1、問(wèn)題討論：?jiǎn)栴}討論：你做過(guò)“導(dǎo)向”工作嗎？第1頁(yè)/共175頁(yè)1 1軌道和軌跡概念軌道和軌跡概念2 2井眼軌跡控制技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)介井眼軌跡控制技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)介3 3定向井的應(yīng)用定向井的應(yīng)用 1)地面環(huán)境條件的限制； 2)地下地質(zhì)條件的要求； 3)處理井下事故的需要。4 4 井眼軌跡控制井眼軌跡控制( (導(dǎo)向?qū)? )基本方法基本方法第2頁(yè)/共175頁(yè)4.1 4.1 空間幾何導(dǎo)向法空間幾何導(dǎo)向法4.1.1定義：按設(shè)計(jì)的井眼軌道空間幾何位置進(jìn)行導(dǎo)向與控制。4.1.2方法和步驟：1)井眼軌道設(shè)計(jì)作圖；2)軌跡測(cè)量(測(cè)斜)和作圖；3)軌道和軌跡對(duì)比；4)選擇工具和設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行軌跡控制。第3頁(yè)/共175頁(yè)4.2

2、4.2 地質(zhì)導(dǎo)向法地質(zhì)導(dǎo)向法4.2.1定義：以目的層及其鄰近地層的地質(zhì)和地球物理特征參數(shù)(曲線(xiàn))為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行導(dǎo)向與控制。4.2.2方法和步驟：1)在實(shí)驗(yàn)井或鄰井測(cè)得目的層及其鄰近地層的地質(zhì)和地球物理模擬特征參數(shù)；第4頁(yè)/共175頁(yè)2)近鉆頭隨鉆測(cè)量實(shí)際地層的相同特征參數(shù)；3)實(shí)時(shí)對(duì)比2種特征參數(shù)；4)如果兩者一致，說(shuō)明命中了預(yù)計(jì)范圍內(nèi)的目的層，反之則沒(méi)有，應(yīng)按井下特征參數(shù)修正和隨鉆控制井眼軌跡，以保證井眼穿過(guò)儲(chǔ)集層。4.34.3兩種導(dǎo)向方法的關(guān)系兩種導(dǎo)向方法的關(guān)系第5頁(yè)/共175頁(yè)5 5 導(dǎo)向工具發(fā)展導(dǎo)向工具發(fā)展1)早期機(jī)械和水力導(dǎo)向工具；2)穩(wěn)定器鉆具組合旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具；3)偏軸鉆具旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具

3、；4)井下動(dòng)力彎鉆具滑動(dòng)導(dǎo)向工具；5)現(xiàn)代旋轉(zhuǎn)閉環(huán)導(dǎo)向系統(tǒng)； 6)現(xiàn)代地質(zhì)導(dǎo)向系統(tǒng)。第6頁(yè)/共175頁(yè)第一節(jié)第一節(jié) 井眼軌跡井眼軌跡( (軌道軌道) )的基本概的基本概念念問(wèn)題討論：?jiǎn)栴}討論：1)空間點(diǎn)的座標(biāo)體系有幾種？第7頁(yè)/共175頁(yè)1 1 軌跡的基本參數(shù)軌跡的基本參數(shù) 測(cè)斜：測(cè)斜：一口實(shí)鉆井的井眼軸線(xiàn)乃是一條空間曲線(xiàn)。為了進(jìn)行軌跡控制，必須首先描述出這條空間曲線(xiàn)形狀及其位置，這就要先進(jìn)行軌跡測(cè)量，即“測(cè)斜”。 測(cè)段和測(cè)點(diǎn)：測(cè)段和測(cè)點(diǎn)：目前常用的測(cè)斜方法并不是連續(xù)測(cè)斜，而是每隔一定長(zhǎng)度的井段測(cè)一個(gè)點(diǎn)。這些井段 即“測(cè)段”，這些點(diǎn)即“測(cè)點(diǎn)”。 上測(cè)點(diǎn)和下測(cè)點(diǎn)：上測(cè)點(diǎn)和下測(cè)點(diǎn)：一個(gè)測(cè)段的兩個(gè)測(cè)

4、點(diǎn)中，井深小的稱(chēng)為上測(cè)點(diǎn)，井深大的稱(chēng)為下測(cè)點(diǎn)。第8頁(yè)/共175頁(yè)軌跡的基本參數(shù)：軌跡的基本參數(shù)：測(cè)斜儀器在每個(gè)點(diǎn)上測(cè)得的三個(gè)參數(shù)，即井深、井斜角和井斜方位角。1.1 1.1 井深井深井深：井深：指井口(通常以轉(zhuǎn)盤(pán)面為基準(zhǔn))至測(cè)點(diǎn)的井眼軸線(xiàn)長(zhǎng)度，以鉆柱或電纜的長(zhǎng)度來(lái)量測(cè)，常用Dm(m)表示。井段：井段：井深的增量，為下測(cè)點(diǎn)井深減去上測(cè)點(diǎn)井深，以Dm表示。第9頁(yè)/共175頁(yè)1.2 1.2 井斜角井斜角井眼方向線(xiàn)：井眼方向線(xiàn)：過(guò)井眼軸線(xiàn)上某測(cè)點(diǎn)作井眼軸線(xiàn)的切線(xiàn)，該切線(xiàn)向井眼前進(jìn)方向延伸的部分稱(chēng)為井眼方向線(xiàn)。井斜角：井斜角：井眼方向線(xiàn)與重力線(xiàn)之間的夾角，表示井眼軌跡在測(cè)點(diǎn)處傾斜的大小，用()表示。井斜

5、角增量：井斜角增量：一個(gè)測(cè)段內(nèi)井斜角的增量總是下測(cè)點(diǎn)井斜角減去上測(cè)點(diǎn)井斜角，以表示(圖5-1) 。第10頁(yè)/共175頁(yè)第11頁(yè)/共175頁(yè)1.3 1.3 井斜方位角井斜方位角井眼方位線(xiàn)：井眼方位線(xiàn)：某測(cè)點(diǎn)處的井眼方向線(xiàn)投影到水平面上，稱(chēng)為井眼方位線(xiàn)，或井斜方位線(xiàn)。正北方位線(xiàn)：正北方位線(xiàn)：地理子午線(xiàn)沿正北方向延伸的線(xiàn)段。第12頁(yè)/共175頁(yè)井斜方位角：井斜方位角：以正北方位線(xiàn)為始邊，順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)到井眼方位線(xiàn)上所轉(zhuǎn)過(guò)的角度，即井眼方位角，或井斜方位角。用()表示(圖5-2)。井斜方位角增量：井斜方位角增量：下測(cè)點(diǎn)的井斜方位角減去上測(cè)點(diǎn)的井斜方位角，以表示。其值在0360內(nèi)變化。方位與方向的區(qū)別：

6、方位與方向的區(qū)別：第13頁(yè)/共175頁(yè)第14頁(yè)/共175頁(yè) 磁偏角：磁偏角：地球有磁北方位和正北方位之分，兩者并不重合而是有個(gè)夾角，稱(chēng)為磁偏角。 東磁偏角：東磁偏角：磁北方位線(xiàn)在正北方位線(xiàn)的東面。 西磁偏角：西磁偏角：磁北方位線(xiàn)在正北方位線(xiàn)的西面。 磁偏角校正：磁偏角校正：目前廣泛使用的磁性測(cè)斜儀是以地球磁北方位為基準(zhǔn)的，所測(cè)得的井斜方位角為磁方位角，并不是真方位角。需要經(jīng)過(guò)換算求得真方位角，稱(chēng)為磁偏角校正： 真方位角=磁方位角+東磁偏角 真方位角=磁方位角-西磁偏角第15頁(yè)/共175頁(yè)1.4 1.4 軌跡基本參數(shù)的特性軌跡基本參數(shù)的特性問(wèn)題討論：?jiǎn)栴}討論：1)井深、井斜角和井斜方位角3參數(shù)是

