【導(dǎo)讀】第二章．定向井、叢式井、水平井設(shè)計(jì)與計(jì)算分析………………第三章．定向井、水平井井身軌跡控制技術(shù)………………………第五章．長(zhǎng)、中曲率半徑水平井鉆井專(zhuān)用工具…………………第六章．定向井、水平井復(fù)雜情況及事故預(yù)防處理……………我國(guó)學(xué)者則定義為，定向井是按照預(yù)先設(shè)計(jì)的。定向井相對(duì)與直井而言它具有井斜。過(guò)后來(lái)的井筒測(cè)試發(fā)現(xiàn)，那些垂直井遠(yuǎn)非是垂直的。并由于井斜原因造成了侵犯別。人租界而造成被起訴的案例。最早采用定向井鉆井技術(shù)是在井下落物無(wú)法處理后的。早在1895年美國(guó)就使用了特殊的工具和技術(shù)達(dá)到了這一目的。救援井是指定向井與。井內(nèi)注入重泥漿壓死失控井。目前最深的定向井由BP勘探公司鉆成，井深達(dá)10，654米；油田鉆成的M11井，水平位移高達(dá)1，0114米。合技術(shù)攻關(guān)，使得我國(guó)從定向井軟件到定向井硬件都有了一個(gè)大的發(fā)展。我國(guó)目前最深的水平井是勝利定向井公司完成的JF128井，井深達(dá)到7000米，臺(tái)共有鉆定向井42口。

　　

【正文】 下：參見(jiàn)圖 223 對(duì)于圓弧井段 a a L LRii? ? ? ????????180?H = H + R(s ina s ina )S = S + R(c os a c os a ) i ii i (2－ 13) 式中， R— 圓弧段的曲率半徑。增斜時(shí)取正值，降斜時(shí)取負(fù)值。 對(duì)于斜直井段 H = H + (L L )c o s aS = S + (L L )s in a i i ii i i??? （ 2－ 14） 將（ 2－ 13）式和（ 2－ 14）式代入（ 2－ D11）式，求出 L 值。若在整個(gè)設(shè)計(jì)軌道上至少有一點(diǎn)的 L值有實(shí)根且滿(mǎn)足 LiL≤ Lf（ Lf是某井段終點(diǎn) Mf處的井深），則說(shuō)明 有解。否則，無(wú)解。 2） 三維繞障定向井的設(shè)計(jì) 當(dāng)采用二維剖面不能實(shí)現(xiàn)繞障時(shí)，就需要進(jìn)行三維繞障設(shè)計(jì)。為敘述方便，仍以已鉆定向井作為障礙物的情況為例。 如上所述，過(guò)井口點(diǎn) 0 和目標(biāo)點(diǎn) T 作一鉛垂平面，該平面與已鉆井眼交于 P 點(diǎn)，則 P點(diǎn)處的參數(shù)可以確定。過(guò) P 點(diǎn)垂直于已鉆井眼的切線作一空間斜平面，交 Z 軸于 F 點(diǎn)，則已鉆井眼的控制邊界在該斜平面上可認(rèn)為是圓形。如圖 224所示。 25 O X A F B Y C ξ D η 圖 224空間斜平面示意圖 空間斜平面的方程可由下式表達(dá)： ( XXP)sinа Pcosф P+（ YYP)sinа Psinф P+（ ZZP)cosа P=0 （ 2－ 15） 交點(diǎn) F的坐標(biāo)為 X = 0Y = 0 Z = X tg co s + Y tg s in + ZFFF P P P P P P Pа ф а ф????? (2－ 16) 由于目標(biāo)點(diǎn) T一般不在這個(gè)斜平面上，所以根據(jù)給定的最終井斜角а T和最終方位角ф T，可以求出過(guò) T點(diǎn)的直線與斜平面的交點(diǎn) E處的坐標(biāo) X = X ts in co s Y = 0 Z = X tg co s + Y tg s in + ZE P T TEE P P P P P P Pа фа ф а ф????? (2－ 17) 其中 t= ( s in c o s ( ) s in s in ( ) c o sc o s c o s s in s in c o s ( ))X X a YT YP a ZT ZP aa a a aT P p p p p pp T p T T P? ? ? ? ?? ?? ?? ? 將（ 2－ 36）式和（ 2－ 35）式分別代入（ 2－ 26）式，便可求出 E點(diǎn)和 F 點(diǎn)在 P???坐標(biāo)系下的坐標(biāo)（ ?E， ?E， 0）和（ ?F， ?F， 0）。這樣，就可以設(shè)計(jì)斜平面上的井眼軌道了。如圖 225所示。 H0 ξ A0 C C D θ F δ E η σ 26 圖 225 斜平面上的軌道設(shè)計(jì) 對(duì)于由閉合曲線圍成的障礙物，應(yīng)首先判別設(shè)計(jì)軌道的繞行方向。 若令 式中 SGN— 符號(hào)函數(shù)。 則 q=101,繞井眼高邊設(shè)計(jì)井眼高邊或低邊設(shè)計(jì)繞井眼低邊設(shè)計(jì)?????? (2－ 19) 當(dāng)確定出繞行方向 后，則有 q?0。 