第二章 定向井、丛式井、水平井设计与计算分析
第二章定向井、丛式井、水平井设计与计算分析
第一节定向井、水平井二维轨道设计
一口定向井的实施，首先要有一个轨道设计，才能以此设计为依据进行具体的定向井钻井施工。对于不同的勘探、开发目的和不同的设计限制条件，定向井的设计方法有多种多样。而每种设计方法，都有一定的设计原则。
定向井设计是一个非常重要的环节。“好的设计是成功的一半”。因此，合理地设计好井身轨道，是定向井成功的保证。
一、设计原则：
一口定向井的总设计原则，应该是能保证实现钻井目的，满足采油工艺及修井作业的要求，有利于安全、优质、快速钻井。在对各个设计参数的选择上，在自身合理的前提下，还要考虑相互的制约。要综合地进行考虑。
(一)选择合适的井眼形状
复杂的井眼形状，势必带来施工难度的增加，因此井眼形状的选择，力求越简单越好。
从钻具受力的角度来看：目前普遍认为，降斜井段会增加井眼的摩阻，引起更多的复杂情况。如图所示(2-1-1)，增斜井段的钻具轴向拉力的径向的分力，与重力在轴向的分力方向相反，有助于减小钻具与井壁的摩擦阻力。而降斜井段的钻具轴向分力，与重力在轴向的分力方向相同，会增加钻具与井壁的摩擦阻力。因此，应尽可能不采用降斜井段的轨道设计。
图2-1-1
(二)选择合适的井眼曲率
井眼曲率的选择，要考虑工具造斜能力的限制和钻具刚性的限制，结合地层的影响，留出充分的余地，保证设计轨道能够实现。
在能满足设计和施工要求的前提下，应尽可能选择比较低的造斜率。这样，钻具、仪器和套管都容易通过。当然，此处所说的选择低造斜率，没有与增斜井段的长度联系在一起进行考虑。
另外，造斜率过低，会增加造斜段的工作量。因此，要综合考虑。
常用的造斜率范围是4°-10°/100米
（三）选择合适的造斜井段长度
造斜井段长度的选择，影响着整个工程的工期进度，也影响着动力钻具的有效使用。
若造斜井段过长，一方面由于动力钻具的机械钻速偏低，使施工周期加长，另一方面由于长井段使用动力钻具，必然造成钻井成本的上升。所以，过长的造斜井段是不可取的。
若造斜井段过短，则可能要求很高的造斜率，一方面造斜工具的能力限制，不易实现，另一方面过高的造斜率给井下安全带来了不利因素。所以，过短的造斜井段也是不可取的。
因此，应结合钻头、动力马达的使用寿命限制，选择出合适的造斜段长，一方面能达到要求的井斜角，另一方面能充分利用单只钻头和动力马达的有效寿命。
（四）选择合适的造斜点
造斜点的选择，应充分考虑地层稳定性、可钻的限制。尽可能把造斜点选择在比较稳定、均匀的硬地层，避开软硬夹层、岩石破碎带、漏失地层、流沙层、易膨胀或易坍塌的地段，以免出现井下复杂情况，影响定向施工。
造斜点的深度应根据设计井的垂深、水平位移和选用的轨道类型来决定。并要考虑满足采油工艺的需求。
应充分考虑井身结构的要求，以及设计垂深和位移的限制，选择合理的造斜点位置。
（五）选择合适的稳斜段井斜角和入靶井斜角
井斜角的大小，直接影响了轨迹的控制。
井斜角太小时，方位不好控制。而井斜角太大时，施工难度却又增加。因此，稳斜段井斜角和入靶井斜角的选择，应充分满足轨迹控制的需要。另外，它对方位控制、电测、钻速都有明显的影响。
一般来讲，井斜角的大小与轨迹控制的难度有下面的关系：
1．井斜角小于15°时，方位难以控制；
2．井斜角在15°--40°时，既能有效地调整井斜角和方位，也能顺利地钻井、固井和电测。是较理想的井斜角控制范围；
3．井斜角在40°--50°时，钻进速度慢，方位调整困难；
4．井斜角大于60°，电测、完井作业施工的难度很大，易发生井壁垮塌。
二、设计方法
定向井的设计方法分为常规设计方法和特殊井的设计方法。
常规设计方法指的是在两维平面内作的轨道设计，即设计的井眼轴线只在某个给定的铅垂面内变化，也就是说，只有井斜角的变化，没有方位角的变化。
把常规设计之外的所有设计方法都叫做特殊设计方法。
（一）常用两维轨道设计方法
目前常用的两维定向井轨道设计，采用的是恒定造斜率的设计，设计轨道由铅垂面内的圆弧和直线组成。对于这种恒定造斜率的设计，通常有下列三种设计方法。
1．查图法
这是国外以前常用的设计方法之一。使用这种方法设计定向井轨道，需要事先将每种造斜率钻达不同最大井斜角的数据作在同一张图上。这样，各种不同的造斜率下作出的图形，就可得到一套图表。在进行轨道设计时，根据设计造斜率的不同选择一套适用的图表。在该图上，就可查出未知的设计数据。
下面就是2°/ 30米标准造斜率曲线图。
图2-1-2 查图法图表
2．几何作图法
这种设计方法是根据已知的设计条件，应用平面几何作图的原理，用圆规和直尺，按比
由于计算机在石油钻井领域的广泛应用，查图法和几何作图法已很少在我国采用。目前使用最多的是下面将要介绍的解析计算法。
3．解析计算法
解析计算法是根据已知设计条件，应用解析计算公式求解出设计轨道的各个未知参数的方法。这种方法由于计算复杂、工作量太大，在计算机普及之前，未能得到广泛的应用。而在现在，已经广泛应用于定向井的设计之中。这种计算方法的最大特点是计算准确、求解对象可灵活改变。
下面以“直—增—稳”三段制轨道类型，介绍解析计算法的设计步骤。 已知条件：Kop —造斜点 Kb---造斜率
Tv---设计垂深 Tb---设计位移 求：αm---求最大井斜角 H----稳斜段长度 求解步骤：
①求造斜段的曲率半径：R=1/Kb ②求ζ的角度值： ΔS=Tb-R ΔV=Tv-Kop
ζ=arctg(ΔS/ΔV) ③求φ的角度值:
φ=arccos(R/L) ④求最大井斜角:am=φ-ζ ④求稳斜段段长度:
KOP R ΔS
L
ΔV
ζ
αm
TV TB 图2-1-4 解析计算法图形
以前在采用查图法和几何作图法进行轨道设计时，通常都是只能求解某个固定的未知参数，由于计算机在石油钻井领域的广泛应用，现在的定向井轨道设计已经基本上采用了计算机设计，这就使得轨道设计的灵活性得到了充分的体现，配合解析几何设计方法，能
2
2V S L ?+?=2
2R L H +=
够对任何两个未知参数进行求解，这就使得定向井轨道设计变得更加灵活，更加多样化了。
（二）特殊定向井轨道设计方法
对于特殊定向井的轨道设计，则根据其钻井目的和设计条件的限制，采用了各种不同的方法。如：
1．多增降轨道设计 2.缓降轨道设计
3. 缓降轨道设计
4.悬链轨道设计
5.三维轨道设计
三、特殊要求定向井的轨道设计
（一）多目标井设计
图2-1-5 多目标井示意图
如图2-1-5所示，在断块油田内，由于非垂直断层的封闭，沿断层聚集形成了一串的多套含油、气层。
多目标井的钻探目的是为了让定向井井眼轨迹按规定的井斜角和方位角钻穿这一串油、气藏，以使该井眼轨迹能代替多口直井的作用，发挥更大的经济效益，因此，地质方面给出了两个靶点。分别代表井眼贯穿油层的开始点和终止点。
该如何这样的井设计呢？
如图2-1-6所示，这种井的设计是这样进行的：由两个靶点计算出入靶井斜角和方位角，然后反推井口位置。其中包括了对造斜率的选择、稳斜段长和造斜点的选择。
已知条件：
αm-------求最大井斜角 Kb-------造斜率 Tv-------设计垂深 Tb-------设计位移 求：
Kop------造斜点 H--------稳斜段长度
求解步骤：
①求造斜段的曲率半径：R=1÷Kb ②求稳斜段段长度：
③求造斜点
Kop=Tv-H*cos αm-R*sin αm
多目标井的设计靶区仍然是水平面上的圆形区域，其轨迹控制难度较一般定向井略难。
（二）二维水平井轨道设计
水平井的轨道设计在算法上类似于多目标井，但其设计思想有根本的不同。它的钻探目的是要在油层内水平钻进一段距离，尽量增加油层的暴露面积，以提高单井的产量。
水平井的设计靶区是一垂直于设计入靶线的平面（称作法面）上的矩形区域。也称作入靶窗口。由于入靶窗口的上下限通常在十米之内，因此其控制难度很大，在轨迹控制时的一点失误，都有可能导致最后的脱靶。常用的水平井二维轨道设计类型有三种：
单圆弧型—设计轨道从造斜点到入靶点，由一段圆弧组成。适合中曲率半径和短曲率半径的水平井。
双增稳型—设计轨道从造斜点到入靶点，由两圆弧段和连接这两圆弧段的稳斜段组成，适合中半径和长半径水平井。
三段增斜型—这种设计类型是由双增稳型发展而来的，设计轨道从造斜点到入靶点，由三个圆弧段组成。适合中半径和长半径水平井。
m
m b R T H ααsin )
cos 1(--=
将稳斜段改为增斜段，是因为钻双增稳型水平井时，在第一增斜段钻完后，首先要下一趟柔性钻具组合通井，然后再下刚性稳斜钻具组合钻进。这就带来了两个方面的不利。一方面多下一趟通井钻具组合却不能多打进尺。另一方面，再下入刚性钻具组合钻进时，钻具组合不容易通过造斜段。
改成稳斜段后，下同一趟钻具组合，既可通井，又可打进尺，简化了钻具组合，节约了时间，同时也减小了事故发生的可能性。
下面，介绍双增类型水平井轨道设计的计算方法：
图2-1-7
如图所示，图2-1-7
已知：H------设计垂深
S------入靶点位移
S0-----水平段长
a1-----第一增斜终点井斜角
确定：H0----造斜点
K1----第一增斜率
K2----第二增斜率
a2----第二增斜终点井斜角
L-----稳斜段长度
则：
曲率半径为：
R 1=1/ K 1 R 2=1/ K 2 R 0= R 1- R 2
H 3=H- H 0- R 2×sina 2 S 2=S+ R 2×cosa 2- R 1
第一段增斜终点井斜角为：
稳斜段长度为：
第二节 定向井、水平井的三维轨道设计
三维轨道设计主要应用于以下几个方面：
第一，对于方位漂移严重的地区，为了有效利用地层的自然造斜规律，减少井眼轨道
控制和造斜的工作量，可将井眼轨道设计成考虑方位漂移的三维轨道。这样的设计对指导现场施工会更有意义。这种设计称为方位漂移设计。
第二，若地面井位和目标点固定，而在由它们所确定的铅垂面内，存在着不允许通过
或难以穿过的障碍物，如已钻井眼、复杂的地层（盐丘、金属矿床、断层、气顶等），要设计一口定向井使其绕过障碍物钻达目标点，这样的定向井称之为绕障定向井。绕障定向井在密集丛式井和油田开发后期，用定向钻井方法打调整井时会遇到。
第三，在钻井过程中，要使实钻轨道与设计轨道完全吻合几乎是不可能的，二者之间
总会有一定的偏差。很小的偏差是允许的，有时也许对钻进参数或钻具组合稍作调整，仍可继续钻进；如果偏差很大，就需要以原设计轨道为依据，对下一段未钻井眼作出新的设计。另外，由于地质勘探等方面的原因，需要中途改变目标点的位置时，也需要设计出一条新的井眼轨道。这种修正设计在钻进过程中是随时可能发生的，因此称之为随钻修正设计。
第四，在老井侧钻尤其是定向井的侧钻中，往往是要钻达的油层位置不在原来定向井
的剖面上，这就需要调整井斜和方位钻三维井眼才能到达目的层。
一、 空间绕障定向井的设计方法
1）剖面类型的判别
由于三维定向井的设计和施工都比二维定向井难度大，所以，如果条件允许应首选二维剖面。
2
32
2H S M +=???