7、井眼軸線(xiàn)空間點(diǎn)的球座標(biāo)嗎？第16頁(yè)/共175頁(yè)2 2 軌跡的計(jì)算參數(shù)軌跡的計(jì)算參數(shù)1)1)垂直深度：垂直深度：簡(jiǎn)稱(chēng)垂深，是指軌跡上某點(diǎn)至井口所在水平面的距離，用D 表示。垂深的增量稱(chēng)為垂增，以D 表示。如圖5-1所示。第17頁(yè)/共175頁(yè)第18頁(yè)/共175頁(yè) 2)2)水平投影長(zhǎng)度：水平投影長(zhǎng)度：簡(jiǎn)稱(chēng)水平長(zhǎng)度或平長(zhǎng)，是井深在水平面上的投影長(zhǎng)度，平長(zhǎng)以字母Lp表示。水平長(zhǎng)度的增量稱(chēng)為平增。平增以L(fǎng)p表示。平長(zhǎng)和平增在圖5-4中是指曲線(xiàn)的長(zhǎng)度。 第19頁(yè)/共175頁(yè)第20頁(yè)/共175頁(yè) 3) 3)水平位移：水平位移：簡(jiǎn)稱(chēng)平移，指軌跡上某點(diǎn)至井口所在鉛垂線(xiàn)的距離，或指軌跡上某點(diǎn)至井口的距離在水平面上的

8、投影。此投影線(xiàn)稱(chēng)為平移方位線(xiàn)。水平位移常以字母S 表示。如圖5-5所示。在國(guó)外將水平位移稱(chēng)作閉合距。而我國(guó)油田現(xiàn)場(chǎng)常特指完鉆時(shí)的水平位移為閉合距。第21頁(yè)/共175頁(yè)第22頁(yè)/共175頁(yè) 4)4)平移方位角：平移方位角：平移方位線(xiàn)所在的方位角，即以正北方位為始邊順時(shí)針轉(zhuǎn)至平移線(xiàn)上所轉(zhuǎn)過(guò)的角度，常以字母表示。如圖5-5所示。在國(guó)外將平移方位角稱(chēng)作閉合方位角。而我國(guó)油田現(xiàn)場(chǎng)常特指完鉆時(shí)的平移方位角為閉合方位角。第23頁(yè)/共175頁(yè) 5)N5)N坐標(biāo)和坐標(biāo)和E E坐標(biāo)：坐標(biāo)：是指軌跡上某點(diǎn)在以井口為原點(diǎn)的水平面坐標(biāo)系里的坐標(biāo)值。此水平面坐標(biāo)系有兩個(gè)坐標(biāo)軸，一是南北坐標(biāo)軸，以正北方向?yàn)檎较颍灰皇菛|西

9、坐標(biāo)軸，以正東方向?yàn)檎较?。如圖5-4所示。第24頁(yè)/共175頁(yè)第25頁(yè)/共175頁(yè) 6)6)視平移：視平移：亦稱(chēng)投影位移，是水平位移在設(shè)計(jì)方位線(xiàn)上的投影長(zhǎng)度。視平移以字母V 表示。如圖5-5所示，A、B 二點(diǎn)的視平移分別為VA、VB。顯然，當(dāng)實(shí)鉆軌跡與設(shè)計(jì)軌跡偏差很大時(shí)甚至背道而馳時(shí)，視平移可能成為負(fù)值。第26頁(yè)/共175頁(yè)第27頁(yè)/共175頁(yè)7)7)井眼曲率：井眼曲率：指井眼軌跡曲線(xiàn)的曲率，也稱(chēng)“狗腿嚴(yán)重度”和“全角變化率”。由于實(shí)鉆井眼軌跡是任意的空間曲線(xiàn)，其曲率是不斷變化的，無(wú)法計(jì)算每一點(diǎn)的曲率，所以在工程上常常計(jì)算井段的平均曲率。第28頁(yè)/共175頁(yè) 8)8)狗腿角：狗腿角：對(duì)一個(gè)測(cè)

10、段(或井段)來(lái)說(shuō)，上、下二測(cè)點(diǎn)處的井眼方向線(xiàn)是不同的，兩條方向線(xiàn)之間的夾角(注意是在空間的夾角)稱(chēng)為“狗腿角”，也有人稱(chēng)為“全角變化”。 平均曲率計(jì)算：平均曲率計(jì)算：5-1式5-3式第29頁(yè)/共175頁(yè)3 3 軌跡的圖示法軌跡的圖示法 有兩種：一種是垂直投影圖與水平投影圖相配合，如圖5-6（a）所示；一種是垂直剖面圖與水平投影圖相配合，如圖5-6（b）所示。第30頁(yè)/共175頁(yè)第31頁(yè)/共175頁(yè) 3.1 3.1 水平投影圖水平投影圖 相當(dāng)于機(jī)械制圖中的俯視圖，是將井眼軌跡這條空間曲線(xiàn)投影到井口中心所在的水平面上。圖中的坐標(biāo)為N 坐標(biāo)和E 坐標(biāo)，以井口中心為坐標(biāo)原點(diǎn)。第32頁(yè)/共175頁(yè) 3.

11、2 3.2 垂直投影圖垂直投影圖 相當(dāng)于機(jī)械制圖中的主視圖，即將井眼軌跡這條空間曲線(xiàn)投影到過(guò)井口中心的某個(gè)鉛垂平面上。圖中的坐標(biāo)為垂深D 和視平移V ，也是以井口中心為坐標(biāo)原點(diǎn)。 第33頁(yè)/共175頁(yè) 經(jīng)過(guò)井口中心的鉛垂平面有無(wú)數(shù)個(gè)，應(yīng)該選擇那個(gè)呢？我國(guó)鉆井行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，選擇設(shè)計(jì)方位線(xiàn)所在的那個(gè)鉛垂平面。這樣的垂直投影圖與設(shè)計(jì)的垂直投影圖進(jìn)行比較，可以看出實(shí)鉆井眼軌跡與設(shè)計(jì)井眼軌跡的差別，便于指導(dǎo)施工中軌跡控制。第34頁(yè)/共175頁(yè) 3.3 3.3 垂直剖面圖垂直剖面圖 參看圖5-7，設(shè)想經(jīng)過(guò)井眼軌跡上的每一個(gè)點(diǎn)作一條鉛垂線(xiàn)，所有這些鉛垂線(xiàn)就構(gòu)成了一個(gè)曲面，在數(shù)學(xué)上稱(chēng)作柱面。其特點(diǎn)是可以展平到

12、一個(gè)平面上，就形成了垂直剖面圖。該圖的兩個(gè)坐標(biāo)是垂深D 和水平長(zhǎng)度Lp。第35頁(yè)/共175頁(yè)第36頁(yè)/共175頁(yè)第二節(jié)第二節(jié) 井眼軌道設(shè)計(jì)井眼軌道設(shè)計(jì)1 1 井眼分類(lèi)井眼分類(lèi)分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)說(shuō)明：按軌道。直井：直井：指設(shè)計(jì)軌道是一條鉛垂線(xiàn)的井，不管實(shí)鉆的直井井眼軌跡如何在空間變化，我們?nèi)匀环Q(chēng)之為直井。定向井定向井：指設(shè)計(jì)軌道是一條特定曲線(xiàn)或非鉛垂線(xiàn)的井。第37頁(yè)/共175頁(yè)定向井一級(jí)分類(lèi)定向井一級(jí)分類(lèi)：可分為二維定向井和三維定向井兩大類(lèi)。所謂二維定向井是指設(shè)計(jì)的軌道都在一個(gè)鉛垂平面上變化，即設(shè)計(jì)軌道只有井斜角的變化而無(wú)井斜方位角的變化。三維定向井是在三維空間進(jìn)行設(shè)計(jì)，既有井斜角的變化又有井斜方位角的變

