定向井井眼轨道设计课件.ppt

1、3-1 井眼轨道设计基础井眼轨道设计基础3-2 二维常规轨道设计方法二维常规轨道设计方法3-3 微曲稳斜轨道设计方法微曲稳斜轨道设计方法3-4 待钻井眼轨道设计方法待钻井眼轨道设计方法3-5 多目标点三位轨道设计方法（补充）多目标点三位轨道设计方法（补充）1、轨道设计概述、轨道设计概述2、轨道设计原则、轨道设计原则3、轨道自由度及轨道约束方程、轨道自由度及轨道约束方程4、轨道设计的一般步骤、轨道设计的一般步骤l 一般要给定的条件：一般要给定的条件：、等；等；l 给定进入目标的要求：给定进入目标的要求：斜角斜角等；等；根据设计条件，设计出根据设计条件，设计出轨道。轨道。l 造斜点、增斜率、降斜率

2、的选择（造斜点、增斜率、降斜率的选择（）；）；l 轨道关键参数的求得（轨道关键参数的求得（）。）。尽可能选择简单轨道：尽可能选择简单轨道：探井选择最简单的三段式轨道；探井选择最简单的三段式轨道；开发井必要时可选择开发井必要时可选择S形的五段式轨道；形的五段式轨道；其他轨道根据需要选择。其他轨道根据需要选择。（2）尽可能减小最大井斜角，尽可能减小施工难度。）尽可能减小最大井斜角，尽可能减小施工难度。（3）开发井目的层井段的井斜角以）开发井目的层井段的井斜角以15为宜，不要小于为宜，不要小于10。（4）造斜率选择：）造斜率选择：增斜率一般控制在增斜率一般控制在3 /30m左右，不超过左右，不超过4

3、.5 6 /30m；降斜率一般控制在降斜率一般控制在1.5 /30m左右。左右。（5）造斜点选择：）造斜点选择：应避开复杂地层应避开复杂地层(漏失、坍塌、缩径、膨胀、高压等漏失、坍塌、缩径、膨胀、高压等)，可钻性，可钻性以中等为宜，太软太硬都不好；以中等为宜，太软太硬都不好；造斜点距离上层套管鞋最小应有造斜点距离上层套管鞋最小应有50m远，防止造斜时损坏套管。远，防止造斜时损坏套管。（6）钻机选择：与同井深的直井相比，钻机功率大）钻机选择：与同井深的直井相比，钻机功率大3050%。30003500m的定向井应用的定向井应用4500m钻机；钻机；4500m的定向井应用的定向井应用6000m钻机。

4、钻机。（7）定向井裸眼段内尽可能不搞中途测试。必要时需经过充）定向井裸眼段内尽可能不搞中途测试。必要时需经过充分论证，防止井下事故。分论证，防止井下事故。（8）探井一定要注意及时测斜，尽可能在每次起钻前投测）探井一定要注意及时测斜，尽可能在每次起钻前投测“多多点点”；以防备万一井喷着火需要打救援井时，有井眼轨迹数据可用。；以防备万一井喷着火需要打救援井时，有井眼轨迹数据可用。（9）丛式井要注意井口井底布置、造斜点位置和钻井顺序：）丛式井要注意井口井底布置、造斜点位置和钻井顺序：位移大的井放在外围，造斜点相对高；位移大的井放在外围，造斜点相对高；位移小的井放在内部，造斜点相对低；位移小的井放在内

5、部，造斜点相对低；相邻两口井得造斜点应该上下错开相邻两口井得造斜点应该上下错开50100m（防磁干扰）；（防磁干扰）；开钻顺序：除直井首先打外，其他定向井应该先打造斜点高的开钻顺序：除直井首先打外，其他定向井应该先打造斜点高的井，后打造斜点低的井（井，后打造斜点低的井（防磁干扰、防井眼碰撞）防磁干扰、防井眼碰撞）。（10）海上丛式井可使用倾斜导管或弯曲导管；）海上丛式井可使用倾斜导管或弯曲导管；l 将将的的形状完全固定需形状完全固定需要确定的要确定的称为称为自由度为自由度为1（L L、D D 等，任给等，任给1 1个即可）个即可）自由度为自由度为2（L L、D D、K K 等，任给等，任给2

