法多数是将测段内的井眼轨道假设为直线、折线和曲线等，早期，由于计算机能力的限制，以平均角法和平衡正切法为代表直线或折线假设，因其计算简单快速，曾经被广泛应用，但随着钻井技术的发展，弯曲的井眼轨迹增多，如果仍采用直线或折线假设，则计算精度相对较低。由于计算技术的高速发展，直线或折线假设，目前几乎淘汰，取而代之的是以圆柱螺线和空间圆弧曲线等为代表的曲线假设，大行其道。 在进行插值计算时，各插值点的坐标增量可以采用不同的计算方法，但坐标值的累加形式是相同的，即（X 为东向位移，Y 为北向位移， Z 为垂直向位移，S 为水平位移） ?????????? ??+=?+=?+=?+=?+=?+=φ φφa a αS S S Z Z Z Y Y Y X X X 1212121212 12 所以，在以下的计算方法中将只给出坐标增量的计算式。 典型轨迹模型插值 1、正切法： 正切法又称下切点法，或下点切线法。此法假定两相邻测点之间的孔段为一条直线，长度等于测距，该直线的井斜角和井斜方位角等于下测点的井斜角和井斜方位角，整个钻孔轨迹是直线与直线相连接的空间折线。
正切法井身轨迹计算图 如图1所示，1、2 是孔身轨迹上相邻的两个测点，1′、2′是 1、2 两个测点的水平投影。该测段的井斜角和井斜方位角等于下测点 2 的井斜角和井斜方位角。 对于切线法，上下两个相邻测点间各参数的计算公式如下： 2 2222 2cos sin sin sin sin cos φαφαααL Y L X L S L Z ?=??=??=??=? 式中： Z ?——测段上下测点间垂直深度的分量（增量）（以下同）； L ?——测段上下测点间沿钻孔轴线的距离（以下同）； Y ??X ——分别为测段上下测点间水平位移在 X 轴（西东方向）的分量（增量）；水平位移在 Y 轴（南北方向）的分量（增量）（以下同）； 22 φα——分别为测段下测点的井斜角和井斜方位角。
. 第五章井眼轨道设计与轨迹控制 1．井眼轨迹的基本参数有哪些？为什么将它们称为基本参数？08 答： 井眼轨迹基本参数包括：井深、井斜角、井斜方位角。这三个参数足够表明井眼中一个测点的具体位置，所以将他们称为基本参数。 2．方位与方向的区别何在？请举例说明。井斜方位角有哪两种表示方法？二者之间如何换算？ 答： 方位都在某个水平面上，而方向则是在三维空间内（当然也可能在水平面上）。 方位角表示方法：真方位角、象限角。 方位线位置真方位角与象限角关系 真方位角＝象限角第一象限 真方位角＝180°第二象限－象限角 真方位角＝180°＋象限角第三象限 －象限角360°真方位角＝第四象限 水平投影长度与水平位移有何区别？视平移与水平位移有何区别．?3 答：水平投影长度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。水平位移是指轨迹上某点至井口所在铅垂线的距离，或指轨迹上某点至井口的距离在水平面上的投影。在实钻井眼轨迹上，二者有明显区别，水平长度一般为曲线段，而水平位移为直线段。视平移是水平位移在设计方位上的投影长度。 4．狗腿角、狗腿度、狗腿严重度三者的概念有何不同？答：狗腿角是指测段上、下二测点处的井眼方向线之间的夹角（注意是在空间的夹角）。狗腿严重度是指井眼曲率，是井眼轨迹曲线的曲率。 ．5 垂直投影图与垂直剖面图有何区别？答：垂直投影图相当于机械制造图中的侧视图，即将井眼轨迹投影到铅垂平面上；垂直剖面图是经过井眼轨迹上的每一点做铅垂线所组成的曲面，将此曲面展开就是垂直剖面图。 6．？实际资料中如果超过了怎么办？180 为什么要规定一个测段内方位角变化的绝对值不得超过答： 测斜计算，对一个测段来说，要计算那些参数？对一个测点来说，需要计算哪些参数？测段计算与测7．点计算有什么关系？答：坐标增量和井眼曲率；测斜时，对一个测段来说，需要计算的参数有五个：垂增、平增、N坐标增量、E 坐标、视平移）对一个测点来说，需要计算的参数有七个：五个直角坐标值（垂深、水平长度、E坐标、N 和两个极坐标（水平位移、平移方位角）。. .