13、化。第38頁(yè)/共175頁(yè)定向井二級(jí)分類(lèi)定向井二級(jí)分類(lèi)：二維定向井又可分為常規(guī)二維定向井和非常規(guī)二維定向井。常規(guī)二維定向井的井段形狀都是由直線(xiàn)和圓弧曲線(xiàn)組成。非常規(guī)二維定向井的井段形狀除了直線(xiàn)和圓弧曲線(xiàn)外，還有某種特殊曲線(xiàn)，例如懸鏈線(xiàn)，二次拋物線(xiàn)等等。三維定向井又可分為糾偏三維定向井和繞障三維定向井。第39頁(yè)/共175頁(yè)說(shuō)明：說(shuō)明：在實(shí)際工程中，最常見(jiàn)的是常規(guī)二維定向井。我國(guó)鉆井行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)對(duì)常規(guī)二維定向井的軌道設(shè)計(jì)制定了標(biāo)準(zhǔn)。第40頁(yè)/共175頁(yè)2 2 常規(guī)二維定向井軌道設(shè)計(jì)常規(guī)二維定向井軌道設(shè)計(jì)2.1 2.1 設(shè)計(jì)原則設(shè)計(jì)原則1)1)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)鉆定向井的目的。應(yīng)能實(shí)現(xiàn)鉆定向井的目的。2)2

14、)應(yīng)有利于安全、優(yōu)質(zhì)、快速鉆應(yīng)有利于安全、優(yōu)質(zhì)、快速鉆井。井。要注意選好造斜點(diǎn)，要選擇硬度適中，無(wú)坍塌、縮徑、高壓、易漏等復(fù)雜情況的地層開(kāi)始造斜。第41頁(yè)/共175頁(yè)按照井斜角的大小，可將定向井分為三類(lèi)：井斜角在1530的屬小傾角定向井；井斜角在3060的屬中傾角定向井；井斜角超過(guò)60的屬大傾角定向井。在可能的條件下，盡量減小最大井斜角，以便減小鉆井的難度。但最大井斜角不得小于15，否則井斜方位不易穩(wěn)定。第42頁(yè)/共175頁(yè)在選擇井眼曲率值時(shí)，要權(quán)衡造斜工具的造斜能力、減小起下鉆和下套管的難度以及縮短造斜井段的長(zhǎng)度等各方面的要求。第43頁(yè)/共175頁(yè)3)3)要滿(mǎn)足采油工藝的要求。要滿(mǎn)足采油工藝

15、的要求。在可能的情況下，減小井眼曲率，以改善油管和抽油桿的工作條件。進(jìn)入目的層井段的井斜角應(yīng)盡量小點(diǎn)，最好是垂直井段，以利于安裝電潛泵、坐封封隔器及其他井下作業(yè)。第44頁(yè)/共175頁(yè)2.2 2.2 軌道類(lèi)型軌道類(lèi)型常規(guī)二維定向井軌道類(lèi)型：常規(guī)二維定向井軌道類(lèi)型：按照我國(guó)鉆井行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，有四種類(lèi)型：三段式，多靶三段式，五段式和雙增式，如圖5-205-23所示。不同類(lèi)型的軌道，它們的設(shè)計(jì)條件和計(jì)算公式各不相同。第45頁(yè)/共175頁(yè)第46頁(yè)/共175頁(yè)第47頁(yè)/共175頁(yè)第48頁(yè)/共175頁(yè)第49頁(yè)/共175頁(yè)關(guān)節(jié)點(diǎn)：關(guān)節(jié)點(diǎn)：圖中的字母K 代表造斜點(diǎn)，b 代表增斜結(jié)束點(diǎn)，t 代表目標(biāo)點(diǎn)，c 代表五

16、段式的降斜始點(diǎn)或雙增式的第二次造斜點(diǎn)，d 代表多目標(biāo)井的目標(biāo)終點(diǎn)。所有這些點(diǎn)稱(chēng)為關(guān)節(jié)點(diǎn)。這些關(guān)節(jié)點(diǎn)的參數(shù)均以相應(yīng)字母為下標(biāo)。第50頁(yè)/共175頁(yè)2.3 2.3 設(shè)計(jì)依據(jù)的條件設(shè)計(jì)依據(jù)的條件一是由地質(zhì)、采油部門(mén)提供的分層地質(zhì)情況預(yù)告和目標(biāo)點(diǎn)或目標(biāo)井段的有關(guān)數(shù)據(jù)，如目標(biāo)點(diǎn)的垂深、水平位移以及設(shè)計(jì)方位等。二是由鉆井部門(mén)根據(jù)鉆井的條件選定的造斜點(diǎn)位置、造斜率大小和造斜段長(zhǎng)度等(表5-2) 。2.4 2.4 關(guān)鍵參數(shù)的計(jì)算關(guān)鍵參數(shù)的計(jì)算2.5 2.5 井段計(jì)算及設(shè)計(jì)結(jié)果表述井段計(jì)算及設(shè)計(jì)結(jié)果表述第51頁(yè)/共175頁(yè) 表5-2 軌道設(shè)計(jì)給定的條件軌道類(lèi)型給定的條件關(guān)鍵參數(shù)三段式Dt,St,Dkop,Kz,

17、ob,Dmw多靶三段式Dt,Dkop,Kz,o,tDmm,KnSt, Dmw五段式Dt,St,Dkop,Kzot,Dmm,Knb,Dmw雙增式Dt,St,Dkop,Kzot,Dmm,Knb,Dmw第52頁(yè)/共175頁(yè)第三節(jié)第三節(jié) 軌跡測(cè)量和計(jì)算軌跡測(cè)量和計(jì)算1 1 測(cè)斜儀和測(cè)斜方法簡(jiǎn)介測(cè)斜儀和測(cè)斜方法簡(jiǎn)介測(cè)斜儀分類(lèi)：測(cè)斜儀分類(lèi)：常用磁性測(cè)斜儀，并分為單點(diǎn)、多點(diǎn)和隨鉆測(cè)斜儀三類(lèi)。特殊地區(qū)也用陀螺測(cè)斜儀。第53頁(yè)/共175頁(yè)單點(diǎn)測(cè)斜儀：?jiǎn)吸c(diǎn)測(cè)斜儀：通常是用鋼絲從鉆柱內(nèi)送入井下，一次下井只能測(cè)一個(gè)井深(即靠近鉆頭)處的參數(shù)，費(fèi)時(shí)短，常用于定向和軌跡控制不難的井或定向井的直井段。第54頁(yè)/共175頁(yè)多

18、點(diǎn)測(cè)斜儀：多點(diǎn)測(cè)斜儀：在裸眼井中用鋼絲或電纜送入到井底，然后在上提過(guò)程中每隔一定長(zhǎng)度進(jìn)行靜止測(cè)量和記錄；也可在起鉆前從鉆柱內(nèi)投入到靠近鉆頭處，然后在起鉆過(guò)程中利用每起一個(gè)立柱靜止卸扣的時(shí)間進(jìn)行測(cè)量和記錄。為了軌跡計(jì)算而進(jìn)行的軌跡測(cè)量須用多點(diǎn)測(cè)斜儀。第55頁(yè)/共175頁(yè)隨鉆測(cè)斜儀：隨鉆測(cè)斜儀：分有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)兩種，現(xiàn)在主要用后一種。它是隨同鉆柱一同入內(nèi)，在鉆進(jìn)過(guò)程中不斷地連續(xù)地進(jìn)行測(cè)量，并實(shí)時(shí)將測(cè)量數(shù)據(jù)傳到地面上。但它使用費(fèi)用較高，一般用于軌跡控制要求較高或有一定難度的井段或井中。第56頁(yè)/共175頁(yè)磁性測(cè)斜儀的原理：磁性測(cè)斜儀的原理：如圖5-8所示，羅盤(pán)靠一頂尖支撐，可在儀器中靈活轉(zhuǎn)動(dòng)，不管儀器外

