【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 測(cè)點(diǎn)處傾斜的大小。 井斜角常以希臘字母 α 表示，單位為度 (176。)。一個(gè)測(cè)段內(nèi)井斜角的增量總是下測(cè)點(diǎn)井斜角減去上測(cè)點(diǎn)井斜角，以 Δ? 表示。 圖 21 井斜角示意圖 井斜方位角： 某測(cè)點(diǎn)處的井眼方向線投影到水平面上，稱為井眼方位線，或井斜方位線。以正北方位線為始邊，順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)到井眼方位線上所轉(zhuǎn)過(guò)的角度，即井眼方位角。注意，正北方位線 是指地理子午線沿正北方向延伸的線段。所以正北方位線和井眼方位線也都是有向線段，都可以用矢量表示。 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。)。井斜方位角的增量是下測(cè)點(diǎn)的井斜方 東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 位角減去上測(cè)點(diǎn)的井斜方位角，以 Δφ表示。井斜方位角的值可以在 0～ 360176。 范圍內(nèi)變化。 全角變化量： 過(guò)井眼軸線相鄰兩測(cè)點(diǎn)所作的向井眼前進(jìn)方向延伸的切線之間的夾角稱為全角變化量。它反映了相鄰兩測(cè)點(diǎn)間井斜與方位的空間角度的變化量。又稱狗腿角或全變化角。單位為（ 176。）。 井斜變化率： 單位井段內(nèi)井斜角的變化 值稱為井斜變化率。通常以兩測(cè)點(diǎn)間井斜角的變化量與兩測(cè)點(diǎn)間井段長(zhǎng)度的比值表示。常用單位為（ 176。） /25m、（ 176。） /30m。 方位變化率： 單位井段內(nèi)方位角的變化值稱為方位變化率。通常以兩測(cè)點(diǎn)間方位角的變化量與兩測(cè)點(diǎn)間井段長(zhǎng)度的比值表示。常用單位為（ 176。） /25m、（ 176。） /30m。 全角變化率： 它是指單位長(zhǎng)度井段內(nèi)全角的變化值?；蛟趩挝痪蝺?nèi)井眼前進(jìn)的方向在三維空間內(nèi)的角度變化。它既包含了井斜角的變化又包含著方位角的變化。又稱狗腿嚴(yán)重度或井眼曲率。單位為（ 176。） /25m、（ 176。） /30m。 K= √△α/△ L +(△φ/△ L)2sin2 (α1+ α2)/2。 垂直深度： 簡(jiǎn)稱垂深，是指軌跡上某點(diǎn)至井口所在水平面的距離。垂深的增量稱為垂增。垂深常以字母Ｄ表示，垂增以 ΔＤ表示。 圖 23 垂直深度示意圖 水平投影長(zhǎng)度： 簡(jiǎn)稱水平長(zhǎng)度或平長(zhǎng)，是指井眼軌跡上某點(diǎn)至井口的長(zhǎng)度在水平面上的投影，即井深在水平面上的投影長(zhǎng)度。水平長(zhǎng)度的增量稱為平增。平長(zhǎng)以字母 P 表示，平增以 ΔP 表示。 N 坐標(biāo)和 E 坐標(biāo)：是指軌跡上某點(diǎn)在以井口為原點(diǎn)的水平面坐標(biāo)系里的坐標(biāo)值。 圖 24 水平投影長(zhǎng)度示意圖 東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 水平位移： 簡(jiǎn)稱平移，指軌跡 上某點(diǎn)至井口所在鉛垂線的距離，或指軌跡上某點(diǎn)至井口的距離在水平面上的投影。此投影線稱為平移方位線。水平位移常以字母 S 表示。 平移方位角： 指平移方位線所在的方位角，即以正北方位為始邊順時(shí)針轉(zhuǎn)至平移線上所轉(zhuǎn)過(guò)的角度，常以字母 θ 表示。 閉合距與閉合方位： 國(guó)外將水平位移稱作 閉合距 (Closure Distance)，將平移方位角稱作閉合方位角 (Closure Azimuth)。我國(guó)現(xiàn)場(chǎng)常特指完鉆時(shí)的水平位移為閉合距，平移方位角為閉合方位角。 視平移： 有 人稱為投影位移，英文稱 Vertical Section，是水 平位移在設(shè)計(jì)方位線上的投影長(zhǎng)度。視平移以字母Ｖ表示。 視平移也可以定義為水平位移在設(shè)計(jì)方位線上的投影。 圖 25 平移與視平移示意圖 東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 第 3 章 水平井井眼軌跡設(shè)計(jì)的影響因素及原則 水平井井眼軌跡設(shè)計(jì)的影響因素 地質(zhì)條件 從造斜點(diǎn)到入靶，實(shí)控井眼軌跡穿越多種地層。不同的地層造斜率也不盡相同。