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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

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

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

井眼轨迹与井身结构设计PPT教案

井眼轨迹与井身结构设计PPT教案

第26页/共140页
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）。
第28页/共140页
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
第29页/共140页
第 30 页
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
第31页/共140页
第 32 页
第一节 基本概念

水平井轨道设计 教学PPT课件

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 。

(完整版)井眼轨道设与轨迹控制

(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：

项目五--井眼轨迹基本认知

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:

井眼轨道设计与监测PPT实用课件

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

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.

定向井井眼轨道设计课件

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