侧钻井井眼轨迹优化设计及控制(讲稿)课件.ppt

1、侧钻轨迹优化设计及控制侧钻轨迹优化设计及控制 西西 南南 石石 油油 学学 院院 石晓兵石晓兵 2002年年10月月主要内容主要内容侧钻轨迹二维设计侧钻轨迹二维设计侧钻轨迹三维设计侧钻轨迹三维设计侧钻轨迹影响因素分析侧钻轨迹影响因素分析侧钻钻柱摩阻分析及应用侧钻钻柱摩阻分析及应用侧钻轨迹控制侧钻轨迹控制问题的提出问题的提出侧钻井侧钻井：根据油藏工程、地质及开发的需要，在油气水井油根据油藏工程、地质及开发的需要，在油气水井油层套管内一个预定的方向和深度，采用一定的工具和工艺开层套管内一个预定的方向和深度，采用一定的工具和工艺开窗钻进后，使部分井眼与原井口垂线偏离一定的距离的井身窗钻进后，使部分井

2、眼与原井口垂线偏离一定的距离的井身剖面称为侧钻井，最终入靶的井斜角接近剖面称为侧钻井，最终入靶的井斜角接近9090度，则为侧钻水度，则为侧钻水平井。其作用主要表现在：平井。其作用主要表现在：l油气水井侧钻在开发区利用原井眼，完善并保证了部分井网，可减油气水井侧钻在开发区利用原井眼，完善并保证了部分井网，可减少打部分调整井；少打部分调整井；l在开发区利用原井眼，可利用油气井侧钻加深层位，获取新的油气在开发区利用原井眼，可利用油气井侧钻加深层位，获取新的油气流；流；l通过油气水井侧钻，使部分停产井恢复生产，提高油气水井利用率通过油气水井侧钻，使部分停产井恢复生产，提高油气水井利用率和开发效果；和开

3、发效果；l侧钻作为井下作业大修的主要工艺手段，有利于老区改造挖潜，有侧钻作为井下作业大修的主要工艺手段，有利于老区改造挖潜，有利于提高井下作业工艺技术利于提高井下作业工艺技术与普通水平井相比侧钻井的特点：与普通水平井相比侧钻井的特点：l受原井油层套管的限制受原井油层套管的限制l需进行断铣或磨铣对原井套管开窗需进行断铣或磨铣对原井套管开窗l裸眼井小。钻具、井下工具小、环空尺寸小，易裸眼井小。钻具、井下工具小、环空尺寸小，易出现钻具断、卡事故及钻具失稳屈曲现象。出现钻具断、卡事故及钻具失稳屈曲现象。侧钻井井身剖面类型侧钻井井身剖面类型121341直井段（原井眼）；直井段（原井眼）；2斜井段；斜井段

4、；3圆弧段；圆弧段；4水平段水平段侧钻的井身剖面，根据其形状可分为两类。侧钻的井身剖面，根据其形状可分为两类。侧钻方式侧钻方式 侧钻方式根据侧钻目的、侧钻油藏工程需要与井况分为两类。侧钻方式根据侧钻目的、侧钻油藏工程需要与井况分为两类。（1）定向侧钻）定向侧钻 为了使新钻井眼符合一定的方位、井斜角及水平位移的要为了使新钻井眼符合一定的方位、井斜角及水平位移的要求，需进行定向侧钻。定向侧钻即将定斜器装置下到预计求，需进行定向侧钻。定向侧钻即将定斜器装置下到预计的深度，在测定定斜器斜面的准确方位固定后再开窗，使的深度，在测定定斜器斜面的准确方位固定后再开窗，使其在开窗过程中，沿设计的方位井眼轨迹钻

5、达目的层。其在开窗过程中，沿设计的方位井眼轨迹钻达目的层。（2）一般侧钻）一般侧钻 对侧钻的整个过程中，没有明确的方位、井斜角和水平位对侧钻的整个过程中，没有明确的方位、井斜角和水平位移要求，定斜器在开窗过程中只起导斜和造斜的作用，使移要求，定斜器在开窗过程中只起导斜和造斜的作用，使开窗、钻进沿着定斜器斜面轴线进行，钻达设计目的层。开窗、钻进沿着定斜器斜面轴线进行，钻达设计目的层。侧钻井适应井别和井径侧钻井适应井别和井径 侧钻作为油田开发中井下作业的主要工艺技术，不但适用侧钻作为油田开发中井下作业的主要工艺技术，不但适用于油井，同样也适用于气井和注水井，不受井别的限制。于油井，同样也适用于气井

6、和注水井，不受井别的限制。由于侧钻利用了部分原井眼，且侧钻后还要有利于分层由于侧钻利用了部分原井眼，且侧钻后还要有利于分层开采和措施，使得侧钻井径受到限制。因为小井眼要求使开采和措施，使得侧钻井径受到限制。因为小井眼要求使用直径较小的更加柔性的钻铤和钻杆，直径较小的钻柱还用直径较小的更加柔性的钻铤和钻杆，直径较小的钻柱还限制了可用钻压的范围。大直径井眼比小直径井眼易于控限制了可用钻压的范围。大直径井眼比小直径井眼易于控制方向。小直径井眼裸眼钻进时地层特性对井眼偏离设计制方向。小直径井眼裸眼钻进时地层特性对井眼偏离设计剖面的影响大，且侧钻所下尾管尺寸受到原井眼限制，不剖面的影响大，且侧钻所下尾管

