【正文】 根據(jù)實際需要，設(shè)計時令 Ll、 Lh、 L2 為零及 Kl=K2，由此可組成不同設(shè)計軌道形式。對一般情形而言，這是一個簡單且有效的方法。此時須解線性方程組，但解的 穩(wěn)定性差。對目標(biāo)點無方向限制的定向井三維井 眼軌道的設(shè)計己 得到了較好的解決，對目標(biāo)點有方向限制的水平井三維軌道設(shè)計取得 了一定的進展，但還有待于發(fā)展和完善。 為了滿足軌道設(shè)計的求解的靈活性，避免在設(shè)計過 程中進行反復(fù)試算，通過求解約束方程（ 61），能得到不同設(shè)計變量的組合解，且全部為精確解。 在設(shè)計軌道時，根據(jù)實際需要可令直線段長度為零，可選取一個或兩個圓弧段，以及兩 個圓弧段同向（雙增斜段）或反向（增降斜段），由此可組成多種不同的設(shè)計形式，滿足各種設(shè)計要求。如圖 63 中 D 為原點，設(shè)在井口或設(shè)計起 始點， H 為垂深， S 為位移，T 為目標(biāo)點。當(dāng)井眼軌跡在鉆出和鉆回同一油層底界面時，我們可以確定同一油層在不同位置的界面點，確定水平井段地層的構(gòu)造形態(tài)。5324 米井斜角為 90176。顯示水平井的井眼軌跡首先要確定它的主方位，一般用井眼軌跡俯視圖來輔助選擇，選擇井眼軌跡的主方位為投影方向。 如圖 5 所示，假設(shè) a、 b 兩點間的井軸長度 (L b La )被分成無限小井段，設(shè) dz 為dl 在 Z 軸上的投影， da 為 dl 小段上井斜角的變化。井眼軌跡設(shè)計與計算，多采用柱面法 。 優(yōu)點： ① 通過垂直剖面圖和水平投影圖容易想象出井眼軌跡的空間形態(tài)。c水平投影圖 圖 52 投影坐標(biāo)法 優(yōu)點：對 于指導(dǎo)現(xiàn)場施工十分有益。通常以井口為坐標(biāo)原點，以正北 (N)方向為 X 軸的正向，正東 (E)方向為 Y 軸 東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 的正向， Z 軸鉛垂向下指向地心 ——垂深 (H)的方向 (如圖 51)。 東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 第 5 章 水平井井眼軌跡描述方法 隨著油氣田的勘探開發(fā)程度不斷提高，大斜度井、水平井越來越多。 兩種判據(jù)的適用條件：待鉆井眼地層特性與已鉆井眼地層特性接近，近鉆頭設(shè)計參數(shù) BHA 檢測儀器 鉆頭（狀態(tài)） 地層因素干擾 決策（變更 ） 預(yù) 測 東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 鉆具組合不變。 東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 圖 42 井眼軌跡控制系統(tǒng)示意框圖 既要保證中靶，又要提高鉆速度 在實鉆過程中，要隨時準(zhǔn)確地預(yù)測井眼軌跡的延伸方向，選擇合適的造斜工具或鉆具組合，使實鉆軌跡偏離設(shè)計軌道不要太遠。 方向參數(shù)有： 井斜角：dii iiii LLL 11 1212 ?? ???? ???? ???? 方位角：121212 )(?????? ????iidiiii LL L???? 再依據(jù)該點（ i+2）及待鉆井段長度 ? L， Kz 繼續(xù)用外推法預(yù)測待鉆井段終點（ i+3）處的方向參數(shù)（ 3?i? ， 3?i? ）。 就目前，因尚無準(zhǔn)確預(yù)測，計算井眼延伸方向的力學(xué)一數(shù)學(xué)模型。 