水平井剖面设计(第二章)
第二章 水平井剖面设计
第一节 水平井剖面的设计内容
1、水平井剖面设计原则
水平井剖面的设计一般依据下面的几点：
● 根据地质提供的入靶点止靶点三维坐标数据，计算水平段长，水平段稳斜角及设计方位角；
● 确定剖面类型，考虑是否需要第一稳斜段，并考虑第一次增斜角的范围；
● 确定水平井钻井方法及造斜率，选择合适的靶前位移；
● 初步计算井身剖面分段数据，根据水平井剖面设计中可供选择的五个基本参数(即造斜点，第一稳斜角，第一稳斜段长度及第二造斜率)，选择其中的任意三个，求出其它两个参数后，再进行井身剖面分段数据计算；
● 对初选剖面进行摩阻、扭矩计算分析，通过调整设计的基本参数，选取摩阻及扭矩最小的剖面；
● 根据初定剖面的靶前位移及设计方位角，计算出井口坐标，并到施工现场落实井位；
● 复测井口坐标，对设计方位角及剖面数据进行微调，完成剖面设计。
2、水平井剖面设计的原理和方法
2.1 水平段的数据计算
假设水平段入靶点为A 点，止靶点为B 点，X 为南北坐标（纵标)，Y 为东西坐标（横标）,A 点垂深为H a ,B 点垂深为H b (以转盘面为基准),地质提供的三
维坐标可表示为A 点坐标（X a ,Y b ,H a ）,B 点坐标(X b ,Y b ,H b )
● 水平段垂深(H ?)的计算
H ?=H b 一H a
若H ?>0,说明水平段井斜角?90max α。油藏程—完井方法
若H ?=0,说明水平段井斜角?=90max α。井身结构—井笛剖面—钻具组合 若H ?>0,说明水平段井斜角?90max α。地面情况（钻机）
● 水平段平增(S ?〉的计算
()()22a b a b Y Y X X S -+-=
?
● 水平段井斜角max α的计算 )(90max S
H atn ??-?=α ● 水平段长L ?的计算 max
sin αS L ?=? ● 设计方位角的计算
a b a b X X X Y Y Y -=?-=?,
2.2 增斜段的考虑因素、设计方法、数据计算
增斜率的确定，首先应根据油藏特性及工程地质条件，确定水平井的类型，通常选长半径水平井,造斜率应小于6°/300m ；若选中半径水平井，选斜率应大于6°/300m ；其次，造斜率的大小要考虑现有造斜工具的能力，并留有适当的余地以便进行调节；第三，造斜率的大小应考虑地面因素的影响，当地面条件决定了靶前位移较大时，则选用较低的造斜率，相反，则选用较高的造斜率；第四,在没有其它条件限制时，在现有工具造斜率的范围内，尽可能选用较高的造斜率，根据水平井摩阻与扭矩分析计算，在长、中半径水平井中，造斜率越高则摩阻及扭矩越小。
2.3 稳斜段设计方法,考虑因素及数据计算
● 设计稳斜段的目的
设计稳斜段的目的，首先是在现有工具造斜率不稳定的情况下，设计稳斜段以便用来调节井眼轨迹，若施工中第一造斜段造斜率大于设计造斜率，则可通过适当延长稳斜段来解决，反之，若第一增斜段造斜率小于设计造斜率，则可通过适当缩短稳斜段，增加第一增斜段长度，稳斜段存在也能比较灵活的调整进入靶点的垂深及水平位移，同时为调整井斜角及方位角提供井段，实现水平井的矢量入靶，其次是在有明显标准层的情况下，尤其对于中半径水平探井设计稳斜段以便有转盘钻钻进，探明标准层的位置，调节入靶垂深，在次，在复杂地层设计稳斜段，包括易发生事故或可钻性较差，机械钻速比较慢的地层，用转盘钻钻过这段复杂地层减少井下复杂事故发生，为提高钻井(速度，缩短钻井周期，一般将转盘钻按排在这一段，实践表明，这样效益十分明显。
●稳斜角大小的确定
实践表明，稳斜角一般选在40一75°，这样的目的主要有：第一，若此时井斜角，方位角不合适，或者实钻井眼轨迹与设计轨迹偏离较大时，有较大余地进行调节，第二，稳斜段在垂深且尽量接近标准层，便于采用较大钻压和排量，利于岩屑的携带。
●稳斜段长度的确定
稳斜段长度的大小主要受下面因素的影响，第一，受地面条件的影响，靶前位移很大时，应适当增加稳斜段的长度，反之减小。第二，受地下复杂情况的影响,若需用转盘钻钻过这段地层，复杂地层越厚所需要的稳斜段也就越长。第三，数据分析的影响，稳斜段的最少井段应保证能进行两个测点的测斜，因为只有知道两点的数据后,才能确定本趟钻具组合所用钻井参数是否合适，一般稳斜段应不低于25m。
●造斜点确定
造斜点的确定本着由下而上的原则进行，同时还要考虑造斜点应避开复杂地层。
●靶前位移的初定
靶前位移的初定依据是根据剖面类型及稳斜段的确定原则来定，并结合实际造斜工具选定造斜率。
●水平井井身结构设计
水平井井身结构设计的原则主要是根据油藏情况及工艺要求，确定完井方法，完井套管尺寸及相应的井眼尺寸；然后根据由内到外的原则，按地质情况，在满足工程施工要求的前提下，尽量简化井身结构，减少套管层次，提高钻井速度，节约钻井成本。
在确定技术套管的尺寸和下深时，应考虑封固造斜段至适当的井斜角，防止发生复杂情况，所设计套管的强度应安全经济，能保证高造斜率情况下套管的顺利下入，以上设计时应考虑所用钻机及设备的自身能力。
第二节水平井的剖面设计要求与类型
水平钻井技术与常规定向钻井技术最为不同的两个特点是使用的造斜钻具及其特别的剖面设计。造斜井段的剖面设计几乎与选择最好的定向钻井承包公
司一样重要。
单位井身长度的成本最低时，水平井的长度为最佳长度。水平井在机械方面的限制主要是钻井设备和钻柱的抗扭和抗拉力的能力。为了达到可能达到的最大长度，必须使扭矩和上提拉力为最小，但是由于钻具在井眼内的弯曲和重力决定着水平井的扭矩和上提拉力，因此，最佳设计要求选择使用在钻井作业时不会弯曲的尽可能轻的钻具。
1、剖面设计要求
可行的最简单造斜曲线是从造斜点井斜接近零度时开始，以单一连续的弧钻进到90°井斜的单一均匀曲线。如果马达造斜钻具增斜特性的变化小于水平目标区的容许误差，那么这一设计便是最佳设计。
但是，大多数马达造斜钻具增斜特性的变化和误差都大大地超过水平目标区的允许误差。为了补偿这些变化和误差，就有必要在造斜井段设计增加一段调节用的斜直井段。
设计造斜曲线首先要确定水平目标区。
为了解决气锥和（或）水锥的水平井，以距油—气和（或）油—水界面一定距离的垂直深度为目标区钻一真正的水平井效果可能最好。对这一类目标区，设计井斜角为90°。
多数普通类型的水平目标区要贯穿油藏的某一特定构造位置。对解决锥的应用，这一位置可能是油藏的底部或者顶部，也可能是保证从该深度开始通过水压裂缝与油藏完全相通的一个特定位置。“水平”目标区在这种情况下就不是水平的，而是要求沿此构造位置钻进的井眼轨迹。
按照水平井段靶区设计的不同要求，水平井段分为以下几类：
●倾斜靶区剖面；
●垂直靶区剖面；
●蛇形剖面；
●构造位置靶区剖面。
造斜曲线的设计要使作业者不需要通过大量的倒换钻具便能在规定的限制范围内钻达目标区。
造斜曲线设计必须考虑到以下问题：
●避开复杂地层造斜；
●曲线末端即造斜结束时的位移最小；
●造斜井段的长度最短；
●有一个调整井段以应付不理想造斜率的情况；
●利用造斜井段的构造标记确定最终目标区的深度；
●在目标区的容限之内；
●轨迹要能够保证完成全部水平井段的钻进；
●必须是允许使用所有必需的采油工具和设备的可完成井眼。
某一些特定水平井的最佳造斜率取决于钻到目标区所需要的方向控制能力，以及避开在复杂地层造斜的造斜井段高度。便如，水平目标区之上300m 的位置为一复杂地层，这时大概应考虑把造斜点选择在该地层之下，用余下的高度来确定所需要的造斜率。
如果只考虑造斜井段的钻进，那么最佳井眼曲率是可以达到的最高曲率，由于井眼曲率还影响着所有的后续作业，所以需要对高曲率的优点和其对以后作业的影响做出平衡。
如果计划对整个水平井段进行控制，尽采用可能达到最大造斜率。采用地面驱动的方法钻水平井段时，应把井眼的曲率限制在钻柱的曲率限制值之内。另一种考虑是采用不限制完井时选择采油工具和将来采注作业的井眼曲率。2、水平剖面设计类型
剖面设计基本上是简单的几何计算。造斜曲率可以分为以下三种基本剖面类型：
●单曲率—斜直剖面的设计
单曲率—斜直剖面是最老、应用最为广泛的造斜曲线，这类剖面的特点是，整个曲线由三段组成，造斜由上、下两个造斜率相同的造斜井段完成，中间为斜直的稳斜井段。这一造斜曲线的设计基础是：以工程计划中计划使用的造斜钻具的最小预计造斜率和最短斜直井段来选择造斜点和计划的造斜曲线末端的位置。在设计中使用造斜钻具可能的最小造斜率是关键。这样就要求造斜钻具先前已在类似地层使用过，如果是在邻近地区使用过则更理想。
●变曲率一斜直剖面
变曲率一斜直造斜曲线的设计是为了进一步控制目标的垂直深度。变曲率一斜直造斜曲线的设计方法是用上部造斜井段确定的马达造斜钻具组合的实际造斜能力，但是并不根据这一造斜率，而是利用比实际造斜率要低的预计造斜率来选择下部造斜井段的造斜点。
这种设计最适用于以构造位置为目标的水平井。尤其是构造位置是靠地层的顶层来确定，而这个顶层是在下部造斜曲率井段内，这类水平井采用这种方法设计是最有用。
理想造斜曲率剖面设计