7、尺寸受到原井眼限制，不利于分层开采和措施。所以进行侧钻的井的井径应选择直利于分层开采和措施。所以进行侧钻的井的井径应选择直径径120mm以上的套管为宜。以上的套管为宜。侧钻井适用范围侧钻井适用范围 对于开发低渗透、低压油层和垂直裂对于开发低渗透、低压油层和垂直裂缝发育的油层或开发受地面工程限制的缝发育的油层或开发受地面工程限制的油气水井，利用在原井眼用套管内开窗油气水井，利用在原井眼用套管内开窗侧钻水平井技术，有利于提高油气井产侧钻水平井技术，有利于提高油气井产量，提高采油速度和采收率。量，提高采油速度和采收率。侧钻井设计原则（侧钻井设计原则（1）l l 设计基本数据设计基本数据 根据侧钻要求

8、，设计基本数据包括开窗位置、根据侧钻要求，设计基本数据包括开窗位置、方位、井斜、裸眼长度、井底位移、尾管规范方位、井斜、裸眼长度、井底位移、尾管规范及长度。及长度。l l 地质条件地质条件 侧钻水平井设计时，应详细了解该地区的地侧钻水平井设计时，应详细了解该地区的地质条件，作好油藏调查，如地质分层、岩性、质条件，作好油藏调查，如地质分层、岩性、地层压力、地层倾角、走向、断层、采出程度、地层压力、地层倾角、走向、断层、采出程度、含油气水情况，为设计提供依据，对本区内开含油气水情况，为设计提供依据，对本区内开发生产井的资料进行分析，是获取该资料的重发生产井的资料进行分析，是获取该资料的重要方法。要

9、方法。侧钻井设计原则（侧钻井设计原则（2）l l 设计中关键因素的选择设计中关键因素的选择 对在套管内侧钻水平井，开窗位置要根据水平井的曲率半径对在套管内侧钻水平井，开窗位置要根据水平井的曲率半径来确定。同时要选择套管完好、管外地层胶结好的部位。侧来确定。同时要选择套管完好、管外地层胶结好的部位。侧钻水平井多选在低渗透性油藏和裂缝性油藏，特别适用于垂钻水平井多选在低渗透性油藏和裂缝性油藏，特别适用于垂直裂缝发育较好的油层。侧钻水平井应采用中、短半径侧钻直裂缝发育较好的油层。侧钻水平井应采用中、短半径侧钻水平井的工艺方法。水平井的工艺方法。l l 设计要点设计要点 根据侧钻的目的，设计要点贯穿于

10、整个侧钻过程中，如下根据侧钻的目的，设计要点贯穿于整个侧钻过程中，如下和固定斜向器、开窗阶段施工要求、修窗要求、裸眼钻进参和固定斜向器、开窗阶段施工要求、修窗要求、裸眼钻进参数及要求等。其目在于指导施工，实现侧钻目的。数及要求等。其目在于指导施工，实现侧钻目的。设计原则（小结）设计原则（小结）1）根据开发要求，保证实现侧钻目的和提高油气井利用率；）根据开发要求，保证实现侧钻目的和提高油气井利用率；2）根据油气田构造、地质特征、油层产状选择不同的侧钻）根据油气田构造、地质特征、油层产状选择不同的侧钻方式，有利于提高油气产量和采收率，改善投资效益；方式，有利于提高油气产量和采收率，改善投资效益；3

11、）在选择井斜、方位等参数时，应有利于钻井、采油和井）在选择井斜、方位等参数时，应有利于钻井、采油和井下作业；下作业；4）在选择完井方式时，应满足注采需要；）在选择完井方式时，应满足注采需要；在满足侧钻目的前提下，力求使设计的井斜井深即裸眼在满足侧钻目的前提下，力求使设计的井斜井深即裸眼钻进井段最短，以减少井眼轨迹、井身控制难度和工作钻进井段最短，以减少井眼轨迹、井身控制难度和工作量，有利于安全快速钻井，提高效益。量，有利于安全快速钻井，提高效益。侧钻井轨迹优化设计侧钻井轨迹优化设计 国内外的钻井实践已充分证实了水平井在提国内外的钻井实践已充分证实了水平井在提高原油采收率，增加单井原油产量，开发

12、薄油高原油采收率，增加单井原油产量，开发薄油藏等方面的巨大效益。但了有不少的实例说明藏等方面的巨大效益。但了有不少的实例说明不成功的设计造成的高投入低产出，因此侧钻不成功的设计造成的高投入低产出，因此侧钻井轨迹的优化设计是非常重要的。井轨迹的优化设计是非常重要的。在吸收国内外水平井设计经验基础上，通过在吸收国内外水平井设计经验基础上，通过实践，充分认识到侧钻轨迹设计是一个系统工实践，充分认识到侧钻轨迹设计是一个系统工程，以下诸多因素在设计中必须加以考虑：程，以下诸多因素在设计中必须加以考虑：以下诸多因素在设计中必须加以考虑以下诸多因素在设计中必须加以考虑 1)地质、油藏工程对水平井靶区的要求；