井眼曲率的確定 在側(cè)鉆水平井井眼軌跡設(shè)計中，井眼曲率是一個很重要的參數(shù)。 水平井井眼軌跡設(shè)計的原則 靶區(qū)設(shè)計原則 （ 1）對裂縫性油藏面設(shè)計側(cè)鉆方位應(yīng)與裂縫垂直相交，以便盡可能地鉆遇裂縫；對礫巖油藏，側(cè)鉆方位應(yīng)與高滲方向垂直相交，以擴大泄油面積 ； （ 2）由于儲層內(nèi)泥巖夾層嚴(yán)重影響儲層的垂直滲透率，如果水平段平 行于地層層面，泄油田面積僅限制在水平段所在的油層內(nèi)，靶區(qū)傾角設(shè)計應(yīng)該使井眼與地層層面成一定角度，以便盡可能地鉆遇油層 ； （ 3）側(cè)鉆方位，靶前位移設(shè)計應(yīng)該使靶區(qū)避開原井水淹區(qū)域，以免新老井眼竄通影響正常生產(chǎn)，一般要求目標(biāo)靶區(qū)距離原井 120150m[6]。在大斜度和水平井的綜合解釋中，首先要注意的是測井儀器、大斜度或水平井眼與地層的空間相對位置關(guān)系，井眼軌跡 和地層剖面的二維或三維顯示對綜合解釋有很大幫助。 井下儀器安全要求 水平井井眼曲率比較大，為確保隨鉆測斜儀器以及井下安全，必須考慮 MWD儀器的彎曲能力和地質(zhì)導(dǎo)向承受能力。我國現(xiàn)場常特指完鉆時的水平位移為閉合距，平移方位角為閉合方位角。水平長度的增量稱為平增。單位為（ 176。通常以兩測點間方位角的變化量與兩測點間井段長度的比值表示。單位為（ 176。 圖 22 井斜方位角示意圖 井斜方位角常以字母 φ 表示，單位為度 (176。井斜角表示了井眼軌跡在該測點處傾斜的大小。 工具面： 在造斜鉆具組合中，有彎曲工具的兩個軸線所確定的那個面，與磁北方向的夾角為工具面角。 井底水平位移： 它是指井口與井底兩點在水平面上投影的連線長度，又稱閉合距，單位為 m。目前常用的測斜方法并不是連續(xù)測斜，而是每隔一定長度的井段測一個點。有時為了某種特殊的需要，井斜角可以超過 90176。油田水平井鉆井技術(shù)要想取得進一步發(fā)辰 國內(nèi)產(chǎn)生重要的影響，并與國際先進的技術(shù)接軌，就必須加大創(chuàng)新的力度，以不斷耳 新的突破和進展，滿足自身發(fā)展的需求，提高市場競爭力。油田的勘探開發(fā)將從淺、中深井向深 井、超深井方向發(fā)展，尤其是對于采用直井開發(fā)效果比較差的儒，水平井技術(shù)會得到 更加廣泛的運用。一些油田運用該技術(shù)也取得了良好的效益，顯著的提高了鉆井的綜合效益 ； （ 6）其它技術(shù)。國外的實踐證明，水平井技術(shù)正是解決這些問題的重要涂徑。油田水平井鉆井技術(shù)在油氣勘探開發(fā)中具有顯著的優(yōu)勢，它能夠擴大油氣層裸露面積，不僅能夠提高油氣井的產(chǎn)量，還能夠顯著提高油氣采收率的效果，是現(xiàn)在運用得比較廣泛的鉆井技術(shù)，由于其優(yōu)勢明顯，在將來的油氣勘探開發(fā)中，該技術(shù)會取得進一步發(fā)展，并將得到更為廣泛的運用。并將水平井技術(shù)作為開發(fā)油藏的常規(guī)技術(shù)廣泛推廣應(yīng)用。由于定向井水平井能夠擴大油氣層裸露面積，對于提高油氣井單井產(chǎn)量，油氣采集率效果顯著，特別是對于薄層油氣藏，高壓低滲油藏以及井間剩余油等特殊油氣藏。應(yīng)用該模型成功地解決了復(fù)雜的多約束條件下的三維井眼軌道設(shè)計這一難題， 具有普遍適用性，可廣泛用于設(shè)計各種類型水平井、定向井和多目標(biāo)井，為井眼軌道控制提供了更為準(zhǔn)確的理論依據(jù)。通過查閱資料以及相關(guān)知識的學(xué)習(xí)，做出了比較淺顯的水平井井眼軌跡的設(shè)計。