水平井井眼轨道控制 班级：采油60901 学号：200962276 序号：4 姓名：蒋凯 指导老师：卢林祝
在长、中半径水平井的井眼轨迹控制模式的形成和验证过程中，针对不断出现的轨迹控制问题，建立了适应于水平井轨迹控制特点的几个新概念。 一、水平井的中靶概念 地质给出的水平井靶区通常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。可以把这个柱状靶看成是由无数个相互平行的法面平面组成，因此，控制水平井井眼轨迹中靶，与普通定向井、多目标井是个截然不同的新概念，主要体现是: 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。也就是说，控制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），也就是我们所讲的矢量中靶。 二、水平井增斜井段井眼轨迹控制的特点及影响因素 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。 水平井钻井工程设计中所给定的钻具组合是在一定的理论计算
和实践经验的基础上得出的，随着理性认识的深化和实践经验总结，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。但是，由于井下条件的复杂性和多变性，这个符合程度总是相对的。实钻井眼轨迹点的位置相对于设计轨道曲线总是会提前、或适中、或滞后，点的井斜角大小也可能是超前、适中或滞后。 实钻轨迹点的位置和点的井斜角大小对待钻井眼轨迹中靶的影响规律是： ①实钻轨迹点的位置超前，相当于缩短了靶前位移。此时若井斜角偏大，会使稳斜钻至目的层所产生的位移接近甚至超过目标窗口平面的位置，必将延迟入靶，且往往在窗口处脱靶。 ②轨迹点位置适中，若此时井斜角大小也适中，是实钻轨迹与设计轨道符合的理想状态。但若井斜角大小超前过多，往往需要加长稳斜段，可能造成延迟入靶，或在窗口处脱靶。 ③轨迹点的位置滞后，相当于加长靶前位移。此时若井斜角偏低，就需要提高造斜率以改变待钻井眼垂深和位移增量之间的关系，往往要采用较高的造斜率而提前入靶。 实践表明，控制轨迹点的位置接近或少量滞后于设计轨道，并保持合适的井斜角，有利于井眼轨迹的控制。点的井斜角偏大可能导致脱靶或入靶前所需要的造斜率偏高。实际上，水平井造斜段井眼轨迹控制也是轨迹点的位置和矢量方向的综合控制，这对于没有设计稳斜调整段的井身剖面更是如此。 在实际井眼轨迹控制过程中，我们根据造斜段井眼轨迹控制的新
井眼轨迹计算新方法 王礼学陈卫东贾昭清吴华 （四川石油管理局川东钻探公司） 摘要：在钻井和地质工作中常用的井眼轨迹计算方法有5种，算法复杂程度和精度各不相同。其原理一类为将相邻两井斜测点视为一直线，算法较简单；另一类则是将相邻两井斜测点视为一平面曲线，算法稍复杂。一般地，基于平面曲线的算法其精度优于基于直线的算法。本文将介绍一种井眼轨迹计算的新方法─积分法，其原理是一种基于空间曲线的方法，其精度将高于常用的井眼轨迹计算方法，但算法稍复杂。 主题词：井深井斜角方位角井眼轨迹计算公式 钻井工程和地质工作中井眼轨迹计算是十分频繁的工作。随着地质勘探目标的更加精细，特别是定向井对地下靶心的准确定位，对井眼轨迹的确定提出了更高的要求。井眼轨迹的确定包含两部分，一是井眼轨迹的测斜工作，二是测斜数据的处理工作。井眼轨迹计算便属后者。本文介绍的是测斜数据处理新方法。 井眼轨迹是展布在三维空间中的一条曲线，这条曲线是通过测斜数据确定的。它据包括：井深(Measure Depth)L、井斜角(Hole Angle)α、井斜方位(Hole Direction)φ，称之为井斜要素或定向要素。