【正文】 α m TV TB 圖 214 解析計(jì)算法圖形 以前在采用查圖法和幾何作圖法進(jìn)行軌道設(shè)計(jì)時(shí)，通常都是只能求解某個(gè)固定的未知參數(shù)，由于計(jì)算機(jī)在石油鉆井領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，現(xiàn)在的定向井軌道設(shè)計(jì)已經(jīng)基本上采用了計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)，這就使得軌道設(shè)計(jì)的靈活性得到了充分的體現(xiàn)，配合解析幾何設(shè)計(jì)方法，能22 VSL ????22 RLH ?? 18 夠?qū)θ魏蝺蓚€(gè)未知參數(shù)進(jìn)行求解，這就使得定向井軌道設(shè)計(jì)變得更加靈活，更加多樣化了。這種計(jì)算方法的最大特點(diǎn)是計(jì)算準(zhǔn)確、求解對(duì)象可靈活改變。這種方法由于計(jì)算復(fù)雜、工作量太大，在計(jì)算機(jī)普及之前，未能得到廣泛的應(yīng)用。目前使用最多的是下面將要介紹的解析計(jì)算法。然后用比例尺和量角規(guī)量出需要的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。 / 30米標(biāo)準(zhǔn)造斜率曲線 圖。在該圖上，就可查出未知的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。這樣，各種不同的造斜率下作出的圖形，就可得到一套圖表。 1． 查圖法 這是國(guó)外以前常用的設(shè)計(jì)方法之一。 （一） 常用兩維軌道設(shè)計(jì)方法 目前常用的兩維定向井軌道設(shè)計(jì)，采用的是恒定造斜率的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)軌道由鉛垂面內(nèi)的圓弧和直線組成。 常規(guī)設(shè)計(jì)方法指的是在兩維平面內(nèi)作的軌道設(shè)計(jì)，即設(shè)計(jì)的井眼軸線只在某個(gè)給定的鉛垂面內(nèi)變化，也就是說(shuō)，只有井斜角的變化，沒(méi)有方位角的變化。電測(cè)、完井作業(yè)施工的難度很大，易發(fā)生井壁垮塌。50176。時(shí)，既能有效地調(diào)整井斜角和方位，也能順利地鉆井、固井和電測(cè)。時(shí)，方位難以控制； 2． 井斜角在 15176。另外，它對(duì)方位控制、電測(cè)、鉆速都有明顯的影響。而井斜角太大時(shí)，施工難度卻又增加。 （五）選擇合適的穩(wěn)斜段井斜角和入靶井斜角 井斜角的大小，直接影響了軌跡的控制。并要考慮滿足采油工藝的需求。盡可能把造斜點(diǎn)選擇在比較穩(wěn)定、均勻的硬地層，避開(kāi)軟硬夾層、巖石破碎帶、漏失地層、流沙層、易膨脹或 易坍塌的地段，以免出現(xiàn)井下復(fù)雜情況，影響定向施工。 因此，應(yīng)結(jié)合鉆頭、動(dòng)力馬達(dá)的使用壽命限制，選擇出合適的造斜段長(zhǎng)，一方面能達(dá)到要求的井斜角，另一方面能充分利用單只鉆頭和動(dòng)力馬達(dá)的有效壽命。 若造斜井段過(guò)短，則可能要求很高的造斜率，一方面造斜工具的能力限制，不易實(shí)現(xiàn)，另一方面過(guò)高的造斜率給井下安全帶來(lái)了不利因素。 若造斜井段過(guò)長(zhǎng)，一方面由于動(dòng)力鉆具的機(jī)械鉆速偏低，使施工周期加長(zhǎng)，另一方面由于長(zhǎng)井段使用動(dòng)力鉆具，必然造成鉆井成本 的上升。 /100米。 常用的造斜率范圍是 4176。 另外，造斜率過(guò)低，會(huì)增加造斜段的工作量。這樣，鉆具、儀器 15 和套管都容易通過(guò)。 圖 211 (二 )選擇合適的井眼曲率 井眼曲率的選擇，要考慮工具造斜能力的限制和鉆具剛性的限制，結(jié)合地層的影響，留出充分的余地，保證設(shè)計(jì)軌道能夠?qū)?現(xiàn)。而降斜井段的鉆具軸向分力，與重力在軸向的分力方向相同，會(huì)增加鉆具與井壁的摩擦阻力。 從鉆具受力的角度來(lái)看：目前普遍認(rèn)為，降斜井段會(huì)增加井眼的摩阻，引起更多的復(fù)雜情況。要綜合地進(jìn)行考慮。 一、設(shè)計(jì)原則： 一口定向井的總設(shè)計(jì)原則，應(yīng)該是能保證實(shí)現(xiàn)鉆井目的，滿足采油工藝及修井作業(yè)的要求，有利于安全、優(yōu)質(zhì)、快速鉆井。“好的設(shè)計(jì)是成功的一半”。而每種設(shè)計(jì)方法，都有一定的設(shè)計(jì)原則。 5）定向井靶區(qū)半徑標(biāo)準(zhǔn) 不同井深靶區(qū)半徑要求（總公司標(biāo)準(zhǔn)） 靶區(qū)垂深（米） 靶區(qū)半徑（米） 靶區(qū)垂深（米） 靶區(qū)半徑（米） ≤ 1000 ≤ 30 ≤ 3000 ≤ 80 ≤ 1500 ≤ 40 ≤ 3500 ≤ 100 ≤ 2020 ≤ 50 ≤ 4000 ≤ 120 ≤ 2500 ≤ 65 ≤ 4500 ≤ 140 14 第二章 定向井、叢式井、水平井設(shè)計(jì)與計(jì)算分析 第一節(jié) 定向井、水平井二維軌道設(shè)計(jì) 一口定向井的實(shí)施，首先要有一個(gè)軌道設(shè)計(jì)，才能以此設(shè)計(jì)為依據(jù)進(jìn)行具體的定向井鉆井施工。 4）設(shè)備要求（鉆機(jī)） 13 根據(jù)定向井垂直井深、水平位移、井身結(jié)構(gòu)和井眼曲率選擇設(shè)備類型。井身軌跡設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表，特殊工藝技術(shù)措施。附最新井位構(gòu)造圖、油藏剖面圖、設(shè)計(jì)軌跡水平投影圖和垂直投影 圖。 3）定向井設(shè)計(jì) 地質(zhì)設(shè)計(jì)在坐標(biāo)初測(cè)后提出初步設(shè)計(jì)，在坐標(biāo)復(fù)測(cè)后提出正式設(shè)計(jì)。多目標(biāo)井井口位置在第一靶點(diǎn)和最后一個(gè)靶點(diǎn)聯(lián)線的延長(zhǎng)線上。 2）地面井口位置的選擇 工程、地質(zhì)設(shè)計(jì)及測(cè)量人員根據(jù)井位坐標(biāo)和地面實(shí)際條件確定井口位置和井架整托方向（叢式井）。叢式井坐標(biāo)需一同下發(fā)，以便作出叢式井整體設(shè)計(jì)。 的點(diǎn) 26) 入口窗口高度：入靶點(diǎn)垂直方向上下誤差之和 27) 入口窗口寬度：入靶點(diǎn)水平方向左右誤差之和 28) 出口窗口高度：出靶點(diǎn)垂直方向上下誤差之和 29) 出口窗口寬度：出靶點(diǎn)水平方向左右誤差之和 30) 著陸點(diǎn)允許水平偏差：著陸點(diǎn)允許水平方向前后的誤差 31) 單彎動(dòng)力鉆具：動(dòng)力鉆具殼體上具有一個(gè)彎曲角度的動(dòng)力鉆具，特點(diǎn)是造斜率較彎接頭組合高，鉆頭偏移較小 32) 雙彎動(dòng)力鉆具：同向雙彎，動(dòng)力鉆具殼體上具有兩個(gè)彎曲方向相同的彎曲角度的動(dòng)力鉆具，具有比單彎動(dòng)力鉆具 更高的造斜率 33) DTU 動(dòng)力鉆具（異向雙彎）：動(dòng)力鉆具殼體上具有兩個(gè)彎曲方向相反的彎曲角度的動(dòng)力鉆具，鉆頭偏移最小，不僅可以導(dǎo)向鉆進(jìn)，而且可以配合轉(zhuǎn)盤鉆進(jìn)；附：常用單彎動(dòng)力鉆具、雙彎動(dòng)力鉆具、 DTU（異向雙彎）造斜率表。 