準(zhǔn)確、快速、合理地設(shè)計多約條件下的三維井眼軌道是人們期待解決的問題。常見的兩維水平軌道有單增和雙增軌道兩種。針對油氣井發(fā)生損壞甚至報廢不斷增加的情況以及降低鉆井投入的實際需要老井的修復(fù)和側(cè)鉆將不斷受到重視，水平井作為提高油氣開的的效率的重要手段。在19901995 年的 6 年中，世界上共鉆成水平井 12590 口，是 19841989 的 6 年中所鉆水平井總數(shù)的近 15 倍。處于開發(fā)中后期的東部老油田含水上升問題非常突出，嚴(yán)重影響油氣產(chǎn)量。經(jīng)過對相關(guān)技術(shù)改造之后，形成了配套鉆井技術(shù)，取得了良 好的開發(fā)效果 ； （ 4）分支井鉆井技術(shù)。該技術(shù)主要適用于海岸油田的開發(fā)，在這些地區(qū)進行油氣資源開發(fā)，由于水深比較淺，海上鉆井平臺不能適用，運用灘涂人工島的投資太大，并且存在著巨大的風(fēng)險。在油氣資源勘探開發(fā)的過程中，往往會出現(xiàn)勘探區(qū) 域不斷擴大，開發(fā)難度不斷增加的情況，這無疑對鉆井技術(shù)提出了更高的要求。 東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 第 2 章 水平井的基本概念及井眼軌跡的基本 參數(shù) 水平井的基本概念 水平井就是 井斜角 達到或接近 90176。 /30m） 井眼曲率半徑 /(m) 水平井長度 /(m) 長半徑水平井 26 860280 3001700 中半徑水平井 620 28085 2001000 中短半徑水平井 2080 8520 200500 短半徑水平井 30150 6010 100300 超短半徑水平井 需特殊轉(zhuǎn)向器 3060 按水平段特性和功能可分為：階梯水平井 、 分支水平井 、 魚骨狀水平井 、 多底水平井 、 雙水平井 、 長水平段水平井等。測深既是測點的基本參數(shù)之一，又是表明測點位置的標(biāo)志。其值等于該造斜工具所鉆出的井段的井眼曲率。 井斜角（ Inc）： 過井眼軸線上某測點作井眼軸線的切線，該切線向井眼前進方向延伸的部分稱為井眼方向線。以正北方位線為始邊，順時針方向旋轉(zhuǎn)到井眼方位線上所轉(zhuǎn)過的角度， 即井眼方位角。 全角變化量： 過井眼軸線相鄰兩測點所作的向井眼前進方向延伸的切線之間的夾角稱為全角變化量。） /25m、（ 176?；蛟趩挝痪蝺?nèi)井眼前進的方向在三維空間內(nèi)的角度變化。垂深的增量稱為垂增。水平位移常以字母 S 表示。不同的地層造斜率也不盡相同。但是在實際施工過程中一旦進入油層，這個造斜率往往無法實現(xiàn)，很容易打沉。垂直井的測井解釋經(jīng)驗會產(chǎn)生慣性，但現(xiàn)實是往往 二者間表象相同但產(chǎn)生的機理不同，方法在水平面會產(chǎn)生什么樣的結(jié)果，而在垂直方向又會產(chǎn)生哪些差異，這些需要經(jīng)常進行分析和比較。允許偏差主要受兩方面因素的影響：一方面為了將水平段有效地控制在剩余油富集區(qū)內(nèi)，應(yīng)嚴(yán)格控制允許偏差；另一方面出于技術(shù)經(jīng)濟方面的考慮，又要適當(dāng)放寬允許偏差。物體運動狀態(tài)包括速度（就鉆井而言主要指機械鉆速的大?。⒎较?，鉆井上主要是指井斜角和井斜方位角（或者井斜變化率和井斜方位變化率）?？紤]其鉆具組合結(jié)構(gòu)類型（造斜、增斜、降斜、穩(wěn)斜鉆具組合）、地層特性、井眼軌跡幾何形狀、工藝參數(shù)的相互影響。 由此可以看出，井眼軌跡控制是一項多目標(biāo)，多擾動的復(fù)雜動態(tài)控制過程。/30m） 預(yù)測繼續(xù)待鉆井眼所需的造斜率： K=2323 )s in(s in1719????? ?iiii DD ?? （ 176。