理想造斜曲率剖面就是没有斜直井段的弯曲率造斜剖面。钻这种剖面的水平井，可以使用单斜式的造斜马达，除非由于钻头寿命的限制。这种设计虽然费用最低，但它要求单斜式造斜马达的的性能变化范围要小于下部造斜曲率井段所固有的变化。这种方法也许是将来采用的或者可以作为在该地区的第三口水平井所使用的设计。
第三节水平井双增形轨道设计
水平井双增形轨道设计是中、长半径水平井最常用的设计轨道。卡尔森等人提出了设计双增轨道的平行切线法。本文在肯定卡文的思路和方法的同时,指出卡文中计算切线段井斜角的公式的错误，并给出了正确的计算公式。同时还进一步指出了平行切线法的不足之处,从而提出了设计双增轨道的最优进入法，可使进入点与窗口中心重合，同时给出了计算公式和算例。
水平井轨道的基本形状有两类,一类是单增轨道，由“直-增一平”三段组成，增斜段有圆弧形（恒曲率)的，也有悬链线等（变曲率)形状的。另一类是双增轨道，由“直一增一稳一增一平”五段组成，两次增斜段都是圆弧形。单增轨道多用于对目标层位和造斜率掌握较准确的情况下。双增轨道则多用于地质不确定性较高和对造斜率预计不准确的情况下。单增轨道较易设计，双增轨道的设计则较难，而且目前大量钻进的中、长半径水平井多采用双增轨道。本文主要论述双增轨道的设计问题。
1、双增轨道的设计条件和要求
双增轨道设计需要给定有关目标区、直井段和造斜率等条件及要求。
1.1目标区条件
水平井钻进的目标是在目的层内划出的一个目标区（如图2-1所示)，形状为具有一定长、宽、高的立方体，其长度方向与铅垂方向有一定夹角，该夹角大小取决于目的层的地层倾角。井眼进入目标区的一端，称为目标窗口(图1中的左端),进入窗口的一点称为进入点。最理想的进入点应与窗口中心（图中
5点）重合，且沿着目标区的轴线56钻穿目标区。也就是说，设计的目标井段应该在平行四边形1234之内。通常在设计图上只画出这个平行四边形代表目标区，如图2所示。图2给出的目标区设计条件也包括：窗顶垂深,目标段长，目标段井斜角。
图1 水平井目标区
1.2直井段条件
所有的水平井，自井口开始都要先钻一个直井段，然后再造斜。这个直井段一般是垂直井段，特殊情况下也可以是具有一定井斜角的斜直井段。例如使用斜井钻机一开眼就是斜的，钻出一个斜直井段，这样可以缩短造斜井段，因而可以在垂深较小的目的层内钻水平井。
在研究设计方法和推导计算公式时，应该考虑通用条件，即直井段井斜角不等于零,推导的公式当然适用于井斜角等于零的情况。另外，在老井眼内造斜钻水平井时,老井眼已有一定井斜角，使造斜点处井斜点不等于零。
。直因此，给定直井段的设计条件为直井段井斜角(或选斜点处井斜角)
a
井段长度和井口位置均是未知的。
1.3造斜率条件
造斜率的大小是影响轨道形状的最重要的因素，一般是根据造斜率(对钻出的井眼来说就是井眼曲率)大小来对水平井进行分类。双增轨道主要适用于中、长半径水平井,而短半径水平井则使用单增轨道。水平井轨道设计要求精确地知道实钻造斜率。如果设计造斜率与实钻造斜率不相符，实钻轨迹就不可能与设计轨道重合，也就不可能准确钻达目标。造斜率大小取决于所用的下部钻具组合、钻进参数和地质因素。一口井实钻之前不可能知道实钻造斜率的确切数值，
这就给设计带来了困难。
根据人们的经验、邻井资料和理论分析,可以预计实钻造斜率的范围，即可给出最低造斜率x K 和最高造斜率s K ，实钻造斜率必然在最高和最低之间。这就
是给定的造斜率条件。
综上所述，给定的设计条件有：窗顶垂深,窗底垂深,目标段长,目标段井斜角，造斜点处井斜角，最小造斜率，最高造斜率共七项参数。根据这些条件，要求设计出井口位置、造斜点位置以及钻达目标窗口前的井眼轨道形状及其有关参数。
2、平行切线法设计双增轨道
2.1卡尔森的设计方法
美国卡尔森(H.Kar1son)等人提出水平井双增轨道的设计思路和方法，并给出了主要的计算公式。概括起来，其思路和方法如下:（1）根据窗底垂深H x 和最小造斜率K x 以及a α和B α,可以设计一条单增轨道，如图2中oa23,此轨道可称为下界轨道,据此可以算出造斜点垂深和井口位置。
造斜点至窗口的水平位移为：
)cos (cos 1719B a x
B K S αα-=? （1） 造斜点至窗底的垂深增量为：
)sin (sin 17192B a x
K H αα-=? （2） 造斜点垂深为：
2H H H x a ?-= （3）
图2平行切线法设计双增轨道
(2)根据造斜点位置和窗顶垂深s H 、最高造斜率K s 且以及a α和B α,可以设计一条双增轨道,如图2中的oade14，此轨道可称为上界轨道，其上有一个切线段(即稳斜段)de,该段井斜角为d α。
(3)由于实钻造斜率K t 在Kx 和Ks 之间，实钻轨迹必然在下界轨道和上界
轨道之间,钻达目标窗口时的进入点必须在窗顶1点和窗底2点之间。所以实际设计的轨道如图3所示的oabctp ，也是一条双增轨道。
这条双增轨道有一个显著特点，即它的切线段bc 与上界轨道的切线段de 是平行的，其井斜角d b αα=。所以将卡尔森的方法称为“平行切线法”。 根据卡文的方法，不管实钻造斜率是多大，只要处在K x 和K s 之间，就可以
保证钻达目标窗口内。其方法是在实钻造斜段时，尽快取得实钻造斜率K t 的准确值，造斜至井斜角d b αα=时开始稳斜钻进。稳斜段bc 长度需根据K t 计算，
钻至c 点时又第二次造斜即可准确进入目标窗口。在钻进中若发现地层有变化，可以调整bc 段的长度，即改变第二次造斜点的位置，以确保进入目标窗口。应该说，卡文的思路和方法是可取的。
2.2 卡文计算公式的错误
卡文给出了比较详细的计算公式，可是其中最重要的d α和进入点垂深H t 的计算公式是错误的。卡文原公式如下：
?????
?---=-)()()sin(sin min max 1min max 1tan BUR BUR K T T BUR BUR I I t b f
[]
tan)sin()sin()11(max exp 1I I BUR BUR K T I f t tgt --+= 将这两式换用本文的符号，即为：
?????
?---=-)(1719)(sin sin 1x s s x s x B d K K H H K K αα （4） []d B s t s t K K H H ααsin sin )11(
1719--+= （5）
正确公式应为： ??????------=-)()sin )(sin (1719)cos )(cos (17191s x s x B a x s B a x s d H H K K K K K K tg ααααα （6） ??????-----=d B a a B s x x t tg K K H H αααααcos cos sin sin )11(1719 （7） 卡文中关于轨道设计的其它计算公式是正确的。但由于（4）的错误，使得de 长度的计算结果也是错误的。de 正确的计算公式是：
[]s a B a s d
K H H de /)sin (sin 1719cos 1ααα---= （8） 2.3 计算实例
例1 某水平井设计条件为：m H x 2800=，m H s 2790=， 0=a α， 86=B α，m L B 450=?，m K x 30/5 =，m K s 30/7 =，试设计该水平井轨道，并设m K t 30/5.6 =，求进入点垂深t H 。
根据公式（1-3）设计下界轨道，求得：
m
H m S m
H a B 04.245782.31996.3422-=?=?
根据公式（6-8）设计上界轨道，求得：
m
H m de t d 92.279185.12608.46===
α
图3 平行切线法设计示意图
图4 用最优进入法设计双增轨道
根据求得的de 也可以算出2H ?和B L ?，其结果与用式(1)和（2）计算的结果
完全相同。说明式(6)和（7）是正确的。
若用卡文的计算公式（即本文中的式(4)，(5)计算则得： 61.63=d α，de =197.93m 。由比计算出的m S B 74.405=?，与用公式（1）算的m S B 82.319=?相差至远，互相矛盾。这个算例也说明卡文计算d α的公式是错误的。
3、最优进入法设计双增轨道
3.1 平行切线法存在的问题
最理想的进入点应该与窗口中心重合，即t 点应于5点重合，设计的目标井段应该与目标中心线56重合。在例l 中，理想的进入点垂深应是m H t 2795=，
这样在钻进目标段时，偏出目标区的可能性将减小。可是，平行切线法做不到这点。不同的实钻造斜率,就有不同的进入点。在例l 中，m K t 30/5.6 =时,m H t 92.2791=；若m H t 82.2796=，要想得到m H t 2795=必须使m K t 30/83.5 =。显然，在实钻中很难保证m K t 30/83.5 =。所以，平行切线法设计双增仇道，虽然可以保证进入点在窗口以内，却无法使进入点达到最优。
3.2最优进入法的设计方法和计算公式
在设计上界轨道和下界轨道以及计算造斜点和井口位置等方面，最优进入法都与平行切线法相同。不同之处在于当给出实钻造斜率t K 以后，设计轨道参
数的计算公式不同。需要计算的设计轨道参数有b α和bc ,计算公式如下：
????
