1、第第5讲讲 水平井井眼轨道设计水平井井眼轨道设计5.1 水平井轨道设计的原则水平井轨道设计的原则5.2 水平井轨道设计方法水平井轨道设计方法5.1 水平井轨道设计的原则水平井轨道设计的原则 一口水平井的实施，首先要有一个，才能以此设计为依据进行具体的钻井施工。对于相同的勘探、开发目的和相同的设计限制条件，可以设计出不同的轨道，要保证设计轨道合理，就需要按轨道设计原则进行设计。一、总体原则一、总体原则1.应能实现；2.应有利于、钻井；3.满足的要求。5.1 水平井轨道设计的原则水平井轨道设计的原则二、具体设计原则二、具体设计原则1.选择合适的复杂的井眼形状，势必带来施工难度的增加，因此井眼形状的
2、选择，；应的轨道设计 5.1 水平井轨道设计的原则水平井轨道设计的原则二、具体设计原则二、具体设计原则2.选择合适的造斜点的选择应充分考虑、的限制。尽可能把造斜点选择在比较，以免出现井下复杂情况，影响定向施工；造斜点的深度应根据和选用的来决定，并要考虑的需求；应充分考虑。5.1 水平井轨道设计的原则水平井轨道设计的原则二、具体设计原则二、具体设计原则3.选择合适的井眼曲率的选择，要考虑的限制和的限制，结合的影响，保证设计轨道能够实现；在能满足设计和施工要求的前提下，应，这样，钻具、仪器和套管都容易通过，当然，因此，要综合考虑。5.1 水平井轨道设计的原则水平井轨道设计的原则二、具体设计原则二、
3、具体设计原则4.选择合适的稳斜段井斜角不宜太小，；稳斜段井斜角也不宜太大，；稳斜段稳斜角还应。一般来讲，井斜角的大小与轨迹控制的难度有下面的关系：一般来讲，井斜角的大小与轨迹控制的难度有下面的关系：井斜角井斜角时，方位难以控制；时，方位难以控制；井斜角在井斜角在时，既能有效地调整井斜角和方位，也能顺利时，既能有效地调整井斜角和方位，也能顺利地钻井、固井和电测，是较理想的井斜角控制范围；地钻井、固井和电测，是较理想的井斜角控制范围；井斜角在井斜角在时，钻进速度慢，方位调整困难且不利于携岩；时，钻进速度慢，方位调整困难且不利于携岩；井斜角井斜角，电测、完井作业施工的难度很大，易发生井壁，电测、完井
4、作业施工的难度很大，易发生井壁垮塌。垮塌。5.1 水平井轨道设计的原则水平井轨道设计的原则二、具体设计原则二、具体设计原则5.尽可能 转盘钻和滑动钻进段长度的确定应，尽可能使各个井段的长度合理，一方面能的要求，另一方面能；，避免划眼或专门下一趟钻进行通井。6.考虑方位漂移的影响 在轨道设计时充分利用邻井资料，确定该地区不同地层的方位漂移规律，进行。5.2 水平井轨道设计方法水平井轨道设计方法一、水平井轨道设计基本方程一、水平井轨道设计基本方程1.自由度的概念 将起点位置及方向均给定的形状完全固定需要确定的称为轨道或曲线段的自由度；2.常见曲线段的自由度 的自由度为；的自由度为；的自由度为；的自
5、由度为。5.2 水平井轨道设计方法水平井轨道设计方法一、水平井轨道设计基本方程一、水平井轨道设计基本方程3.轨道自由度井眼轨道自由度为组成该轨道的；轨道自由度为；轨道自由度为；轨道自由度为。5.2 水平井轨道设计方法水平井轨道设计方法一、水平井轨道设计基本方程一、水平井轨道设计基本方程4.轨道刚性约束和轨道刚性约束数轨道刚性约束是指设计轨道约束条件；轨道刚性约束的个数就是轨道刚性约束数。5.轨道弹性约束和轨道弹性约束数轨道弹性约束是指设计轨道约束条件；轨道弹性约束的个数就是轨道弹性约束数。6.轨道设计可进行的条件：5.2 水平井轨道设计方法水平井轨道设计方法一、水平井轨道设计基本方程一、水平井
6、轨道设计基本方程7.需放松的轨道弹性约束数8.水平井轨道设计基本方程tniitniiSSHH11tniitniitniiEENNHH111二二维维水水平平井井三三维维水水平平井井5.2 水平井轨道设计方法水平井轨道设计方法二、轨道设计基本步骤二、轨道设计基本步骤1.计算设计轨道的；2.根据轨道设计的有关原则和要求确定设计轨道的；3.根据“”确定轨道的组成；4.计算，并确定；5.列出，并求解出；6.计算出设计轨道的和。5.2 水平井轨道设计方法水平井轨道设计方法三、二维水平井轨道设计三、二维水平井轨道设计单圆弧轨道适合于或；由于整个造斜段由，一旦工具造斜率不能达到设计值，；单圆弧轨道目前。5.2