13、地质、油藏工程对水平井靶区的要求；2)采油工艺、增产措施以及测试对完井的要求；采油工艺、增产措施以及测试对完井的要求；3)测井、地质资料采集对设计的要求；测井、地质资料采集对设计的要求；4)设计对地质预测不确定性的适应性；设计对地质预测不确定性的适应性；5)地层分层、岩性、破裂压力、孔隙压力、坍塌压力；地层分层、岩性、破裂压力、孔隙压力、坍塌压力；6)对工具造斜能力不确定性的适应性；对工具造斜能力不确定性的适应性；7)可能发生的钻井事故、复杂情况的预防与处理；可能发生的钻井事故、复杂情况的预防与处理；8)现有工具设备的能力；现有工具设备的能力；9)试验项目实施的要求。试验项目实施的要求。侧钻井

14、的钻井设计中的轨迹设计即要满足地质、油藏及采侧钻井的钻井设计中的轨迹设计即要满足地质、油藏及采油的需要，又要满足钻井工艺水平的要求。油的需要，又要满足钻井工艺水平的要求。按侧钻井设计井身剖面在空间坐标系中的几何形状，又可按侧钻井设计井身剖面在空间坐标系中的几何形状，又可分为两维侧钻井（侧钻水平井）和三维侧钻井（侧钻水平井）分为两维侧钻井（侧钻水平井）和三维侧钻井（侧钻水平井）剖面两大类。剖面两大类。两维侧钻井剖面是指设计井眼轴线仅在设计方位线所在的两维侧钻井剖面是指设计井眼轴线仅在设计方位线所在的铅垂平面上变化的井。铅垂平面上变化的井。三维侧钻井剖面是指在设计的井身剖面上，既有井斜角的三维侧钻

15、井剖面是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。三维侧钻水平井常用于侧钻的新井变化又有方位角的变化。三维侧钻水平井常用于侧钻的新井眼与已钻井眼并不在一个平面内，或存在着井眼难于直接通眼与已钻井眼并不在一个平面内，或存在着井眼难于直接通过的障碍物（如：已钻的井眼，盐丘、气顶等），设计井需过的障碍物（如：已钻的井眼，盐丘、气顶等），设计井需要绕过障碍钻达目标点。另外，设计的二维侧钻井轨迹在施要绕过障碍钻达目标点。另外，设计的二维侧钻井轨迹在施工中偏离了设计方位，中途修改设计时也要用到三维设计方工中偏离了设计方位，中途修改设计时也要用到三维设计方法，这种情况在施工中经常遇到。法，这种

16、情况在施工中经常遇到。在设计轨迹时，在满足钻井目的的前提下，在设计轨迹时，在满足钻井目的的前提下，应尽可能选择比较简单的剖面类型，力求使设应尽可能选择比较简单的剖面类型，力求使设计的斜井深最短，以减少井眼轨迹控制的难度计的斜井深最短，以减少井眼轨迹控制的难度和钻井工作量，有利于安全、快速钻井，降低和钻井工作量，有利于安全、快速钻井，降低钻井成本。钻井成本。侧钻点及其选择侧钻点及其选择 l l 侧钻点侧钻点 在侧钻井中，开始定向造斜，即定斜器的位置叫在侧钻井中，开始定向造斜，即定斜器的位置叫造斜点。确定了定斜器的位置；窗口的位置相对造斜点。确定了定斜器的位置；窗口的位置相对就确定了。就确定了。1

17、）造斜点即窗口位置应选择在比较稳定的地层，避）造斜点即窗口位置应选择在比较稳定的地层，避免在岩石破碎带、漏失地层、流砂层或容易坍塌免在岩石破碎带、漏失地层、流砂层或容易坍塌等复杂地层，以避免出现井下复杂民政部，影响等复杂地层，以避免出现井下复杂民政部，影响侧钻施工。侧钻施工。2）应选在可钻性较均匀的地层，应避免在硬夹层定）应选在可钻性较均匀的地层，应避免在硬夹层定向造斜。向造斜。3）造斜点的深度应根据设计井的垂直井深、水）造斜点的深度应根据设计井的垂直井深、水平位移决定，并要考虑满足采油工艺的需要。平位移决定，并要考虑满足采油工艺的需要。设计垂深长应既充分利用原老进眼，又减少了设计垂深长应既充

18、分利用原老进眼，又减少了裸眼钻进井段；若垂深短则会增加裸眼钻进长裸眼钻进井段；若垂深短则会增加裸眼钻进长度及下固尾管技术难度。因此要综合考虑造斜度及下固尾管技术难度。因此要综合考虑造斜点的深度，满足侧钻需要，实现少投入的侧钻点的深度，满足侧钻需要，实现少投入的侧钻目的。目的。4）选择造斜点位置应尽可能避开方位自然大的）选择造斜点位置应尽可能避开方位自然大的地层，以免影响侧钻设计方位。地层，以免影响侧钻设计方位。侧钻点的选择由以下因素综合考虑决定侧钻点的选择由以下因素综合考虑决定 q 为减少造斜井段的长度，减轻地质不确定性的危险，缩为减少造斜井段的长度，减轻地质不确定性的危险，缩短建井周期，窗口

