钻井工程：第五章 井眼轨道设计与轨迹控制.docx

第五章井眼轨道设计与轨迹控制1．井眼轨迹的基本参数有哪些？为什么将它们称为基本参数？08答：井眼轨迹基本参数包括：井深、井斜角、井斜方位角这三个参数足够表明井眼中一个测点的具体位置 所以将他们称为基本参数2．方位与方向的区别何在？请举例说明井斜方位角有哪两种表示方法？二者之间如何换算？答：方位都在某个水平面上，而方向则是在三维空间内（当然也可能在水平面上）方位角表示方法：真方位角、象限角方位线位置真方位角与象限角关系第一象限真方位角=象限角第二象限真方位角=180°—象限角第三象限真方位角=180°+象限角第四象限真方位角=360°—象限角3．水平投影长度与水平位移有何区别？视平移与水平位移有何区别?答：水平投影长度是指井眼轨迹上某点至井口的长度在水平面上的投影，即井深在水平面上的投影长度水平 位移是指轨迹上某点至井口所在铅垂线的距离，或指轨迹上某点至井口的距离在水平面上的投影在实钻 井眼轨迹上，二者有明显区别，水平长度一般为曲线段，而水平位移为直线段视平移是水平位移在设计方位上的投影长度4．狗腿角、狗腿度、狗腿严重度三者的概念有何不同？答：狗腿角是指测段上、下二测点处的井眼方向线之间的夹角（注意是在空间的夹角）。

狗腿严重度是指井眼 曲率，是井眼轨迹曲线的曲率5．垂直投影图与垂直剖面图有何区别？答：垂直投影图相当于机械制造图中的侧视图，即将井眼轨迹投影到铅垂平面上；垂直剖面图是经过井眼轨迹 上的每一点做铅垂线所组成的曲面，将此曲面展开就是垂直剖面图6．为什么要规定一个测段内方位角变化的绝对值不得超过 180？实际资料中如果超过了怎么办？答：7．测斜计算，对一个测段来说，要计算那些参数？对一个测点来说，需要计算哪些参数？测段计算与测 点计算有什么关系？答：测斜时，对一个测段来说，需要计算的参数有五个：垂增、平增、N坐标增量、E坐标增量和井眼曲率；对 一个测点来说，需要计算的参数有七个：五个直角坐标值（垂深、水平长度、N坐标、E坐标、视平移）和 两个极坐标（水平位移、平移方位角）轨迹计算时，必须首先算出每个测段的坐标增量，然后才能求得测点的坐标值8．平均角法与校正角法有什么区别？实际计算结果可能有什么差别？答： 平均角法假设测段是一条直线，该直线的方向是上下二测点处井眼方向的“和方向”（矢量和）校正平 均角法假设测段形状为一条圆柱螺线校正平均角法的计算公式是在平均角计算公式的基础上加入了校正系数9．直井轨迹控制的主要任务是什么？答： 直井轨迹控制的主要任务就是要防止实钻轨迹偏离设计的铅垂直线。

一般来说实钻轨迹总是要偏离设计轨 道的，问题在于能否控制井斜的度数或井眼的曲率在一定范围之内10． 引起井斜的地质原因中最本质的两个因素是什么？二者如何起作用？答： 最本质的两个因素是地层可钻性的不均匀性和地层的倾斜 沉积岩都有这样的特征：垂直层面方向的可钻性高，平行层面方向的可钻性低在地层倾斜的情况下，当 地层倾角小于45°时，钻头前进方向偏向垂直地层层面的方向，于是偏离铅垂线；当倾角超过 60°以后， 钻头前进方向则是沿着平行地层层面方向下滑，也要偏离铅垂线；当地层倾角在45°〜60°之间时，井斜 方向属不稳定状态11． 引起井斜的钻具原因中最主要的两个因素是什么？他们又与什么因素有关？答：钻具导致井斜的主要因素是钻具的倾斜和弯曲导致钻具倾斜和弯曲的主要因素：首先，由于钻具直径小于井眼直径， 钻具和井眼之间有一定的间隙其 次，由于钻压的作用，下部钻具受压后必将靠向井壁一侧而倾斜12． 井径扩大如何引起井斜？如何防止井径扩大？答：井眼扩大后， 钻头可在井眼内左右移动，靠向一侧，也可使受压弯曲的钻柱挠度加大，于是转头轴线与井 眼轴线不重合， 导致井斜要防止井径扩大，首先要有好的钻井液护壁技术；其次可以抢在井径扩大以前钻出新的井眼。