??+???
?
??=M R H S arctg 0321arcsin α2
2R M L +=
在设计绕障定向井时，除需要一般定向井的设计条件外，还应该有对障碍物的具体描述。障碍物的形态描述依赖于它们各自的特点，如已钻井眼的一般模型为曲圆台或直圆台；复杂地层可假设为斜直圆台或球体等。尽管它们的表达形式可能是多种多样的，但是其一般模型都可以用如下的通式来表示
g(X ，Y ，Z)=0 （2－1）
过所设计井的井口点和目标点作一个铅垂平面，则该平面就是二维绕障定向井的设计平面,如图2-2-1所示
绕碍定向井的剖面类型判别设计平面与障碍物边界的交线是平面曲线。为了描述这条平面曲线，建立一个二维坐标系0-SH 。
图2-2-1绕障定向井的剖面类型判别 因为
X =Scos Y =Ssin Z =H 00 фф???
?
? （2－2）
式中ф0————井口至目标点连线的方位角。
所以，将（2－2）式代入（2－1）式，可以得到障碍物的边界在设计平面内的二维表达形式
h （H ，S ）=0 （2－3）
假设先不考虑障碍物的存在，那么选定一个剖面类型并且确定出造斜点位置、增斜率等相应的参数之后，应用§2.2给出的方法，就可以得到一种二维剖面的设计结果。此时，设计轨道方程可表示为：
f （H ，S ）=0 （2－4）
当然，根据设计轨道的特点，（2－23）式往往是某种分段函数。 联立（2－22）和（2－23）式，得：
h H S =0
f H S =0 （，）（，）???
（2－5）
求解（2－24）式时，只有两种可能的结果：
⑴无解。表示设计轨道不通过障碍物的控制范围。此时，井眼轨道设计成二维剖面就可实现绕障。
⑵有解。说明设计轨道已通过障碍物的控制范围。此时，可以调整设计参数或剖面类型。重新设计出井眼轨道，然后再对（2－5）式进行求解。如此重复设计、求解和判断。如果在可供选择的剖面类型和允许的设计参数范围内，（2－5）式均有解，则该井需要设计成三维绕障定向井。否则，可以不必进行三维绕障设计。
下面结合实例给出（2－5）式的具体表达形式和求解方法。交点为P 点，则P 点的坐标（X P ，Y P ，Z P ）以及井斜角αP 、方位角фP 等参数可以通过测斜计算（若P 点不是测点，可采用插值法）求得。在P 点以已钻轨道的切线方向为δ轴，以井眼高边为δ轴，建立右手坐标P-ξεδ。如图2-2-2所示。
由于ξ、ε、δ轴在0-XYZ 坐标系下的方向余弦分别为
图2-2-2 障碍物的描述
T =cos T =cos T =-sin T =-sin T =cos T =0 T =sin T =sin sin T =cos 11P P 12P P 13P 21P 22P 2331P P 32P P 33P
афафаффафафа???
??
(2－6) 式中 T ij 表示i 轴（i=1，2，3。分别代表ξεδ轴）对于j 轴（j=1，2，3。分别代表X ，Y ，Z 轴）的方向余弦。
所以，P-ξεδ与0-XYZ 坐标系的转换关系为
ξεδ??
????????=T11 T12 T13T21 T22 T23T31 T32 T33 ??
????????X -X Y -Y Z -Z P P P ??????????
（2－7）
即
ξафафаεффδафафа=( X -X )cos cos +( Y -Y )cos sin P -( Z -Z )sin =-( X -X )sin +( Y -Y )cos
=( X -X )sin cos +( Y -Y )sin sin +( Z -Z )cos
P P P P P P P P P P P P P P P P P P P ???
??
(2－8)
如果将P 点附近已钻井眼的控制范围用半径为R P 的空间圆柱体来描述，则有：
ξ2+ε2≤R 2
P （2－9） 由（2－27）和（2－28）式可以得到控制体边界的议程为：
g(X ，Y ，Z)=（X-X P ）2+（Y-Y P ）2+( Z-Z P )2
-[( X-X P )sin аP cos фP +（
Y-Y P )sin аP sin фP +（Z-Z P )cos аP ]2- R 2
P =0 （2－10） 将（2－21）式代入（2－29）式，得
h(H,S)=aH 2-2bHS+cS 2
-2dH-2eS+f=0 (2－11) 其中
a =sin
b = sin cos cos(- )
c =1-sin cos (- )
d = Z -cos
e = X cos + Y sin -sin cos(- )
f = X + Y + Z - - R = X sin cos + Y sin sin + Z cos 2P P P P 02P 2P 0P P P 0P 0P P 02P 2P 2P 2P 2P P P P P P P P P аааффаффλаффλаффλλафафа
???
????
??
???? (2－
12)
a 图2-2-3 设计轨道的描述
假设给定一种剖面类型以及相应的设计参数，那么就可以设计出一条二维的井眼轨道。如果设计轨道各段起始点M I 处的井深、井斜角和坐标值分别为L i 、аi 和H i 、S i ，则设计轨道可描述如下：参见图2-2-3
对于圆弧井段
a a L L R i i =+?-?
???
?
??180πH =H +R(sina -sina )S =S +R(cosa -cosa) i i i i (2－13)
式中，R —圆弧段的曲率半径。增斜时取正值，降斜时取负值。
对于斜直井段
H =H +(L -L)cosa
S =S +(L -L)sina i i i i i i ???
