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1、第二节 定向井井身剖面设计,第二节 定向井井身剖面设计,基本概念井身剖面设计原则造斜点井眼曲率最大井斜角剖面类型设计方法,主要内容：,第二节 定向井井身剖面设计,目的：选择满足要求的井身剖面类型设计剖面结构参数,井身剖面：well profile 所钻井眼达到目标点的井眼路径或轨迹。 井身剖面是由各种不同类型的单一形状空间直线或曲线组成的。,第二节 定向井井身剖面设计,一、名词解释,O,A,B,C,D,E,直井段: 井斜角为0造斜点：开始定向造斜的位置增斜段：井斜角随井深增加的井段定向造斜段：造斜点以下的增斜段稳斜段：井斜不变的井段降斜段：井斜角随井深增加而减小的井段,第二节 定向井井身剖面设
2、计,一、名词解释,O,A,B,C,D,E,目标点：设计规定必须钻达的地下空间位置。靶 区：实钻轨迹允许偏离的区域。有多种形状。靶区半径：允许实钻轨迹偏离设计目标点的水平距离。靶心距：实钻井眼轨迹与靶区平面的交点与靶点间的距离。,第二节 定向井井身剖面设计,一、名词解释,O,A,B,C,D,E,工具造斜率：造斜工具在单位长度井眼能增加的井斜值增斜率：单位长度井眼增加的井斜值降斜率：单位长度井眼降低的井斜值,二、定向井井身剖面设计的原则1、保证实现钻定向井的目的根据不同的定向井钻井目的对定向井井身剖面进行合理设计例如：裂缝性油藏：横穿裂缝薄油层：大斜度或水平井低渗块状油层：多底井,第二节 定向井井
3、身剖面设计,1、保证实现钻定向井的目的救援：目标层位、靶区半径、简单（快速、经济）,第二节 定向井井身剖面设计,落鱼侧钻：避开落鱼、一定水平位移整块油藏：按开发井网布置要求,第二节 定向井井身剖面设计,2、考虑地面条件限制地面条件是确定定向井井位和丛式井平台位置的重要依据，还需考虑交通、采油、油气集输等方面的需要。,第二节 定向井井身剖面设计,3、正确选择造斜点、井眼曲率、和最大井斜角原则：上述参数的选择应有利于采油、修井作业和钻井施工。,第二节 定向井井身剖面设计,（1）造斜点的选择原则：选在比较稳定、均匀的地层尽量在软中硬地层造斜，并考虑钻头类型尽量在方位漂移不大的地层造斜应考虑垂深、水平
4、位移、与最大井斜的要求，造斜点高则水平位移大，井斜小、低则相反。,第二节 定向井井身剖面设计,（2）最大井斜角：45o测井、完井施工难度大、扭方位困难、扭矩大、井壁不稳一般15o45o。,第二节 定向井井身剖面设计,第二节 定向井井身剖面设计,（3）井眼曲率井眼曲率变化的影响：过小：造斜井段过长，增加轨迹控制工作量过大：造成钻具偏磨、摩阻过大、键槽、其它井下作业（如测井、固井、射孔、采油等）的困难。控制原则：定向井中应控制其最大值 5o-12o/100m，最大不超过16o/100m。,4、剖面设计应有利于安全、快速钻进，降低钻井成本 在满足钻井目的前提下，尽量选用比较简单的剖面类型； 尽量利用
5、地层自然造斜规律； 尽量利用拥有的造斜工具造斜能力； 尽量使井身轨迹短，尽可能保持较长的直井段。,第二节 定向井井身剖面设计,三、井身剖面类型的选择1、常规二维剖面二维定向井剖面指设计井眼轴线仅在设计方位线所在铅垂平面上变化的定向井剖面。,第二节 定向井井身剖面设计,特点：造斜点较浅（可减少最大井斜角）使用范围：靶点较浅、水平位移较大时常采用。 因造斜段完成后井斜角和方位角变化不大，轨迹控制容易，一般井斜角为15o-55o。,第二节 定向井井身剖面设计,O,A,B,1.1 直、增、稳三段制剖面最常用和最简单的井身剖面。,应用范围： 常用于靶点较深，水平位移较小的定向井、多目标井等。特点： 难度
6、较三段制剖面大，主要原因是有降斜段。降斜段会增大扭矩、摩阻（如小水平位移深定向井采用三段制剖面轨迹难控制）。,第二节 定向井井身剖面设计,O,1.2 直、增、稳、降、稳五段制剖面,2、特殊二维剖面为了减少摩阻2.1 悬线剖面2.2 抛物线剖面,第二节 定向井井身剖面设计,O,3、三维定向井剖面 三维定向井剖面指在设计的井身剖面上既有井斜角的变化又有方位角的变化。 常用于在地面井口位置与设计目标点之间的铅垂平面内，存在井眼难以通过的障碍物（如：已钻的井眼、盐丘等），设计井需要绕过障碍钻达目标点。三维绕障设计纠编三维设计,第二节 定向井井身剖面设计,O,四、定向井井身剖面的设计方法1、内容和步骤（
7、1）掌握原始资料：地质要求，地面限制、地质剖面、地层造斜规律、工具能力，钻井技术、故障提示、井口及井底坐标；,第二节 定向井井身剖面设计,（2）确定剖面类型；（3）确定造斜点、造斜率；（4）计算最大井斜角；（5）计算剖面上各井段井斜角、方位角、垂深、水平位移、段长；（6）校核曲率。关键步骤为2与3、4步。设计方法有：查图法、作图法、解析法。国内目前均用解析法。,第二节 定向井井身剖面设计,2、五段制（S型）剖面已知：造斜点井深HV总垂深H、总水平位移A增斜率K1、降斜率k2降斜后稳斜段井斜角 垂深增量增量：或水平位移：或者降斜段末端垂深求：各段垂深、水平位移段长、井斜、方位。,第二节 定向井井