13． 满眼钻具组合控制井斜的原理是什么?它能使井斜角减小吗？08答：满眼钻具组合采用在钻铤上适当安装扶正器（近钻头扶正器、中扶正器、上扶正器、第四扶正器），采用 扶正器组合的办法解决井斜问题满眼钻具组合并不能减小井斜角，只能做到使井斜角的变化（增斜或将 斜）很小或不变化14． 钟摆钻具组合控制井斜的原理是什么？为什么使用它钻速很慢？08答：钟摆钻具组合在钻柱的下部适当位置加一个扶正器， 该扶正器支撑在井壁上，使下部钻柱悬空， 则该扶正 器以下的钻柱就好像一个钟摆，也要产生一个钟摆力此钟摆力的作用是使钻头切削井壁的下侧，从而使 新钻的井眼不断降斜钟摆钻具组合的性能对钻压特别敏感钻压加大，则增斜力加大，钟摆力减小钻压再增大，还会将扶正 器以下的钻柱压弯，甚至出现新的接触点，从而完全失去钟摆组合的作用所以钟摆钻具组合在使用中必 须严格控制钻压，故钻速很慢15． 定向井如何分类？常规二维定向井包括哪些？答： 根据轨道的不同，定向井可分为二维定向井和三维定向井两大类，按照井斜角的大小，可将定向井分为三 类：井斜角在15°〜30°的属小倾斜角定向井；井斜角在30°〜60的属中倾斜角定向井；井斜角超过 60°的属大倾斜角定向井。

常规二维定向井轨道有四种类型：三段式、多靶三段式、五段式和双增式16． 从钻井工艺的角度看，定向井的最大井斜角是大点好还是小点好？答：在可能的条件下，尽量减小最大井斜角，以便减小钻井的难度但最大井斜角不得小于15°，否则井斜方 位不易稳定17． 多靶三段式与三段式有何区别？轨道设计方法有何不同？答：多靶三段式的轨道给定条件中，没有目标的水平位移多靶三段式在设计中需要求出目标点的水平位移， 确定地面上的井位，所以被称为“倒推设计法”18． 轨道设计的最终结果包括哪些内容？答：设计结果包括：井斜角/°、垂增/m、垂深/m、平增/m、平移/m、段长/m和井深/m19． 动力钻具造斜工具有哪几种形式？他们的造斜原理有何共同之处？答：动力钻具又称井下马达，包括涡轮钻具、螺杆钻具、 电动钻具三种 动力钻具接在钻铤之下，钻头之上 在钻井液循环通过动力钻具时，驱动动力钻具转动并带动钻头旋转破碎岩石 动力钻具以上的整个钻柱都 可以不旋转 这种特点对于定向造斜非常有利20． 螺杆钻具在定向井造斜方面有何优点？答：螺杆钻具的扭矩与压力降成正比 压力降可从泵压表上读出，扭矩则反映所加钻压的大小，所以可以看着 泵压表打钻。

根据泵压表上的压力降还可以换算出钻头上的扭矩，从而可以较为准确的求得反扭矩 这是 螺杆钻具在定向钻井应用中的突出优点21． 变向器与射流钻头造斜原理有什么不同？它们能连续造斜吗？答：变向器是钻出小井眼扩眼并增斜来钻井的，射流钻头是利用一个大喷嘴中喷出的强大射流形成的冲击来造 斜的，它们不能连续造斜22. BHA是什么意思？它有什么用途?08答：BHA (BottomHoleAssembly)为靠近钻头的那部分钻具，称为“底部钻具组合”BHA是定向造斜的关健， 通过它进行定向井轨迹控制23． 轨迹控制的三个阶段的主要任务各是什么？答：(1) 打好垂直井段在钻垂直井段时要求实钻轨迹尽可能接近铅垂线，也就是要求井斜角尽可能小2) 把好定向井造斜关如果定向造斜段的方位有偏差， 则会给以后的轨迹控制造成巨大困难所以定向造斜是关键3) 跟踪控制到靶点从造斜段结束，至钻完全井，都属于跟踪控制阶段 这一阶段的任务是在钻进过程 中，不断了解轨迹的变化发展情况，不断地使用各种造斜工具或钻具组合， 对井眼轨迹进行控制，原则就 是既要保证中靶，又要加快钻速24． 高边方向与装置方向线各是怎样形成的？这两条线是否处在同一平面上?答：我们假设造斜工具放在井内时不受井眼地限制， 钻头将在井底地外面。

