定向井轨迹控制刘志强

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1、定向井井眼轨迹控制技术刘志强中国地质科学院勘探技术研究所目录一、概述二、定向井设计与计算三、定向井专用工具四、定向井测量仪器五、定向井井眼轨迹控制一、概述1、定向井的概念定向井：是指按照预先设计的轨迹钻进，具有井斜和方位变化的井。它是由特殊井下工具、测量仪器和工艺技术有效控制井眼轨迹，使钻头沿着特定方向钻达地下预定目标的钻井工艺技术。2、定向井的基本应用（1）地面限制：高山、森林、城镇、重要建筑、沼泽；良田、草场；海洋、湖泊、河流、盐田。（2）地下地质条件要求。用直井难以穿过的复杂层、盐丘和断层等。（3）处理井下事故的特殊要求。遇到井下事故无法处理或不易处

2、理时，常采用定向井技术。如：掉钻头、断钻具、卡钻等。（4）提高经济效益的特殊需要。土耳其天然碱矿对接井施工（5）增产措施、煤矿安全、工程救险等。3、定向井的类型按施工技术方法：自然弯曲定向井人工弯曲定向井按设计井眼轴线形状：二维平面定向井三维平面定向井按设计最大井斜角：低斜度定向井（最大井斜﹤15°）中斜度定向井（最大井斜﹤15°～45°）大斜度定向井（最大井斜﹤45°～85°）水平井（最大井斜﹥85°）按井底结构分类：单底定向井多底定向井二、定向井设计与计算1、井眼轨迹的基本参数（1）监测参数:井深：是指井口至测点的井眼长度。井斜角：井眼方向线与铅垂线之

3、间的夹角。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。方位角：（2）计算参数:垂深：是指井眼轨迹上的点至井口水平面的距离。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。水平位移：是指井眼轨迹上的点至井口所在铅垂线的距离。井斜变化率：单位长度井段内井斜角的变化值。方位角变化率：单位长度井段内方位角的变化值。全角变化值：沿井眼前进方向上，两测点之间的空间角度变化。也称为“狗腿角”。全角变化率：单位长度井段内的全角变化值。2、钻孔轴线空间位置的计算（1）切线法（2）平衡切线法（3）平均角法（4）曲率半径法（5）最小曲率法

4、（6）Mercury参考书目：1、《受控定向钻探技术》江天寿周铁芳2、《水平井井眼轨迹控制》苏义脑3、《定向钻井技术》王清江3、方位角基准变换由于采用了不同正北方向的基准，所以定义了三种方位角：真方位角、磁方位角和坐标方位角。真方位角：井眼轴线上某测点的方向线（切线）在水平面上的投影与真北方向线之间的夹角。磁方位角：井眼轴线上某测点的方向线（切线）在水平面上的投影与磁北方向线之间的夹角。坐标方位角：井眼轴线上某测点的方向线（切线）在水平面上的投影与坐标北之间的夹角。真方位角=磁方位角+磁偏角坐标方位角=真方位角-子午线收敛角坐标方位角=磁方位角+磁偏角-子

5、午线收敛角磁偏角示意图各方位角之间的关系最小曲率法计算钻孔轴线空间位置4、定向井的井眼轨迹设计（1）定向井相关术语造斜点：开始定向造斜的位置。造斜率：表示造斜工具的造斜能力，其值等于所钻井段的井眼曲率。靶点：钻井工程设计中规定的必须钻达的地层位置,亦称之为目标点。靶区半径：允许井眼轨迹偏离靶点的距离。靶区：以靶区半径为半径的圆面。（2）定向井的井眼轨迹类型二维定向井三维定向井（1）三段式（2）多靶三段式（3）五段式（4）双增式（3）井眼轨迹设计步骤选择井眼轨迹形状；确定造斜点（侧钻点、分支点）；选定造斜率、确定最大井眼曲率；求得井眼轨迹的待定参数；井身计算

6、及井眼轨迹绘图。三、定向井专用工具1、造斜钻头2、井下动力钻具3、定向接头4、无磁钻杆（或无磁钻铤）5、扶正器（稳定器）6、震击器7、键槽破坏器8、悬挂短节9、浮阀10、挠性接头造斜钻头螺杆钻具无磁承压钻杆、无磁钻铤上图：斜口引鞋右图：定向接头四、定向井测量仪器1、磁罗盘单、多点照相测斜仪2、有线随钻测斜仪3、无线随钻测斜仪（压力脉冲、声波、电磁波等）4、电子多点测斜仪5、照相单、多点陀螺测斜仪6、电子陀螺测斜仪7、引导中靶系统五、定向井井眼轨迹控制1、基本概念（1）实质：井眼轨迹控制的实质，就是不断地控制井眼的前进方向。井眼方向由井眼的井斜角和井斜方位角

7、来表示的。（2）要求：在实钻过程中，设法使实钻的井眼轨迹尽可能符合设计的井眼轨道。（3）井眼方向控制内容：--井斜角的控制：增斜、降斜、稳斜--井斜方位角控制：增方位、降方位、稳方位2、轨迹控制的主要内容（1）造斜工具或钻具组合的选择（2）造斜工具的装置方位计算－－装置角的计算；－－动力钻具反扭角的计算；（3）实时进行轨迹测量和轨迹计算。－－测量仪器的选择，测量密度和测点密度的选择；－－根据轨迹计算结果，提出下步轨迹控制要求；－－井眼前进方向的预测。（4）井下定向工艺和钻进工艺3、轨迹控制的几条原则（1）既要保证中靶，又要加快钻进。“太远”可能造成脱靶。频

8、繁地更换钻具和测斜将增加钻井成本和导致井下复杂情况。（2）尽可能多