6、2个即可）个即可）自由度为自由度为3（L L、）自由度为自由度为4；（；（1214）：自由度为：自由度为7；（；（121217）：自由度为：自由度为7。（121217）：约束方程数为：约束方程数为2；(Dt，St）：约束方程数为：约束方程数为3；(Dt，St，t）：约束方程数为：约束方程数为3。(Dt，St，t）需要补充确定的参数个数为需要补充确定的参数个数为4-2=2；需要补充确定的参数个数为需要补充确定的参数个数为7-3=4；需要补充确定的参数个数为需要补充确定的参数个数为7-3=4。tiDD tiSS tiNN tiEE tiDD sincosLSLLDLp（已知）（已知）l二维轨道，平

7、长二维轨道，平长Lp与平移与平移S是一样的。是一样的。l三维轨道，平长三维轨道，平长Lp与平移与平移S是不一样的。是不一样的。sinsincossinsincosLELNLLLDLp（已知）（已知）211212coscos)sin(sin)(RSLRDRLp对于二维轨道，平长对于二维轨道，平长Lp与平移与平移S是一样的。是一样的。bbaabbaabapbaRERNRLRDRL sinsinsinsin2tancossincossin2tansinsin2tan)cos(cos2tan对于三维轨道，平长对于三维轨道，平长Lp与平移与平移S是不一样的。是不一样的。l目标点的垂深目标点的垂深、水平位

8、移、水平位移（）、井斜角、井斜角（）及设计方位角）及设计方位角；l造斜点井深造斜点井深 及井斜角及井斜角；l造斜半径造斜半径和和；l一般情况下，造斜点以上设计成垂直井段，一般情况下，造斜点以上设计成垂直井段，；如果使用；如果使用，则，则，可根据给定的，可根据给定的和和计算出计算出。aaaDStan多靶三段式轨道多靶三段式轨道双增式轨道双增式轨道五段式轨道五段式轨道三段式轨道三段式轨道l 凡无特殊要求的单靶定向井，均选择凡无特殊要求的单靶定向井，均选择；l 井口可以移动的多靶定向井，可选井口可以移动的多靶定向井，可选；l 井口不可移动的多靶定向井，需按如下计算结果进行判断、选择：井口不可移动的多

9、靶定向井，需按如下计算结果进行判断、选择：aateRDDDsin1aateRSSScos11RRe若若 ，则选，则选；若若 ，则选，则选；若若 ，则选，则选。btbtbteeeeeebSRRSDD 2221tan2 aateRDDDsin1aateRSSScos11RReeewebSRLD1tan2222eeewRSDL tbwbaatbwabaSLRSDLRD sincoscoscossinsin11 ebwbeebwbeSLRDLR sincoscossin、，；、；、。和和 ttbbwbaatbtbwabaSRLRSDRLRD coscossincoscossinsincossinsin

10、2121212121coscossinsinRRRRRSSSRRDDDetaatetaate ebwbeebwbeSLRDLR sincoscossineewebSRLD1tan2222eeewRSDL 上述公式与上述公式与钻井工程理论与技术钻井工程理论与技术课本第课本第190页页 双增双增式轨道设计公式（式轨道设计公式（5-47）（）（5-51）完全相同。）完全相同。weeeeewebLDSRSRLD 11tan2tan2 222eeewRSDL eeweeeeweeewbDSLRRSDLRDSL111tantantan ebwbeebwbeSLRDLR sincoscossineweeew

11、eeeebRLSDDLRSDS12211221tansintansin )sin,cos()sin,cos(222111ttttaaaaRDRSORDRSO（两圆弧半径之差）（圆心线对应的平增）（圆心线对应的垂增）212121coscossinsinRRRRRSSSRRDDDetaatetaate圆心坐标圆心坐标21212121212222221sin,sin;tan,tan;OOLcOOOODRLcOOSDcOOLRSDOOweeweebweee ebwbeebwbeSLRDLR sincoscossin111cossinRRRSSSRDDDeaateaateeewebSRLD1tan222

12、2eeewRSDL tbwbaatbwabaSLRSDLRD sincoscoscossinsin11 ebwbeebwbeSLRDLR sincoscossineewebSRLD1tan2222eeewRSDL ttbbwbaatbtbwabaSRLRSDRLRD coscossincoscossinsincossinsin2121212121coscossinsinRRRRRSSSRRDDDetaatetaatejajLLLRLjaj/)sin(sinajajRDD)cos(cosjaajRSS0cosjjSN0sinjjSEjajLLL0cosjjSN0sinjjSEajajajLDDc