19、殼如何轉(zhuǎn)動(dòng)，羅盤(pán)的S極始終指北。在儀器中心懸掛一個(gè)“十字”重錘，不管儀器外殼如何傾斜，重錘始終指向重力方向。靜止測(cè)量時(shí)，照相機(jī)對(duì)著透明的羅盤(pán)面照相，所以“十字”圖形也被照在底片上。然后相機(jī)自動(dòng)進(jìn)卷，再記錄下一個(gè)井深處的參數(shù)。第57頁(yè)/共175頁(yè)第58頁(yè)/共175頁(yè)高邊方位、低邊方位與井斜方位：高邊方位、低邊方位與井斜方位：除鉛垂的特殊情況外，井眼是一個(gè)軸線(xiàn)傾斜的圓柱體，其橫截面是一個(gè)傾斜的圓，此圓有最高點(diǎn)和最低點(diǎn)。最高點(diǎn)處的半徑方位即高邊方位，最低點(diǎn)處的半徑方位即低邊方位。兩方位在一條線(xiàn)上，相差180度。井斜方位是指井眼的高邊方位。第59頁(yè)/共175頁(yè)定心羅盤(pán)定心羅盤(pán)：在測(cè)斜過(guò)程中，儀器軸傾斜

20、后“十字”總是落在低邊方位線(xiàn)上。為此，將羅盤(pán)盤(pán)面上的N、S互換，E、W互換，使盤(pán)面上標(biāo)志方位的字母正好與實(shí)際的地理方位相反，就可直接從照相底片上讀出井斜方位角。第60頁(yè)/共175頁(yè)測(cè)斜照片：測(cè)斜照片：如圖5-9所示，羅盤(pán)面上的同心圓代表了不同的井斜角，“十字”所在的同心圓就是該井深處的井斜角。羅盤(pán)面上的徑向放射線(xiàn)代表了不同的方位，羅盤(pán)邊緣有方位的刻度值。“十字”所在的放射線(xiàn)就是該井深處的井斜方位角(定心羅盤(pán))。第61頁(yè)/共175頁(yè)第62頁(yè)/共175頁(yè)2 2 我國(guó)鉆井行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)測(cè)斜計(jì)算我國(guó)鉆井行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)測(cè)斜計(jì)算數(shù)數(shù) 據(jù)的規(guī)定據(jù)的規(guī)定問(wèn)題討論：?jiǎn)栴}討論：1)井深、井斜角和井斜方位角3參數(shù)是井眼軸線(xiàn)

21、空間點(diǎn)的球座標(biāo)嗎？2)如何描述井眼軸線(xiàn)空間點(diǎn)位置？第63頁(yè)/共175頁(yè)1)1)測(cè)點(diǎn)編號(hào)：測(cè)點(diǎn)編號(hào)：從0測(cè)點(diǎn)開(kāi)始，自上而下類(lèi)推編號(hào)。每個(gè)測(cè)點(diǎn)的參數(shù)皆以該點(diǎn)編號(hào)作為下標(biāo)符號(hào)。2)2)測(cè)段編號(hào)：測(cè)段編號(hào)：從1測(cè)段開(kāi)始，自上而下類(lèi)推編號(hào)。每個(gè)測(cè)段的參數(shù)皆以該段的編號(hào)作為下標(biāo)符號(hào)。第64頁(yè)/共175頁(yè)3)3)第第0 0測(cè)點(diǎn)：測(cè)點(diǎn)：人為規(guī)定的，非實(shí)測(cè)點(diǎn)。當(dāng)?shù)?測(cè)點(diǎn)的井深大于25m時(shí)，規(guī)定第0測(cè)點(diǎn)的井深比第1測(cè)點(diǎn)的井深小25m，井斜角為零。當(dāng)?shù)?測(cè)點(diǎn)的井深小于或等于25m時(shí)，規(guī)定第0測(cè)點(diǎn)的井深和井斜角均為零。第65頁(yè)/共175頁(yè)4)4)用于進(jìn)行軌跡計(jì)算的測(cè)斜數(shù)據(jù)必須是用多點(diǎn)測(cè)斜儀測(cè)得的。5)5)用磁性測(cè)斜儀

22、測(cè)得的井斜方位角，必須經(jīng)過(guò)當(dāng)?shù)禺?dāng)年的磁偏角校正之后才能進(jìn)行軌跡計(jì)算。第66頁(yè)/共175頁(yè)6)6)當(dāng)某個(gè)測(cè)點(diǎn)的井斜角等于零時(shí)，該點(diǎn)的井斜方位角是不存在的。為了計(jì)算的需要，規(guī)定：若i=0，則計(jì)算第i測(cè)段時(shí)，i =i-1 ；計(jì)算第i+1測(cè)段時(shí)，i =i+1 。第67頁(yè)/共175頁(yè)7)7)在一個(gè)測(cè)段內(nèi)，井斜方位角的變化的絕對(duì)值不得超過(guò)180。在具體計(jì)算時(shí)，還要特別注意平均井斜方位角的計(jì)算方法(5-4式5-7式)。第68頁(yè)/共175頁(yè)3 3 軌跡計(jì)算的方法軌跡計(jì)算的方法軌跡計(jì)算的目的：軌跡計(jì)算的目的：算出每個(gè)測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)值，以便繪圖和控制。軌跡計(jì)算的限制：軌跡計(jì)算的限制：即無(wú)法由基本參數(shù)直接描點(diǎn)，也無(wú)法隨

23、意選點(diǎn)由基本參數(shù)算出相關(guān)參數(shù)。第69頁(yè)/共175頁(yè)軌跡計(jì)算順序的唯一性：軌跡計(jì)算順序的唯一性：必須首先從已知坐標(biāo)值的0測(cè)點(diǎn)開(kāi)始(D0=Dm0，LP0=0，N0=0，E0=0 )，逐段、逐點(diǎn)向下進(jìn)行。通過(guò)假設(shè)測(cè)段為某種規(guī)則的曲線(xiàn)形狀，算出每個(gè)測(cè)段的坐標(biāo)增量，然后累加才能求得測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)值(5-8式5-11式)。第70頁(yè)/共175頁(yè)軌跡計(jì)算方法的多樣性和近似性：軌跡計(jì)算方法的多樣性和近似性：我國(guó)鉆井行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：我國(guó)鉆井行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：手工計(jì)算時(shí)用平均角法，計(jì)算機(jī)計(jì)算時(shí)用校正平均角法。第71頁(yè)/共175頁(yè)平均角法平均角法：假設(shè)測(cè)段是一條直線(xiàn)，該直線(xiàn)的方向是上下二測(cè)點(diǎn)處井眼方向的“和方向”(矢量和)，如

24、圖5-10所示。根據(jù)這種假設(shè)，可得測(cè)段計(jì)算公式5-125-15。第72頁(yè)/共175頁(yè)第73頁(yè)/共175頁(yè)校正平均角法：校正平均角法：假設(shè)測(cè)段形狀為一條圓柱螺線(xiàn)。如圖5-11所示，圓柱螺線(xiàn)在水平投影圖上是圓弧。圓柱螺線(xiàn)在圓柱面展平平面上也是圓弧，即垂直剖面圖是圓弧。根據(jù)這個(gè)假設(shè)推導(dǎo)的測(cè)段計(jì)算公式5-245-29。 第74頁(yè)/共175頁(yè)第75頁(yè)/共175頁(yè)問(wèn)題討論：?jiǎn)栴}討論：1)如何提高井眼軌跡描述的準(zhǔn)確度或減小井眼軌跡描述的誤差？第76頁(yè)/共175頁(yè)第四節(jié)第四節(jié) 影響井眼軌跡走向的因素影響井眼軌跡走向的因素問(wèn)題討論：?jiǎn)栴}討論：影響井眼軌跡走向的因素有哪些？第77頁(yè)/共175頁(yè)影響井眼軌跡走向的因