??------=-)()sin )(sin (3438)cos )(cos (34381s x s x B a x t B a x t b H H K K K K K K tg ααααα （9） b
t x B a x t K K K K bc αααsin )cos )(cos (1719--= （10） 最优进入法设计的轨道如图4所示，显然，d b αα≠，也就是说最优设计轨道的切线段与上界轨道切线是不平行的。
3.3 计算实例
例2 某水平井设计条件为：m H x 480=，m H s 465=， 35=a α， 85=B α，m L B 500=?，m K x 30/5.5 =，m K s 30/5.8 =，试设计该水平井轨道，并设m K t 30/8 =，试求b α和bc 。
计算过程从略，符号参看图4，计算结果为：
m H m S m
H a B 91.34778.22809.1322==?=?
m
bc m de b d 07.7971.6472.8662.68====
αα
4、结论
（1）当设计中、长半径水平井时，若对实钻造斜率和目的层位的预测不够准确，则选用双增形轨道较为合适。
（2）卡文等人提出的平行切线法可以保证井眼准确进入目标窗口，但他给出的计算切线法井斜角的公式是错误的。本文给出了正确的计算公式，使平行切线法得以完善。
（3）最优进入法能保证在任何造斜率下使进入点与目标点窗口中心重合，从而使钻进目标井段时偏离目标区的可能性减小，这是它比平行切线法优越之处。
第四节两个不准确条件下的水平井轨道设计
目标垂深的不准确和工具造斜率的不准确，在水平井钻井中是普遍存在的，这使水平井井眼准确进入目标窗口的难度大大增加，甚至导致脱靶，本文按照这两个不准确是否存在，提出四种组合情况，并针对每种组合情况提出解决不准确问题的基本思路和方法，研究表明。应用于最低造斜率的曲率半径和窗底可能滞后的最大垂深来计算第一造斜点的垂深和窗心水平位移；采用双增轨道，设计出最佳稳斜角，在钻进中及时发现标志层或油层顶界面等方法，可以解决两个不准确问题，本文推导了整套设计的计算公式，并给出了算例。
1、问题的提出
水平井钻井的难度之一在于当钻达目标区时，不仅要求井眼准确进入目标窗口（尽可能击中窗心），而且要求井眼方向与目标段设计方向一致，即要求井眼位置与方向双准确，但是，在水平井钻井中普遍存在着目标垂深的不准确和工具造斜率的不准确。例如，地质工作者根据地震资料预测的油层深度提出目标窗心垂深为2500m，但由于预测有误差，假如预测精度为4‰，则实际窗心垂深可能在2490m，也可能在2510m。如果窗口高度为10m，由于目标垂深不准确就有可能使井眼脱靶。关于工具造斜率不准确问题，例如，钻井工作者预计某造斜工具的造斜率为8°/30m，从井斜0°增至90°，垂增为215m。但实际的造斜率可能在7.5°/30m ~8.5°/30m内变化，实际垂增在202～229m范围内变化。如果规定窗高为20m，那么光是造斜率的不准确就可能使井眼脱靶。
当然，在某些情况下这两个不准确是不存在的。例如，老井侧钻的水平井，或先钻领眼后回填侧钻的水平井，或在老油田已充分掌握地质情况时钻的水平井等，均可认为目标垂深是准确的。当使用导向钻井系统可精确控制井眼轨迹时，可认为造斜率是准确的。但在多数情况下，这两个不准确是存在的。所以
在进行水平井轨道设计时，就要考虑到施工中遇到这两个不准确时，如何做到既准确进入目标窗口，又使井眼方向与设计要求一致。
按照这两个不准确是否存在，可以组成四种组合情况；（1）目标垂深和造斜率两个都准确；（2）目标垂深准确而造斜率不准确；（3）目标垂深不准确而造斜率准确；（4）目标垂深和造斜率两个不准确。针对这四种组合情况，研究解决的方法并给出更普遍的计算公式。
2、目标垂深和造斜率两个都准确
这种情况多见于老井侧钻的短半径水平井，也是水平井轨道设计中最简单的情况。如图5所示，这种情况下最好设计成单增轨道。设计给定的条件有E a E H αα,,和R 。需要设计的参数有a a S H ,和S z 有关计算公式如下：
)sin (sin a E E a R H H αα--= （11）
a a tg H S α?= （12）
)cos (cos z a a E R S S αα-+= （13）
图5 双准确情况下的轨道设计
式中，H E 为预计的目标窗心垂深；a α为第一造斜点处的井斜角；E α为目标井段的井斜角；R 为预计的造斜段曲率半径，m ；若造斜率K 的单位为（°）/30m ，则R=1719/K ；a H 为第一造斜点垂深；a S 为第一造斜点水平位移；E S 为窗心水平位移。
在a α=0和E α=90°情况下，上述三式可简化为：
R S S R H H E a E a ==-=;0;。
3、目标垂深准确而造斜率不准确
3.1基本思路
造斜率不准确。在中、长半径水平井中大量存在，是指实际造斜率有个变化范围，即K x ≤K ≤K s 对应的曲率半径为R x ≥R ≥R s 。为了保证在给定的造斜范围内不致脱靶，应根据R 和H E 设计一条双增轨道求出H a 和S E 从而确定造斜点和井口的位置（要注意，这种情况下必须设计成双增轨道）。然后根据H a 和S E 及预计的R 1和R 2设计一条双增轨道，这样，不管造斜率如何变化，在施工时只要调整稳斜角和稳斜段长度，即可保证进靶。
设计双增轨道，其设计条件中还应给出R 1和R 2。显然，R 1和R 2也各有其变化范围，即R x ≥R 1≥R S1。R x ≥R 2≥R S2。轨道设计计算，有平行切线法和最优进入法。
3.2计算公式
有关计算参数见图设计给定的条件有2211,,,,,,,,S S X F E z a R R R R R H H αα
● 下界轨道计算公式
)
cos (cos )
sin (sin E a X a a E a E X D a R tg H S R H H ααααα-+?=--= （4） )
cos (cos )
sin (sin E a X a a E a E X D a R tg H S R H H ααααα-+?=--= （5）
● 平行切线法公式 b
b
E a a a E b S S E
S a S a a E E
SZ a s a F R R R R tg H S bc R S H R S H tg
R R R R R tg H S S R R H H H αααααααααααsin cos )(cos cos 2cos cos sin sin 2121000202020121021010-++--=---+=-=?+?+?-=?-?+-=- （6） ● 最优进入法公式
2
020202
10210210)
cos cos )
sin sin R S H bc R R R R R tg H S S R R H H H E a a a E E a E a -+=-=+--=-+-=ααααα （7）
最优进入法的b α可将式（7）代入式（6）中求得，在上式中，H D 为预计的窗底垂深；H F 为预计的窗顶垂深；R 1为第一增斜段曲率半径；R 2为第二增斜作曲曲率半径；R S1为与第一造斜率对应的曲率半径；R x 为与最低造斜率对应的曲率半径；b α为第二种组合情况下稳斜角；bc 为第二组合情况下稳斜段长度；H 0，S 0和R 0皆为计算中的过渡参数；其余符号同前。
3.3施工要点
（1）将式（6）代入式（7），可求得一个最大稳斜段长度。在施工时，实际的稳斜段长不可超过此值，否则将会脱靶。
（2）采用平行切线法施工时，不管实际造斜率多大，只要井斜角达到设计的b α，即应稳斜钻进，但实际的稳斜段长度应根据第一增斜段的实钻资料统计求出R 1,代入式（6）中重新计算，这就是所谓的调整稳斜段长度。
（3）当采用最优进入法施工时，在造斜钻进一段长度后，即应根据实钻资料统计实钻造斜率，算出实际的R 1，重新计算b α和bc ，这就是调整稳斜角和稳斜段长，以适应造斜率的变化。
图6 造斜率不准确时的轨道设计
3.4算例
已知：a a =0°，a E =86°，H E =2795m ，H F =2790m ，H D =2800m ，R x =215m （8°/30m ），R 1=172m （10°/30m ），R 2=156m(11°/30m),R s1=150m(11.46°/30m)，
R s2=143m(12°/30m),括弧里的数字是对应的造斜率。
设计计算结果为：H a =2585.52m ，S E =200.00m ，用平行切线法得出
m bc b 70.65,79.48== α，用最优进入法得出m bc b 47.64,76.49== α，最大稳斜段长为85.85m 。
设实钻时第一造斜段统计的造斜率为10.4°/30m ，R 1=165m 。据此稳斜段可调整为：用平行切线法，b m bc α,87.68=仍为48.79°；用最优进入法， 73.47,18.70,==b m bc α。
4、造斜率准确而目标垂深不准确
在使用导向钻井系统的中、长半径水平井中，常会遇到造斜率准确而目标垂深不准确的情况。
4.1基本思路
图7 目标垂深不准确的轨道设计
如图7所示，目标垂深不准确是指窗心垂深H E 可能变化，窗心可能提前到
E ˊ点，也可能滞后到E"，实际窗心在E ˊ和E"之间。不管实际窗心如何变化，都要求井眼准确进入窗口。显然，关键在于第二造斜点的选择。自M 点第二次造斜钻进至P 点，井眼方向完全对准窗心，再稳斜钻进PE 段即可进入窗口，PE 段称为滑行长度，就好象飞机降落时在跑道之前提前着陆（P 点为着陆点），虽方向已对准跑道，但尚未进入跑道，还需滑行PE 段长度才能进入跑道，当窗心提前到E ˊ时，选M ˊ为第二造斜点，这时的稳斜段长度等于零，而滑行长度
E P ''最长。当窗心滞后到E"时，选M"为第二造斜点，这时的稳斜段长度M M '''最长，而滑行长度等于零。
M 点最好选在油层顶界面或油层之上的标志层的下界面。由于油层厚度或标志层距油层距离变化很小，所以在钻进过程中根据录井或测井资料，只要钻遇油层顶界或标志层，就可准确判断窗心垂深。另外要选择一个最佳稳斜角opt α，使得不管M 点在何处出现，从M 点第二次造斜都可以在给定的造斜率下准确钻达P 点，并使井眼方向对准窗心。
4.2计算公式
4.2.1最佳稳斜角的计算
关于opt α计算，这里给出一个很简单的公式：
???
???---=-21)cos(cos R E B B opt δαααα （8） 一般情况下，E B αα=于是式（8）变为：
)1(cos 21R E opt δ
αα--=- （9）
当 90=E α时，还可简化为：
)
1(sin 21R opt δ
α-=- （10） 式（8）～（10）中，B α为目标层倾向与重力线的夹角，δ为标志层或油层顶界面至目标中心线的距离，其余符号同前。
4.2.2其余参数的计算
（1）稳斜段长度M M '''
)
sin(sin )(opt E E E X H H M M ααα--=''' （11） （2）滑行长度PE ：
)sin(sin )(opt E opt
E X H H PE ααα--= （12）
（3）造斜点垂深H a ：
E
opt opt E a opt E a PE M M R R H H ααααααcos cos )
sin (sin )sin (sin 21-'-----= （13）
（4）窗心水平位移S E
E opt E opt opt a a a E PE M M R R tg H S αααααααsin sin )
cos (sin )cos (cos 21?+'+-+-+?= （14）
式（18）～（21）中，H s 为窗心可能提前的最小垂深，H E 为窗心可能滞后的最大垂深，其余符号同前，根据式（21）计算的S E 可能确定井口位置。
4.3施工要点
（1）最佳稳斜角opt α最根据第二增斜段的造斜率计算的，所以要尽可能将R 2估计得准确些。从第二次造斜开始要尽可能控制造斜率达到预定值。
（2）当第一增斜段井斜角达到opt α时，更换钻具组合稳斜钻进，最好随钻进行γ测井，同时注意岩屑录井，以便及时发现标志层或油层顶界确定M 点。
（3）M 点确定后，可根据其垂深H M 算出实际的窗心垂深H E 。
E M E H H αδsin /+= （15） 再将实际H E 值代入式（19）中修正滑行长度。
4.4算例
给定设计条件：
.