通过井眼轨迹计算，得出以井口位置为坐标原点的各测量点的正北、正东和垂直位移以及水平位移、位移方位等。 目前国内外井眼轨迹计算方法常用的有正切法(Tangential Method)、平均角法(Angle-Averaging)、平衡正切法(Balanced Tangential Method)、圆柱螺线法(Cylind-Spiral Method)和最小曲率法(Minimum- Curvature Method)等等。前三种方法将相邻两测点的井眼轨迹视为一直线(或折线)，后两种方法将邻两测点的井眼曲线视为一平面曲线。事实上，相邻两测点间的井眼轨迹为一空间曲线，而且不同井所对应的空间曲线不相同。我们不可能也没必要去求取每口井的实际井眼曲线，前面提到的5种常用方法都是实际井眼轨迹(空间曲线)的近似。根据实际计算和理论分析，基于平面曲线方法的圆柱螺线法和最小曲率法比基于直线方法的正切法、平均角法和平衡正切法要精确些，故在钻井工作中常用圆柱螺线法和最小曲率法来计算井眼轨迹。 本文将介绍一种井眼轨迹计算的新方法─积分法(Integral Method)，它是
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/ad3141823.html, 定向井井眼轨迹预测与控制论述 作者：于肖臣 来源：《中国科技纵横》2016年第04期 【摘要】定向井的施工是石油钻探开发过程中的关键环节。影响井眼轨迹的因素包括地 质结构、钻具的类型、井眼的几何形状、钻井工艺的选择等。为了确保定向井井眼轨迹的准确，在钻井的过程中需要对井眼的轨迹做好预测工作。本文对定向井井眼轨迹的预测方法进行了总结和分析，并结合实际的工作经验探究了定向井井眼轨迹预测的方案。 【关键词】定向井井眼轨迹预测控制 1 井眼轨迹预测的内涵 所谓的井眼轨迹预测就是指根据井眼当前的走向判断井眼的延伸方向。图1 描述的是井眼轨迹和轨道示意图，影响井眼轨迹的因素有很多，包括地质特点、地层的倾斜度、岩石的种类和强度等。井眼轨迹的形成是这些因素共同作用的结果，但当前无法根据这些因素对井眼的轨迹进行精确的判断，只能在施工的过程中不断总结经验，并借助一定的数据进行辅助的判断。为了确保井眼轨迹的精确度，在实际钻井的过程中需要实时的监控和调整钻头的前进的方向。井眼的实际走向在地面上是无法观察到的，只能在施工的过程中采用专门的仪器进行实时的观测。 2 井眼轨迹的预测依据 从力学的角度来看，外力的作用是改变物体运动轨迹的根本原因。物体的运动状态包括运动的方向、速度两个方面，反映到钻井上来就是指钻速的大小和钻井的方向。钻井的过程中会产生井斜角和井斜方位角。根据实际的工作经验可以知道，在钻井的过程中，钻头的前进方向主要由钻头的受力情况所决定。而钻头的受力状况又受到钻具的形状、钻具的形变程度、地质特性等因素影响。 截至当前，对于井眼轨迹的预测还无法建立数学模型进行精确的计算，但通过一定的实践经验和辅助工具，可以制定出一套准确性较高的预测方法。 这套预测方法主要包括三个方面的内容。首先是测斜结果计算对比分析。在钻井的过程中需要对钻头的状态进行实时的监控，并记录下观测的测斜结果，通过绘图的方式将测斜结果反映出来，并进行分析对比。其次是待钻地层因素分析。由于地质特性会对井眼的轨迹产生一定的影响，应当在钻井前对待钻地层的地质特点进行深入全面的分析，结合相关的数据来预测井眼的轨迹方向。最后是近钻头钻具组合受力分析。这一过程需要从地层结构、井眼轨迹的形状、钻头的组合方式等方面进行综合考虑，构建一定的数学模型进行井眼的延伸方向预测。 3 井眼轨迹控制原则
