第五章 井眼轨迹设计与控制（4）

两测点间的测段为一直线，该直线的方向为上、下二测点处井眼方向的“平均方向”。已知：1、1、2、2、LccccccccLELNLSLHsinsincossinsincos2,22121EEENNNSSSHHH12121212平均角法：第三节井眼轨迹测量计算第六章井眼轨迹设计与控制某定向井实钻测斜数据如下（起始井深＝0）：测点段长m井斜角o方位角o11000021000031003030410040605100501201.用平均角法进行轨迹计算；2.用坐标法绘出该井的实钻轨迹。例题：第三节井眼轨迹测量计算第六章井眼轨迹设计与控制解（1～2）段：00sin*0sin*100sinsin00cos*0sin*100cossin00sin*100sin1000cos*100cos0200202002121212121212121212121212121221122112ccccccccLELNLSLH0000000002001001001212121212121212EEENNNSSSHHH第三节井眼轨迹测量计算第六章井眼轨迹设计与控制解（2～3）段：7.615sin*15sin*100sinsin2515cos*15sin*100cossin9.2515sin*100sin0.9615cos*100cos15230021523002232323232323232323232323232332233223ccccccccLELNLSLH7.67.60252509.259.2506.2966.962002323232323232323EEENNNSSSHHH第三节井眼轨迹测量计算第六章井眼轨迹设计与控制解（3～4）段：6.4045sin*35sin*100sinsin6.4045cos*35sin*100cossin4.5735sin*100sin9.8135cos*100cos4526030235240302343434343434343434343434343443344334ccccccccLELNLSLH3.476.407.66.656.40253.834.579.255.3879.816.2963434343434343434EEENNNSSSHHH第三节井眼轨迹测量计算第六章井眼轨迹设计与控制解（4～5）段：7.7090sin*45sin*100sinsin090cos*45sin*100cossin7.7045sin*100sin7.7045cos*100cos90212060245250402454545454545454545454545454554455445ccccccccLELNLSLH1187.703.476.6506.651547.703.832.4587.705.3874545454545454545EEENNNSSSHHH第三节井眼轨迹测量计算第六章井眼轨迹设计与控制平均角法（结果）：测点12345H100200296.6387.5458.2S0025.983.3154N002565.665.6E006.747.3118第三节井眼轨迹测量计算第六章井眼轨迹设计与控制某定向井实钻测斜数据如下：测深m井斜角o方位角o11000.545220013533001.2304400810055001910066003310077004012088004012099003712010100037120111130381151.用平均角法进行轨迹计算；2.用坐标法绘出该井的实钻轨迹。作业：6第三节井井眼轨迹测量计算第六章井眼轨迹设计与控制讨论：第三节井井眼轨迹测量计算第六章井眼轨迹设计与控制1、平衡正切法2、曲率半径法—校正平均角法第三节井井眼轨迹测量计算第六章井眼轨迹设计与控制设计方位角—的北坐标测点—的东坐标测点—坐标）点的上的投影长度在测点—式中：AAV(AOVA)cos(122AAAAAAAANEVNEtgNEV3、作业与有关概念坐标作图法已知各测点N、E坐标可作水平投影图；已知各测点H、S坐标可作垂直剖面图；已知各测点H、V坐标可作垂直投影图。HHVS第三节井井眼轨迹测量计算第六章井眼轨迹设计与控制第三节井井眼轨迹测量计算第六章井眼轨迹设计与控制第四节井眼轨迹控制一、井眼弯曲的原因二、井斜控制三、方位控制方法第六章井眼轨迹设计与控制按照轨迹不同，井可分为两大类：直井和定向井。对于直井不需要进行设计，但实践表明要保持井眼轴线的铅垂状态难度很大。第四节井眼轨迹控制第六章井眼轨迹设计与控制垂直层面方向可钻性高平行层面方向可钻性低倾斜：45°偏向垂直地层层面方向；60°平行于地层层面下滑；45°～60°不稳定状态。