（2－14）
将（2－13）式和（2－14）式代入（2－D11）式，求出L 值。若在整个设计轨道上至
少有一点的L 值有实根且满足L i 2） 三维绕障定向井的设计 当采用二维剖面不能实现绕障时，就需要进行三维绕障设计。为叙述方便，仍以已钻定向井作为障碍物的情况为例。 如上所述，过井口点0和目标点T 作一铅垂平面，该平面与已钻井眼交于P 点，则P 点处的参数可以确定。过P 点垂直于已钻井眼的切线作一空间斜平面，交Z 轴于F 点，则已钻井眼的控制边界在该斜平面上可认为是圆形。如图2-2-4所示。 空间斜平面的方程可由下式表达： ( X-X P )sin аP cos фP +（ Y-Y P )sin аP sin фP +（Z-Z P )cos аP =0 （2－15） 交点F 的坐标为 X =0Y =0 Z = X tg cos + Y tg sin +Z F F F P P P P P P P афаф??? ?? (2－16) 由于目标点T 一般不在这个斜平面上，所以根据给定的最终井斜角аT 和最终方位角фT ，可以求出过T 点的直线与斜平面的交点E 处的坐标 X =X -tsin cos Y =0 Z = X tg cos + Y tg sin +Z E P T T E E P P P P P P P афафаф??? ?? (2－17) 其中 t= (sin cos ()sin sin ()cos cos cos sin sin cos() )X X a YT YP a ZT ZP a a a a a T P p p p p p p T p T T P -+-+-+-???? 将（2－36）式和（2－35）式分别代入（2－26）式，便可求出E 点和F 点在P-ξηζ坐标系下的坐标（ξE ，ηE ，0）和（ξF ，ηF ，0）。这样，就可以设计斜平面上的井眼轨道了。如图2-2-5 图2-2-5 斜平面上的轨道设计 对于由闭合曲线围成的障碍物，应首先判别设计轨道的绕行方向。 若令 式中 SGN —符号函数。 则 q=101,,,绕井眼高边设计井眼高边或低边设计绕井眼低边设计 -??? ?? (2－19) 当确定出绕行方向后，则有 q ≠0。 设线段FP 、PE 和EF 的长度分别为D 1、D 2和D 3，则 D D D F F E E E F E F 12222232 =+=+=-+-???????ξηξηξξηη()() （2－20） 于是 sin δ=sin ∠CFP=R D P 1 (2－21) cos σ=cos ∠EFP=D D D D D 212322 13 2+- (2－22) H 0=D 3cos(δ-σ)-D 1cos σ (2－23) A 0=D 3sin(δ-σ) (2－24) ? ?? ? ??---=F F E F E F SNG q ηηηζζζ 因此，井眼轨道的弯曲角θ可由下式计算 tg θ2=H H A R A R A P P 022202 00 -+-- (2－25) C 点的坐标为 ξβ ηβζC P C P C R R ===??? ??cos sin 0 (2－26) 其中 tg β2 =ηζηξF F F P F P q R R ++-+222 (2－27) 式中，β—ξ轴绕P 点顺时针转至C 点所形成的角度。 D 点的坐标可用下式确定 ξβθηβθζD P D P D R q R q =+=+=??? ??cos()sin() (2－28) 将（2－26）式和（2－28）式分别代入（2－7）式，便可以得到C 点和D 点在O —XYZ 下的坐标（X C ，Y C ，Z C ）和（X D ，Y D ，Z D ）。 因此，C 点和D 点的井斜角与方位角分别为 tga X Y Z Z tg Y X D C C C F C C C =+-=?? ??? ? ?22? (2－29) 及 tga X X Y Y Z Z tg Y Y X X D E D E D E D D E D E D =-+--=--????? ? ?()()22 ? (2－30) 由Z 轴和FC 直线所确定的平面是铅垂面。在这个铅垂面内按给定的曲率半径R 1可确 定圆弧井段AB ，如图2－5所示。 于是，造斜点井深为 Z A =Z F -R 1tg a c 2 (2－31) 同理，由DE 和ET 两条直线确定一个斜平面，在这个斜平面上，可以用一个圆弧井段实现两个斜直井段之间的平滑过渡。如图2-2-6所示。 M E D R 2 N ε T 图2-2-6调整井段示意图 若给定曲率半径R 2，则 ( =(X -X )+(Y -Y )+(Z -Z )R tg 2=(X -X )+(Y -Y )+(Z -Z )E D 2E D 2E D 2 2T E 2T E 2T E 2-=-????? ? ? ??επεε MN R NT R tg 221802 (2－32) 当然，也可以根据具体情况设计成没有斜直井段DM 或NT 的剖面。这时，可由（2－32）式确定出所需要的曲率半径R 2。 至此，井眼轨道设计完毕，它由直井段（）—造斜井段 （AB ）—斜直井段（BC ）—绕障井段（CD ）—斜直井段（DM ）—斜面圆弧井段（MN ）—斜直井段（NT ）组成。 二、 待钻井眼轨迹的三维设计 分析国外现有的三维轨道设计方法，我们选用了符合国内习惯的柱面法三维轨道设计。 三维轨道设计，首先是在水平投影面上进行方位变化的轨道投影设计，然后再以此轨道的投影线为母线，沿垂深方向剖开成一个圆柱面，在此柱面的展开面上进行井斜角变化的的设计。就好象是把水平投影轨道长度作为一个当量位移，来做的二维剖面设计。最后再将井斜角和方位角的变化组合到一起，完成最终的三维轨道整体设计。并求出不同垂深时的东西分量和南北分量。 适合水平井轨道水平投影设计的类型有两种, 第一种是一次调方位类型，如图2-2-7 所示。 这种类型轨道设计的井口位置不在设计入靶确定的方位线上。第二种是二次调方位类型，如图 2-2-8 所示。 这种类型轨道设计的井口位置在入靶确定的方位线上。很明显，一次调方位类型比二次调方位类型简单。因此，应尽可能使用第一种调方位类型。 井口 图 2-2-7 一次调方位轨道设计示意图 B点 图 2-2-8 二次调方位轨道设计示意图 三维轨道设计的原理和方法 （一）、技术难点 根据原井眼条件确定侧钻位置,,由于原井眼轴线并非都是铅垂线,井眼轨迹有井斜和方位角变化,侧钻点一般有水平位移和井斜、方位角，难以保证侧钻点与入靶点和终靶点在一个平面内，因此须要进行三维轨道设计。短半径侧钻水平井三维轨道设计的技术难点是：A.如何将原井眼侧钻点的井身轨迹数据与侧钻井眼的井眼轨道连接在一起，从而形成一 个简单、完整的井身轨道设计。 