第3章 井眼轨迹预测方法 第一节 井眼轨迹预测的外推法 外推法是根据目前的井眼轨迹发展变化规律和趋势预测未知井 眼轨迹的方法。 外推法主要适用于井内钻具组合没有更换、钻进方式和条件没 有改变时井眼轨迹预测。 主要方法有： ? 自然参数曲线外推法 ? 圆柱螺线外推法 ? 斜面圆弧外推法 ? 恒装置角曲线外推法 一、 自然参数曲线外推法 自然参数曲线外推法认为已钻井眼的轨迹变化规律是井斜变化 率和方位变化率均保持常数，并且这种趋势还将保持下去。 自然参数曲线外推法主要适用于存在方位漂移井段的井眼轨迹 预测。 自然参数曲线外推法的关键是： ? 如何获取井斜变化率和方位变化率？ ? 井斜变化率和方位变化率确定后如何预测轨道？ 1、计算井斜变化率和方位变化率 分别计算出最近1~3个测段内井斜变化率和方位变化率，然后 取其算术平均值作为预测用的井斜及方位变化率。 2、根据井斜及方位变化率预测井眼轨迹 b点为当前井底；j点为预测点；Lj为预测点到当前井底的距离。 二、圆柱螺线外推法 圆柱螺线外推法认为已钻井眼的轨迹是一条等变螺旋角的圆柱
螺线，即在垂直剖面图和水平投影图上均为圆弧，并且这种趋 势还将保持下去。 圆柱螺线外推法主要适用于转盘钻进井段的井眼轨迹预测。 圆柱螺线外推法的关键是： ? 如何获取圆柱螺线在垂直剖面图和水平投影图上的曲率？ 以及曲率确定后如何预测轨道？ 1、计算垂直剖面图上井眼轨迹曲率KH和水平投影图上井眼轨迹曲率KA 分别计算出最近1~3个测段内KH和KA ，然后取其算术平均值作 为预测用的KH和KA 。 2、根据KH和KA预测井眼轨迹 b点为当前井底；j点为预测点；Lj为预测点到当前井底的距离。 三、斜面圆弧外推法 斜面圆弧外推法认为已钻井眼的轨迹是一斜平面上的圆弧线， 并且将来的轨道仍然在该斜平面圆弧上。 斜面圆弧外推法主要适用于保持造斜工具面不变时动力钻具定 向钻进井段的井眼轨迹预测。 斜面圆弧外推法的关键是： ? 如何获取斜面圆弧的曲率及其法线矢量？ ? 在曲率和法线矢量确定后如何预测轨道？ 自然参数曲线、圆柱螺线和斜面圆弧都是三自由度曲线，当给 定曲线的两个特征参数和曲线段长后，就可以计算出预测点各 参数。 自然参数曲线和圆柱螺线的两个特征参数分别为K、K和KH、 KA，且特征参数在曲线的任意点上均保持不变，所以可以用平 均法求其特征参数。 斜面圆弧的两个特征参数是圆弧的曲率K和斜平面对应的装置 角，与前面两种曲线不同的是圆弧的特征参数在斜面圆弧的不 同位置处是不一样的，这就使得无法用平均法求其特征参数。
基于地质导向的给定井眼方向待钻轨道设计 摘要：在地质导向钻进过程中，井眼方向及其变化规律是井眼轨道监测与控制的关键参数，给定目标点井眼方向待钻轨道设计是水平井轨迹控制的重要技术之一。分析认为给定井眼方向的待钻轨道剖面由“斜面圆弧段+直线段+斜面圆弧段”组成，是最简单且合理的剖面形式，为了避开求解非线性约束方程组，使得求解过程具有一致收敛性，并且所有计算公式在理论上都是精确解，因此提出了逐点寻优设计法待钻轨道设计方法，并对其进行了改进，形成了非常有效的改进型逐点寻优设计法；算例分析表明改进型逐点寻优设计法是可行的，其计算过程、普适性、精确性及稳定性均得到了保证，因此可广泛应用于定向井、水平井、大位移井、多目标井的待钻井眼轨道设计。 关键词：地质导向，待钻井眼，井眼方向，轨道，定向井，水平井 引言 地质导向钻井技术是近年来国内外发展起来的前沿钻井技术之一。它是在世界范围内的勘探开发面临复杂地质条件的背景下和随钻测量(MWD)技术日趋成熟的基础上发展起来的，是地质信息、随钻测井(LWD)仪器响应和用于引导井眼进入目的层并保持在目的层内的解释技术的综合[1]。地质导向水平井钻井是在先期建立的地质和油藏模型的基础上，对随钻测井和综合录井数据进行解释处理，然后根据解释结果及时待钻地质和油藏模型，通过调整井眼空间姿态来跟踪地质目标，整个过程是动态的，直至确定油层位置并钻穿油层。