即造斜、增斜、降斜、扭方位施 工時滑動鉆進，穩(wěn)斜施工時復(fù)合鉆進。 井眼軌跡圖示法 圖 51 三維坐標(biāo)法 一條空間曲線可以用一個空間坐標(biāo)系或兩個平面坐標(biāo)系來描述。垂直投影圖相當(dāng)于機械圖中的側(cè)視圖，水平投影圖相當(dāng)于俯視圖 [12]。水平投影圖和投影圖法是相同的。b垂直剖面圖 。以前計算井眼軌跡時大多采用折線方法，這種方法假設(shè)彎曲的井眼是由很多直線段組成。第 n 個采樣點處的 x、 y、 z 分別為： X=?? ?ni ab iXX1 )( (54) y=?? ?ni ab iyy1 )( (55) Z=?? ?ni ab iZZ1 )( (56) 在第 n 個采樣點處的水 平位移為： S= 22 yx ? = 2121 ])([])([ ?? ?? ???ni abni ab iyyixx (57) 在第 n 個采樣點處的閉合方位為： })])([])([{(11iyyixxar c t gyxar c t g nibbniab????????? (58) 式 5 5 5 57 和 58 是計算井眼軌跡數(shù)據(jù)東西位移、南北位移、垂直深度、水平位移和閉合方位的標(biāo)準(zhǔn)公式。下面以水平井測井實例說明層面確定方法。結(jié)合井斜校深數(shù)據(jù)， 5302米點的垂直深度為 米， 5345 米點的垂直深度為 米，比 5324 米處深了 米，說明 CIII 頂界面在 53025345 米井段向水平位移方向 (南東 135176。文獻建立了兩種典型的三維井眼軌道設(shè)計模型，可組成多種軌道形式，且求得了模型的精確解，可用于各種類型的井眼軌道設(shè)計。 圖 62 一般二維圓弧型井眼軌道設(shè)計模型 由圖 62 可知，二維井眼軌道設(shè)計模型的約束方程為 ： 332322212111 c o s)s i n( s i nc o s)s i n( s i nc o s ??????? LRLRLH T ???????333222221111 s i n)c o s( c o ss i n)c o s( c o ss i n ??????? LRLRLS T ??????? (61) 方程（ 61）是根據(jù)雙增型軌道形式列出。 以求解 2L 和 2a 為例。 東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 關(guān)于二維條件下水平井井眼軌跡設(shè)計的優(yōu)點 （ 1） 本文建立的二維井眼軌道設(shè)計模型具有代表性和普遍適用性，在井眼軌跡設(shè)計方面有著廣泛的應(yīng)用，完善了井眼軌 道設(shè)計方法 ； （ 2） 求得了設(shè)計模型的全部精確解，且給出了有解的判別式，因此，設(shè)計計算簡單、精確、快速，避免了在設(shè)計過程中進行試算的麻煩，提高了設(shè)計效率和設(shè)計靈活性 ； （ 3） 設(shè)計模型在實踐中得到了很好的應(yīng)用，驗證了該設(shè)計模型和方法的正確性、合理性及有效性。 受目標(biāo)點空間位置及方向的限制以及工藝上的不同要求，須對井眼軌道作三維設(shè)計。該方法有實際意義，但決策參數(shù)的對求解變量的取值范圍給定要求較高。 S為設(shè)計起始點， S 為始點切線向量， T 為目標(biāo)點， t 為目標(biāo)點切線向量。 由式（ 71）式 （ 75）可求得 ： 122121 )2)(4(),( ?????? aacbbLFLRfL hm （ 76） ),( 2111 LLLRfL hn ? （ 77） 其中 ])(s in[4 2222