B. 根据地质要求，油藏类型及地层特点，需要开发多个目标油层，侧钻水平段轨道设计已不是普通水平井的水平段的稳斜设计，而是多形状的水平段轨道设计。 （二）、三维轨道设计特点 C. 侧钻点是三维空间点，侧钻点相对原井口有一定的水平位移和井斜、方位角，称为侧钻点矢量。 D.靶点有井斜、方位角、水平位移和垂深的限制，称为靶点矢量。 E. 侧钻点根据地质特点和轨迹控制要求，可在一定范围内进行调整，即引起侧钻点矢量的变化。两个空间矢量的的连接，在几何上，需要空间曲线才能连接。 F. 井眼轨道三维设计，投影位移的计算尤其重要，设计时垂直轨道图是柱面展开图，计算投影位移时，也要投影到柱面上。 （三）、三维轨道设计思路： 用柱面法进行设计。井眼轴线在铅垂柱面上，井眼轴线沿铅垂柱面投影到一水平面，得到水平投影图，水平投影图由直线和园弧段组成的光滑曲线：将铅垂柱面拉直到一平面，得到垂直剖面图，垂直剖面图由直线段和园弧组成。 按上面的设计思想，三维轨道设计时，先设计水平投影图，后设计垂直轨道图。 （四）、水平投影图设计 1、扭一次方位计算(不提前扭完) 1 E O 图2－２－９扭方位示意图 上图中,A 、B 为靶点，点2为开始扭方位点，A 点是扭方位终点 E A1=E A -E 1 （2－33） N A1=N A -N 1 （2－34） E B1=E B -E 1 （2－35） N B1=N B -N 1 （2－36） ΦAB tg =-1 N N E E B A B A -- （2－37） Φ11 1 1 A A A tg N E =- （2－38） ?ΦΦΦ=-AB 1 （2－39） L E N A A A 11212=+ （2－40） R L SIN COS A A A max ()() = ?--1111φφφ? （2－41） L L COS R SIN A A A 12111=?--?()()max ΦΦ?Φ （2－42） S L COS R SIN R A A A A 12111=?--?+?()()max max ΦΦ?Φ?Φ （2－43） 式中：E 1、N 1为侧钻点1相对井口的坐标 Φ1为点1到点2的方位 Φ1A 为点1到点A 的方位 ΦAB 为水平段AB 方位 E A1、N A 为A 点相对侧钻点的坐标 E A 、N A 为A 点相对井口的坐标 E B1、N B1为B 点相对侧钻点的坐标 E B 、N B 为B 点相对井口的坐标 L 1A 为点1到点A 的直线长度 S A 为A 点水平投影长度 2、 一次扭方位计算（提前扭完方位） 图２－２－１０扭方位示意图 图2－2中，1点为侧钻点，P 点为扭方位始点，Q 点为扭方位终点，A 、B 为靶点 L AC =L 1A ?-sin(ΦΦ11A （2－44） ?ΦΦΦ=-AB 1 ΦAB 由（2-41）式计算 用直增稳方法求出L P1： L AC 当做目的层水平位移，?Φ当作最大井斜，L C1当作目的层垂深，用直增稳方法求出的造斜点深即为L P1，稳斜段长即为L AQ 。 S A =L P1+R A ×?Φ+L AQ （2－46） 式中：R A 为水平图内曲率半径 3、 两次扭方位计算 O1 由图２－２－１１ 看出： R A1×（1-COS αP ）+PQ ×SIN αP +R A2×（COS α1-COS αP ）-AA ＇=0 R A1×SIN αP ）+PQ ×COS αP +R A2×（SIN αP -SIN α1）-1A ＇=0 α2=ΦΦ11A - α1=ΦΦ1-AB αP =ΦΦQ -1 ?ΦΦΦ=-AB Q AA ＇=L 1A ×SIN α2 1A ＇=L 1A ×COS α2 L 1A 由（2－33）计算 令： F1=1-COS（αP） F3=R A2×（COS（α1）-COS（αP））-AA＇ G1=SIN（αP） G3=R A2×（SIN（αP）-SIN（α1）-1A＇ G2=COS（αP） 则得到： F1×R A1＋G1×P Q＋F3=0 G1×R A1＋G2×P Q＋G3=0 （2－47） R A1=（F3×G2-G1×G3）/（G1×G1-F1×G2）（2－48） P Q=（F3+F1×R A1）/G S A=R A1×αP+R A2×?Φ（2－49） 式中：RA2为水平内曲率半径 ΦQ为Q点的方位，即第一次扭方位后的方位 （五）垂直轨道设计计算 1、单增轨道计算 由于侧钻点矢量和靶点矢量的限制，用一个圆弧段连接两个矢量的可能性很小，因此设计上用圆弧+直线段连接两矢量。 图2—２－１２单增轨道设计几何图 由图２－２－１２看出 S Z2=R1×（cosα1-cosαmax） H Z2=R1×（sinαmax-sinα1） S Z3=S Z1-S Z2 H Z3=H Z1-H Z2 由于： S Z3/H Z3=TAN（αmax） R1= S H tg tg Z Z 11 11 -? --?- α ααααα max max max max cos cos(sin sin) (2－50) 代入上式整理得： 当αmax=90°时 R1= H Z1 1 1-sinα （2－51） 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 -+-= ? 水平定向钻施工作业中的有 关计算 -标准化文件发布号：（9556-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII 水平定向钻施工作业中的有关计算 2007年02月12日来源：中国水协设备网 [摘要]：本文结合实际施工实例，详细，全面，列举了水平定向钻施工作业中的有关计算，为施工的顺利完成提供了数据保障。对于工程施工有重要的指导意义。 [关键词]：水平定向钻钻径轨迹计算 随着全国市政建设的高速发展，市政公用设施——城市地下管线的修复更换，安装完善工作也得以高速发展。随着人们环境意识的增强，无开挖，无污染，高速高效施工方法——水平定向钻顶管敷管法已在全国范围高速发展，水平定向钻施工企业也在全国迅速膨胀，水平定向钻施工技术，实际操作经验也逐渐提高。为适应这样趋势，本文汇总了水平定向钻施工作业中的相关计算，与施工作业者讨论。 1 管重及回拖力计算 （1）．管子重量计算： 计算管子重量时，查找各种材料手册比较方便。也可用以下公式进行计算； Q= π ( DW- S ) S γ / 1000 对于钢管则用下式计算重量： Q= 0.02466 S ( DW - S ) 式中 Q——管子重量, ㎏/m DW——管子外径， mm S -——管子壁厚，mm γ-——管子材质密度，t/m3 ，如钢取7.85，铸铁取7.2 （2）．