显然，地质导向水平井在开发那些薄油藏、复杂断块油气藏、老油田长期开采剩余的边底水构造油气藏、隐蔽油气藏等复杂油气藏方面有较大优势。然而，由于在国内地质导向钻井技术仍然处于初级阶段，参数测点另长有8至20米长的距离，定向工程师对于井眼轨迹的控制仍有一定的难度，在钻进过程需要根据地质目标空间位置的变化来对井眼空间姿态进行待钻轨道设计以保证以最佳方式中靶。 1 待钻轨道设计中存在的问题 随着定向钻井工艺技术的发展，对井眼轨道设计、监测和控制不断提出了更高的要求。在钻井施工过程中，如果实钻轨道与设计轨道之间的偏差超出了允许范围，就需要进行钻轨道进行校正设计，使其回到设计轨道上或直接钻向目标点。在地质导向钻井中，如果预计的储层构造和位置与实际不符，而导致中途调整目标点时，也需要进行类似的调整设计。以往的待钻轨道设计只强调击中目标，对击中目标时的井眼方
第六章、井眼轨迹设计与控制 第一节、概述 当今的科学技术提供了预测地下油气藏位置的手段，而从地面确定位置到地下确定油气藏通道的建立，只有通过钻井工程来达到。钻井工程的钻进原理前面的章节已经阐述，本章要解决的问题是如何来设计这一条通道的轨迹以及如何控制钻进过程，使实际钻进路径和设计轨迹一致。一种情况是：当地面井口位置就在地下油气藏的正上方，采用铅直井井眼轨迹设计，此时设计的轨迹就是从地面井口位置到地下油气藏的一条铅直线，轨迹控制的问题是如何防止实钻轨迹过大地偏离出铅垂线（这一过程称为“井斜控制”）。另一种情况是：当地面井口位置不在地下油气藏的正上方或钻井目标有特殊要求，将按专门的钻井目的和要求设计对应的井眼轨迹，并在钻进过程中一直进行井眼轨迹控制，使井眼沿预先设计的井眼轨迹钻达预定目标。工程上把第一种情况的井称为直井，第二种情况的井称为定向井或根据目标和轨迹的情况分为丛式井、侧钻井、水平井、大位移井、分支井等。 定向井的应用范围广阔： 1．地面限制。油田所处地面不利于或不允许设置井场钻井或搬家安装受到极大障碍。如房屋建筑、城镇、河流、沼泽、高山、港口、道路、海洋、沙漠等地面条件限制。 图6-1 定向井在油气田勘探开发中的应用 a-勘探海底油田；b-海上钻井利用平台；c-控制断层；d-地面条件限制； e-盐丘附近钻井；f-增大出油量；g-多底井；h-救援井 1
2．地下地质条件要求。由于地质构造特点，定向井能更有利于发现油藏、增加开发速度。如控制断层、探采盐丘突起下部的油气层、探采高角度裂缝性油气藏、开发薄油层油藏等。 3．钻井技术的需要。需用定向井来处理井下复杂情况或易斜地层的钻井。如我国自行设计、施工的数口成功的定向救援井：濮2－151井（中原油田）、永59井（胜利）、南2－1井（青海）。均成功地制服了井喷失控事故。 4．其它方面的应用如过江管道的铺设、煤层气的开发、地热井的钻井等。 定向井引入石油钻井界约在19世纪后期，当时的定向井是在落鱼周围侧钻。世界上第一口真正有记录的定向井是1932年美国人在加利福尼亚亨延滩油田完成。当时浅海滩下油田的开发是在先搭的栈桥上竖井架钻井。美国一位有创新精神的钻进承包商改变了这种做法，他在陆地上竖井架，使井眼延伸到海床下，由此开创了定向钻井新纪元。1934年，德国的克萨斯康罗油田一口井严重井喷。一位有丰富想象力的工程师提出用定向井技术来解决。在距失控井一定距离钻一口定向井，井底与失控井相交，然后向井内泵入重浆压住失控井，这是世界上第一口定向救援井。二战后随着生产的发展、海洋石油的开发、井下动力钻具的研制以及计算技术的进步，促进了定向井技术的发展。 我国的第一口定向井是1955年在玉门油田钻成，井号为C2－15井。1965年在四川油田钻成了我国第一口水平井，磨三井，水平延伸160m，是世界上第二个钻成水平井的国家。四川油田的草16井，1987年钻成，是一口过长江定向井。