8、身剖面设计,O,a,b,m,K,j,O2,Ao,H0,h,e,c,e,H,e,Le,g,R1,R2,A,H,S,He,d,解析法关键点： f点的建立 A0和H0的确定,第二节 定向井井身剖面设计,O,a,b,m,K,j,O2,Ao,H0,h,e,c,e,H,e,g,R1,R2,A,H,S,He,d,e,e,R2,降斜段末端局部放大示意图,Ao,d,He,A,H,给定降斜段末端垂深,e,e,e,R2,降斜段末端局部放大示意图,Ao,d,A,H,给定入靶前稳斜段长度,Le,e,如果给定入靶前稳斜段长度， H0 、 S0 的计算如下:,O,a,b,d,m,K,j,O2,Ao,H0,h,e,c,e,H
9、,e,Le,g,R1,R2,A,H,S,第二节 定向井井身剖面设计,He,T,8.2 Planning the Well Trajectory,N,E,T,ET,NT,Horizontal View,讨论 就是稳斜段的长度, 如果 表明存在稳斜段如果 , 是虚数, 说明剖面是不存在的，此时需要改变输入条件., 例如可以调整kop,k1、k2 等。当然，征得地质部门的同意，你也可以修改靶点位置。,第二节 定向井井身剖面设计,讨论如果 , 说明稳斜段长度为0,剖面中不存在稳斜段 . 在这种情况下，最大井斜角的计算公式可以简化:如果 ,在计算最大井斜角的公式中, 分子和分母都为0。最大井斜角的计算公
10、式应该是:,第二节 定向井井身剖面设计,5)剖面分段参数计算:分段参数包括井深、井斜角、方位角、垂深、水平位移、北坐标、东坐标剖面是由直井段、增斜段、降斜段、稳斜段构成的分别计算每一段的坐标增量（N, E, TVD）和井深增量。累计每一段的坐标增量（ N, E, TVD）和井深增量D，得到计算每一段末端的坐标（N,E,TVD）和井深D,第二节 定向井井身剖面设计,DS,DH,2,r,r,DL,增斜段坐标增量计算,BUR：增斜率，/30mr: 曲率半径, m1: 1点井斜角, rad2: 2点井斜角, rad：方位角DH: 垂深增量,mDS: 水平位移增量, m,2,1,1,1,2,井深增量,垂
11、深增量,水平位移增量,北坐标增量,东坐标增量,DS,DH,2,r,DL,降斜段坐标增量计算,BUR：降斜率，/30mr: 曲率半径, m1: 1点井斜角, rad2: 2点井斜角, rad：方位角DH: 垂深增量,mDS: 水平位移增量, m,2,1,1,1,2,井段长度,垂深增量,水平位移增量,北坐标增量,东坐标增量,比较增斜段和降斜段公式，如令 rd=-rb, 则所有表达式都是一样的,稳斜段坐标增量计算,: 稳斜段井斜角, rad：稳斜段方位角DH: 稳斜段垂深增量,mDS: 稳斜段水平位移增量, m,假设稳斜段的长度为 DL,垂深增量,水平位移增量,北坐标增量,东坐标,S,H,N,E,D
12、H,DS,DE,DN,DL,DS,五段式剖面每段坐标增量,垂直段 井深增量MD: Hz井斜角: 0方位角: N/A垂深增量TVD: Hz水平位移S: 0北坐标 N: 0东坐标 E:0,O,a,b,d,m,K,j,O2,Ao,H0,h,e,c,e,H,e,A,g,R1,R2,HXZ,He,H,S,Lbc,增斜段井深增量 MD: R1*mB点井斜角: mB点方位角: TVD: 位移增量S: 北坐标增量 N: 东坐标增量 E:,O,a,b,d,m,K,j,O2,Ao,H0,h,e,c,e,H,e,A,g,R1,R2,HXZ,He,H,S,Lbc,五段式剖面每段坐标增量,d,O,a,b,d,m,K,j
13、,O2,Ao,H0,h,e,c,e,H,e,A,g,R1,R2,HXZ,He,H,S,Lbc,稳斜段 MD:井斜角 : m方位角: 垂深 TVD: 平移增量 S: 北坐标 N: 东坐标 E:,五段式剖面每段坐标增量,O,a,b,d,m,K,j,O2,Ao,H0,h,e,c,e,H,e,A,g,R1,R2,HXZ,He,H,S,降斜段 MD:D点井斜: e d点方位: TVD: 水平位移增量 S 北坐标增量 N东坐标增量 E:,五段式剖面每段坐标增量,O,a,b,m,K,j,O2,Ao,H0,h,e,c,e,H,e,A,g,R1,R2,HXZ,He,H,S,Lbc,最后一个稳斜段 MD:井斜角 : e方位角: TVD: 水平位移增量 S: 北坐标增量 N: 东坐标增量 E:,五段式剖面每段坐标增量,d,累加每一段的坐标增量得到每一段末端坐标累每一段的的长度得到每一段末端井深总井深（TD）是所有井段的长度的总和。每一段末端的井斜和方位对轨迹剖面而言都是至关重要的。,每一段末端坐标,