所需回拖力计算： 回拖产品管线所需回拖力也就是管壁和孔壁之间摩擦力w，其由下式计算；w = [ 2 p (1 + ka) + p0 ] f L 式中：w——管壁和孔壁之间摩擦力，KN p——土对每米管道压力, KN/m ka——主动土压力系数，一般取0.3 p0——每米管道重量 , KN/m f——管壁和孔壁之间摩擦系数 , 02~0.6 L——管道长度，m 由上式可知，摩擦力主要取决于土对管道压力p和摩擦系数f的大小。土对管道压力主要与土层的性质和导向孔的曲率有关。沙土的粘聚力小，对管道的压力大，p一般按所敷管 线直径1~2倍高度土质量计算；粘性土的粘聚力大，对管道压力小，p一般按所敷管线直径0.5~1倍高度土质量计算。 导向孔的曲率半径R对p影响也较大，但当R﹥1200D（D为管线直径）时，可以不考虑其影响。 2、钻径轨迹的设计计算： 钻径轨迹的计算是施工作业成败的关键环节。其是顶钻施工实际操作的理论指导依据。只有合理的，切乎实际的正确计算，严格按其操作，才能保证施工作业的圆满成功。 钻径轨迹的设计计算是建立在回拖产品管线的抗拉强度，弯曲半径以及使用钻机大小，回拖能力，钻杆弯曲极限和施工土壤结构等众多因素基础之上的，是一项综合性计算。 在实际操作中，施钻人员应根据地下障碍管线，和场地具体情况，结合土壤结构等众多因素，合理规划计算出每根钻杆的顶钻角度，深度，然后按其逐步施工。对于实际操作中和设计计算不否者，要在满足地下障碍管线安全前提下，重新进行计算，以至施工完毕。 例如：进行一个特定的水下穿越，测量水最深处为6.0米，客户要求在水下留3.0米距离，回拖产品管线为de200pe管，进行钻进轨迹计算。 根据施工条件，我们选用回拖力为15吨钻机进行施工，钻杆为3.0米，弯曲度为3°/每根，每根3°的变化将改变深度变化为⊿y=sin3°×3M。 设定入钻角度为-15°，为作出过渡曲线及使钻头在目标深度水平，需要5根钻杆（如图）。要求计算钻机的最小回退距离L=？ 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) 1.设计条件 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：，井壁底标高：工作井为，接收井为。 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 = 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 =。 地质资料 地质资料如下表1所示，地下水位高度为，即井外水位高度为， 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、接收井。 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。 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- - ? ? - - ++=+- -- 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（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 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。 井字梁的计算及施工图处理 1、井字梁与柱子采取“避”的方式，调整井字梁间距以避开柱位；在这种双向作用之下，市场变成了调节供需量的阀门，产生了供应的多样性和需求的替代性，达到了不断发展和自我完善的状态，由此实现了社会经济的全面发展的终极目标。。避免在井字梁与柱子相连处井字梁的支座配筋计算结果容易出现的超限情况；在计算梁柱内力的时候，我们一般直接取均摊值做楼板恒荷载输入，而且不放大（注意个别梁的设计）。。减少梁柱节点在荷载作用下，由于两者刚度相差悬殊而成为受力薄弱点以致首先破坏，由于井字梁避开了柱位，靠近柱位的区格板需另作加强处理。Jordan Shan和Fiona Sun(1998)研究结果显示，在1987-1996期间，中国出口增长与实际工业产量增长之间有一种双向的因果关系。。 2、"井字梁与柱子采取“抗”的方法，把与柱子相连的井字梁设计成大井字梁，其余小井字梁套在其中，形成大小井字梁相嵌的结构形式，使楼面荷载从小井字梁传递至大井字梁，再到柱子。笔者经过研究，得出一种新观点，即，调节机制的内部构造是由一种双向作用组成的，双向作用运动的结果才是市场的调节机制发挥作用的关键所在。。 3、井字梁截面高度的取值以刚度控制为主，除考虑楼盖的短向跨度和计算荷载大小外，还应考虑其周边支承梁抗扭刚度的影响。另外传动链太长，传动轴直径偏小，支承座的刚度不够也是引起爬行的因素。。 4、由于井字梁楼盖的受力及变形性质与双向板相似，井字梁本身有受扭成分，故宜将梁距控制在3m以内。简单的职业教育“双向”营销系统模型1.2向潜 在学生传递学校能提供的教育服务信息，强调本校教育特色和教学质量。。 5、井字梁一般可按简支端计算。笔者根据公司多年对大板结构的工程经验，认为大板的设计差异于小楼板有如下方面：隔墙荷载，边梁扭矩，楼面开洞和阳角构造等。。 6、当井字梁周边有柱位时，可调整井字梁间距以避开柱位，靠近柱位的区格板需作加强处理，若无法避开，则可设计成大小井字梁相嵌的结构形式。1.职业教育“双向”营销系统模型1.1广泛收集经济社会信息、用人单位人才需求信息、潜在学生对教育服务的需求信息，认真研究教育市场竞争环境和竞争对手的特点，了解市场消费者的消费心理和消费需求趋势，在充分把握社会人才需求及其发展趋势的基础上对教育市场细分，并结合自身的优劣势进行SWOT分析，确定自己的目标市场和学校定位，确定学校总体发展战略，制订学科与专业设置规划，明确培养目标，并根据形势变化适时调整。。 7、钢筋混凝土井字梁是从钢筋混凝土双向板演变而来的一种结构形式。通过调整轴承、丝杠螺母副和丝杠本身的预紧力，调整松动环节，调整补偿环节，都可有效地提高这一传动链的扭转和拉压刚度（即提高其传动刚度），对于提高运动精度，消除爬行非常有益；。双向板是受弯构件，当其跨度增加时，相应板厚也随之加大。若取荷载放大系数为1.5计算：对于支座内力，手算的支座处内力要比按有限元分析的大得多；。但板的下部受拉区的混凝土一般都不考虑它起作用，受拉主要靠下部钢筋承担。粗加工时, 由于对工件表面质量没有太高的要求, f主要受刀杆、刀片、机床、工件等的强度和刚度所承受的切削力限制，一般根据刚度来选择。。