旋转钻柱， 则钻头中心点将画出一 个与井底圆同心地圆井底圆上地最高点与圆心的连线称为“高边方向线”， 转头中心与圆心的连线称为 “装置方向 线”两条线都在井底平面上25． 装置角有什么重要意义？当装置角等于 240时，井眼轨迹将如何发展？答： 可以根据装置角算出钻具的高边，确定钻头的位置26． 有了装置角为什么还要有装置方位角？它们之间有什么关系？答： 装置方位角可以正确指出弯接头在井下的装置角的大小装置方位角是装置角与井斜方位角之和27． 动力钻具反扭角是如何产生的？为什么反扭角总是使装置角减小？答：动力钻具在工作中，液流作用于转子并产生扭矩， 传给钻头去破碎岩石液流同时也作用于定子，使定子 受到一反扭矩此反扭矩将有使钻柱旋转的趋势，但由于钻柱在井口处是被锁住的，所以只能扭转一定的 角度，此角度称为反扭角28． 什么是定向？定向的目的和意义是什么？答： 定向就是把造斜工具的工具面摆在预定的定向方位线上在扭方位计算中，我们可以算出造斜工具的定向 方位角，定向可以知道造斜工具在井下的状况，以及使造斜工具的工具面正好处在预定的定向方位29． 井下定向的工艺过程有哪些？答：井下定向法是先用正常下钻法将造斜工具下到井底，然后从钻柱内下入仪器测量工具面在井下实际方位； 如果实际方位与预定方位不符，亦可在地面上通过转盘将工具面扭到预定的定向方位上。

30．定向键法是如何使测量仪器中罗盘的”发线”与造斜工具的工具面对准？答： 在测量仪器的罗盘面上有一个“发线”，在测量仪器的最下面有一个“定向鞋”，定向鞋上有一个“定向 槽”，在仪器安装时使“发线”与“定向槽”在同一个母线上对齐当仪器下到井底时，定向鞋的特殊曲 线将使定向槽自动卡在定向键上，从而使罗盘面上的发线方位能表示造斜工具的工具面方位31． 无磁钻铤在定向中的作用是什么？什么情况下需要使用无磁钻铤？答：使用无磁钻铤是为了消除钻铤磁性对磁性测斜仪的影响在安装磁性测量装置的位置，应使用无磁钻铤32． 水平井分类的依据是什么?为什么要分类？答：水平井的分类是根据从垂直井段向水平井段转弯时的转弯半径（曲率半径）的大小进行的因为各类水平 井的曲率半径不同，钻井所用的设备、工具和方法不同，固井、完井方法也不一样33． 水平井的难度主要表现在哪些方面？引起这些难度的原因是什么?答：（1）水平井的轨迹控制要求高，难度大要求高，是指轨迹控制的目标区要求高水平井的目标区是一个扁平的立方体，不仅要求井眼准确进入窗 口，而且要求井眼的方位与靶区轴线一致，俗称“矢量中靶”难度大，是指在轨迹控制过程中存在“两 个不确定性因素”。

一是目标垂深的不确定性；二是造斜工具的造斜率的不确定性这两个不确性的存在， 对直井和普通定向井来说，不会有很大的影响，但对水平井来说，则可能导致脱靶2）管柱受力复杂由于井眼的井斜角大，井眼曲率大，管柱在井内运动将受到巨大的摩阻，致使起下钻困难，下套管困难， 给钻头加压困难；在大斜度和水平井段需要使用“倒装钻具”，下部的钻杆将受轴向压力，压力过大将出 现失稳弯曲，弯曲之后摩阻更大；摩阻力、摩扭矩和弯曲应力将显著增大，使钻柱的受力分析、强度设计 和强度校核比直井和普通定向井更为复杂；由于弯曲应力很大，在钻柱旋转条件下应力交变,将加剧钻柱的 疲劳破坏3） 钻井液密度选择范围变小，容易出现井漏和井塌 地层的破裂压力和坍塌压力随井斜角和井斜方位角而变化；在水平井段，地层破裂压力不变，而随着水平 井段的增长，井内钻井液液柱的激动压力和抽吸压力将增大，也将导致井漏和井塌4） 岩屑携带困难由于井眼倾斜，岩屑在上返过程中将沉向井壁的下侧，堆积起来，形成“岩屑床”特别是在井斜。