19、位置应在保证有足够造斜井段的条件短建井周期，窗口位置应在保证有足够造斜井段的条件下，尽量接近目的深度。下，尽量接近目的深度。q 侧钻点应选在比较稳定的地层，保证窗口稳定，避免在侧钻点应选在比较稳定的地层，保证窗口稳定，避免在岩石破碎带，漏失地层，流砂层或容易坍塌等复杂地层岩石破碎带，漏失地层，流砂层或容易坍塌等复杂地层定向造斜，以免出现井下复杂情况，影响施工。定向造斜，以免出现井下复杂情况，影响施工。q 应选在可钻性较均匀的地层。避免在硬夹层造斜。应选在可钻性较均匀的地层。避免在硬夹层造斜。q 侧钻点的深度应根据设计井的垂直井深，水平位移和选侧钻点的深度应根据设计井的垂直井深，水平位移和选用的

20、剖面类型决定，并要考虑满足采油工艺的需要。如：用的剖面类型决定，并要考虑满足采油工艺的需要。如：设计垂深大、位移小的水平井时，应采用深层造斜，以设计垂深大、位移小的水平井时，应采用深层造斜，以简化井身结构和强化直井段钻井措施，加快钻井速度。简化井身结构和强化直井段钻井措施，加快钻井速度。在设计垂深小，位移大的水平井时，则应提高侧钻点的在设计垂深小，位移大的水平井时，则应提高侧钻点的位置，在浅层侧钻造斜，即可减少施工的工作量，又可位置，在浅层侧钻造斜，即可减少施工的工作量，又可满足大水平位移的要求。满足大水平位移的要求。q 在井眼方位漂移严重的地层侧钻水平井，选择侧钻点位在井眼方位漂移严重的地层

21、侧钻水平井，选择侧钻点位置时应尽可能使斜井段避开方位自然漂移大的地层或利置时应尽可能使斜井段避开方位自然漂移大的地层或利用井眼方位漂移的规律钻达目标点。用井眼方位漂移的规律钻达目标点。侧钻点选择的注意事项侧钻点选择的注意事项 1)在选择造斜点（窗口位置）、井眼曲率等参数时，应有在选择造斜点（窗口位置）、井眼曲率等参数时，应有利于钻井、采油和井下作业。利于钻井、采油和井下作业。2)造斜点应选择在远离事故井段或套损井段以上造斜点应选择在远离事故井段或套损井段以上30m左右，左右，以利于有一定水平位移而避开原井眼。以利于有一定水平位移而避开原井眼。3)造斜点以上上部套管应完好，无变形、漏失、破裂现象

22、造斜点以上上部套管应完好，无变形、漏失、破裂现象以利于侧钻施工和完井工作顺利进行、确保侧钻成功。以利于侧钻施工和完井工作顺利进行、确保侧钻成功。4)造斜点应选择在固井质量好、井斜小的井段，尽是避开造斜点应选择在固井质量好、井斜小的井段，尽是避开易塌、易漏、地层倾角大的地层，并避开套管接箍。易塌、易漏、地层倾角大的地层，并避开套管接箍。5）对于出砂严重、窜漏和套管破裂在射孔井段或射孔井）对于出砂严重、窜漏和套管破裂在射孔井段或射孔井段底部的需侧钻的油水井，在造斜点的位置选定时，段底部的需侧钻的油水井，在造斜点的位置选定时，要综合考虑侧钻效果，一般为保证侧钻质量，开窗位要综合考虑侧钻效果，一般为保

23、证侧钻质量，开窗位置均选在射孔井段以上。置均选在射孔井段以上。造斜点选择在上述原则初定的基础上，必须进行严造斜点选择在上述原则初定的基础上，必须进行严格的通井和上部套管试压。格的通井和上部套管试压。通过井史与测井资料的对通过井史与测井资料的对比，在满足方位、水平位移、造斜点、井眼曲率等综比，在满足方位、水平位移、造斜点、井眼曲率等综合参数的同时，最大限度地实现侧钻目的，及时修正合参数的同时，最大限度地实现侧钻目的，及时修正窗口位置，使侧钻工作建立在良好的基础上。窗口位置，使侧钻工作建立在良好的基础上。在侧钻裸眼钻进中，井眼曲率是一个很在侧钻裸眼钻进中，井眼曲率是一个很重要的参数。井眼曲率过大会

24、给钻井、采重要的参数。井眼曲率过大会给钻井、采油和修井作业造成困难。当然井眼曲率也油和修井作业造成困难。当然井眼曲率也不宜过小，井眼曲率太小会增加斜井段的不宜过小，井眼曲率太小会增加斜井段的井眼长度，从而增大了井眼轨迹控制的工井眼长度，从而增大了井眼轨迹控制的工作量，影响钻井速度。因此，在侧钻中井作量，影响钻井速度。因此，在侧钻中井眼曲率应控制在（眼曲率应控制在（1130）/10m。二维侧钻水平井设计二维侧钻水平井设计剖面类型剖面类型 侧钻水平井的井身剖面有多种多样，最常用侧钻水平井的井身剖面有多种多样，最常用的有三种：增平、增增平、增稳增的有三种：增平、增增平、增稳增平，如下图所示：平，如下

25、图所示：增平增平 井身剖面井身剖面增增-增增-平平 剖面剖面增增-稳稳-增增-平平 剖面剖面二维侧钻水平井设计二维侧钻水平井设计（1）增平轨道设计方法增平轨道设计方法 对增平的剖面设计，如入靶点位置已给定时，则计算对增平的剖面设计，如入靶点位置已给定时，则计算时需由井底反推搜索侧钻点位置，具体计算如下：时需由井底反推搜索侧钻点位置，具体计算如下：如图所示，由测点如图所示，由测点M作井眼方向作井眼方向线的垂线与入靶点线的垂线与入靶点T的方向线的的方向线的垂线交于垂线交于O点，点，直线直线MO的方程：的方程：HHitg(i)(SSi)直线直线TO的方程：的方程：HHStg(S)(SSS)如如R2R