13、osajajLSSsin、，；、；。ttwataDLRD cossinsin1 tatatwRDDL cossinsin1 ttwtaaSLRS sincoscos13-1 设计条件：设计条件：Ht=1418m，St=930m，Ha=190m，a=0，K1=3/30m，试设计该定向井轨道。试设计该定向井轨道。3-2 设计条件：设计条件：Ht=3230m，St=1970m，t=17.50，Ha=270m，a=0，R1=810m，R2=1580m，靶前稳斜段长靶前稳斜段长482m（提示：目标点在该段（提示：目标点在该段终点处）终点处），试设计该定向井轨道。，试设计该定向井轨道。要求：先根据轨道自由

14、度和约束条件选择轨道形式，再根据有关计算公要求：先根据轨道自由度和约束条件选择轨道形式，再根据有关计算公式进行设计，设计结果按下表形式给出。式进行设计，设计结果按下表形式给出。l“微降稳斜轨道微降稳斜轨道”和和“微增稳斜轨道微增稳斜轨道”，都属于，都属于。对策对策1：使用常规稳斜钻具，往往出现降斜。可将轨道设计使用常规稳斜钻具，往往出现降斜。可将轨道设计成成 对策对策2：设计成设计成。微增钻。微增钻具的刚度比稳斜钻具的刚度小，有利于钻柱起下、防止卡钻。具的刚度比稳斜钻具的刚度小，有利于钻柱起下、防止卡钻。l目标点参数：垂深目标点参数：垂深、水平位移、水平位移（）、井斜角井斜角（）及设计方位角）

15、及设计方位角；l造斜点：井深造斜点：井深 及井斜角及井斜角；l造斜半径造斜半径、和和。aaaDS tan l一般情况下，造斜点以上设计成垂直井段，一般情况下，造斜点以上设计成垂直井段，；若使用；若使用斜井斜井钻机钻机，则，则，可根据给定的，可根据给定的和和 计算出计算出。l 凡无特殊要求的单靶定向井，均选择凡无特殊要求的单靶定向井，均选择 ；l 井口可以移动的多靶定向井，可选井口可以移动的多靶定向井，可选；l 井口不可移动的多靶定向井，需按如下计算结果进行判断选择：井口不可移动的多靶定向井，需按如下计算结果进行判断选择：aateRDDDsin1aateRSSScos1若若 ，则选，则选；若若

16、，则选，则选；若若 ，则选，则选。btbtbt eeeeweewbDSSDRRSDRRR1221222111tan22sin aHaSHHtatdR1RwbtbSt、；、；、。tbtwabaDRRD sinsinsinsin1 111sinsinsinRRRRDDwtwaatb ttccbwbaatctbcwabaSRRRSDRRRD coscoscoscoscoscossinsinsinsinsinsin2121 taatetaateRRSSSRRDDD coscossinsin2121 ecwbwecwbwSRRRRDRRRR coscossinsin2121 21222221112212

17、2212212costan2sinRRRRSDRRRRDSSDRRSDRRRRwweewwbceeeeweewwb 某定向井设计条件：某定向井设计条件：Ht=1418m，St=930m，Ha=190m，a=0，K1=3/30m，Kw=0.3/30m，试设计该井轨道。，试设计该井轨道。轨轨道约束数和自由度数相等，因此轨道形状可以确定。道约束数和自由度数相等，因此轨道形状可以确定。Ht=1418m和和St=930m是轨道约束方程条件；是轨道约束方程条件；Ha=190m、K1=3/30m和和Kw=0.3/30m是附加约束条件；是附加约束条件；a=0是轨道起点条件，不是约束。是轨道起点条件，不是约束。

18、aHaSHHtatdR1RwbtbSt)(71.48)(85.02cos)(63.36)(6393.0arctan2sin2122222112212221221radRRRRSHRRRRradHSSHRRSHRRRRwweewwbteeeeweewwb)(04.357sincoscos)(1228cossinsin2121mLRRSSSmLRRHHHtdttaatetdttaate00)(578.57293.0/30180)(9578.5723/3018021dtwLRmRmRaHaSHHtatdR1RwbtbSt0tan)(1900)(190cos/aaaaaaaaHSmHmHL)(17.1

19、13coscos)(87.531)sin(sin)(63.36)(33.556)(111mRSSmRHHmRLLbaabababbabab)(930coscos)(1418)sin(sin)(71.48)(73.1763)(mRSSmRHHmRLLcbwbtbcwbttbcwbt设计条件：设计条件：Ht=1418m，St=930m，Ha=190m，a=0，K1=3/30m，Kw=0.3/30m。3-3 已知：已知：Ht=3230m，St=1970m，t=17.50，Ha=270m，a=0，R1=810m，R2=1580m，Rw=5800m，靶前稳斜段靶前稳斜段长长482m。试设计该井轨道。试设