因此，在双向板的跨度较大时，为了减轻板的自重，我们可以把板的下部受拉区的混凝土挖掉一部分，让受拉钢筋适当集中在几条线上，使钢筋 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 阁楼楼板吊法 1.吊阁楼楼板，有三种做法，槽钢、工子钢、现浇钢筋水泥。 2.槽钢非常便宜，好搭. 3.工字钢造价最贵，工艺麻烦，但无须设计院出图纸。 4.现浇钢筋水泥，如果原设计允许，是可以的。 一、搭建阁楼的前提 1、首先得查阅原始建筑土建资料，看看原建筑设计时是考虑何种类型的。如果在建筑设计时特别要求避免的隔层方案得首先放弃。 2、你的房子必须有足够的层高。一般来说，复式房的新建阁楼的楼板的下缘与原一层的楼板下缘相平。单层的阁楼楼板的下缘不低于2.6 米。阁楼楼板与屋顶的内净高不低于2.4 米，最低不低于2.2 米。这是以有人员居住为前提的，如果你的阁楼是不住人的，那么你自己可以随意定夺高度。 3、阁楼的最短的两边的跨度不得太大。在使用槽钢搭建的情况下，一般不宜超过4 米，最大不得超过6 米。 二、如何搭建顶楼的阁楼楼板 ① 确定功能：阁楼的搭建，肯定是要解决一些实际问题，以满足原 有专业资料 建筑物格局无法满足的功能需要。因此，首先应明确阁楼的未来使用，不同的功能对空间有不同的要求，这对于确定阁楼搭建的范围及标高有直接的影响。同时阁楼因为拆除不方便和浪费巨大，建议在做阁楼之前有一个完备的设计方案。 ②确定面积：根据墙体受力和承重情况可以明确阁楼搭建的大致范围。没有必要一味地盲目追求面积。有一些楼层较高，或者复式房带中空客厅的朋友，也许他们会有搭建阁楼的需要，而搭建阁楼又涉及到一些较深的相关知识 三、阁楼的搭建类型及各种方案比较目前常用的隔层楼板施工方案有：钢结构、现浇钢筋水泥、钢混结构、轻质楼板结构等多种方案，各方案都有他相应的优缺点。选择方案时一定要结合自己的需要和原建筑情况 1.槽钢或工字钢搭建。一般情况下，用槽钢就行了，但用工字钢的抗弯强度会更高，当然造价也会更高，而且工字钢占用的空间层高也更大。槽钢搭建的优点是速度快，即搭即用，不需要等待。缺点是槽钢做的阁楼当人在上面走动时，会有一定的晃动声，槽钢规格越小，晃动声越大。采用槽钢的做法属于推荐做法。讲讲做钢架的好处和弊病：好处： 1、荷载轻，就是自身的重量轻，而且足够承担起家里的摆设和平时的人员 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： 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。 毕业设计说明书 题目：非开挖水平定向钻机顶进回拖系统结构设计 专业：机械设计制造及其自动化 学号： 姓名： 指导教师： 完成日期： 2014.5.27 非开挖水平定向钻机顶进回拖系统结构设计 [摘要]：本文通过分析非开挖水平定向钻机顶进回拖系统国内外研究现状，应用和具体的检测方法，经过查阅相关资料、讨论，提出了一种利用齿轮齿条传动的解决方案，并详细设计了一种用于非开挖水平定向钻机顶进回拖系统结构，该系统能够正常、稳定的实现钻机动力头顶进回拖功能。该顶进回拖系统包括电机、联轴器、减速箱、齿轮齿条、动力头、导轨等核心部分，通过AutoCAD出图，最终完成设计说明书的书写和外文翻译。 [关键词] 非开挖；水平定向钻机；顶进回拖；齿轮齿条 Horizontal Directional Drilling Promoting Mechanism Design Abstract:This thesis puts forward a solution using the gear rack driveby the analysis of trenchless horizontal directional drilling head back drag system research status at home and abroad, application and specific detection method, through access to relevant data, discussion, the main task is to design the feed machanism,the choose of Driving method,also design for fatigue strength like bolts and bood.Clarified the trenchless horizontal directional drilling using gear rack driving head back to the working principle of drag function，The feasibility of the scheme is verified by checking calculation，verify through checking the feasibility of scenarios and modeling using two-dimensional assembly drawings generated in AutoCAD, and parts diagram。 Key words: horizontally directional drilling; Jacking and pull back; rack and pinion 非开挖水平定向钻导向轨迹设计 非开挖施工2010-01-23 12:14:23 阅读36 评论1 字号：大中小订阅 非开挖水平定向钻导向轨迹设计随着非开挖水平定向钻技术的应用越来越广，对于定向钻施工过程中遇到的难题越来越多。目前市场上所用的小型钻机，其导向孔施工过程中大多是采用无线定位技术，本文就无线定位技术穿越施工时导向孔轨迹设计方法作一简单的介绍。 1工程踏勘 非开挖水平定向钻导向孔施工前期的工程踏勘工作是至关重要的一步，其踏勘内容包括四个方面： 1、地形勘测； 2、背景噪音的探查； 3、工程施工要求； 4、原有管线的探测。 其中工程施工要求和原有管线探测是为导向孔轨迹设计提供依据的关键所在。 1.1 地形勘测 地形勘测是导向孔轨迹设计前必做的工作之一，目的是查清施工线路上河流的宽度、河床最深部位的深度、两岸的高差和出土点与入土点的通视情况。 对地面上的建筑物、构筑物和河水流速应作详细的了解，同时施工路径上的地下隐蔽工程也应作详尽了解，弄清其埋深、分布部位以及对导向施工的影响程度。 1.2 背景噪音 背景噪音是指在施工过程中影响定位仪读数及测量准确性的干扰信号和干扰源。