26、1，则表示侧钻点需选在侧钻，则表示侧钻点需选在侧钻点需下移；点需下移；如如R2R1，则表示侧钻点需选在侧钻，则表示侧钻点需选在侧钻点需上移；点需上移；如如R2R1，则表示，则表示M点即为侧钻点，点即为侧钻点，此时造斜率此时造斜率K=1R11R2如上所述的增平剖面的设计方法的如上所述的增平剖面的设计方法的优点是，设计出的剖面类型简单，造优点是，设计出的剖面类型简单，造斜段为单一的造斜率，易于控制。缺斜段为单一的造斜率，易于控制。缺点是造斜点、造斜率均由计算唯一给点是造斜点、造斜率均由计算唯一给出，不一定符合实际要求。出，不一定符合实际要求。（2）斜直连续造斜水平的轨道设计方法）斜直连续造斜水平的

27、轨道设计方法 对于一个具有连续增斜段的水平井轨道，已知条件为：对于一个具有连续增斜段的水平井轨道，已知条件为：（2）斜直连续造斜）斜直连续造斜水平的轨道设计方法水平的轨道设计方法第一步：求出各造斜段第一步：求出各造斜段末端井斜角末端井斜角a aia aia ai-1LiKi30a ana aS第二步：求出第第二步：求出第n造斜段造斜段的造斜率的造斜率Kn和段长和段长Ln Kn5400(Rn)（2）斜直连续造斜水平的轨道设计方法）斜直连续造斜水平的轨道设计方法第三步：求出各造斜段的垂深第三步：求出各造斜段的垂深Hvi和段长和段长StiHviHvi-1Ri(sina aisina ai-1)Sti

28、Sti-1Ri(cosa ai-1cosa ai)（3）增稳增平的轨道设计方法）增稳增平的轨道设计方法 对于一个具有稳斜段的水平井轨对于一个具有稳斜段的水平井轨道，已知条件为：道，已知条件为：侧钻井起始段施工参数的侧钻井起始段施工参数的优化设计优化设计 老井窗口以上原井斜、方位对侧钻水平井的开窗段老井窗口以上原井斜、方位对侧钻水平井的开窗段铣、扭方位侧钻水平井井身剖面设计等都有影响。为铣、扭方位侧钻水平井井身剖面设计等都有影响。为了准确地反映原井、方位的影响，在输入老井侧斜数了准确地反映原井、方位的影响，在输入老井侧斜数据和地质靶区要求，计算机软件可以在确定井身剖面据和地质靶区要求，计算机软件

29、可以在确定井身剖面类型的前提下，经过搜索，优化出侧钻点，由于受老类型的前提下，经过搜索，优化出侧钻点，由于受老井的井斜和方位的影响，在地质靶区给定的情况下，井的井斜和方位的影响，在地质靶区给定的情况下，侧钻点是唯一确定的。并能够计算出侧钻点的井深、侧钻点是唯一确定的。并能够计算出侧钻点的井深、垂深、北坐标、东坐标以及钻井方位等参数。垂深、北坐标、东坐标以及钻井方位等参数。对侧钻井起始段有重要影响的主要初对侧钻井起始段有重要影响的主要初始井眼条件主要包括始井眼条件主要包括 侧钻点井深侧钻点井深 侧钻点垂深侧钻点垂深 侧钻点北东坐标侧钻点北东坐标 侧钻点初始井斜角侧钻点初始井斜角 侧钻点初始方位角

30、侧钻点初始方位角 侧钻水平井的老井初始井斜角和初始方位角完全侧钻水平井的老井初始井斜角和初始方位角完全取决于侧钻点的位置。即不同的侧钻点位置在老井取决于侧钻点的位置。即不同的侧钻点位置在老井中对应不同的初始井斜角和初始方位角。为了分析中对应不同的初始井斜角和初始方位角。为了分析初始条件对起始段的影响，首先得确定侧钻点的位初始条件对起始段的影响，首先得确定侧钻点的位置。置。二维侧钻井（侧钻水平井）轨迹二维侧钻井（侧钻水平井）轨迹的的起始段的主要因素起始段的主要因素 在二维侧钻水平井轨迹设计中，假设所确定侧在二维侧钻水平井轨迹设计中，假设所确定侧钻点的初始方位角与设计方位角一致且侧钻点钻点的初始方

31、位角与设计方位角一致且侧钻点在设计平面之内。此时影响起始段的主要因素在设计平面之内。此时影响起始段的主要因素为侧钻点垂深和初始井斜角为侧钻点垂深和初始井斜角1）.初始井斜角为初始井斜角为0 如果初始井斜角为如果初始井斜角为0，入，入靶点距侧钻点的水平位移不靶点距侧钻点的水平位移不等于侧钻点到入靶点的垂深等于侧钻点到入靶点的垂深的话，将不可能设计出单一的话，将不可能设计出单一曲率的增平井眼轨迹。此曲率的增平井眼轨迹。此时可供选择的井眼轨迹设计时可供选择的井眼轨迹设计方案可有变曲率井眼轨迹或方案可有变曲率井眼轨迹或双增型井眼轨迹。双增型井眼轨迹。2）初始井斜角不为）初始井斜角不为0 初始井斜角不为