8,3.2106,7.2093,2100),
30/12(25.143),30/8(875.214,88,521m m H m H m H m m R m m R X S E E a ========δαα
设计计算结果为：
m S m H m PE m M M E a opt 08.385,26.1901,82.17,11.19,76.68===='= α 设在实钻时，当稳斜钻了12.12m 时钻遇油层顶界，则m M M 12.12='。M 点垂深可通过计算得H M =2087.20m 。实际窗心垂深H E =2095.20m ，修正后的滑行长度m PE 38.31=。
5、目标垂深和造斜率都不准确
目标垂深和造斜率都不准确的情况最具有普遍性，而且从设计到施工都是难度最大的。
5.1基本思路
根据第2，3两种组合的思路和方法，提出解决第四种组合的办法，参见图8。
（1）由于两个不准确同时存在，要想在两个因素都变化的任何时候都保证井眼从窗口前面进入目标区，势必要求窗心水平位移大大增加，即设计的井深将大大增加，这在经济上是不合算的。权衡利弊，可以根据最低造斜率和可能
出现的最低窗底垂深，设计下界轨道，计算造斜点垂深和窗心水平位移，并以此确定井口位置。这样，在目标层滞后时着陆点P 有可能落在窗心E 的后面。
图8 两个都不准确情况下的轨道设计
（2）)必须设计成双增轨道，而且中间的稳斜段要有一个最佳稳斜角。此最佳稳斜角不仅要保证不管第二造斜点C 何时出现，井眼都能进入目标区，而且要保证不管造斜率如何变化，井眼都不会脱靶。
（3）在稳斜钻进中，当发现油层顶界或标志层（M 点）时，不要急于第二次造斜，而应继续稳斜到C 点才开始第二次造斜。
5.2计算公式
设计给定的条件有X S x s E E a R R R H H H a a ,,,,,,,,,σδ等。
（1） 造斜点垂深Ha 和窗心水平位移S E 的计算式为：
)sin (sin a E X x a a a R H H --+=σ （16）
)cos (cos E a x a E R tg H S ααα-+= （17）
（2） 最佳稳斜角αopt 为：
???? ?
?---=-s x E E opt R R a a ασsin 21cos 1 （18） （3）稳斜段长度bc 为：
)
cos (cos )
sin (sin E a a a E o a E a E o R tg H S S R H H H ααααα---=---= （19） opt
E opt E tg S tg H bc ααααsin cos 00-?-= （20） 当 90=E a 时，bc 的计算式为：
水平井剖面设计(第二章)
第二章 水平井剖面设计 第一节 水平井剖面的设计内容 1、水平井剖面设计原则 水平井剖面的设计一般依据下面的几点： ● 根据地质提供的入靶点止靶点三维坐标数据，计算水平段长，水平段稳斜角及设计方位角； ● 确定剖面类型，考虑是否需要第一稳斜段，并考虑第一次增斜角的范围； ● 确定水平井钻井方法及造斜率，选择合适的靶前位移； ● 初步计算井身剖面分段数据，根据水平井剖面设计中可供选择的五个基本参数(即造斜点，第一稳斜角，第一稳斜段长度及第二造斜率)，选择其中的任意三个，求出其它两个参数后，再进行井身剖面分段数据计算； ● 对初选剖面进行摩阻、扭矩计算分析，通过调整设计的基本参数，选取摩阻及扭矩最小的剖面； ● 根据初定剖面的靶前位移及设计方位角，计算出井口坐标，并到施工现场落实井位； ● 复测井口坐标，对设计方位角及剖面数据进行微调，完成剖面设计。 2、水平井剖面设计的原理和方法 2.1 水平段的数据计算 假设水平段入靶点为A 点，止靶点为B 点，X 为南北坐标（纵标)，Y 为东西坐标（横标）,A 点垂深为H a ,B 点垂深为H b (以转盘面为基准),地质提供的三 维坐标可表示为A 点坐标（X a ,Y b ,H a ）,B 点坐标(X b ,Y b ,H b ) ● 水平段垂深(H ?)的计算 H ?=H b 一H a 若H ?>0,说明水平段井斜角?90max α。油藏程—完井方法 若H ?=0,说明水平段井斜角?=90max α。井身结构—井笛剖面—钻具组合 若H ?>0,说明水平段井斜角?90max α。地面情况（钻机） ● 水平段平增(S ?〉的计算 ()()22a b a b Y Y X X S -+-= ?
第二章井身结构设计
第二章井身结构设计 井身结构设计是钻井工程的基础设计。它的主要任务是确定套管的下入层次、下入深度、 水泥浆返深、水泥环厚度、生产套管尺寸及钻头尺寸。基础设计的质量是关系到油气井能否安 全、优质、高速和经济钻达目的层及保护储层防止损害的重要措施。由于地区及钻探目的层的 不同，钻井工艺技术水平的高低，国内外各油田井身结构设计变化较大。选择井身结构的客观 依据是地层岩性特征、地层压力、地层破裂压力。主观条件是钻头、钻井工艺技术水平等。井身结构设计应满足以下主要原则： 1．能有效地保护储集层； 2．避免产生井漏、井塌、卡钻等井下复杂情况和事故。为安全、优质、高速和经济钻井 创造条件； 3．当实际地层压力超过预测值发生溢流时，在一定范围内，具有处理溢流的能力。本章着重阐明地下各种压力概念及评价方法，井身结构设计原理、方法、步骤及应用。 第一节地层压力理论及预测方法 地层压力理论和评价技术对天然气及石油勘探开发有着重要意义。钻井工程设计、施工中，地层压力、破裂压力、井眼坍塌压力是合理钻井密度设计；井身结构设计；平衡压力钻井；欠平衡压力钻井及油气井压力控制的基础。 一、几个基本概念 1．静液柱压力 静液柱压力是由液柱自身重量产生的压力，其大小等于液体的密度乘以重力加速度与液柱垂直深度的乘积，即 P h = 0.00981 rH (2-1) 式中：P h――静液柱压力，MPa;
r -- 液柱密度，g/cm 3 ; H ——液柱垂直高度， m 。 静液柱压力的大小取决于液柱垂直高度 H 和液体密度r ,钻井工程中，井愈深，静液柱压 力越大。 2.压力梯度 指用单位高度（或深度）的液柱压力来表示液柱压力随高度（或深度）的变化。 P h G h — 0.00981 H 式中：G h ――液柱压力梯度，MPa/m ; P h ――液柱压力，MPa ; H ——液柱垂直高度， m 。 石油工程中压力梯度也常采用当量密度来表示，即 P h 0.00981H 式中：r ——当量密度梯度，g/cm 3 ; 3?有效密度 钻井流体在流动或被激励过程中有效地作用在井内的总压力为有效液柱压力，其等效（或 当量）密度定义为有效 密度。 4. 压实理论 指在正常沉积条件下，随着上覆地层压力 P 0的增加，泥页岩的孔隙度 f 减小，f 的减小量 与P o 的增量dP o 及孔隙尺寸有关，即： (2-2) (2-3)
定向井的设计
第二章定向井的设计 2.1 定向井设计的准备 2.1.1 定向井基本技术术语 钻井工程师首先必须熟练定向井中的一些术语。 (1) 造斜点，Kick-Off Point 或 K.Ｏ.P，即井眼开始从垂直井段倾斜的起点。 (2) 井斜角，Inclination或INC，即井眼某一点的轴线的切线与铅直线之间的夹角。 (3) 方位角是表示井眼偏斜的方向，它是指井眼轴线在水平面的投影的方向与正北方向之间的夹角。 (4) 井斜变化率，指单位长度（100英尺或30米）内井斜角的变化值，而单位长度内方位角变化值则称为方位变化率。 (5) 垂深(True Vertical Depth)，TVD，深度零点到测点水平面的距离。 (6) 闭合距和闭合方位，闭合距指水平面上测点到井口的距离；闭合方位即在水平投影图上，测点与井口联线与正北方向的夹角 (7) Lead Angle，导角或方位提前角，预计造斜时的方向线与靶点方向线(目标方向)的夹 角。 2.1.2 作业者应提供的设计资料 (1) 井名、数量、地区； (2) 井的垂深； (3) 水平位移与方位； (4) 靶区描述与限制； (5) 井眼尺寸与套管程序； (6) 泥浆程序； (7) 邻井位置及可能的测斜数据； (8) 邻井的钻井资料； (9) 钻井承包商的名称及钻机号； (10) 钻杆描述 (11) 钻铤及加重钻杆的资料； (12) 泵型号、马力、缸套尺寸、冲程及额定泵压等； (13) 工具运输和人员计划； (14) 能提供的通讯； (15) 承包商及作业者代表的名字与电话； (16) 钻井工具的最小井径； (17) 定向钻井人员的食宿； (18) 狗腿严重度限制； (19) 轨迹测量方式； (20) 任何其他有关情况。 2.1.3 服务公司应提供的设计资料 (1) 一份(或几份)定向井设计图； (2) 服务公司计划提供的工具及设备清单； (3) 非磁钻铤的要求；
定向井技术(入门基本概念)
定向井技术(入门基本概念)
定向井技术（部分） 编制：李光远 编制日期：2002年9月9日 注：内部资料为企业秘密，任何人不得相互传阅或外借泄露！！！