25、素有：影響井眼軌跡走向的因素有：1 地層 2 井下鉆具 3 鉆頭 4 鉆進(jìn)參數(shù)5 已鉆井眼6 鉆井方法 地質(zhì)因素為地質(zhì)因素為客觀(guān)因素客觀(guān)因素 , ,井下鉆具和井下鉆具和鉆進(jìn)參數(shù)是鉆進(jìn)參數(shù)是基本可控參基本可控參數(shù)。數(shù)。 第78頁(yè)/共175頁(yè)1 1 地層地層地層可鉆性的各向異性和地層的傾斜是導(dǎo)致井斜的兩個(gè)最本質(zhì)的地質(zhì)因素。如圖5-12所示，沉積巖都有這樣的特性：垂直層面方向的可鉆性好，平行層面方向的可鉆性差。鉆頭總是有向著容易鉆進(jìn)的方向前進(jìn)的趨勢(shì)。第79頁(yè)/共175頁(yè)第80頁(yè)/共175頁(yè)在地層傾斜的情況下，當(dāng)?shù)貙觾A角小于45時(shí)，鉆頭前進(jìn)方向偏向垂直地層層面的方向，于是偏離鉛垂線(xiàn)。在地層傾角超過(guò)60

26、以后，鉆頭前進(jìn)方向則是沿著平行地層層面方向下滑，也要偏離鉛垂線(xiàn)。當(dāng)?shù)貙觾A角在4560之間時(shí)，井斜方向?qū)俨环€(wěn)定狀態(tài)。第81頁(yè)/共175頁(yè)2 2 井下鉆具井下鉆具 影響機(jī)理 鉆具的傾斜鉆具的彎曲第82頁(yè)/共175頁(yè)主要是靠近鉆頭的那部分鉆具的傾斜和彎曲。這會(huì)引起鉆頭傾斜，在井底形成不對(duì)稱(chēng)切削(圖5-15)；或使鉆頭受到側(cè)向力的作用，迫使其側(cè)向切削(圖5-16)，兩方面都將使新鉆的井眼不斷地偏離原井眼方向。第83頁(yè)/共175頁(yè)第84頁(yè)/共175頁(yè)第85頁(yè)/共175頁(yè)導(dǎo)致鉆具傾斜和彎曲的原因：導(dǎo)致鉆具傾斜和彎曲的原因：1)鉆具直徑小于井眼直徑，鉆具傾斜和彎曲有空間條件；2)鉆壓的作用；3)下入井內(nèi)的鉆

27、具是彎曲的；4)在安裝設(shè)備時(shí)，天車(chē)、游車(chē)和轉(zhuǎn)盤(pán)三點(diǎn)不在一條鉛垂線(xiàn)上，如轉(zhuǎn)盤(pán)安裝不平，或鉆井中井架傾斜等。第86頁(yè)/共175頁(yè)3 3 鉆頭鉆頭鉆頭對(duì)井眼軌跡走向的影響主要表現(xiàn)在鉆頭各向異性和鉆頭結(jié)構(gòu)上。鉆頭各向異性是指鉆頭在不同方向上鉆進(jìn)能力的差異。地層各向異性與鉆頭各向異性相互作用會(huì)影響井斜和方位，從而影響井眼軌跡。鉆頭結(jié)構(gòu)不同，破巖方式就不同，從而影響井眼走向。第87頁(yè)/共175頁(yè)4 4 鉆進(jìn)參數(shù)鉆進(jìn)參數(shù)主要是鉆壓影響井眼軌跡走向。由于鉆壓作用，下部鉆具受壓后必將靠向井壁一側(cè)而傾斜，當(dāng)鉆壓達(dá)到一定值，下部鉆柱還會(huì)發(fā)生彎曲。第88頁(yè)/共175頁(yè)5 5 已鉆井眼已鉆井眼 井下鉆具組合的變形會(huì)受到

28、已鉆井眼形態(tài)的約束。如遇到井眼擴(kuò)大時(shí)，井眼對(duì)鉆具的約束條件就發(fā)生變化，從而影響到下部鉆柱的變形，鉆頭可在井眼內(nèi)左右移動(dòng)，靠向一側(cè)，也可使受壓彎曲的鉆柱饒度加大，于是鉆頭軸線(xiàn)與原井眼軸線(xiàn)更不重合，導(dǎo)致偏離原井眼。第89頁(yè)/共175頁(yè)6 6 鉆井方法鉆井方法不同的鉆井方法在導(dǎo)向功能、鉆井參數(shù)和鉆頭等方面有自己的性能要求，而這些因素正是前面介紹的影響井眼軌跡的因素。第90頁(yè)/共175頁(yè)小結(jié)：小結(jié)：客觀(guān)的地質(zhì)原因無(wú)法改變，但可利用，如自然造斜井(畫(huà)圖)；鉆具原因一定程度上可人為控制，為此設(shè)計(jì)了多種導(dǎo)向鉆具；井眼不會(huì)剛鉆成就擴(kuò)大，總是有個(gè)過(guò)程，可利用這個(gè)過(guò)程防斜。第91頁(yè)/共175頁(yè) 第五節(jié)第五節(jié) 直井

29、防斜技術(shù)直井防斜技術(shù)井按軌道分類(lèi)：井按軌道分類(lèi)：直井和定向井。直井軌跡控制指標(biāo)和難度：直井軌跡控制指標(biāo)和難度：控制井斜角和井眼曲率在甲方允許的范圍之內(nèi)，并確保中靶。第92頁(yè)/共175頁(yè)1 1 滿(mǎn)眼鉆具組合控制井斜滿(mǎn)眼鉆具組合控制井斜1.11.1滿(mǎn)眼鉆具組合的原理滿(mǎn)眼鉆具組合的原理 如果鉆具的直徑與鉆頭的直徑完全相等，井斜原因就都會(huì)被克服。但這樣做將無(wú)法循環(huán)鉆井液和正常起下鉆，也極易卡鉆，工程上行不通。實(shí)際上是采用扶正器組合的辦法來(lái)解決。第93頁(yè)/共175頁(yè)1.2 1.2 滿(mǎn)眼鉆具組合的設(shè)計(jì)滿(mǎn)眼鉆具組合的設(shè)計(jì) 在靠近鉆頭大約30m長(zhǎng)的鉆鋌上適當(dāng)安置扶正器，其數(shù)量、位置和直徑，可用計(jì)算法或經(jīng)驗(yàn)法來(lái)

30、設(shè)計(jì)?，F(xiàn)場(chǎng)常用經(jīng)驗(yàn)法(圖5-17、5-33和表5-5)。第94頁(yè)/共175頁(yè)第95頁(yè)/共175頁(yè)第96頁(yè)/共175頁(yè) 表5-5 穩(wěn)斜鉆具組合的配合尺寸類(lèi)型L1L2L3L4L5強(qiáng)穩(wěn)斜組合0.81.24.56.09.09.09.0中穩(wěn)斜組合1.01.83.06.09.018.09.027.0弱穩(wěn)斜組合1.01.84.59.0第97頁(yè)/共175頁(yè)1.31.3滿(mǎn)眼鉆具組合使用應(yīng)注意的問(wèn)滿(mǎn)眼鉆具組合使用應(yīng)注意的問(wèn)題題1)在已經(jīng)發(fā)生井斜的井內(nèi)使用滿(mǎn)眼鉆具組合并不能減小井斜角，只能做到使井斜角的變化(增斜或降斜)很小或不變化。所以滿(mǎn)眼鉆具組合的主要功能是控制井眼曲率，而不能控制井斜角的大小。第98頁(yè)/共17

