定向井水平井轨迹控制技术.doc

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PAGE 1 PAGE 32 第二章 定向井井眼轨迹控制技术 前言 定向井是指按照预先设计的井斜方位和井眼轴线形状进行钻进的井,是相对于直井而言的,而且是以设计的井眼轴线形状为依据。直井的井斜角为零度,没有井斜方位角。尽管实钻的直井都有一定的井斜角,有的井斜角甚至很大,但仍然属于直井。定向井又可分为二维定向井和三维定向井。也是以设计的井眼轴线形状为依据划分的。凡是井眼轴线形状只在某个铅垂平面上变化的定向井,称为两维定向井,它们的井斜角是变化的,而井斜方位角则是不变的。三维定向井则是既有井斜角的变化,又有井斜方位角的变化。实钻的两维定向井,其井眼轴线都是既有井斜角的变化,又有井斜方位角的变化,但它仍然属于两维定向井。 定向井在石油勘探与开发中得到了广泛的应用。在地面上难以建立或不允许建立井场和安装钻井设备进行钻井的地区,要勘探开发地下的石油,唯一的办法是从该地区附近打定向井,在海洋或湖泊等水域上勘探开发石油,最好是建立固定平台或从岸边打定向井和丛式定向井。当在钻达油气层所经过的地层中,有难以穿过的复杂地层时,用定向井可以绕过这些复杂地层。为了扩大勘探效果和增加油井产量,可以打多底井、水平井以及丛式水平井、分支井或径向水平井等。在发生断钻具、卡钻以及井喷着火等恶性钻井事故的情况下,钻侧钻井、救援井是处理此类事故的有效方法。 我国的定向井钻井开始于1956年,在60年代,曾达到了相当高的水平,钻出了许多高难度的定向井,与当时世界先进水平的差距并不大。我国是世界上第二个钻成水平井的国家。但在60年代中期以后,我们与世界先进水平的差距拉大了,直到70年代中后期,开始大力研究和发展定向井,80年代以后,我国积极地学习国外先进技术,二十多年来,国外在定向井钻井技术最主要的进展是随钻测量仪器的出现和发展,螺杆钻具、金刚石钻头、可控弯接头和旋转导向钻井等工具发展,以及近几年来,自动化钻井系统、旋转地质导向钻井系统的出现与发展,都显著地提高了定向井钻井的技术水平。目前我国定向井钻井的主要差距仍然是仪器、工具和设备方面。 第一节 定向井基础 一、 定向井的基本概念 定向井是指按照预先设计的井斜方位和井眼轴线形状进行钻进的井,有三大井身要素,即:井深,井斜角、井斜方位角。 (1)井深:指井口(转盘面)至井底的井眼实际长度,人们通常称为斜深,单位为米,用小写字母m表示。 (2)测深:指井口(转盘面)至测点间的井眼实际长度,人们常称为测深。国外称为测量井深(Measure Depth),通常是以钻柱长度或电缆来量测的,也可说是测点的井深,通常是以测量装置(Angle Unit)的中点所在井深为准。单位为米,用小写字母m表示。 (3)井斜角:测点处的井眼方向线与重力线之间的夹角,称为该点的井斜角(见图2.1.1)。井斜角常常用希腊字母α表示。单位为度,用符号(°)表示。 (4)井斜方位角:是指以正北方位线为始边,顺时针旋转至井斜方位线所转过的角度(见图2.1.2)。井斜方位角常以希腊字母Φ表示。单位为度,用符号(°)表示。实际应用过程中常常简称为方位角。 B B 井口 图2.1.2 井斜方位角示意图 井底 井斜方位线 正北方位线 ΦB A ΦA 重力线 重力线 井眼方向线 αA B A αB 图2.1.1 井斜角示意图 (5)磁方位角:磁力测斜仪测得的井斜方位角是以地球磁北方位线为准的,称磁方位角。 (6)磁偏角:磁北方位线与真北方位线并不重合,两者之间有一个夹角,这个夹角称为磁偏角。磁偏角又有东磁偏和西磁偏角之分,当磁北方位线在正北方位线以东时,称为东偏角;当磁北方位线在正北方位线以西时称为西偏磁偏角。进行磁偏角校正时按以下公式计算: 真方位角=磁方位角+东偏磁偏角 真方位角=磁方位角-西偏磁偏角 真北极 真北极 真北极方位线 图2.1.3磁偏角示意图 西磁偏角 东磁偏角 磁北方向线 B地 A地 (7)井斜变化率:是指井斜角随井深变化的快慢程度,常以Kα表示,精确的讲井斜变化率是井斜角度(α)对井深(L)的一阶导数。 ⊿α Kα= ─── ⊿L 井斜变化率的单位为每米度,表示为(°/m),应用过程中常以(°/100m)或(°/30m)。 (8)井斜方位变化率:是指井斜方位角随井深变化的快慢程度,常用KΦ表示。实际应用中简称方位变化率,计算公式如下: ⊿Φ

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