一、定向井基本术语解释 1）井眼曲率：指在单位井段内井眼前进的方向在三维空间内的角度变化。它既包含了井斜角的变化又包含着方位角的变化，与“全角变化率”、“狗腿度严重度”都是相同含义。 K= v a SIN l l a 2*22 ?? ? ????Φ+??? ???? 式中： 均值 相邻两点间井斜角的平际长度 相邻两测点间井段的实的增量相邻两测点的增量相邻两测点----?--?Φ--?v a l a 方位角井斜角 2）井斜角、方位角和井深称为定向井的基本要素，合称“三要素”。 3）αA ：A 点的井斜角，即A 点的重力线与该点的井眼前进方向线的夹角。单位为“度”； 4）ΦA ：A 点的井斜方位角，亦简称“方位角”，即从正北方向线开始，顺时针旋转到该点井眼前进方向线的夹角。单位为“度”； 5）S B ’：B ’点的水平位移，即井口到B ’点在水平投影上的直线距离，也称“闭合距”。单位为“米”； 6）ΦS ：闭合距的方位角，也称“闭合方位角”。单位为“度”； 7）L A ：A 点的井深，也称“斜深”或“测深”，即从井口到A 点实际长度。单位为“米”； 8）H A ：A 点的垂深，即L A 在H 轴上的投影。 H A 也是A 点的H 坐标值。同样，A 点在NS 轴和EW 轴上的投影，也可得到A 点的N 和E 坐标值。 9）磁偏角：某地区的磁北极与地球磁北极读数的差异； 10）造斜点：在定向钻井中，开始定向造斜的位置叫造斜点、通常以开始定向造斜的井深来表示； 11）目标点：设计规定的、必须钻达的地层位置，称为目标点； 12）高边：定向井的井底是个呈倾斜状态的圆平面，称为井底圆。井底圆上的最高点称为 高边。从井底圆心至高边之间的连线所指的方向，称为井底高边方向。高边方向上水平投影的方位称高边方位，即井底方位； 13）工具面：造斜工具面的简称。即在造斜钻具组合中，由弯曲工具的两个轴线所决定的 那个平面； 14）工具面角：工具面角有两种表示方法： A 、高边基准工具面角，简称高边工具角，即高边方向线为始边，顺时针转到工具
水平井产液剖面解释方法研究
水平井产液剖面解释方法研究 康清清彭小明 （成都理工大学信息工程学院，四川成都610059） [摘要]：建立了水平井随流量变化的气水、油水两相的流型图，给出了产液剖面的解释模型，并利用模型和测井仪器串对某口水平井进行了解释，解释结果和实测结果基本一致。 [关键词]：水平井；流型；产液剖面；解释模型；持率；相速度 由于重力分异作用、井倾斜度变化引起了水平井的流型发生了巨大的变化，使其井眼流型极其复杂。流型的巨大变化使传统的测井仪器不再适用于水平井中，对产液剖面的解释也不再有效。需要新的测井仪器来测量各个参数，也需要新的解释模型来解释来对水平井的产液剖面进行正确的解释。通过研究，更加明确了水平井的流型和参数测量的一些仪器以及解释模型，并通过实例来解释，取得了较好的结果。 1 水平井中的流型 在可控制的流体回路及油和水流速相同的情况中进行的两相实验（如图1）说明井眼偏移（890-910）对流型的巨大影响。 图1 流动回路试验 在90°情况下，油和水的速度和持率几乎是相等的。在偏移小于90°的情况下，水（重
质相）的速度降低，油的速度增加。持水率增加，持油率减少。若有气体存在将会出现段塞流。当井的偏移大于90°时，流体仍然是明显成层的，由于水具有大的流体密度，水比油的速度快。持水率减少，持油率增加。 在不同的流量下，水平井会有不同的流体形态，下面主要以前人的试验结果为前提，得到了不同的流量条件下，不同的油-水和空气-水下的流型。我们由试验数据得到的流型图2与图3。 从图2我们可以得到：在水相流动较低的情况下，流型分为四种：层状流（气水界面光滑），波纹层状流（界面呈波纹状），波状流和环雾流。流型的过渡是随着气的流量增大依次转变的。层状流中，气体的流量很低，占据了管子的上半部，气水界面光滑；随着气体的增加，气水界面上产生波纹，这就形成了波纹界面层状流；随着气体的进一步增加，气水界面产生了很大的波动，这就是波状流；随着气体流量继续增大时，气体在中间，套管壁上为液膜，这就是环状流，同时中间的气体含有雾状水滴，这就是雾状流。 从图3可以知道，油水两相下的流型不同于气水两相下的流型。在油流量很小和水流量业很小的情况下，流型为分层流，当油流量不变时，随着水流量的增加，油以泡状的形式分布于连续相水相中；当油流量和水流量都属于中等时，主要是分层流，但是当油流量中等时，随着水流量的增加，流型由分层流转变为段塞流；随着油流量和水流量的进一步增加，出现混相流。 图2 空气-水混合物在1.026in内径水平管道中的关于流量的流型
定向井设计暨compass操作指南
第六章定向井设计暨c o m p a s s操作指南 一、定向井设计需要的基本数据 1、单井 (1) 所钻井井口的大地坐标，靶点的大地坐标并给出相应的经纬度，以及定向井的靶区描述（如定向 井靶点半径，水平井等）。 (2) 井身结构及套管程序（给定垂深），以及所用套管的型号和单位重量。 (3)若下抽油泵，请给定垂深和该垂深下的前后井段。 (4) 该井所在地区的详细地质资料（包括地质分层，岩性及风险提示等）。 (5) 该井分段所用的泥浆比重，塑性粘度，切力，屈服值等。 (6) 钻机的游动系统重量，以及泥浆泵型号及功率和提供的工作排量。 2 ，二、 少钻井工序，降低摩阻，减少钻井时复杂情况和事故发生的可能性。 （2）．井身结构 根据地质要求和钻井目的，决定选用何种井身结构。 （3）．造斜点 造斜点应选在稳定、均质、可钻性较高的地层。造斜点深度的选择应考虑如下几点： A.相邻井的造斜点上下至少要错开15米以上，通常错开30～50米，防止井眼间窜通和磁干扰； B.中间井口用于位移小的井，造斜点较深。外围井口用于位移较大的井，造斜点较浅； C.如果设计的最大井斜角超过采油工艺或常规测井的限制或要求，应将造斜点提高或增加设计造斜率。 (4)．造斜率 在丛式井中，通常设计各井的造斜率为7～16°米。
(5)．最大井斜角 在保证油田开发要求的前提下，尽量不使井斜角太大，以避免钻井作业时，扭矩和摩阻太大，并保证其它作业的顺利进行，如电测、下套管作业等。常规测井工具通过的井段其最大井斜为62°。如果初始设计出最大井斜角达60°以上，则应适当调整造斜点和造斜率，使最大井斜不超过60°。当然，在一个丛式井平台上，可选择几口边缘井打水平井，以充分地利用平台，扩大采油面积。 (6)．井口分配 井口分配应考虑如下几点： A.用外围的井口打位移大的井，用中间的井口打位移较小的井。 B.按整个井组的各井方位，尽量均布井口，使井口与井底连线在水平面上的投影图尽量不相交，且成放射状分布，以方便轨迹跟踪。 C.考虑到钻井平台的最大额定载荷分布，将井斜大、位移大、井深较深的井安排在平台额定载荷大的地方。 D.如果按照（1）、（2）、（3）的顺序仍有不能错开的井，可以通过调整造斜点或造斜率的方法来解决。 ( 7)．防止井眼相碰 直井段的井身要符合要求，762毫米（30英寸）套管要求倾斜度小于0.5～l°。同排井在方位上要错开，避免干扰。邻井采用不同造斜率。 表层套管下深要错开，斜井段在空间交叉的井，最小距离为20米，直井段安全圆柱半径为15米。 (8)．合理安排钻井顺序 首先要按地质、开发部门有关注水配产要求和进一步对地层情况的掌握来进行。可采用先外排井，后内排井的顺序，防止内排岩屑堆集须进行清理；或由底盘一侧向另一侧推进的方式。 选择好一条合理的钻台井架移动路线，可省时省力。 (9)．使用优质钻井液，减少摩阻。对于井斜过大、水平位移过大的井，采用顶部驱动钻井装置来改善钻井作业。 (10)．上部井段采用集束钻井或集中打表层方式，可节约时间，提高钻井速度。 三、钻井平台位置优选 对于丛式井来说，优选平台位置，比一口定向井的设计更重要，且影响更大。除了考虑钻井工程方面的情况以外，还要考虑输油管道的建设、井场的地貌情况等，单从定向钻井的角度来优选，通常采用两种优选方式，一是累计水平位移最小，二是累计井深最少。 1．累计水平位移最小的平台位置优选 无论平台位置如何，靶点位置是一定的。因此，计算平台位置与靶点的距离，并使累计值最小就是这种优选方式的关键。 靶点位置通常以座标值给定，即（X，Y）值，值得注意的是X值是南北方向的座标值，Y值是东西方向的座标值，即X值相当于北南位移，Y值相当于东西位移，水平位移的计算可依据两点间的距离公式来求到： 2．累计井深最少的位置优选 采用这种优选方式，首先要依照井底和井口位置进行试算。把所有井的轨迹全部设计出来，计算出累计的井深，然后改变井口位置，重新作轨迹设计，直到设计出最小的累计井深。 无论哪一种平台位置优选方式，在确定其优选的井口位置时，必须保证所有井都能打成。因此，第一是平台上的少数井的水平位移不能特别大；第二是少数井的总井深不能特别深；第三是为了有利于进行丛式井作业，应尽可能少地进行绕障作业，至少在丛式井设计中，基本上不存在绕障问题。
第二章井身结构设计