一般來(lái)講，造斜點(diǎn)處地層相對(duì)松軟，不易起井斜，造斜中往往達(dá)不到設(shè)計(jì)造斜率要求；入靶前要穿越油蓋層，油蓋層的特點(diǎn)是堅(jiān)硬，定向時(shí)易大幅度的增斜。很難控制井斜和方位變化率，施工時(shí)盡量采取復(fù)合鉆進(jìn)方式。 井下儀器安全要求 水平井井眼曲率比較大，為確保隨鉆測(cè)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。一般來(lái)說(shuō)，現(xiàn)有的 MWD 測(cè)量?jī)x器能滿足中曲率半徑水平井的測(cè)量要求： FEWD 儀器要求最大造斜率小于等于 25176。/100m。 工具造斜能力及入靶條件 原軌道設(shè)計(jì)造斜率基本是上下穩(wěn)定的數(shù)值。特別是入靶時(shí)設(shè)計(jì)的造斜率很高。但是在實(shí)際施工過(guò)程中一旦進(jìn)入油層，這個(gè)造斜率往往無(wú)法實(shí)現(xiàn)，很容易打沉?，F(xiàn)在大部分老油區(qū)的水平井施工并不是通過(guò)打?qū)а鄣姆椒▉?lái)確定油層深度，而是通過(guò)鄰井資料對(duì)比和該區(qū) 塊的地震剖面圖來(lái)確定油層深度，往往實(shí)際油頂垂深和設(shè)計(jì)垂深有差別，實(shí)鉆過(guò)程中必須留出下探或上調(diào)的余量。 水平井測(cè)井解釋的常見(jiàn)問(wèn)題 通過(guò)水平井測(cè)井解釋能夠更好的進(jìn)行水平井井眼軌跡的設(shè)計(jì)，水平井測(cè)井解釋與垂直井測(cè)井解釋大致相同，但測(cè)井條件和地層環(huán)境的特殊性導(dǎo)致在曲線顯示、數(shù)據(jù)處理以及綜合解釋等方面又有所不同，靈活運(yùn)用垂直井的測(cè)井解釋經(jīng)驗(yàn)對(duì)大斜度和水平井的綜合解釋很重要。在大斜度和水平井的綜合解釋中，首先要注意的是測(cè)井儀器、大斜度或水平井眼與地層的空間相對(duì)位置關(guān)系，井眼軌跡和地層剖面的二維或三維顯示對(duì)綜 合解釋有很大幫助。大斜度和水平井主要針對(duì)的是儲(chǔ)層，但在鉆井過(guò)程中，由于技術(shù)因素鉆頭因素對(duì)鉆頭經(jīng)常是進(jìn)入儲(chǔ)層但不久又鉆入非目的層。其次是在解釋中要綜合考慮各種影響因素，如儀器的測(cè)量位置、井 東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 眼、侵入、地層的各向異性以及非均質(zhì)性等。這些影響因素有些可借助實(shí)驗(yàn)或數(shù)值模擬方法進(jìn)行校正，有些則是需要通過(guò)所積累的解釋經(jīng)驗(yàn)來(lái)加以排除。然后是注意進(jìn)行抽象思維和逆向思維，比較水平井測(cè)井與垂直井測(cè)井間的響應(yīng)異同，這種異同不只是定性的，更多的應(yīng)該是定量化的。垂直井的測(cè)井解釋經(jīng)驗(yàn)會(huì)產(chǎn)生慣性，但現(xiàn)實(shí)是往往二者間表象相同但產(chǎn)生的機(jī)理不同 ，方法在水平面會(huì)產(chǎn)生什么樣的結(jié)果，而在垂直方向又會(huì)產(chǎn)生哪些差異，這些需要經(jīng)常進(jìn)行分析和比較。最后是要善于利用各種資料和工具。定位井或鄰井測(cè)井信息、錄井取心測(cè)試結(jié)果、區(qū)域地質(zhì)地震資料、實(shí)驗(yàn)或數(shù)值模擬方法等等有助于綜合解釋 [5]。 水平井井眼軌跡設(shè)計(jì)的原則 靶區(qū)設(shè)計(jì)原則 （ 1）對(duì)裂縫性油藏面設(shè)計(jì)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(duì)礫巖油藏，側(cè)鉆方位應(yīng)與高滲方向垂直相交，以擴(kuò)大泄油面積 ； （ 2）由于儲(chǔ)層內(nèi)泥巖夾層嚴(yán)重影響儲(chǔ)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(jì)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(jì)應(yīng)該使靶區(qū)避開(kāi)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]。 井身剖面類(lèi)型 側(cè)鉆水平井由于完成井身剖面的進(jìn)尺有限及要求在盡可能小的垂增內(nèi)達(dá)到水平，所選擇的剖面類(lèi)型一般都比較簡(jiǎn)單。