7、 水平井轨道设计方法水平井轨道设计方法三、二维水平井轨道设计三、二维水平井轨道设计轨道刚性约束数为3，即靶点、和；根据轨道设计的有关原则和要求确定设计轨道的弹性约束数2，即和；经分析单圆弧轨道满足“”；因为单圆弧轨道的自由度为4，所以需放松的弹性约束数为1，假设放松；轨道设计基本方程为：ttttttaSLRHLRHsincos1cossin335.2 水平井轨道设计方法水平井轨道设计方法三、二维水平井轨道设计三、二维水平井轨道设计双增轨道适合于或；由于双增水平井中间有一个，当工具造斜率有异常时可以起到一个；双增轨道自由度较大，可以有；双增轨道是目前。5.2 水平井轨道设计方法水平井轨道设计方法
8、三、二维水平井轨道设计三、二维水平井轨道设计轨道刚性约束数为，即靶点、和；根据轨道设计的有关原则和要求确定设计轨道的弹性约束数，即、和。经分析双增轨道满足“”；因为双增轨道的自由度为，所以需放松的弹性约束数为，假设放松。5.2 水平井轨道设计方法水平井轨道设计方法三、二维水平井轨道设计三、二维水平井轨道设计轨道设计基本方程为：tttwwwwttwtwwwaSLRLRHLRLRHsincoscossincos1cossinsincossin5215215.2 水平井轨道设计方法水平井轨道设计方法三、二维水平井轨道设计三、二维水平井轨道设计三增轨道适合于或；由于在，在第一增斜段钻完后，首先要下一趟
9、柔性钻具组合通井，然后再下刚性稳斜钻具组合钻进。这就带来了两个方面的不利，一方面；另一方面，；若将双增轨道的中间稳斜段改成微增段成为后，下同一趟钻具组合，简化了钻具组合，同时也减小了事故发生的可能性。5.2 水平井轨道设计方法水平井轨道设计方法四、三维水平井轨道设计四、三维水平井轨道设计1.三维水平井轨道的若水平井目标点的井眼方向线所在的，如已钻井眼、复杂的地层（盐丘、金属矿床、断层、气顶等），要设计一口水平井使其绕过障碍物钻达目标点，这样的水平井称之为绕障水平井。绕障水平井在和时会遇到。5.2 水平井轨道设计方法水平井轨道设计方法四、三维水平井轨道设计四、三维水平井轨道设计1.三维水平井轨道
10、的在钻井过程中，要使实钻轨道与设计轨道完全吻合几乎是不可能的，二者之间总会有一定的偏差。，有时也许对钻进参数或钻具组合稍作调整，仍可继续钻进；如果，就需要以原设计轨道为依据，。另外，由于地质勘探等方面的原因，需要时，也需要设计出一条新的井眼轨道。这种修正设计在钻进过程中是随时可能发生的，因此称之为。待钻轨道设计通常都是。5.2 水平井轨道设计方法水平井轨道设计方法四、三维水平井轨道设计四、三维水平井轨道设计1.三维水平井轨道的对于的地区，为了有效利用地层的自然造斜规律，减少井眼轨道控制和造斜的工作量，可将井眼轨道。这样的设计对指导现场施工会更有意义。在老井侧钻尤其是，往往是要钻达的油层位置不在
11、原来定向井的剖面上，这就需要。5.2 水平井轨道设计方法水平井轨道设计方法四、三维水平井轨道设计四、三维水平井轨道设计设计三维绕障设计，需要轨道设计人员有和，通过多次得到；进行三维绕障设计前，可以，然后利用防碰扫描软件，当二维设计。5.2 水平井轨道设计方法水平井轨道设计方法四、三维水平井轨道设计四、三维水平井轨道设计设计对于，其原理是：先，在水平面上进行，设计好的轨道就是实际轨道的水平投影，保持，将，在过投影轨道的。可以采用进行设计。5.2 水平井轨道设计方法水平井轨道设计方法四、三维水平井轨道设计四、三维水平井轨道设计3.水平井待钻轨道设计水平井待钻点是三维空间点，待钻点相对原井口有一定的
12、水平位移和井斜、方位角，称为。靶点有井斜、方位角、水平位移和垂深的限制，称为。两个空间矢量的的连接，在几何上，需要空间曲线才能连接。5.2 水平井轨道设计方法水平井轨道设计方法四、三维水平井轨道设计四、三维水平井轨道设计3.水平井待钻轨道设计一种方法是，先在水平面上设计，再转到垂直剖面图上设计。（此方法相对容易，但设计的轨道造斜率是变化的，通常会）5.2 水平井轨道设计方法水平井轨道设计方法四、三维水平井轨道设计四、三维水平井轨道设计3.水平井待钻轨道设计另一种方法是，但难度要大。WTO1O2CDEF1212R1R2WTDTCDCDCDWCWTDTCDCDCDWCWTDTCDCDWCEEELENNNLNHHHLHsinsincossincosEN5.2 水平井轨道设计方法水平井轨道设计方法四、三维水平井轨道设计四、三维水平井轨道设计水平井轨道设计假设通过一定的途径可以找到这样一个特殊点c和井眼方向，以c点及其井眼方向为目标进行水平井轨道设计（包括待钻轨道），对设计好的轨道考虑方位漂移影响后正好可以通过目标点t，并且井眼方向一致，这样就可以实现考虑方位漂移情况下的水平井轨道设计。