第二章 井身结构设计 井身结构设计就是钻井工程得基础设计。它得主要任务就是确定套管得下入层次、下入深度、水泥浆返深、水泥环厚度、生产套管尺寸及钻头尺寸。基础设计得质量就是关系到油气井能否安全、优质、高速与经济钻达目得层及保护储层防止损害得重要措施。由于地区及钻探目得层得不同,钻井工艺技术水平得高低,国内外各油田井身结构设计变化较大。选择井身结构得客观依据就是地层岩性特征、地层压力、地层破裂压力。主观条件就是钻头、钻井工艺技术水平等。井身结构设计应满足以下主要原则: 1.能有效地保护储集层; 2.避免产生井漏、井塌、卡钻等井下复杂情况与事故。为安全、优质、高速与经济钻井创造条件; 3.当实际地层压力超过预测值发生溢流时,在一定范围内,具有处理溢流得能力。 本章着重阐明地下各种压力概念及评价方法,井身结构设计原理、方法、步骤及应用。 第一节 地层压力理论及预测方法 地层压力理论与评价技术对天然气及石油勘探开发有着重要意义。钻井工程设计、施工中,地层压力、破裂压力、井眼坍塌压力就是合理钻井密度设计;井身结构设计;平衡压力钻井;欠平衡压力钻井及油气井压力控制得基础。一、几个基本概念 1.静液柱压力 静液柱压力就是由液柱自身重量产生得压力,其大小等于液体得密度乘以重力加速度与液柱垂直深度得乘积,即 0.00981h P H (2-1) 式中:P h ——静液柱压力,MPa; r ——液柱密度,g/cm 3 ; H ——液柱垂直高度,m 。 静液柱压力得大小取决于液柱垂直高度H 与液体密度r ,钻井工程中,井愈深,静液柱压力越大。 2.压力梯度 指用单位高度(或深度)得液柱压力来表示液柱压力随高度(或深度)得变化。 ρ00981.0== H P G h h (2-2) 式中:G h ——液柱压力梯度,MPa/m; P h ——液柱压力,MPa; H ——液柱垂直高度,m 。 石油工程中压力梯度也常采用当量密度来表示,即
水平井产液剖面测试管柱图
水平井产液剖面测试工艺方案论证 一、研究目的 围绕低渗透、低丰度油田水平井采油工艺技术配套，针对采油八厂低渗透、低丰度油层水平井特点，开展水平井产液剖面测试工艺技术试验攻关，充分了解各段产液、含水情况。 二、方案论证 1、产夜剖面测试工艺 目前可以进行水平井产液剖面测试的有两种工艺：一是采用拖拉器把组合测试仪器带入井下水平段；二是采用管柱携带存储式组合测试仪送到水平段。 方案1：拖拉器测试工艺 工艺原理：该项测试技术采用的是预置式井下测试工艺技术，即先将仪器预置于造斜段，然后下入生产管柱，用牵引器将井下组合测试仪器牵引到水平段，安装专用测试井口，见图1，正常生产后，进行流量、压力、温度、含水率、深度等参数的测试。 测试仪器参数：牵引器最大外径Ф54mm，长度7m；测试仪外径?38mm，长度6.8m。电缆为直径Ф8mm的三芯测试电缆。 存在问题： （1）目前的拖拉器外径太大，无法在油井正常生产时从油套环空顺利进入井下； （2）只能采取先让拖拉器携带仪器进入水平段，然后再下入生产管柱，起抽后进行测试，存在生产管柱刮碰测试电缆的危险。
图1 水平井产夜剖面测试工艺管柱结构示意图 2005年10月在州62-平61井进行现场试验。首先使牵引器从套管中试爬进入水平段指端，回收电缆测出水平段井温、压力曲线。然后使牵引器再次进入水平段指端，下入生产管柱到825m，出现电缆随生产管柱一起移动现象，上提电缆，拉力达到1.3t（额定拉力1.6t,最大拉力2.0t），为确保电缆安全，上提生产管柱到630m，上提电缆力降到1.0t，安装井口完井启抽。生产30小时测液面深度为580m。回收电缆进行分层找水测试，测试结果见表1。 表1 州62-平61井分层找水解释成果表
定向井钻井参数设计
定向井钻井参数设计 刘嘉 中石油胜利石油工程有限公司钻井技术公司 摘要：科技的发展，人口的剧增，造成了对能源的巨度消耗。这迫使人类去寻找更多的能源来满足这样的消耗，而石油便是其中之一。在脚下的土地中，蕴含着大量的石油能源需要去勘探，这边需要有先进的开采技术，若是因开采方式的不当而造成对能源的大量浪费，便是得不偿失了。 一、定向井钻井技术概述 定向井技术是当今世界石油勘探开发领域最先进的技术之一，也是如今使用的越来越频繁的技术。采用定向井技术开采石油，不仅可以在地下环境条件的严格限制下经济而有效的开发石油资源，在大幅度提高油气产量的同时，又不会对自然环境造成污染，是一项具有显著的经济效益的技术手段。 1.定向井：定向钻井是使井眼沿盂县设计的井眼轴线（井眼轨迹）钻达预定目标的钻井过程。 2.定向井的分类：按照井型的不同，可将定向井分为常规定向井（即最大井斜角在60°以内的定向井）、大斜度定向井（最大井斜角在60°到90°之间，也成为大斜度井）、水平井（最大井斜角保持在90°左右的定向井）、分支井、联通井。 二、定向井的设备介绍 1.泥浆马达：以泥浆作为动力的一种螺杆状的井下动力钻具，主要由旁通阀总成、马达总成、万向轴总成、驱动轴总成和放掉总成等部分组成。 2.扶正器：在钻井过程中起支点作用，通过改变其在下部钻具中的位置可以改变钻具的受力状态，从而达到控制井眼轨迹的目的。 3.非磁钻铤：在钻具组合中使用非磁钻铤可以有效的放置由于钻具本身所带来的磁干扰，减少测量过程中的误差，使测量结果真实、有效。 4.浮阀：一个用来防止泥浆倒流损害井下工具及防止钻头水眼被堵的工具。 5.定向接头：为定向仪器提供稳定性的工具，便于准确了解马达等井眼下工具的方向，从而能够为下不作业的顺利进行提供保障。 三、定向井参数设计：
水平井找水方法
水平井找水方法 水平井在生产过程中，如果油井开始出水，要准确探出出水层非常的麻烦和费钱、费时。目前可以使用的方法无非是一下几种： 1、利用水平井产液剖面测井 产液剖面测井资料是在油井正常生产条件下获得的有关储层产液性质的信息，测井参数主要包括：自然伽马、磁性定位、井温、压力、持水率、流量、流体密度、持气率等。 利用涡轮流量或者示踪流量计算分层产量，利用持水率曲线（有时加测流体密度、持气率）结合实验室图版计算分层产液性质，井温、压力曲线用来定性分析产出段，自然伽马和磁性定位曲线用来深度校正、了解井内管柱结构。 水平井产液剖面测井需要结合井眼轨迹以及阵列电容持水率CAT、阵列电阻持水率RAT以及井温、示踪流量等测井资料综合分析。 2、连续油管输送电缆测井工艺 该技术的优点是对不同尺寸的测井仪器适应性广，可进行套管井、环空、过油管测井等作业；可在测井过程中循环洗液；同油管输送方式相比，不需要湿接头，不存在对接失败的问题；仪器与链接油管链接方式可调，配套安全接头后可进行遇卡后的打捞作业。缺点是挠性管的强度有限，设备占地空间较大。 此法则要压井，而且要把连续油管送到水平井指端，然后一段一段后拉探测，不但费钱、费时，而且还有损害油层的风险。
与其相似的还有油管输送电缆测井工艺、井下电子牵引仪油管输送电缆测井工艺、重力法油管输送电缆测井工艺、水平井水力输送法找水测井技术。
3、套管完井水平井一体化找水管柱找水 主要由采油泵、安全接头、接箍倒角油管、开关器、扶正器与封隔器和导向丝堵组成，油管下部连接有采油泵，采油泵下连接安全接头，安全接头下部连接油管，油管连接到油井的水平段。在水平段，油管的下端连接接箍倒角油管，下端依次连接有开关器、接箍倒角油管、扶正器与封隔器、接箍倒角油管、最下端连接有导向丝堵。使得找水测试与采油生产为一体。 这方面的专利有好多，尤其是在大庆油田。其主要结构大致有如下几种：
定向井设计暨compass操作的指南
第六章定向井设计暨compass操作指南 一、定向井设计需要的基本数据 1、单井 (1) 所钻井井口的坐标，靶点的坐标并给出相应的经纬度，以及定向井的靶区描述（如 定向井靶点半径，水平井等）。 (2) 井身结构及套管程序（给定垂深），以及所用套管的型号和单位重量。 (3)若下抽油泵，请给定垂深和该垂深下的前后井段。 (4) 该井所在地区的详细地质资料（包括地质分层，岩性及风险提示等）。 (5) 该井分段所用的泥浆比重，塑性粘度，切力，屈服值等。 (6) 钻机的游动系统重量，以及泥浆泵型号及功率和提供的工作排量。 (7) 可提供的钻杆和加重钻杆钢级、公称尺寸，震击器型号，钻头类型等等。 (8) 给定工程设计标准及特殊要求。 (9) 该区域已钻井的定向井资料。 2、丛式井 (1) 平台的槽口分布，槽口间距，平台结构北角，该平台的中心坐标（坐标）和经纬度，以及覆盖区所有已钻井（包括探井）的井眼轨迹数据（井斜、方位等）。 (2) 丛式井的井口和靶点坐标及靶点垂深，定向井的靶区描述（如定向井靶点半径，水平 井等），以及油底垂深和口袋长度等。 (3) 井身结构及套管程序（给定垂深），所用套管的型号和单位重量等。. (4) 若下抽油泵，请给定垂深和该垂深下的前后井段。 (5) 该井所在地区的详细地质资料（包括地质分层，岩性及风险提示等）。 (6) 该井分段所用的泥浆比重、塑性粘度、切力、屈服值等。 (7) 钻机的游动系统重量，以及泥浆泵型号及功率和提供的工作排量等。 (8) 可提供的钻杆和加重钻杆钢级、公称尺寸，震击器型号，钻头类型等等。 (9) 该区域已钻井的定向井资料。 (10) 给定工程设计标准及特殊要求。 二、丛式井设计 1．丛式井的概念 丛式井是指一组定向井（水平井），它们的井口是集中在一个有限围，如海上钻井平台、沙漠中钻井平台、人工岛等。丛式井的广泛应用是由于它与钻单个定向井相比较，大大减少钻井成本，并能满足油田的整体开发要求。 2．丛式井设计应考虑的问题 （1）．井身剖面 在满足油田开发要求的前提下，尽量选择最简单剖面，如典型的“直一增一稳”三段制，这样将减少钻井工序，降低摩阻，减少钻井时复杂情况和事故发生的可能性。 （2）．井身结构 根据地质要求和钻井目的，决定选用何种井身结构。
第二章井身结构设计