側(cè)鉆水平井項(xiàng)目實(shí)施初期增采用單增型剖面，后根據(jù)原井井況及井眼軌跡控制難易程度，改用雙增型剖面。單增剖面要求對(duì)儲(chǔ)層位置與工具造斜率掌握較難，側(cè)鉆點(diǎn)也比較固定，但 側(cè)鉆井尺較短，有利于減少鉆井工作量，縮短施工周期；而雙增型剖面對(duì)工具造斜能力、開(kāi)窗位置和地層自然造斜規(guī)律適應(yīng)性好，有調(diào)節(jié)余地，施工風(fēng)險(xiǎn)較小 [7]。 井眼軌跡控制范圍 井眼軌跡控制范圍包括垂向允許偏差、橫向允許偏差哈與水平段長(zhǎng)度。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(jì)方面的考慮，又要適當(dāng)放寬允許偏差。而水平段長(zhǎng)度除應(yīng)該滿足增產(chǎn)要求外，還應(yīng)考慮目前工藝技術(shù)水平。因此，側(cè)鉆水平井靶區(qū)設(shè)計(jì)應(yīng)綜合考慮儲(chǔ)層地質(zhì)條件、技術(shù)水平與經(jīng) 濟(jì)成本等因素， 東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 在滿足地質(zhì)要求的前提下，盡量加大允許偏差，以便于井眼軌跡控制，降低鉆井成本。 井眼曲率的確定 在側(cè)鉆水平井井眼軌跡設(shè)計(jì)中，井眼曲率是一個(gè)很重要的參數(shù)。井眼曲率過(guò)大，轉(zhuǎn)盤(pán)鉆進(jìn)困難，井下復(fù)雜情況較多；而井眼曲率過(guò)小則會(huì)增加螺桿鉆具造斜進(jìn)尺，從而增加了井眼軌跡控制工作量，影響鉆井進(jìn)度。根據(jù)國(guó)產(chǎn)單彎外殼螺桿鉆具造斜特性，有線隨鉆測(cè)斜儀使用條件及中半徑水平井井眼曲率要求，側(cè)鉆水平井井眼軌跡設(shè)計(jì)曲率一般控制在（ 1215176。） /30m 之間。 東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 第 4 章 井眼延伸方向預(yù)測(cè)及軌跡控制原則 井眼軌跡預(yù)測(cè)依據(jù) 由力學(xué)可知，力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因。物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)包括速度（就鉆井而言主要指機(jī)械鉆速的大?。?、方向，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）。 通過(guò)研究表明，鉆頭前進(jìn)方向是由鉆頭受力狀態(tài)所決定。鉆頭受力狀態(tài)又是由近鉆頭鉆具組合結(jié)構(gòu)受力變形、鉆井工藝參數(shù)、井眼軌跡的幾何形狀和地層決定的 [8]。 就目前，因尚無(wú)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，計(jì)算井眼延伸方向的力學(xué)一數(shù)學(xué)模型。井眼軌跡延伸方向的實(shí)用程序： 圖 41 井眼延伸方向?qū)嵱贸绦驁D （ 1）測(cè)斜結(jié)果計(jì)算對(duì)比分析。實(shí)現(xiàn)時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并通過(guò)測(cè)斜結(jié)果進(jìn)行計(jì)算，采用測(cè)斜結(jié)果繪圖的方法，預(yù)測(cè)井眼延伸方向的趨勢(shì) ； （ 2）待鉆地層因素分析。考慮地質(zhì)特性引起的井眼軌跡的自然飄逸作用，充分結(jié)合鄰井資料和經(jīng)驗(yàn)分析預(yù)測(cè)井眼延伸方向的趨勢(shì) ； （ 3）近鉆頭鉆具組合受力分析（軟件預(yù)測(cè)）。對(duì)近鉆頭鉆具組合結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力變形分析?？紤]其鉆具組合結(jié)構(gòu)類(lèi)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。通過(guò)構(gòu)建力學(xué)一教學(xué)數(shù)學(xué)模型軟件預(yù) 測(cè)的延伸方向趨勢(shì) ； （ 4）實(shí)鉆外推預(yù)測(cè)。實(shí)鉆外推預(yù)測(cè)是更換新鉆具組合下至井底后用規(guī)定的鉆實(shí)時(shí) 監(jiān)測(cè) 單項(xiàng)預(yù)測(cè)分析： 1. 測(cè)斜結(jié)果計(jì)算對(duì)比分析 2. 