32、初始井斜角不为0点点,仅仅当在设计平面上侧钻点井当在设计平面上侧钻点井斜方向的垂线与水平段入斜方向的垂线与水平段入靶点井斜方向的垂线的交靶点井斜方向的垂线的交线相等的话，才有可能设线相等的话，才有可能设计出单一曲率的增平井计出单一曲率的增平井眼轨迹。否则可供选择的眼轨迹。否则可供选择的井眼轨迹设计方案可有变井眼轨迹设计方案可有变曲率井眼轨迹或双增型井曲率井眼轨迹或双增型井眼轨迹。眼轨迹。三维侧钻水平井轨迹的三维侧钻水平井轨迹的起始段的主要因素起始段的主要因素 为了考虑老井的初始井斜、方位对侧钻水平井起始段的为了考虑老井的初始井斜、方位对侧钻水平井起始段的影响，需要对侧钻水平井进行三维轨迹设计考

33、虑。侧钻点影响，需要对侧钻水平井进行三维轨迹设计考虑。侧钻点的初始北、东坐标是影响扭方位三维设计的重要因素。在的初始北、东坐标是影响扭方位三维设计的重要因素。在一般的侧钻井设计中目标仅是一个点，而在侧钻水平井设一般的侧钻井设计中目标仅是一个点，而在侧钻水平井设计中目标是一个水平段，如果侧钻点的北东坐标偏移设计计中目标是一个水平段，如果侧钻点的北东坐标偏移设计面过远，将导致过长的扭方位井段，增加施工难度。以下面过远，将导致过长的扭方位井段，增加施工难度。以下将讨论的老井初始井眼条件对侧钻井起始段的影响因素有：将讨论的老井初始井眼条件对侧钻井起始段的影响因素有：q 初始方位角对侧钻水平井轨迹的影响

34、初始方位角对侧钻水平井轨迹的影响q 初始井斜角对侧钻水平井轨迹的影响初始井斜角对侧钻水平井轨迹的影响q 地层造斜能力对侧钻水平井轨迹的影响地层造斜能力对侧钻水平井轨迹的影响 初始方位角对起始段的影响初始方位角对起始段的影响 侧钻点初始方位与设计方位之间的差值对扭侧钻点初始方位与设计方位之间的差值对扭方位设计和施工影响很大。当初始方位与设计方位设计和施工影响很大。当初始方位与设计方位一致时，若侧钻点在设计方位面上，不需方位一致时，若侧钻点在设计方位面上，不需要扭方位作业。否则扭方位作业不可避免要扭方位作业。否则扭方位作业不可避免 方位差决定了扭方位井段的长度方位差决定了扭方位井段的长度 侧钻点初

35、始方位角与设计方位角的差值对扭方位设计和施工影侧钻点初始方位角与设计方位角的差值对扭方位设计和施工影响很大。当初始方位与设计方位之间存在差异时，由图可以看出，响很大。当初始方位与设计方位之间存在差异时，由图可以看出，方位差越大，扭方位所需的井段长度就越大，从钻井施工的角度方位差越大，扭方位所需的井段长度就越大，从钻井施工的角度来看，这就会增大施工的难度和延长施工时间，增加施工费用。来看，这就会增大施工的难度和延长施工时间，增加施工费用。从图可明显看出，随着方位差的增大，扭方位井段的长度增加，从图可明显看出，随着方位差的增大，扭方位井段的长度增加，这就增加了施工的难度。侧钻点初始方位与设计方位的

36、方位差随这就增加了施工的难度。侧钻点初始方位与设计方位的方位差随选择不同的侧钻点而改变，因此，可以采用优选侧钻点的方法来选择不同的侧钻点而改变，因此，可以采用优选侧钻点的方法来减少这一方位差值。减少这一方位差值。方位差影响扭方位段的水平位移方位差影响扭方位段的水平位移 由图可以看出，方位差对扭方位段的位移也会由图可以看出，方位差对扭方位段的位移也会产生明显的影响。开始时随着方位差的增加，产生明显的影响。开始时随着方位差的增加，扭方位段的位移增加，但是这种增加的趋势到扭方位段的位移增加，但是这种增加的趋势到一定的情况下就会达到一个最大值，之后随着一定的情况下就会达到一个最大值，之后随着方位差的增

37、大，扭方位段的位移将会出现下降方位差的增大，扭方位段的位移将会出现下降的趋势。扭方位井段的水平位移即是扭方位结的趋势。扭方位井段的水平位移即是扭方位结束点距侧钻点的水平距离。束点距侧钻点的水平距离。地层因素对起始段的影响地层因素对起始段的影响 地层因素对扭方位作业的影响是通过对工具地层因素对扭方位作业的影响是通过对工具的造斜能力的影响而表现出来的。在易造斜地的造斜能力的影响而表现出来的。在易造斜地层，工具的造斜能力高，扭方位所需要的井段层，工具的造斜能力高，扭方位所需要的井段就短；而对于不易造斜地层，工具的造斜能力就短；而对于不易造斜地层，工具的造斜能力低，扭方位所需要的井段就长。这些关系可从