70年代以来，我国海洋定向井迅速发展，在渤海湾海上钻丛式定向井，在一个钻井平台上施工多达12口（目前已达35口以上）定向井。胜利油田的河50丛式井组，1988年完成，一个陆地平台钻成42口定向井。 由于石油天然气勘探开发的需要，在我国第七个五年计划期间，定向井、丛式井钻井工艺技术获得突破性进展，大踏步进入生产实用阶段，其水平跨入世界先进行列。采用这项技术打成了一大批多目标并、三维绕障井、高精度定向勘探井，满足了地质勘探上的特殊需要，并且成功地运用丛式井组整装开发了沈阳、二连、江苏的卞杨等三个油田。“七五”期间全国共钻成定向井4317口，为“六五”期间的4．65倍，少占用土地万亩以上，节约资金3亿元。 辽河油田在杜48断块的10号平台钻17口井，平均井深2344．2m，最大井斜28°，最大水平位移1633．3m，中靶率达到100％，平均建井周期32天，平均机械钻速9．12m／hr，这个平台和相同日数的单井相比少占工业用地123亩，节约76％，节约成本119．7万元。 四川石油管理局1987年成功地钻成隆40－1丛式井组，最大井斜角90°，开创了我国深层、硬地层打大斜度井的先河。该井完钻井深3130米，垂直井深2290．04米，最大水平位移1459．44米，在气层内进尺532米，等于目的层垂直厚度的5倍，该井打出了我国大斜度定向井的新水平。 胜利油田根据油藏地面建设十分密集，地下老井很多（达14口）的实际情况，采用了多目标、绕障打油田开发井的先进技术，应用计算机剖面绘图，防碰扫描、三维绕障程序、丛式井防干扰装置，随钻定向造斜与扭方位技术以及电子多点测量等一系列井眼轨迹控制技术，打成了我国目前陆上丛式井完井口数最多的井组—河50丛式井组，共有42口井，其中多目标井有5口，平台占地面积65亩，比单井少占地335亩，节约土地84．5％。 2
钻井工程一体化软件-井眼轨迹设计与控制 功能一：实钻井眼轨迹质量评价模块 在实际钻井施工过程中，受多种因素影响，实钻轨迹与设计轨道存在偏差。这种偏差可能导致实钻轨迹与设计轨道偏离太远，甚至不能钻达靶区。 本模块对实钻轨迹与设计轨道的偏差程度、中靶情况进行量化分析。实钻轨迹偏差分析需要计算水平偏距、垂直偏距、总偏距等指标。中靶分析需要计算靶心距、偏转角等指标。这些指标的计算，对于指导钻井作业施工具有重要的指导意义。 功能二：实钻井眼轨迹中靶预测与控制模块 钻井过程中，实钻轨迹不可避免地偏离设计轨道，因此，很有必要根据实钻轨迹的延伸趋势进行中靶预测，如果预测结果不理想，则进行待钻设计，实时对井眼轨迹进行控制，确保中靶质量。 本模块主要包含两部分工作：中靶预测及待钻设计两部分。 功能三：井眼轨迹不确定性分析模块 实钻井眼轨迹分析得到的井眼空间位置，是经过实际测量并经过计算得到的，不可避免地会产生误差并传递下去，所以井眼位置的计算结果存在不确定性。 本模块对影响井眼位置计算精确度的各个因素进行定量分析，从而确定井眼位置的置信水平。 功能四：方位漂移井眼轨道设计与控制模块 对于易于产生方位漂移的地层，按照二维井眼轨道设计结果进行实钻，往往会产生偏离原设计轨道的情况。如果针对所钻地层的方位漂移特性进行方位漂移轨道设计，在钻井施工时就会减少扭方位操作和起下钻次数，降低井眼控制的难度，提高钻井速度和井身质量，降低钻井成本。 功能五：水平井井眼轨道设计与控制 水平井井眼轨道设计分为水平段设计与水平段前设计两个步骤，一般由用户利用定向井井眼轨道设计软件进行两步设计，操作比较麻烦，也不能保证设计效果。 本模块采取水平井井眼轨道一体化设计思想，同时完成水平段设计与水平段前设计，并满足水平井入靶的软着陆控制要求。本模块还提供水平井钻井过程中实钻轨迹的预测与控制功能，尤其做好井眼轨迹在靶区内的控制工作，为提高水平井靶区内钻井质量具有重要意义。