31、5頁(yè)2)使用的關(guān)鍵在于一個(gè)“滿(mǎn)”字，即扶正器與井眼的間隙對(duì)滿(mǎn)眼鉆具組合的性能影響非常顯著。應(yīng)使間隙盡可能小。一般為12mm。在使用中，因扶正器磨損使間隙達(dá)到或超過(guò)兩倍的設(shè)計(jì)值時(shí)，應(yīng)及時(shí)更換扶正器。第99頁(yè)/共175頁(yè)3)保持“滿(mǎn)”的另一關(guān)鍵是控制井徑擴(kuò)大。這要求有好的鉆井液護(hù)壁技術(shù)。但井徑的擴(kuò)大總是有個(gè)過(guò)程。只要搶在井徑擴(kuò)大以前鉆出新的井眼，則仍可保持“滿(mǎn)”的效果。這就要求加快鉆速，達(dá)到 “以快保滿(mǎn)，以滿(mǎn)保直”的效果。第100頁(yè)/共175頁(yè)4)在鉆進(jìn)軟硬交錯(cuò)，或傾角較大的地層時(shí)，要注意適當(dāng)減小鉆壓，并勤劃眼，以便消除可能出現(xiàn)的“狗腿”。第101頁(yè)/共175頁(yè)2 2 鐘擺鉆具組合控制井斜鐘擺鉆具

32、組合控制井斜2.1 2.1 鐘擺鉆具組合的原理鐘擺鉆具組合的原理 如圖5-19所示。當(dāng)鐘擺擺過(guò)一定角度時(shí)，在鐘擺上會(huì)產(chǎn)生一個(gè)向回?cái)[的力Gc，稱(chēng)作鐘擺力，Gc=Gsin。顯然，鐘擺擺過(guò)的角度越大，鐘擺力就越大。第102頁(yè)/共175頁(yè) 如果在鉆柱的下部適當(dāng)位置加一個(gè)扶正器，該扶正器支撐在井壁上，使下部鉆柱懸空，則該扶正器以下的鉆柱就好像一個(gè)鐘擺，也要產(chǎn)生一個(gè)鐘擺力。其作用是使鉆頭切削井壁的下側(cè)，使新鉆的井眼不斷降斜。第103頁(yè)/共175頁(yè)第104頁(yè)/共175頁(yè)2.2 2.2 鐘擺鉆具組合的設(shè)計(jì)鐘擺鉆具組合的設(shè)計(jì) 在靠近鉆頭的鉆鋌上安置扶正器，其位置和數(shù)量可用計(jì)算法或經(jīng)驗(yàn)法來(lái)設(shè)計(jì)?，F(xiàn)場(chǎng)常用經(jīng)驗(yàn)法(圖

33、5-34和表5-6)。第105頁(yè)/共175頁(yè)第106頁(yè)/共175頁(yè) 表5-6 降斜鉆具組合的配合尺寸類(lèi)型L1L2強(qiáng)降斜組合9.027.0弱降斜組合0.818.027.0第107頁(yè)/共175頁(yè)2.3 2.3 鐘擺鉆具組合的使用鐘擺鉆具組合的使用1)鐘擺力隨井斜角的增大而增大，井斜角等于零，則鐘擺力也等于零。所以，鐘擺鉆具組合多數(shù)用于對(duì)井斜角已經(jīng)較大的井進(jìn)行糾斜。第108頁(yè)/共175頁(yè)2)鐘擺鉆具組合的性能對(duì)鉆壓特別敏感。鉆壓加大，則增斜力增大，鐘擺力減小。鉆壓再增大，還會(huì)將扶正器以下的鉆柱壓彎，甚至出現(xiàn)新的接觸點(diǎn)，從而完全失去鐘擺組合的作用。所以鐘擺鉆具組合在使用中必須嚴(yán)格控制鉆壓。第109頁(yè)/

34、共175頁(yè)3)在井尚未斜或井斜角很小時(shí)，要想繼續(xù)鉆進(jìn)而保持不斜，只能減小鉆壓進(jìn)行“吊打”。這樣鉆速很慢，所以這時(shí)多使用滿(mǎn)眼鉆具組合。僅在對(duì)軌跡要求特別嚴(yán)的直井(段)中，才使用鐘擺鉆具組合進(jìn)行“吊打”。第110頁(yè)/共175頁(yè)4)扶正器與井眼間的問(wèn)隙對(duì)鐘擺鉆具組合性能的影響特別明顯，當(dāng)扶正器直徑因磨損而減小時(shí)應(yīng)及時(shí)更換。5)使用多扶正器的鐘擺鉆具組合，需要進(jìn)行較復(fù)雜的設(shè)計(jì)和計(jì)算。第111頁(yè)/共175頁(yè)第六節(jié)第六節(jié) 定向井造斜工具及軌跡控定向井造斜工具及軌跡控制制補(bǔ)充：1)廣義導(dǎo)向內(nèi)容 2)導(dǎo)向工具分類(lèi)1 1 動(dòng)力鉆具造斜工具動(dòng)力鉆具造斜工具井下動(dòng)力鉆具種類(lèi)和工作特點(diǎn)：井下動(dòng)力鉆具種類(lèi)和工作特點(diǎn)：常

35、用渦輪鉆具和螺桿鉆具。工作時(shí)，動(dòng)力鉆具以上的整個(gè)鉆柱都可以不旋轉(zhuǎn)。這種特點(diǎn)對(duì)于定向造斜非常有利。第112頁(yè)/共175頁(yè)1.1 1.1 動(dòng)力鉆具造斜工具形式動(dòng)力鉆具造斜工具形式( (圖圖5-5-25)25)1)1)彎接頭：彎接頭：在動(dòng)力鉆具和鉆鋌之間接一個(gè)彎接頭，使此部位形成一個(gè)彎曲角。造斜原理：造斜原理：這種結(jié)構(gòu)迫使鉆頭傾斜，造成對(duì)井底的不對(duì)稱(chēng)切削；同時(shí)井壁還迫使彎曲部分伸直，使鉆頭受到鉆柱的彈性力作用，產(chǎn)生側(cè)向切削，從而改變井眼方向。第113頁(yè)/共175頁(yè)第114頁(yè)/共175頁(yè)造斜率：造斜率：與多方面因素有關(guān)。一般彎接頭彎角越大，造斜率越大；下部鉆柱的剛度越大，造斜率越大；彎曲點(diǎn)至鉆頭的距離

36、越小且重量越小，造斜率越大；鉆進(jìn)速度越小，造斜率越大。此外，造斜率大小還與井眼間隙、地層因素、鉆頭結(jié)構(gòu)有關(guān)。第115頁(yè)/共175頁(yè)造斜率的確定：造斜率的確定：因?yàn)橛绊懸蛩囟嗲译y以量化，還不能定量計(jì)算。一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或采用試鉆法來(lái)確定。彎接頭的不足：彎接頭的不足：彎曲點(diǎn)至鉆頭的距離相對(duì)下面的彎外殼和偏心穩(wěn)定器較大，使得用彎接頭的造斜率較小，且入井困難，現(xiàn)在已很少使用。第116頁(yè)/共175頁(yè)2)2)彎外殼：彎外殼：將動(dòng)力鉆具的外殼做成彎曲形狀，稱(chēng)為彎外殼馬達(dá)。其造斜原理和造斜率與彎接頭類(lèi)似，而且比彎接頭的造斜能力更大，且下入井內(nèi)更容易，現(xiàn)使用廣泛。第117頁(yè)/共175頁(yè)3)3)偏心穩(wěn)定器或偏心墊塊：

37、偏心穩(wěn)定器或偏心墊塊：在動(dòng)力鉆具殼體的下端做一偏心穩(wěn)定器。在井眼內(nèi)，通過(guò)定向使此偏心穩(wěn)定器較厚一邊處在井壁一側(cè)，形成一個(gè)支點(diǎn)，迫使下部鉆頭傾斜，造成對(duì)井底的不對(duì)稱(chēng)切削和側(cè)向切削，從而改變井眼方向。此種動(dòng)力鉆具下入井內(nèi)更容易，現(xiàn)使用也較多。第118頁(yè)/共175頁(yè)1.2 1.2 渦輪鉆具的結(jié)構(gòu)與特性渦輪鉆具的結(jié)構(gòu)與特性結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：如圖5-26所示，包括上端帶大小頭的外殼，被壓緊短節(jié)壓緊而安裝在外殼內(nèi)的定子，下端帶有下部短節(jié)并與鉆頭相連接的主軸，套裝在主軸上的轉(zhuǎn)子，以及止推軸承和扶正軸承等。定子和轉(zhuǎn)子是由特殊的葉片組成。第119頁(yè)/共175頁(yè)第120頁(yè)/共175頁(yè)工作特性：工作特性：渦輪鉆具的工作特