待鉆地層因素分析 3. 近鉆頭鉆具組合受力分析 4. 實(shí)鉆外推預(yù)測(cè) 綜合 評(píng)價(jià) 井眼 延伸 方向 決策 1. 施工工藝措施 2. 施工工藝參數(shù) 東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 井 工 藝 參 數(shù) 鉆 進(jìn) 1030m ， 通 過(guò) 測(cè) 斜 計(jì) 算 出 該 段 的 實(shí) 際 造 斜 率dii iiiiz LLLk 11 1212 ?? ???? ????? ????，在依據(jù) MWD 的方向傳感器（ i+1）點(diǎn)距鉆頭距離dii iiii LLL 11 1212 ?? ???? ???? ????，用外推法預(yù)測(cè)出鉆頭處（ i+2）點(diǎn)的方向參數(shù)。 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(diǎn)（ i+2）及待鉆井段長(zhǎng)度 ? L， Kz 繼續(xù)用外推法預(yù)測(cè)待鉆井段終點(diǎn)（ i+3）處的方向參數(shù)（ 3?i? ， 3?i? ）?，F(xiàn)場(chǎng)通過(guò)鉆井工程技術(shù)人員對(duì)以上各項(xiàng)預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析綜合評(píng)價(jià)，最終預(yù)測(cè)出井眼延伸的方向 [9]。 井眼軌跡控制原則 控制理論中控制的定義，是指被控制對(duì)象中某一 (某些 )被控制量，克服干擾影響達(dá)到預(yù)先 要求狀態(tài)的手段 (或操作 )。 井眼軌跡控制就是在鉆井施工過(guò)程中通過(guò)一定的手段使實(shí)鉆井眼軌跡盡量能符合設(shè)計(jì)的井眼軌道最終保證中靶的過(guò)程。 通過(guò)運(yùn)用控制理論對(duì)井眼軌跡控制分析可知，目前的井眼軌跡控制系統(tǒng)是一個(gè)開(kāi)環(huán)的人工控制系統(tǒng) (圖 42)，其具體內(nèi)容為： 控制對(duì)象一鉆頭； 被控制量一井斜角和井斜方位角 (或井斜變化率和井斜方位變化率 )；給定量一井眼軌道參數(shù) (最大井斜角、閉合方位角、規(guī)定靶區(qū) )和給定的地層特性； 給定量一井眼軌道參數(shù)（最大井斜角、閉合方位角、規(guī)定靶區(qū)）和給定的地層特性； 操作量（控制量）一 BHA 結(jié)構(gòu)、 鉆壓、轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速、排量和工具面角等； 擾動(dòng)量一地層產(chǎn)狀誤差、井壁不規(guī)則性、巖石不均勻性、巖性分布變化、井底共況及其他隨機(jī)因素（如井塌、斷層等）。 由此可以看出，井眼軌跡控制是一項(xiàng)多目標(biāo)，多擾動(dòng)的復(fù)雜動(dòng)態(tài)控制過(guò)程。 因目前尚不能通過(guò)數(shù)學(xué)模型計(jì)算做出準(zhǔn)確的判斷、現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員只能通過(guò)預(yù)測(cè)做出決策。隨著鉆井工藝及檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，通過(guò)研究控制理論及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)歸納總結(jié)出一套井眼軌跡控制系統(tǒng)的控制原則。 東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(shí)鉆過(guò)程中，要隨時(shí)準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)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(shí)鉆軌跡偏離設(shè)計(jì)軌道不要太遠(yuǎn)。不要太遠(yuǎn)的意義在于，一方面如果太遠(yuǎn)就可能造成脫靶，成為不合格井；另一方面如果始終要求實(shí)鉆軌跡與設(shè)計(jì)軌道誤差很小，勢(shì)必要求非常頻繁地測(cè)斜、更換造斜工具，造成多次鉆進(jìn)間斷，增加成本，還有可能造成井下復(fù)雜情況，得不償失。所以，何時(shí)用更換鉆具的方法來(lái)控制井眼軌跡，就成了井眼軌跡的關(guān)鍵。 控制要點(diǎn)：在待鉆井段內(nèi)，如果因地層因素產(chǎn)生的自然漂移或通過(guò)調(diào)