設(shè)線段 FP、 PE和 EF的長(zhǎng)度分別為 D D2和 D3，則 DDDF FE EE F E F12 222 232? ?? ?? ? ? ????????? ?? ?? ? ? ?( ) ( ) （ 2－ 20） 于是 sin?=sin? CFP=RDP1 (2－ 21) cos?=cos? EFP= D D DD D2 1 2 3 2 21 32? ? (2－ 22) H0=D3cos(??)D1cos? (2－ 23) A0=D3sin(??) (2－ 24) 因此，井眼軌道的彎曲角 ?可由下式計(jì)算 tg?2 = H H A R AR A PP0 222 0 2 0 00? ? ?? (2－ 25) C 點(diǎn)的坐標(biāo)為 ? ?? ??C PC PCRR????????cossin0 (2－ 26) 其中 ???????? ???? FFE FEFSNGq ??? ??? 27 tg?2 = ? ? ??F F F PF Pq RR? ? ??2 2 2 (2－ 27) 式中， ?— ?軸繞 P 點(diǎn)順時(shí)針轉(zhuǎn)至 C 點(diǎn)所形成的角度。 D 點(diǎn)的坐標(biāo)可用下式確定 ? ? ?? ? ??D PD PDR qR q? ?? ???????c o s( )sin ( )0 (2－ 28) 將（ 2－ 26）式和（ 2－ 28）式分別代入（ 2－ 7）式，便可以得到 C 點(diǎn)和 D 點(diǎn)在 O— XYZ下的坐標(biāo)（ XC， YC， ZC） 和（ XD， YD， ZD）。 因此， C 點(diǎn)和 D 點(diǎn)的井斜角與方位角分別為 tga X YZ Ztg YXDC CC FCCC? ??????????2 2? (2－ 29) 及 tga X X Y YZ Ztg Y YX XDE D E DE DDE DE D? ? ? ??? ?????????( ) ( )2 2? (2－ 30) 由 Z 軸和 FC 直線所確定的平面是鉛垂面。在這個(gè)鉛垂面內(nèi)按給定的曲率半徑 R1可確定圓弧井段 AB，如圖 2－ 5 所示。 于是，造斜點(diǎn)井深為 ZA=ZFR1tgac2 (2－ 31) 同理，由 DE 和 ET 兩條直線確定一個(gè)斜平面，在這個(gè)斜平面上，可以用一個(gè)圓弧井段實(shí)現(xiàn)兩個(gè)斜直井段之間的平滑過(guò)渡。如圖 226 所示。 M E D R2 N ε T 圖 226 調(diào)整井段示意圖 若給定曲率半徑 R2，則 28 ?DM = (X X ) + (Y Y ) + (Z Z ) R tg 2= (X X ) + (Y Y ) + (Z Z )E D2E D2E D22T E2T E2T E2?????????????? ??MN RNT R tg221802 (2－ 32) 當(dāng)然，也可以根據(jù)具體情況設(shè)計(jì)成沒(méi)有斜直井段 DM 或 NT 的剖面。這時(shí)，可由（ 2－ 32）式確定出所需要的曲率半徑 R2。 至此，井眼軌道設(shè)計(jì)完畢，它由直井段（ OA ） — 造斜井段 （ AB） — 斜直井段（ BC ） — 繞障井段（ CD） — 斜直井段（ DM ） — 斜面圓弧井段（ MN）— 斜直井段（ NT ）組成。 二、 待鉆井眼軌跡的三維設(shè)計(jì) 分析國(guó)外現(xiàn)有的三維軌道設(shè)計(jì)方法，我們選用了符合國(guó)內(nèi)習(xí)慣的柱面法三維軌道設(shè)計(jì)。 三維軌道設(shè)計(jì)，首先是在水平投影面上進(jìn)行方位變化的軌道投影設(shè)計(jì)，然后再以此軌道的投影線為母線，沿垂深方向剖開(kāi)成一個(gè)圓柱面，在此柱面的展開(kāi)面上進(jìn)行井斜角變化的的設(shè)計(jì)。就好象是把水平投影軌道長(zhǎng)度作為一個(gè)當(dāng)量位移，來(lái)做的二維剖面設(shè)計(jì)。最后再將井斜角和方位角的變化組合到一起，完成最終的三維軌道整體設(shè)計(jì)。并求出不同垂深時(shí)的東西分量和南北分量。 適合水平井軌道水平投影設(shè)計(jì)的類(lèi)型有兩種 , 第一種是一次調(diào)方位類(lèi)型，如圖 227 所示。 這種類(lèi)型軌道設(shè)計(jì)的井口位置不在設(shè)計(jì)入靶確定的方位線上。第二種是二次調(diào)方位類(lèi)型，如圖 228 所示。 這種類(lèi)型軌道設(shè)計(jì)的井口位置在入靶確定的方位線上。很明顯，一次調(diào)方位類(lèi)型比二次調(diào)方位類(lèi)型簡(jiǎn)單。因此，應(yīng)盡可能使用第一種調(diào)方位類(lèi)型。 地面障礙物 A點(diǎn) B點(diǎn) 井眼設(shè)計(jì)方位 井口 圖 227 一次調(diào)方位軌道設(shè)計(jì)示意圖 29