第二章 井身结构设计 井身结构设计是钻井工程的基础设计。它的主要任务是确定套管的下入层次、下入深度、水泥浆返深、水泥环厚度、生产套管尺寸及钻头尺寸。基础设计的质量是关系到油气井能否安全、优质、高速和经济钻达目的层及保护储层防止损害的重要措施。由于地区及钻探目的层的不同，钻井工艺技术水平的高低，国内外各油田井身结构设计变化较大。选择井身结构的客观依据是地层岩性特征、地层压力、地层破裂压力。主观条件是钻头、钻井工艺技术水平等。井身结构设计应满足以下主要原则： 1．能有效地保护储集层； 2．避免产生井漏、井塌、卡钻等井下复杂情况和事故。为安全、优质、高速和经济钻井创造条件； 3．当实际地层压力超过预测值发生溢流时，在一定范围内，具有处理溢流的能力。 本章着重阐明地下各种压力概念及评价方法，井身结构设计原理、方法、步骤及应用。 第一节 地层压力理论及预测方法 地层压力理论和评价技术对天然气及石油勘探开发有着重要意义。钻井工程设计、施工中，地层压力、破裂压力、井眼坍塌压力是合理钻井密度设计；井身结构设计；平衡压力钻井；欠平衡压力钻井及油气井压力控制的基础。 一、几个基本概念 1．静液柱压力 静液柱压力是由液柱自身重量产生的压力，其大小等于液体的密度乘以重力加速度与液柱垂直深度的乘积，即 0.00981h P H （2-1） 式中：P h ——静液柱压力，MPa ； ——液柱密度，g/cm 3 ； H ——液柱垂直高度，m 。 静液柱压力的大小取决于液柱垂直高度H 和液体密度，钻井工程中，井愈深，静液柱压力越大。 2．压力梯度 指用单位高度（或深度）的液柱压力来表示液柱压力随高度（或深度）的变化。 ρ00981.0== H P G h h （2-2） 式中：G h ——液柱压力梯度，MPa/m ； P h ——液柱压力，MPa ； H ——液柱垂直高度，m 。 石油工程中压力梯度也常采用当量密度来表示，即
中衡巷道断面【设计明细】-交叉点【设计明细】
目录 第一章设计资料 (2) 第二章巷道断面施工图设计 (2) 第一节巷道断面形状的选择 (2) 第二节道床参数的选择 (3) 第三节巷道内管线布置 (3) 第四节巷道净断面尺寸的确定 (3) 第五节验算风速 (5) 第六节选择支护参数 (6) 第七节确定水沟参数 (6) 第八节确定巷道掘进断面尺寸 (6) 第九节编制巷道断面特征表和每米巷道材料消耗量表 (7) 第十节绘制巷道断面施工图 (8) 第三章交岔点设计 (9) 第一节选择基本数据 (9) 第二节平面交岔点尺寸计算 (9) 第三节交岔点的断面尺寸计算 (10) 第四节工程量及材料消耗 (12) 第五节绘制交岔点施工图 (15) 参考文献 (15)
第一章设计资料 某煤矿，设计生产能力为3Mt/年，服务年限为65年。采用立井开拓、单水平、上下山开拓。地面标高+38m，生产水平为－650m，属低沼气矿井。通风方式为中央并列式通风，井下最大涌水量为400m3/h，通过第一水平东运输大巷的流水量为180m3/h，风量为45m3/s。；采用ZK7－9/550电机车牵引1.5t矿车运输。内设φ108压风管和φ59供水管各一路，另设动力、照明、通讯和信号电缆各一路。大巷中间有一单轨分岔巷道与之相连（单轨巷道宽2860mm，其中b3为1330mm），并成60°交角，交岔点处在不稳定岩层中，试设计大巷断面及交岔点。 第二章巷道断面施工图设计 第一节巷道断面形状的选择 巷道断面形状的选择，主要应考虑巷道用途及其服务年限、所处的位置（即作用在巷道上地压的大小和方向、围岩性质）、选用的支架材料和支护方式、掘进方法和采用的掘进设备等因素。 一般情况下，巷道的用途和服务年限是考虑选择断面形状的重要因素。服务年限长达几十年的开拓巷道，采用受力性能好的各种拱形断面较为有利；服务年限短的准备巷道或回采断面多采用断面利用率高的梯形或矩形断面。 作用在巷道上的地压大小和方向在选择断面形状时也起主要作用。当顶压较大、侧压较小时，则应选用直墙拱形断面（半圆拱、圆弧拱或三心拱）；当顶压、侧压都很大且有严重底鼓时，就必须选用诸如马蹄形、椭圆形或圆形等封闭式断面。 矿区富有的支架材料和习惯使用的支护方式，往往也直接影响巷道断面形状的选择。金属支架和锚杆可用于任何形状的断面；喷射混凝土支护方式适用于拱形等曲线断面。 掘进方法和掘进设备对于巷道断面形状的选择也有一定的影响。目前，岩石平巷掘进仍是采用钻眼爆破方法占主导地位，它能适应任何形状的断面。未来在使用全断面掘进机组掘进的岩石平巷，选用圆形断面无疑是更为合适的。 上述选择巷道断面形状应考虑的诸因素，彼此是密切联系而又相互制约的。条件要求不同，影响因素的主次位置就会发生变化。所以，应该综合分析，抓住主导因素兼顾次要因素，以便能选用较为合理的巷道断面形状此煤矿，设计生产能力为3Mt/年，服务年限为65年，采用立井开拓、单水平、上下山开拓，地面标高+38m，生产水平为－650m，巷道中等稳定，设计采用锚喷支护，选择半圆拱形断面。
第三章 巷道断面及支护形式
巷道设计工程量 副斜井口设计绝对标高+1351.800m（井筒变坡点），设计长度：副斜井斜长572.48m.躲避硐室13个*2=26m.暖风道11.5m.设计总工程量12230.87m3 第三章巷道断面及支护形式 第一节巷道断面设计 井筒为半园拱形，净宽为5000mm，净高3920mm,其中墙高1420mm，拱高2500；表土段156.19m，掘进断面24.59㎡；净断面16.91㎡；基岩段416.29；掘进断面19.61㎡；净断面16.91㎡；相关硐室（躲避硐室）工程量约26m（13个），净宽2500mm，净高2250mm，其中墙高1000mm，拱高1250mm，掘进断面 6.53㎡，净断面 4.95㎡。暖风道11.50m，净宽2000mm，净高2000mm（附图4：巷道断面图），从井口依次向里预留梁窝，第一组距井口1000mm，第二组距底一组2000mm，以后每间隔8000mm一组，梁窝预留孔高200*200mm，左孔深1000mm，右孔深500mm，梁窝底部距底板2040mm. 第二节支护形式 副斜井井筒设计净断面为16.91㎡（宽×高半圆拱），断面编号为四个，1-1表土段断面支护形式混凝土砌碹，掘进断面24.59㎡、2-2断面支护形式为锚网喷，掘进断面19.61 ㎡，3-3躲避硐为锚网喷支护，掘进断面6.53㎡，4-4暖风道支护形式混凝土砌碹，掘进断面4.954㎡。
井筒斜长572.481m，垂深195.8m，井筒倾角 =20°.井筒表土段斜长为156.190m，基岩段长度为416.291m，井口坐标：X=4086555.244，Y=19502658.254，Z=+1351.800，提升方位角143°10′49″，落平点坐标X=4087013.529， Y=19502315.17，H=1156m。斜井筒1-1段+1351.800m +1301.8m（表土段156.190m）净断面为16.91㎡（宽×高闰圆拱），采用单层钢筋砼砌碹，内环筋圆钢Φ18＠材300mm，内纵筋Φ16＠300mm，搭接长度35d，砼厚度拱部500mm；墙部呈梯形上部500mm；下部800mm，断面基础深度800mm、宽800mm，混凝土标号C30。斜井筒2-2段+1301.800m +1156m(基岩段416.291m)、净断面为16.91㎡（宽×高半圆拱），采用锚网喷水久支护方式，（若围岩有变化另行出措施）锚杆为Φ18的罗纹锚杆，长度为2.0m，间、排距均为800mm×800mm呈梅花形布置；托板采用800mm厚的钢板加工而成，规格200mm×200mm，锚固剂型号为 Z2870，两卷端头锚固。金属网采用Φ6钢筋焊接网。规格2m×1m，网眼规格为100×100mm，喷砼厚为150mm； 巷道内设躲避硐室13个，斜长距离为40m，断面为半圆拱形掘进断面6.53㎡，净断面4.95㎡，锚喷支护，支护厚度250mm，表土段躲避硐与井筒连接处，井筒钢筋向躲避硐内延伸1000mm，因其与斜井筒基岩段采用相同支护，所以不再另行叙述。
定向井基本知识
定向井和水平井钻井技术 第一节 定向井井身参数和测斜计算 一．定向井的剖面类型及其应用 定向钻井就是“使井眼按预定方向偏斜，钻达地下预定目标的一门科学技术”。定向钻井的应用范围很广，可归纳如图9－l 所示。 定向井的剖面类型共有十多种，但是，大多数常规定向井的剖面是三种基本剖面类型，见图9－2，称为“J ”型、“S ”型和连续增斜型。按井斜角的大小范围定向井又可分为： 一、专业名词 1．定向井（Directional Well ） 一口井的设计目标点，按照人为的需要，在一个既定的方向上与井口垂线偏离一定的距离的井，称为定向井。 2．井深（Measure Depth ） 井眼轴线上任一点，到井口的井眼长度，称为该点的井深，也称为该点的测量井深，或斜深。单位为“m ”。 3．垂深（Vertical Depth or True Vertical Depth ） 井眼轴线上任一点，到井口所在水平面的距离，称为该点的垂深。通常以“m ”为单位。 4．水平位移（Displacement or Closure Distance ） 井眼轨迹上任一点，与井口铅直线的距离，谓之该点的“水平位移”。也称该点的闭合距。其计量单位为“m ”。 5．视平移（Vertical section ） 水平位移在设计方位线上的投影长度，称为视平移。如图10—1所示，为设计方位 线，T O 曲线为实钻井眼轴线在水平面上的投影，其上任一点P 的水平位移为OP ，以 A P 表示。P 点的视平移为OK ，其长度以V P 表示。当OK 与OQ 同向时V P 为正值，反向时为负值。视平移是绘制垂直投影图的重要参数。单位为m 。 6．井斜角（Hole Inclination or Hole Angle ）
定向井轨道设计基础
