第三章 定向井、水平井井身轨迹控制技术

  

 

第一节 定向井、水平井井眼轨迹控制理论

    无论是定向井，还是水平井，控制井眼轨迹的最终目的都是要按设计要求中靶。但因

水平井的井身剖面特点、目的层靶区的要求等与普通定向井和多目标井不同，在井眼轨
迹控制方面具有许多与定向井、多目标井不同的新概念，需要建立一套新的概念和理论

体系来作为水平井井眼轨迹控制的理论依据和指导思想。
    我们在长、中半径水平井的井眼轨迹控制模式的形成和验证过程中，针对不断出现的

轨迹控制问题，建立了适应于水平井轨迹控制特点的几个新概念。
    

一 、 水 平 井 的 中 靶 概 念

    地质给出的水平井靶区通常是一个在目的层内以设计的水平井眼轨道为轴线的柱状靶，

其横截面多为矩形或圆。我们可以把这个柱状靶看成是由无数个相互平行的法面平面组
成，因此，控制水平井井眼轨迹中靶，与普通定向井、多目标井是个截然不同的新概念，

主要体现是:
    井眼轨迹中靶时进入的平面是一个法平面（也称目标窗口），但中靶的靶区不是一个

平面，而是一个柱状体，因此，不仅要求实钻轨迹点在窗口平面的设计范围内，而且要
求点的矢量方向符合设计，使实钻轨迹点在进入目标窗口平面后的每一个点都处于靶柱

所限制的范围内。也就是说，控制水平井井眼轨迹中靶的要素是实钻轨迹在靶柱内的每
一点的位置要到位（即入靶点的井斜角、方位角、垂深和位移在设计要求的范围内），

也就是我们所讲的矢量中靶。
   

 二、水平井增斜井段井眼轨迹控制的特点及影响因素

    对一口实钻水平井，从造斜点到目的层入靶点的设计垂深增量和水平位移增量是一定

的，如果实钻轨迹点的位置和矢量方向偏离设计轨道，势必改变待钻井眼的垂深增量和
位移增量的关系，也直接影响到待钻井眼轨迹的中靶精度。
    水平井钻井工程设计中所给定的钻具组合是在一定的理论计算和实践经验的基础上得

出的，随着理性认识的深化和实践经验总结，设计的钻具组合钻出实际井眼轨迹与设计

轨道曲线的符合程度会不断提高。但是，由于井下条件的复杂性和多变性，这个符合程
度总是相对的。实钻井眼轨迹点的位置相对于设计轨道曲线总是会提前、或适中、或滞

后，点的井斜角大小也可能是超前、适中、或滞后。
    实钻轨迹点的位置和点的井斜角大小对待钻井眼轨迹中靶的影响规律是：

      

① 实钻轨迹点的位置超前，相当于缩短了靶前位移。此时若井斜角偏大，会使稳斜

钻至目的层所产生的位移接近甚至超过目标窗口平面的位置，必将延迟入靶，且往往在

窗口处脱靶。
      

② 轨迹点位置适中，若此时井斜角大小也适中，是实钻轨迹与设计轨道符合的理想

状态。但若井斜角大小超前过多，往往需要加长稳斜段，可能造成延迟入靶，或在窗口
处脱靶。
      

③ 轨迹点的位置滞后，相当于加长靶前位移。此时若井斜角偏低，就需要提高造斜

率以改变待钻井眼垂深和位移增量之间的关系，往往要采用较高的造斜率而提前入靶。
   

 实践表明，控制轨迹点的位置接近或少量滞后于设计轨道，并保持合适的井斜

角，有利于井眼轨迹的控制。

点的井斜角偏大可能导致脱靶或入靶前所需要的造斜率

偏高。实际上，水平井造斜段井眼轨迹控制也是轨迹点的位置和矢量方向的综合控制，
这对于没有设计稳斜调整段的井身剖面更是如此。
    在实际井眼轨迹控制过程中，我们根据造斜段井眼轨迹控制的新概念和实钻轨迹点的

位置、点的井斜角大小对待钻井眼轨迹中靶的影响规律，将造斜井段井眼轨迹的控制程

度限定在有利于入靶点矢量中靶的范围内。也就是说，在轨迹预测计算结果表明有余地、
并有后备工具条件时，应当充分发挥动力钻具的一次造斜能力，以提高工作效率，减少

起下钻次数。
    

三 、 井 身 剖 面 的 特 点 及 广 义 调 整 井 段 的 概 念

    根据长、中半径水平井常用井身剖面曲线的特点，剖面类型大致可分为单圆弧增斜剖

面、具有稳斜调整段的剖面和多段增斜剖面（或分段造斜剖面）几种类型，不同的剖面

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