21）反扭角：使用井底動(dòng)力鉆具鉆進(jìn)時(shí)，都存在一個(gè)與鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的扭矩，由于該扭矩的作用，使得井底鉆具外殼向逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，該角度被稱為反扭角。 19）裝置角：造斜工具彎曲方向的平面與原井斜方向所在平面的來(lái)夾角，通常用ω 表 示。 12 17）磁性工具面角：造斜工 具彎曲的平面與正北方位所在平面的夾角。 15）高邊：在斜井段用一個(gè)垂直于井眼軸線的平面于井眼（這時(shí)的井眼不能理解為一條線，而是一個(gè)具有一定直徑的圓）相交，由于井眼是傾斜的故井眼在該平面上有一個(gè)最高點(diǎn)，最高點(diǎn)與井眼圓心所形成的直線及為井眼的高邊。在實(shí)際定向井鉆井過(guò)程中，這個(gè)投影面選在設(shè)計(jì)方位線上。 13）平移方位角：又稱為閉合方位角（ Closure Azimuth），常用θ表示， 是 指以正北方位線為始邊順針?lè)较蜣D(zhuǎn)至平移方位線上所轉(zhuǎn)過(guò)的角度。 12）水平位移：簡(jiǎn)稱平移，是指測(cè)點(diǎn)到井口垂線的距離。 11）水平投影長(zhǎng)度：是指自井口至測(cè)點(diǎn)的井眼長(zhǎng)度在水平面上的投影長(zhǎng)度。 第二套公式：（由于誤差較大，現(xiàn)場(chǎng)使用少略） 第三套公式：γ＝ SQR（α 12＋α 22－ 2α 1α 2COSΔΦ） B a2 γ 0 A a1 圖 第三套公式圖解法（參見(jiàn)圖 ）： （ 1）．選取一定比例，經(jīng)一定長(zhǎng)度代表單位角度，作線段 OA，使其長(zhǎng)度代表α 1； （ 2）．作 OB線段，使∠ BOA＝ΔΦ； （ 3）．按步驟 (1)的比例，量 OB＝α 2； （ 4）．連接 A、 B，并量取 AB的長(zhǎng)度，按步驟 (1)的比例換算成角度，既為γ． 10）垂深（垂直井深）：即某測(cè)點(diǎn)的垂直深度，以 H表示。后四種辦法皆來(lái)源于公式法。用公式表達(dá)如下： γ Ｋ＝─── Δ L 實(shí)際鉆井中，井眼曲率的計(jì)算方法：目前計(jì)算井眼曲率的方法有很多。 9）全角變化率（狗腿嚴(yán)重或井眼曲率）：從井眼內(nèi)的一個(gè)點(diǎn)到另一個(gè)點(diǎn)，井眼前進(jìn)方向變化的角度（兩點(diǎn)處井眼前進(jìn)方向線之間的夾角）， 該角 度既反映了井斜角度的變化又反映了方位角度的變化，通常稱為全角變化值。 8）井深方位 變化率：實(shí)際應(yīng)用中簡(jiǎn)稱方位變化率， 是指井斜方位角隨井深變化的快慢程 度，常用 KΦ表示。 進(jìn)行磁偏角校正時(shí)按以下公式計(jì)算： 真方位角＝磁方位角＋東偏磁偏角 真方位角 =磁方位角－西偏磁偏角 7 ）井斜變化率：是指井斜角隨井深變化的快慢程度，常以 Kα表示， 精確的講井斜變化率是井斜角度（α）對(duì)井深（ L ）的一階導(dǎo)數(shù)。 井口 A B 正北方位線 α A 井斜方向線 井底 B 井斜方位角Φ B 重力線 α B 井斜方位線 圖 井斜角示意圖 圖 井斜方位角示意圖 10 6）磁偏角：磁北方位線與真北方位線并不重合，兩者之間有一個(gè)夾角，這個(gè)夾角稱為磁偏角。