38、低，扭方位所需要的井段就长。这些关系可从图看出。图看出。初始井斜角初始井斜角是影响扭方位段长的最重要因素是影响扭方位段长的最重要因素 初始井斜角是影响扭方位段长的最重要的因素。由图可初始井斜角是影响扭方位段长的最重要的因素。由图可知，随着初始井斜角的增大，扭方位井段长度直线增加。知，随着初始井斜角的增大，扭方位井段长度直线增加。从井眼轨迹控制的角度来看，老井的初始井斜角较大时，从井眼轨迹控制的角度来看，老井的初始井斜角较大时，扭方位所需的工作量就大。这告诉我们，扭方位作业最好扭方位所需的工作量就大。这告诉我们，扭方位作业最好是在小井斜井段进行，对侧钻水平井的施工来说，当侧钻是在小井斜井段进行，

39、对侧钻水平井的施工来说，当侧钻 出老井眼后，若需扭方位应尽早进行，这样可大大节约扭出老井眼后，若需扭方位应尽早进行，这样可大大节约扭方位施工时间。老井初始井斜角对侧钻水平井轨迹起始段方位施工时间。老井初始井斜角对侧钻水平井轨迹起始段的影响还表现在扭方位段的水平位移大小上。由图可以看的影响还表现在扭方位段的水平位移大小上。由图可以看出，随着初始井斜角的增加，扭方位段的水平位移将增大。出，随着初始井斜角的增加，扭方位段的水平位移将增大。侧钻水平井井眼调整侧钻水平井井眼调整侧钻水平井曲率类型可分为四种，如图所示：侧钻水平井曲率类型可分为四种，如图所示：1324R1R2R“增增增增”型式型式 曲率曲率

40、1为为“增增增增”型式，适用于目的层上型式，适用于目的层上翘的侧钻水平井；翘的侧钻水平井；1“增增降降”型式型式 曲率曲率2为为“增增降降”型式，适用于目的层下型式，适用于目的层下倾的侧钻水平井；倾的侧钻水平井；2曲率曲率3和曲率和曲率4 曲率曲率3为为“增增稳稳增增”型式，曲率型式，曲率4为为“单增单增”型式，是型式，是常用的侧钻水平井方式。曲率常用的侧钻水平井方式。曲率3中的稳斜段即为初始切线中的稳斜段即为初始切线段，目的在于补偿造斜率的不确定性。但是对于岩性一致段，目的在于补偿造斜率的不确定性。但是对于岩性一致和地层倾角易预测的正在开发的地区就无须在在设计中考和地层倾角易预测的正在开发的

41、地区就无须在在设计中考虑，而采用曲率虑，而采用曲率4的单增型式。这是因为插入初始切线段的单增型式。这是因为插入初始切线段它需要两次额外的起下钻和一个非常短的工作井段，已失它需要两次额外的起下钻和一个非常短的工作井段，已失去原有的效益，而且还会使螺杆钻具或其他井下钻具产生去原有的效益，而且还会使螺杆钻具或其他井下钻具产生不必要的应力。不必要的应力。34R1R2R 在侧钻水平井曲率类型确定后，特别是选用在侧钻水平井曲率类型确定后，特别是选用曲率曲率3和和4时，由于从垂直段到水平段（甚至从时，由于从垂直段到水平段（甚至从45到水平）到水平）定向控制的必要性，所以下切线段一般应在钻井设计定向控制的必要

42、性，所以下切线段一般应在钻井设计中加以考虑。即钻水平段之前，应在曲率半径的下部中加以考虑。即钻水平段之前，应在曲率半径的下部先钻一平稳的造斜段，使井下钻具组合在旋转前退出先钻一平稳的造斜段，使井下钻具组合在旋转前退出狗腿度比较严重的井段，以减小交变应力和冲击力的狗腿度比较严重的井段，以减小交变应力和冲击力的作用。造斜段底部切线长度的增加也为操作者在钻进作用。造斜段底部切线长度的增加也为操作者在钻进中提供了中提供了“安全余量安全余量”。曲率的确定曲率的确定 在造斜点确定的基础上，为了使曲率与造斜点相适在造斜点确定的基础上，为了使曲率与造斜点相适应，以准确地到达靶区位置，因此对造斜率就有一个应，以

43、准确地到达靶区位置，因此对造斜率就有一个限制，这是设计时必须注意的问题，造斜率一般应在限制，这是设计时必须注意的问题，造斜率一般应在（1020 ）/30m范围内。根据国外有关资料介绍，范围内。根据国外有关资料介绍，推荐的最理想的造斜率为推荐的最理想的造斜率为17/30m，这时摩擦最小，这时摩擦最小，钻杆应力不大，钻柱不易疲劳。钻杆应力不大，钻柱不易疲劳。为了保证侧钻水平井井眼轨迹，同时考虑侧钻水平为了保证侧钻水平井井眼轨迹，同时考虑侧钻水平井曲率半径范围，受造斜率（井曲率半径范围，受造斜率（625 ）/30m的局限，的局限，在作水平井侧钻时考虑半径在作水平井侧钻时考虑半径R70m的的“增增-稳

44、稳-增增”曲曲率类型和率类型和“单增单增”的形式。应用的形式。应用“增增-稳稳-增增”应使应使R1=R2，这样设计虽然难一点，但是钻进时比较方便，这样设计虽然难一点，但是钻进时比较方便，在钻曲线井段在钻曲线井段R1和和R2时可使用同一井下动力钻具，钻时可使用同一井下动力钻具，钻直线段即直线段即“稳稳”斜井段时使用另一井下动力钻具组合。斜井段时使用另一井下动力钻具组合。1)井段或造斜器低，半径比设计的短；井段或造斜器低，半径比设计的短；2)存在的金属损坏钻头，使侧钻出去的井眼增斜角度存在的金属损坏钻头，使侧钻出去的井眼增斜角度不够；不够；3)在造斜点有角度，由此改变整个增斜角度或增大、在造斜点有