20、计该井轨道。要求：先根据轨道自由度和约束条件选择轨道形式，然后根据有要求：先根据轨道自由度和约束条件选择轨道形式，然后根据有关公式进行设计，设计结果按下表形式给出。关公式进行设计，设计结果按下表形式给出。l在定向井轨迹控制过程中，实钻轨迹与设计轨道往往出在定向井轨迹控制过程中，实钻轨迹与设计轨道往往出现偏差。若这种偏差较小，不影响中靶，可继续钻进，现偏差。若这种偏差较小，不影响中靶，可继续钻进，否则就需要进行否则就需要进行。l因为实钻轨迹井底的井斜方位线与目标点所在的设计方因为实钻轨迹井底的井斜方位线与目标点所在的设计方位线通常不重合，所以待钻轨道设计位线通常不重合，所以待钻轨道设计。垂深垂深

21、、平长、平长 、N坐标坐标、E坐坐标标、井斜角、井斜角 及方位角及方位角等；等；垂深垂深、N坐标坐标 和和E坐标坐标；、等等；l根据中靶要求不同，目标点的井斜角根据中靶要求不同，目标点的井斜角 及方位角及方位角也可能也可能是给定的。是给定的。l对中靶对中靶的：选择的：选择“”轨道轨道；l要求要求的：选择的：选择“”轨道轨道；l要求要求的：选择的：选择“”轨道轨道：tbbwbboootbbwbboootbwbooELRENLRNDLRD sinsinsinsinsinsin2tancossincossincossin2tancoscoscos2tan111MR1btoLw选择选择“”轨轨道道 2

22、221222sinsincossincoscosotototoootoootoototototEENNDDEENNDDMotEENNDDot EooNooHoooEotNotHottttoooeeeeeoMOeEEeNNeDDotENDtENDO sinsincossincos),(),(；单位向量，点井斜方向线点点MR1btoSeDeoteotemotoo coseeeeweeeeeeeSRSDLSRSRSDD222tan222221 1sincosRRMototSMototDeee 222222122)2tan()2tan()(weeeeweeeeLRSRDLRtoRSD bbooobbb

23、ooobboobMtMtMtMtMtMtbMtMtMtMtbobREERNNRDDNNNNEENNNNEEEENNDDDDRLL sinsinsinsin2tancossincossin2tancoscos2tan)(/tan)(/tancos1111122211oooMoooMooMREERNNRDD sinsin2tancossin2tancos2tan111 MR1btoSeDeaajamaajamajamREERNNRDD sinsin2tancossin2tancos2tan bbjbnbbjbnbjbnREERNNRDD sinsin2tancossin2tancos2tan jj

24、aajajjjaajajjajajmnmnmnmnmnmnjmnmnmnmnjjjjajREERNNRDDNNNNEENNNNEEEENNDDDDRLLLL sinsinsinsin2tancossincossin2tancoscos2tan)(/tan)(/tancos/;112221abmnRjj、及及等等、和和；、等等。tttwttoooowotttwttoooowottwtoowoELRLENLRLNDLRLDsinsinsinsinsinsin2tansinsincossincossincossin2tancossincoscoscos2tancos211211211选择选择“”轨轨

25、道道、及及等等、和和；、等等。tttwttoooowotttwttoooowottwtoowoELRLENLRLNDLRLD sinsinsinsinsinsin2tancossincossincossincossin2tancossincoscoscos2tancos211211211选择选择“”轨轨道道、及及等；等；、和和；、和和Lw等等。ttwttbbbbwbboootttwttbbbbwbbooottwtbbwbootLRLREELRLRNNLRLRDD sinsinsinsinsinsin2tansinsinsinsinsinsin2tancossincossincossin2tan

26、cossincossincossin2tancoscoscos2tancoscoscos2tan222111222111222111选择选择“”轨道轨道3-4 设计条件：设计条件：Lo=2750m，o=170，o=3430，Ho=2742m，No=-32.2m，Eo=-30.5m，Lpo=70m，Ht=3900m，Nt=-576.1m，Et=-542m，R1=810m，试设计该待钻轨道。，试设计该待钻轨道。要求：先根据轨道自由度和约束条件选择轨道形式，再根据有关计要求：先根据轨道自由度和约束条件选择轨道形式，再根据有关计算公式进行设计，设计结果按下表形式给出。算公式进行设计，设计结果按下表形式给出。