38、性曲線(xiàn)如圖5-27所示。圖中的橫坐標(biāo)為渦輪轉(zhuǎn)數(shù)，縱坐標(biāo)為功率和扭矩。圖中三組曲線(xiàn)表示不同的鉆井液流量。每組曲線(xiàn)有一個(gè)最優(yōu)轉(zhuǎn)數(shù)(n0)。可見(jiàn)： 第121頁(yè)/共175頁(yè)第122頁(yè)/共175頁(yè)1)渦輪鉆具的轉(zhuǎn)數(shù)、扭矩、壓力降和功率都與流量有正相關(guān)關(guān)系，顯然，足夠的流量是渦輪鉆具發(fā)出足夠功率和扭矩的前提。2)在一定流量下，渦輪鉆具的轉(zhuǎn)速隨扭矩的減小而增大，具有軟驅(qū)動(dòng)特性。3)在空轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)速達(dá)到最高，所以不應(yīng)當(dāng)用渦輪鉆具進(jìn)行劃眼。第123頁(yè)/共175頁(yè)1.3 1.3 螺軒鉆具的結(jié)構(gòu)與特性螺軒鉆具的結(jié)構(gòu)與特性結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：如圖5-28所示，包括與外殼做成一體的定子，與主軸做成一體的轉(zhuǎn)子。定子的上部與鉆柱相連

39、，轉(zhuǎn)子的下部通過(guò)萬(wàn)向軸與鉆頭相接。螺桿鉆具的結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單得多。第124頁(yè)/共175頁(yè)第125頁(yè)/共175頁(yè)工作特性：工作特性：螺桿鉆具的工作特性曲線(xiàn)如圖5-29所示?？梢?jiàn)：1)螺桿鉆具的轉(zhuǎn)數(shù)、扭矩、壓力降、功率與流量之間的關(guān)系，與渦輪鉆具相同。顯然，足夠的流量也是螺桿鉆具發(fā)出足夠功率和扭矩的前提。第126頁(yè)/共175頁(yè)2)螺桿鉆具的扭矩與壓力降成正比。壓力降可從泵壓表上讀出，扭矩則反映所加鉆壓的大小，所以可以看著泵壓表打鉆。在定向井和水平井中，鉆柱摩擦阻力很大，很難從指重表上看出鉆壓大小。能夠看著泵壓表打鉆就顯出巨大的優(yōu)越性。第127頁(yè)/共175頁(yè)3)根據(jù)泵壓表上的壓力降還可以換算出鉆頭上的扭矩

40、，從而可以較為準(zhǔn)確地求得反扭角。4)轉(zhuǎn)速要隨壓力降或流量而變化，但在一定范圍內(nèi)(也是實(shí)際使用范圍)轉(zhuǎn)速變化很小。螺桿鉆具具有硬驅(qū)動(dòng)特性。第128頁(yè)/共175頁(yè)第129頁(yè)/共175頁(yè)2 2 轉(zhuǎn)盤(pán)鉆轉(zhuǎn)盤(pán)鉆( (頂驅(qū)鉆頂驅(qū)鉆) )造斜工具造斜工具種類(lèi)和特點(diǎn)：種類(lèi)和特點(diǎn)：變向器、射流鉆頭和扶正器組合。2.1 2.1 變向器變向器 結(jié)構(gòu)如圖5-30所示。是最早使用的造斜工具。由于工藝繁雜，現(xiàn)在僅用于套管內(nèi)開(kāi)窗側(cè)鉆，或不適宜用動(dòng)力鉆具的井內(nèi)。第130頁(yè)/共175頁(yè)第131頁(yè)/共175頁(yè)2.2 2.2 射流鉆頭射流鉆頭 結(jié)構(gòu)如圖5-31所示。使用一個(gè)大噴嘴、兩個(gè)小噴嘴。造斜時(shí)，先定向，再開(kāi)泵循環(huán)，則大噴嘴中

41、噴出的強(qiáng)大射流會(huì)沖出一個(gè)斜井眼來(lái)，然后啟動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)，修整并擴(kuò)大此斜井眼。如此反復(fù)即可不斷造斜。此工具現(xiàn)基本不用。第132頁(yè)/共175頁(yè)2.3 2.3 扶正器鉆具組合扶正器鉆具組合定義：定義：在轉(zhuǎn)盤(pán)鉆和頂驅(qū)鉆的基礎(chǔ)上，在靠近鉆頭的鉆鋌上巧妙地使用扶正器，得到的各種性能的組合。局限性：局限性：此類(lèi)工具不能用于造斜和控制井眼方位，僅能用來(lái)進(jìn)行增斜、降斜或穩(wěn)斜。為什么？第133頁(yè)/共175頁(yè)1)1)增斜鉆具組合增斜鉆具組合杠桿鉆具組合：杠桿鉆具組合：結(jié)構(gòu)如圖5-32所示，配合尺寸見(jiàn)表5-4。在使用中要注意：鉆壓越大，增斜能力越大；L1越長(zhǎng)，增斜能力越小；近鉆頭扶正器直徑減小，增斜能力也減小。使用時(shí)應(yīng)保持低

42、轉(zhuǎn)速。第134頁(yè)/共175頁(yè)第135頁(yè)/共175頁(yè) 表5-4 增斜鉆具組合的配合尺寸類(lèi)型L1L2L3強(qiáng)增斜組合1.01.8中增斜組合1.01.8 18.027.0弱增斜組合1.01.89.018.09.0第136頁(yè)/共175頁(yè)2)2)穩(wěn)斜鉆具組合穩(wěn)斜鉆具組合滿(mǎn)眼鉆具組合：滿(mǎn)眼鉆具組合：在使用中要注意保持正常鉆壓和較高轉(zhuǎn)速。若需要更強(qiáng)的穩(wěn)斜組合，可使用雙扶正器串聯(lián)起來(lái)作為近鉆頭扶正器。3)3)降斜鉆具組合降斜鉆具組合鐘擺鉆具組合：鐘擺鉆具組合：使用中要注意保持小鉆壓和較低轉(zhuǎn)速。 第137頁(yè)/共175頁(yè)3 3 定向井軌跡控制的基本方法定向井軌跡控制的基本方法 二維定向井的設(shè)計(jì)軌道一般是由四種井段組

43、成：垂直井段、增斜井段、穩(wěn)斜井段和降斜井段。不同的井段將使用不同的工具，將有不同的軌跡控制方法。總的來(lái)說(shuō)，一口定向井的軌跡控制過(guò)程，可分為三個(gè)階段。第138頁(yè)/共175頁(yè)3.1 3.1 打好垂直井段打好垂直井段重要性和要求：該重要性和要求：該段的質(zhì)量是以后軌跡控制的基礎(chǔ)，故此段比打直井要求更高。要求實(shí)鉆軌跡盡可能接近鉛垂線(xiàn)，也就是井斜角盡可能小。軌跡控制方法：軌跡控制方法：按照打直井的方法進(jìn)行控制(鐘擺、滿(mǎn)眼或塔式)。第139頁(yè)/共175頁(yè)3.2 3.2 把好定向造斜關(guān)把好定向造斜關(guān)概念和重要性：概念和重要性：定向造斜段是增斜井段的一部分，但它是從井斜角幾乎等于零的垂直井段開(kāi)始增斜的，所以稱(chēng)為