45、角度，由此改变整个增斜角度或增大、或减小；或减小；4)造斜点选错方向，造成在水平方向需要过大的角度造斜点选错方向，造成在水平方向需要过大的角度才能回到目标方向。才能回到目标方向。5)因此，设计规定在因此，设计规定在20m每隔每隔5m测量一次，如果井眼测量一次，如果井眼偏离方向，修正较容易。偏离方向，修正较容易。当储层角度不水平，修正曲率可以正确进入储层。当储层角度不水平，修正曲率可以正确进入储层。如果储层和井眼向下倾斜，没有必要在储层顶部达到如果储层和井眼向下倾斜，没有必要在储层顶部达到90，所以曲率将是大曲率。如果储层和井眼向上倾，所以曲率将是大曲率。如果储层和井眼向上倾斜，井斜角就必要超过

46、斜，井斜角就必要超过90，所以达到的较大角度可，所以达到的较大角度可能会达到能会达到110 之大，这个曲率会较大，就需要对半之大，这个曲率会较大，就需要对半径进行调整。调整半径方法见图所示。径进行调整。调整半径方法见图所示。减小增加RR12341)为了正确到达目标点，钻井过程中应保证井眼轨迹靠切线段长度，增加为了正确到达目标点，钻井过程中应保证井眼轨迹靠切线段长度，增加或减小切线或减小切线1长，曲率半径长，曲率半径R会随之增大或减小，因此，增加或减小半会随之增大或减小，因此，增加或减小半径径R是保证井眼轨迹达到目标的重要途径，同时也是设计过程中调整窗是保证井眼轨迹达到目标的重要途径，同时也是设

47、计过程中调整窗口位置的方法。口位置的方法。2）进入目标点后，当轨迹）进入目标点后，当轨迹2上倾时，靠调整工具面角钻上倾时，靠调整工具面角钻12m，使其轨迹，使其轨迹回到水平段上；回到水平段上；3）当发现井眼偏离方向在）当发现井眼偏离方向在3左右时，依靠调整方位来修正。左右时，依靠调整方位来修正。减小增加R1234R 当然调整曲率半径或井眼轨迹是在设计及测量的基础上进当然调整曲率半径或井眼轨迹是在设计及测量的基础上进行的。因此，设计及调整时必须注意以下问题：行的。因此，设计及调整时必须注意以下问题：1）造斜点（窗口）和储层之间的真实垂直深度）造斜点（窗口）和储层之间的真实垂直深度4大于半径；大于

48、半径；2）两段弯曲部分应是同样的增斜角度，即半径）两段弯曲部分应是同样的增斜角度，即半径R相同；相同；3）切线（直线部分）必须与两个弯曲段相切；）切线（直线部分）必须与两个弯曲段相切；4）切线必须在距老井眼足够远处开始，以便能够取得好的测）切线必须在距老井眼足够远处开始，以便能够取得好的测量记录。量记录。减小增加R1234R 侧钻水平井多采用带可调弯外壳的螺杆钻具，为了侧钻水平井多采用带可调弯外壳的螺杆钻具，为了在在121235mm的井眼内达到（的井眼内达到（625）/30m的造斜的造斜率，螺杆钻具的选择至关重要，这是因为采用的井下率，螺杆钻具的选择至关重要，这是因为采用的井下动力钻具既要满足

49、原生产井在老井眼内工具顺利下入，动力钻具既要满足原生产井在老井眼内工具顺利下入，又要能满足造斜率的要求。一般在又要能满足造斜率的要求。一般在139.7mm的套管内的套管内多选用多选用89mm可调螺杆钻具，角度在（可调螺杆钻具，角度在（0 2.25)范范围内能满足上述要求。可调弯壳距钻头的距离是满足围内能满足上述要求。可调弯壳距钻头的距离是满足造斜率的关键，其距离应保持在造斜率的关键，其距离应保持在11.3m范围内。范围内。一般情况下，中半径都设计成垂深与水平位移的改一般情况下，中半径都设计成垂深与水平位移的改变量相等。但是在特定的情况下，可以通过改变直线变量相等。但是在特定的情况下，可以通过改

50、变直线井段的倾角，在钻进过程中对井眼轨迹进行调整，见井段的倾角，在钻进过程中对井眼轨迹进行调整，见图。图。12341，第一造斜井段；，第一造斜井段；2，直线井段；，直线井段；3，第二造斜井段；，第二造斜井段；4，水平井段；，水平井段；5，垂直井段，垂直井段5 第一个造斜段从造斜点开始，然后增斜使井斜角达到第一个造斜段从造斜点开始，然后增斜使井斜角达到45。由于实际造斜率可能与由于实际造斜率可能与 设计的或理论上的不同，所以钻进这一设计的或理论上的不同，所以钻进这一段对了解钻具性能段对了解钻具性能 和地层的可钻性十分重要。和地层的可钻性十分重要。为了补偿第一个造斜段中实际与设计造斜率之间的偏差，