1.地层因素（1)岩石的各向异性一、井眼弯曲的原因分析—措施。两大类：地质、钻具第四节井眼轨迹控制第六章井眼轨迹设计与控制（2)岩石软硬互层由软地层－硬地层硬地层支撑，软地层吃入钻进快，偏转力矩造成井斜。由硬地层－软地层开始有下倾趋势，出硬地层时，岩石沿垂直于层面方向破碎。产生“台阶力”井斜方向：上倾软地层软地层硬地层硬地层FaFbFaFb(a)(b)ABABM第四节井眼轨迹控制第六章井眼轨迹设计与控制2.钻具原因钻柱弯曲引起的钻头侧向力基本原理：Pβ钻柱弯曲钻头与井眼轴线有一倾角井斜第四节井眼轨迹控制第六章井眼轨迹设计与控制PTβ垂直井内下部钻柱弯曲对井斜的影响钻压为零或在合适的小钻压下钻柱是直的。钻压增至钻压临界值钻柱发生弯曲。第四节井眼轨迹控制第六章井眼轨迹设计与控制一次弯曲二次弯曲P1PPoP略大于P2（要求）弯曲钻柱形状第四节井眼轨迹控制第六章井眼轨迹设计与控制LubinskiT（切点）产生弯曲的钻压临界值cmzmmDDrmrtgqEJmmqqLPmL2102.104.204.2311第四节井眼轨迹控制第六章井眼轨迹设计与控制钻头倾角无因次量cmzmmDDrmrtgqEJmmqqLPmL2144.005.405.4322结论：钻压低于弯曲临界钻压可钻出直井。如现场采用的吊打措施。增大钻柱外径、增大钻柱刚度EI可减小钻头倾角，有利于防斜。第四节井眼轨迹控制第六章井眼轨迹设计与控制斜井内下部钻柱弯曲对井斜的影响这是一般的情况，井眼的斜度是增是减或平衡，取决于钻头的受力情况。斜井内钻柱的受力分析TFfFiP造斜力F1＝Fi±FfFdWFW2第四节井眼轨迹控制第六章井眼轨迹设计与控制切点以下钻压降斜力αF1＝Fd时，平衡F1Fd时，井斜角增大F1Fd时，井斜角减小。钟摆力结论:–钻压愈大，钻具的造斜力愈大;–井眼与钻具的间隙愈大，弯曲角大，钻具的造斜力愈大;–井斜角愈小，钻具的造斜力愈大;–切点愈低，钻具的造斜力愈大。第四节井眼轨迹控制第六章井眼轨迹设计与控制井斜控制，就是要在提高井身质量、保证准确钻达目标的前提下，提高钻进速度、降低钻井成本。定向井轨迹一般由四种井段组成：直、增、稳、降。不同的井段将使用不同的工具及控制方法。控制过程可分为三个阶段：打好直井。防斜和纠斜。把好定向造斜关。一般使用动力钻具造斜工具，井斜为8°～10°后，采用转盘钻的扶正器组合继续增斜为准。跟踪控制到靶点。保证中靶，快速钻进。尽可能使用转盘钻的扶正器组合来进行控制。二、井斜控制第四节井眼轨迹控制第六章井眼轨迹设计与控制1．满眼钻具组合控制井斜井斜原因钻头对井底的不对称切削；钻头轴线相对于井眼轴线发生倾斜；钻头上侧向力导致对井底的侧向切削。满眼钻具的设计就是针对以上问题提出的。YXY组合—杨勋尧提出第四节井眼轨迹控制第六章井眼轨迹设计与控制第四节井眼轨迹控制第六章井眼轨迹设计与控制近扶：间隙1～2mm，直径大、长度大、刚度大—防止钻头倾斜。二扶：保证钻头与二扶之间钻柱不弯曲。需要理论分析计算。三扶：安在二扶之上一根钻铤上。四扶：易斜地层可装。安在三扶之上一根钻铤上。第四节井眼轨迹控制第六章井眼轨迹设计与控制YXY组合的二扶位置计算力学模型：不考虑近扶的存在。图中，θ＝θc+θq，二扶距离增大，θc减小，但θq；反之距离减小，θc增大，但θq减小。因此存在一个最优的距离使θ最小。)()sin/()16(25.0mqJECLmpC=(dh-ds)/2,m;E,KN/m2;J（轴惯性矩）,m4;qm,kN/m;α（允许的最大井斜角）。第四节井眼轨迹控制第六章井眼轨迹设计与控制满眼钻具的特点：刚度大、间隙小，防斜能力强。不能纠斜。2、钟摆钻具组合（纠斜）最优距离ABACBLz242kNWmddrWrBqAchm钻压，—,2/)(04.82sin2取决：钻铤尺寸（切点的高低）；钻压大小；井斜角、间隙。井斜角和间隙大会在下部产生新的切点。增加降斜力的途径：增大钻柱(切点以下)刚度增大切点高度即增加钻铤重量第四节井眼轨迹控制第六章井眼轨迹设计与控制思考题：1.分析井斜的因素，其实质是什么？2.影响井斜的地质因素有哪些?它们都与什么有关?3.下部钻柱弯曲如何影响井斜?其实质是什么?4.钻头侧向力的大小与那些因素有关?如何用钻头侧向力判断井斜?5.常有的控制井斜的钻具组合方式有那些?基本原理如何?6.控制井斜主要是控制什么?为什么?7.钟摆钻具控制井斜应该注意那些问题?8.刚性满眼钻具控制井斜的工作原理及设计原则是什么?第四节井眼轨迹控制第六章井眼轨迹设计与控制