44、“造斜”；由于垂直井段沒(méi)有井斜方位角，所以開(kāi)始造斜時(shí)需要“定向”。如果該段的方位或造斜率有偏差，則會(huì)給以后的軌跡控制造成巨大困難。所以要第140頁(yè)/共175頁(yè)3.3 3.3 跟蹤控制到靶點(diǎn)跟蹤控制到靶點(diǎn)跟蹤控制階段及其軌跡控制原則：跟蹤控制階段及其軌跡控制原則：從造斜段結(jié)束，至鉆完全井，可算作跟蹤控制階段。其軌跡控制原則是：在鉆進(jìn)過(guò)程中，不斷了解軌跡的變化發(fā)展情況，并使用合適的軌跡控制工具，使井眼軌跡離開(kāi)設(shè)計(jì)軌道“不要太遠(yuǎn)”，目的是既要保證中靶，又要加快鉆速。第141頁(yè)/共175頁(yè)“不要太遠(yuǎn)不要太遠(yuǎn)”的具體意義：的具體意義：一方面，如果“太遠(yuǎn)”，就可能造成脫靶，成為不合格井；另一方面，如果始終

45、要求井眼軌跡與設(shè)計(jì)軌道誤差很小，勢(shì)必要頻繁地測(cè)斜，頻繁地更換軌跡控制工具，這將會(huì)大大拖延時(shí)間，降低鉆速，增加成本，而且還有可能造成井下復(fù)雜情況，得不償失。第142頁(yè)/共175頁(yè)3.4 3.4 斜井段的軌跡控制方法斜井段的軌跡控制方法斜井段：斜井段：從造斜點(diǎn)起到完鉆點(diǎn)。1)井下動(dòng)力鉆造斜工具(彎殼體或帶偏心穩(wěn)定器的螺桿鉆具)造斜+轉(zhuǎn)盤(pán)鉆或頂驅(qū)鉆的扶正器鉆具組合增斜、穩(wěn)斜或降斜,不得已時(shí)用再井下動(dòng)力鉆工具導(dǎo)向。第143頁(yè)/共175頁(yè)造斜井段的長(zhǎng)度：造斜井段的長(zhǎng)度：一般以井斜角達(dá)到可以使用扶正器鉆具組合繼續(xù)增斜為準(zhǔn)，這個(gè)井斜角一般為810第144頁(yè)/共175頁(yè)觀(guān)點(diǎn)：觀(guān)點(diǎn)：盡可能使用轉(zhuǎn)盤(pán)鉆的扶正器鉆具

46、組合來(lái)進(jìn)行軌跡控制。這是因?yàn)檗D(zhuǎn)盤(pán)鉆的鉆速比動(dòng)力鉆具要高。所以在造斜段結(jié)束之后，換用轉(zhuǎn)盤(pán)鉆繼續(xù)增斜，并在需要穩(wěn)斜和降斜的時(shí)候，仍然使用轉(zhuǎn)盤(pán)鉆來(lái)完成。只有在下列兩種情況下，才使用動(dòng)力鉆具進(jìn)行控制：第145頁(yè)/共175頁(yè) 其一，使用轉(zhuǎn)盤(pán)鉆扶正器組合已難以滿(mǎn)足增斜或降斜要求時(shí)，改用動(dòng)力鉆具造斜工具進(jìn)行強(qiáng)力增斜或降斜。 其二，轉(zhuǎn)盤(pán)鉆扶正器組合不能控制方位，而且在鉆進(jìn)中常常出現(xiàn)方位偏差。當(dāng)井眼方位有較大偏差，有可能造成脫靶時(shí)，必須使用動(dòng)力鉆具造斜工具來(lái)完成扭方位。第146頁(yè)/共175頁(yè)2)采用復(fù)合鉆(井下動(dòng)力鉆轉(zhuǎn)盤(pán)鉆或頂驅(qū)鉆)。在需要控制井斜和方位時(shí)，只用井下動(dòng)力鉆(滑動(dòng)鉆)；否則用復(fù)合鉆。目前現(xiàn)場(chǎng)常采用

47、這種軌跡控制方式。第147頁(yè)/共175頁(yè)3)采用目前最先進(jìn)的閉環(huán)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向軌跡控制工具；對(duì)大斜度井和水平井的油氣層井段，還可采用目前最先進(jìn)的地質(zhì)導(dǎo)向軌跡控制工具，但技術(shù)要求高，價(jià)格貴。第148頁(yè)/共175頁(yè)小結(jié)：小結(jié)：在跟蹤控制階段，井斜角的控制比較容易，可用的工具也較多。而方位的控制則比較難，而且還牽扯到許多復(fù)雜的計(jì)算問(wèn)題，特別是在扭方位的同時(shí)還要求改變井斜角，其計(jì)算就更為復(fù)雜。所以下面重點(diǎn)敘述扭方位計(jì)算問(wèn)題。第149頁(yè)/共175頁(yè)4 4 扭方位計(jì)算扭方位計(jì)算內(nèi)容：內(nèi)容：扭方位計(jì)算包括裝置角的計(jì)算，動(dòng)力鉆具反扭角的計(jì)算，定向方位角的計(jì)算。扭方位計(jì)算是定向井工程師必須掌握的基本計(jì)算之一。為此，首

48、先需要搞懂裝置角的概念。第150頁(yè)/共175頁(yè)4.1 4.1 造斜工具的裝置角造斜工具的裝置角造斜工具在井底的狀況：造斜工具在井底的狀況：以動(dòng)力鉆具帶彎接頭為例，由于受井眼的限制，下入井內(nèi)后鉆具發(fā)生變形，如圖5-35所示。第151頁(yè)/共175頁(yè)第152頁(yè)/共175頁(yè) 現(xiàn)在假設(shè)此鉆具放在井內(nèi)時(shí)不受井眼的限制，則如圖5-36所示，鉆頭將在井底的外面。此時(shí)如果旋轉(zhuǎn)鉆柱，則鉆頭中心點(diǎn)將畫(huà)出一個(gè)與井底圓同心的圓。顯然，鉆頭在該圓周上的位置不同，新鉆出的井眼方向就不同(舉例)。第153頁(yè)/共175頁(yè)第154頁(yè)/共175頁(yè)裝置角概念：裝置角概念：為了描述鉆頭在該圓周上的位置，引出此概念。如圖5-36所示，A

49、點(diǎn)是井底圓上的最高點(diǎn)，OA線(xiàn)稱(chēng)為“高邊方向線(xiàn)”。C點(diǎn)是鉆頭中心，OC線(xiàn)稱(chēng)為“裝置方向線(xiàn)”。定義：以高邊方向線(xiàn)為始邊，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)到裝置方向線(xiàn)上所轉(zhuǎn)過(guò)的角度，稱(chēng)為造斜工具的裝置角，用表示。第155頁(yè)/共175頁(yè)裝置方位角概念及意義：裝置方位角概念及意義：進(jìn)一步將裝置角與井斜方位角相加，以字母表示，稱(chēng)作裝置方位角。其意義就在于，它是給地面上的人們正確地指出彎接頭在井下的裝置角的大小。 第156頁(yè)/共175頁(yè)工具面角：工具面角：彎接頭的軸線(xiàn)是一條折線(xiàn)，折線(xiàn)構(gòu)成一個(gè)平面，稱(chēng)為彎接頭的工具面。工具面所處的位置可以用“工具面角”表示。工具面角有高邊模式的工具面角，相當(dāng)于上述的裝置角；還有正北模式的工具面角，相當(dāng)于上述的裝置方位角。第157頁(yè)/共175頁(yè)4.2 4.2 裝置角的計(jì)算裝置角的計(jì)算 設(shè)目前井底的井斜角為1，井斜方位角為1；希望經(jīng)過(guò)一定長(zhǎng)度的鉆進(jìn)后使井斜和方位達(dá)到2和2 ，且已知造斜工具的造斜率Kc?，F(xiàn)在要求造斜工具的裝置角和需要鉆進(jìn)的井段長(zhǎng)度Dm。計(jì)算方法按(5-69)式(5-73)式進(jìn)行計(jì)算。第158頁(yè)/共175頁(yè)4.3 4.3 動(dòng)力鉆具反扭角的計(jì)算動(dòng)力鉆具反扭角的計(jì)算反扭角：反扭角：鉆井液作用于動(dòng)力鉆具的轉(zhuǎn)子，使其順時(shí)針旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生扭矩，