轨 道 设 计 一． 井身轨道设计方法 (一) 定向井/水平井两维剖面设计方法和设计类型选择 1．前言： 常规定向井/水平井剖面类型有十一种，每一种类型的设计方法又很多。过去大多数文献介绍的剖面类型不全面、设计方法也很单一，公式复杂，不利于编制计算机程序和实际设计工作。本章介绍了各种剖面类型和各种设计方法的统一的数学模型，具有系统性、全面性，简洁、明了，对于研究定向井/水平井的剖面设计和实际编程应用都具有积极的指导意义和实际价值。 2．剖面设计方法： 把最具有一般性的无段制剖面作为基本剖面，在此基础上，选择和改变一些参数，可变成多种剖面类型。下面就介绍各种剖面的选择和设计方法。 如图（2）在地质给定的靶点坐标和井口坐标，确定和计算如下基本剖面参数： H 1---第一靶点垂深，m V 1---第一靶点水平位移，m H 2---第二靶点垂深，m V 2---第二靶点水平位移，m H e ---降斜终点垂深，m （一般选择在第一靶点上30~50m ） L---稳斜段长度，m R 1---第一增斜段曲率半径，m R 2---第二增斜段曲率半径，m H z --造斜点垂深，m α1---第一增斜段终点井斜角，° 最终井斜角α2 ，单位° 降斜终点位移V e 规定：当H 2=H 1时，H e =H 1，V e =V 1，H e -H z =ΔH 2 122121 22)()(V V H H H H -+--=α1 21211) )((H H V V H H V V e e ----=2 1R R R +=
(1) 选择H z 、R 1、R 2，求α1、L 令： 解剖面方程得： （2）选择R 1、R 2、α1，求：H z 、L 解剖面方程得： （3）选择R 1、R 2、L ，求：H z 、α1 解剖面方程得： 令： 则： 2 21cos αR R V A e --=A R R A B B arctg --+-=2 2212α2 2sin αR H B +?=1 1cos sin ααB A L +=1 2121112211)cos (cos )cos 1() sin (sin sin αααααααtg R R V R R H H e e z -+----+-=1 12211sin )cos (cos )cos 1(αααα----=R R V L e 2 21cos αR R V C e --=2 2cos αR H D e +=
定向井轨迹设计计算方法探析
1.井眼轨迹的基本概念 1.1定向井的定义 定向井是按预先设计的井斜角、方位角及井眼轴线形状进行钻进的井。（井斜控制是使井眼按规定的井斜、狗腿严重度、水平位移等限制条件的钻井过程）。 1.2井眼轨迹的基本参数 所谓井眼轨迹，实指井眼轴线。 测斜：一口实钻井的井眼轴线乃是一条空间曲线。为了进行轨迹控制，就要了解这条空间曲线的形状，就要进行轨迹测量，这就是“测斜”。 测点与测段：目前常用的测斜方法并不是连续测斜，而是每隔一定长度的井段测一个点。这些井段被称为“测段”，这些点被称为“测点”。 基本参数：测斜仪器在每个点上测得的参数有三个，即井深、井斜角和井斜方位角。这三个参数就是轨迹的基本参数。 井深：指井口(通常以转盘面为基准)至测点的井眼长度，也有人称之为斜深，国外称为测量井深(Measure Depth)。井深是以钻柱或电缆的长度来量测。井深既是测点的基本参数之一，又是表明测点位置的标志。 井深常以字母Ｌ表示，单位为米(m)。井深的增量称为井段，以ΔＬ表示。二测点之间的井段长度称为段长。一个测段的两个测点中，井深小的称为上测点，井深大的称为下测点。井深的增量总是下测点井深减去上测点井深。 井斜角：井眼轴线上每一点都有自己的井眼前进方向。过井眼轴线上的某点作井眼轴线的切线，该切线向井眼前进方向延伸的部分称为井眼方向线。井眼方向线与重力线之间的夹角就是井斜角。 井斜角常以希腊字母α表示，单位为度(°)。一个测段内井斜角的增量总是下测点井斜角减去上测点井斜角，以Δα表示。 井斜方位角：井眼轴线上每一点，都有其井眼方位线；称为井眼方位线，或井斜方位线。井眼轴线上某点处的井眼方向线投影到水平面上，即为该点的井眼方位线（井斜方位线）以正北方位线为始边，顺时针方向旋转到井眼方位线（井斜方位线）上所转过的角度，即井眼方位角。井斜方位角常以字母θ表示，单位为度(°)。井斜方位角的增量是下测点的井斜方位角减去上测点的井斜方位角，以Δθ表示。井斜方位角的值可以在0～360°范围内变化。 磁偏角：目前广泛使用的磁性测斜仪是以地球磁北方位为基准的。磁北方位与正北分
定向井井身参数和测斜计算
定向井井身参数和测斜计算 第一节定向井井身参数和测斜计算 一．定向井的剖面类型及其应用 定向钻井就是“使井眼按预定方向偏斜，钻达地下预定目标的一门科学技术”。定向钻井的应用范围很广，可归纳如图9－l所示。 定向井的剖面类型共有十多种，但是，大多数常规定向井的剖面是三种基本剖面类型，见图9－2，称为“J”型、“S”型和连续增斜型。按井斜角的大小范围定向井又可分为： 常规定向井井斜角＜55° 大斜度井井斜角55～85° 水平井井斜角＞85°（有水平延伸段） 二．定向井井身参数 实际钻井的定向井井眼轴线是一条空间曲线。钻进一定的井段后，要进行测斜，被测的点叫测点。两个测点之间的距离称为测段长度。每个测点的基本参数有三项：井斜角、方位角和井深，这三项称为井身基本参数，也叫井身三要素。 1．测量井深：指井口至测点间的井眼实际长度。 2．井斜角：测点处的井眼方向线与重力线之间的夹角。 3．方位角：以正北方向线为始边，顺时针旋转至方位线所转过的角度，该方向线是指在水平面上，方位角可在0—360°之间变化。 目前，广泛使用的各种磁力测斜仪测得的方位值是以地球磁北方位线为准的，称为磁方位角。磁北方向线与正北方向线之间有一个夹角，称磁偏角，磁偏角有东、西之分，称为东或西磁偏角，真方位的计算式如下： 真方位＝磁方位角十东磁偏角 或真方位＝磁方位角一西磁偏角 公式可概括为“东加西减”四个字。 方位角也有以象限表示的，以南（S）北（N）方向向东（E）西（W）方向的偏斜表示，如N10°E，S20°W。在进行磁方位校正时，必须注意磁偏角在各个象限里是“加上”还是“减去”，如图9－3所示。 4．造斜点：从垂直井段开始倾斜的起点。 5．垂直井深：通过井眼轨迹上某点的水平面到井口的距离。 6．闭合距和闭合方位 （l）闭合距：指水平投影面上测点到井口的距离，通常指靶点或井底的位移，而其他测点的闭合距离可称为水平位移。 （2）闭合方位：指水平投影响图上，从正北方向顺时针转至测点与井口连线之间的夹角。 7．井斜变化率和方位变化率：井斜变化率是指单位长度内的井斜角度变化情况，方位变化率是指单位长度内的方位角变化情况，均以度／100米来表示（也可使用度／30米或度／100英尺等）。 8．方位提前角（或导角）：预计造斜时方位线与靶点方向线之间的夹角。 三．狗腿严重度 狗腿严重是用来测量井眼弯曲程度或变化快慢的参数（以度／100英尺表示）。可用解析法、图解法、查表法、尺算法等来计算狗腿严重度k。 1．第一套公式 2．第二套公式 cosγ＝cosa1cosa2＋sina1sina2 cosΔj………………………………………（9－3） 本式是由鲁宾斯基推导出来的，使用非常普遍。美国人按上式计算出不同的a1、a2和Δj值下的狗腿角γ值，并列成表格，形成了查表法。
工作井结构设计计算书doc
1.设计条件 1.1工程概况 本计算书为中山市沙溪镇东南片区排水主干管工程顶管工作井、接收井结构设计，工作井、接收井施工方法采用逆作法，即先进行四周外侧及井底的水泥 搅拌桩施工,桩身达到设计强度后,再开挖基坑施工护壁成井。基坑每开挖1m 深度土，现浇一节1m 圆形护壁。 本设计以最大深度工作井和最大深度接收井为控制设计。已知：设计地面标高：5.80m ，井壁底标高：工作井为-1.19m ，接收井为-1.69m 。 拟定工作井尺寸：0.55t m =， 3.5R m =，8.1D m =， 5.39H m = 拟定接收井尺寸：0.35t m =， 2.0R m =， 4.7D m =， 5.99H m = 1.2井身材料 混凝土：采用C30，214.3/c f N mm =，21.43/t f N mm =。 钢筋：钢筋直径d<10mm 时，采用R235钢筋，2270/y f N mm =；d ≥10mm 时， 采用热轧钢筋HBR335，2300/y f N mm =。 1.3地质资料 地质资料如下表1所示，地下水位高度为3.2m ，即井外水位高度为3.2m ， 井底以下4米采用搅拌桩处理，则井底下地下水位高度为：工作井-5.2m 、接收井-5.69m 。 表1 土的物理力学指标
图1-1 工作井、接收井示意图
2.井壁水平框架的内力计算及结构配筋计算 将井壁简化成平面圆形闭合刚架计算，计算截面取井壁底部1米一段进行环向计算，不考虑四周搅拌桩支护的作用。 2.1工作井井壁内力计算及配筋 2.1.1按承载能力极限状态进行计算 2.1.1.1外力计算 （1）水土压力计算（考虑地下水作用） 井外侧地面堆载按215/d q KN m =考虑。 根据《给水排水工程钢筋混凝土沉井结构设计规程》CECS137-2002第6.2.3条，并假设同一标高的水平截条上沿井壁互成90°的两点土的内摩擦角相差±5°，计算区域井壁A 、B 点外侧水平向水土压力： 图2-1 土压力分布示意图 井壁外侧水平向土压力采用郎金主动土压力计算值，地下水位以下土采用浮容重。计算公式如下： 25 5()(45)2(45) 2 2 o o A d E q z tg ctg ??γ- - ? ? - - ++=+- --