實(shí)際 西磁偏角 應(yīng)用過(guò)程中常常簡(jiǎn)稱為方位角。 4 ）井斜方位角：是指以正比方位線為始 東磁偏角 邊，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)至井斜方位線所轉(zhuǎn)過(guò) 的角度（見(jiàn)圖 ）。 真北極 3)井斜角：該測(cè)點(diǎn)處的井眼方向線與重 力線之間的夾角（見(jiàn)圖 ）。國(guó)外 稱為測(cè)量深度（ Measure Depth）。 /30米 曲率半徑 304— 914米 291— 87米 12— 6米 井眼尺寸 無(wú)限制 12 1/4″ — 4 3/4″ 6 1/4″ — 4 3/4″ 鉆井方式 轉(zhuǎn)盤鉆或?qū)蜚@井系統(tǒng) 造斜段：特種馬達(dá)或?qū)蜚@井系統(tǒng) 水平段：轉(zhuǎn)盤鉆井或?qū)蜚@井系統(tǒng) 以使用特種工具的轉(zhuǎn)盤鉆進(jìn)為主，目前也使用特種馬達(dá)方式 鉆 桿 常規(guī)鉆桿 15176。 /30米 15176。 /30米 6176。 水平井的類型及各種類型水平井的特點(diǎn) 1） ．水平井的類型： 根據(jù)水平井曲率半徑的大小分為： 長(zhǎng)曲率半徑水平井（小曲率水平井）； 中曲率半徑水平井（中曲率水平井）； 短曲率半徑水平井（大曲率水平井）。的井； 瑞典和美國(guó)研制出測(cè)量井眼空間位置的儀器， 1888 年俄國(guó)也設(shè)計(jì)出了測(cè)斜儀器； 1929 年，美國(guó)國(guó)加利福尼亞州鉆成了幾米長(zhǎng)的水平分支井筒； 30 年代，美國(guó)開(kāi)始用撓性鉆具組合在垂直井內(nèi)鉆曲率半徑小的水平井分支井眼； 1954 年蘇聯(lián)鉆成第一口水平井； 1964 年 — 1965 年我國(guó)鉆成兩口水平井，磨 — 3 井、巴 — 24 井； 自 80 年代以來(lái)，隨著先進(jìn)的測(cè)量?jī)x器、長(zhǎng)壽命馬達(dá)和新型 PDC 鉆頭等技術(shù)的發(fā)展，水平井鉆井大規(guī)模高速度的發(fā)展起來(lái)。并保持這種角度鉆完一定長(zhǎng)度水平段的定向井。 發(fā)展了導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)初步研制出徑向水平井造斜工藝 測(cè)量方式 氫氟酸測(cè)斜儀，機(jī)械式羅盤的電測(cè)井方法。 數(shù)據(jù)測(cè)量使用電測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)。各種專用井下工具系列化 發(fā)展了復(fù)合式 動(dòng)力鉆具，導(dǎo) 向鉆井系統(tǒng)， 長(zhǎng)壽命 PDC 鉆 頭等 發(fā)展成熟多分枝井回接工藝 地質(zhì)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng) 測(cè)量方式 氫氟酸玻璃管 刻線法和地面 定向法 機(jī)械式羅盤， 精度較高的單 多點(diǎn)照相測(cè)斜儀 有線隨鉆測(cè)斜 儀投入工業(yè)性 使用，無(wú)線隨 鉆測(cè)斜儀研制 成功 多種無(wú)線隨鉆 測(cè)斜系統(tǒng)投入 工業(yè)使用和發(fā) 展了電子測(cè)量 系統(tǒng)和陀螺測(cè) 量系統(tǒng) 發(fā)展成熟帶地質(zhì)參數(shù)的無(wú)線隨鉆測(cè)斜儀 6 我國(guó)定