背景噪音一般分为两大类：一类是自发性的干扰源，即是本身能发射干扰信号从而影响定位仪的；另一类是屏蔽性的，就是通过阻挡定位仪的信号传递从而干扰定位仪。 这两种噪音在导向孔施工时对仪器读数的影响特别大，因此在轨迹设计前一定要调查清楚。例如：电缆、电话电缆、路灯线、马路上的钢筋、含盐量高的河水，等等。 1.3 工程要求 非开挖工程要求是甲方根据工程使用要求或工程施工图纸对回拖铺管时管头两端的埋置深度、管线长度、管道坡度、过河的河底埋置深度和工程管线的平面位置要求。导向孔轨迹设计前相关工程技术要求应完全明了。 1.4管线定位 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 第一篇建筑设计部分 1 总平面设计 在城市中高层建筑往往成群地出现，从现代化的社会与社团关系着眼，这些建筑物彼此之间应该是有机联系的。城市中高层建筑参差错落的高高耸起，成了引人注目的目标。它们的侧影对城市轮廓线的形成有重大的影响。 本次毕业设计任务书给的场地较大，拟在大庆市某地区建造一栋高层办公楼，该楼主要是用于某大型企业办公。在总平面设计中考虑到办公环境的安详和宁静，把主楼罩于区内较中央的位置，区内的街道与周围主要道路连接交通方便，出入自由。剩下较大的空间可建造一些小型建筑如保龄球、健身房、台球室以及其他一些辅助娱乐设施。使区内成为一个相对完整和独立的体系，办公人员可以有良好的工作和生活环境。其余的空地相应地布置草坪、喷泉、假山、灌木，因而道旁的乔木，青草绿地也创造拉极好的空气环境。 总的来说，场地较大，尽量布置得设施齐备，树木成荫，空气清新，环境幽雅，同时又和城市中的其它的建筑物融为一体，相互协调，美化拉城市环境犹如一体理想的“花园城”。 2 平面设计 对于刚度较小的框架结构体系，其高宽比一般宜小于4。本例的体型采用传统的矩形柱体，从几何观点来看对侧移颇为为敏感的，而由于它的几何形体所具有的固有强度，使结构更为有效或者造价更可能降低，而房屋又能建得更高，总之，它是较为经济的体型。 平面布置采用核心式，对于高层办公楼来说是比较经济和功能合理的。左右基本对称，电梯间置于大厅旁边，洗手间置于楼梯旁边。高层办公建筑的垂直交通是电梯，对于电梯的选择及其在建筑物中的分布，将决定高层办公楼的合理使用，提高效率和降低造价。因此在平面设计中，主要考虑以下几个方面：第一：集中。电梯是出入建筑物的人经常使用的交通工具，所以设置在容易看到的地方，从运行效率，缩短候梯时间以及降低建筑费用来考虑，电梯应集中设置。第二：使用方便。根据电梯使用频率，将电梯布置在靠近出入口并列设置。第三：分隔。主要通道和电梯布置分开，免去人流高峰时相互影响。 办公楼的布局方式常见的有以下四种，单间办公室、成组式办公室、开放式布局、 目录 第一章编制及施工依据................................ 错误!未指定书签。第二章工程概况...................................... 错误!未指定书签。 2.1工程建设地点及概况.......................... 错误!未指定书签。 2.2工程内容.................................... 错误!未指定书签。 2.3工期要求.................................... 错误!未指定书签。 2.4工程任务划分................................ 错误!未指定书签。 2.5工程地质及风险概况.......................... 错误!未指定书签。第三章施工部署...................................... 错误!未指定书签。第四章定向钻施工工艺及控制.......................... 错误!未指定书签。 4.1施工工艺流程................................ 错误!未指定书签。 4.2施工准备.................................... 错误!未指定书签。 4.3工程地质及穿越轨迹设计...................... 错误!未指定书签。 4.4泥浆配置.................................... 错误!未指定书签。 4.5穿越施工.................................... 错误!未指定书签。 4.6注浆加固.................................... 错误!未指定书签。第五章穿越工程技术保证措施.......................... 错误!未指定书签。第六章穿越工程质量保证.............................. 错误!未指定书签。第七章安全生产保护措施.............................. 错误!未指定书签。第八章穿越文明施工措施.............................. 错误!未指定书签。第九章对公路及其附属物的保护........................ 错误!未指定书签。第十章施工完成后高速公路沉降观测.................... 错误!未指定书签。第十一章施工环境保护措施........................................................ 错误!未指定书签。 浙建监A2 施工专项方案报审表 工程名称：古林镇古林中路机场三期安置地块污水管道新建工程编号：A2 古林镇古林中路机场三期安置地块污水管道新建工程 水 平 定 向 钻 专 项 施 工 方 案 编制人： 审核人： 批准人： 宁波廉宏市政园林建有限公司 2015年12月 目录 一、准备工作 二、定向钻进施工技术要求 三、导向孔钻进 四、注浆 五、回扩孔 六、管线焊接与敷设 七、标高保证措施 八、闭水试验和回填 一、准备工作 不开槽管道施工的关键是做好导向孔曲线的设计和地质勘察，导向孔的设计和施工受许多因素的制约，其中最主要的是施工现场的地上和地下条件，地上条件包括地形，地貌以及周围建筑物、道路、河流等：地下情况包括原有地下管线、地下水和地质结构等。经过前期的施工准备工作，对镇东路沿线的地下管线、地下水、地质情况及现场施工场地的施工条件已基本掌握。 现场勘察内容包括：原有地下管线及设施的直径和埋深，原有电缆线路的走向等情况，并在地面作好标记，穿越地层的土质类型、含水量、透水性。 为了使施工过程中尽量不给交通安全、城市环境及周围群众正常生活带来影响，在不影响正常施工的前提下在施工现场周围(即出、入口和泥浆池周围)用挡板加以保护和隔离。 二、定向钻进施工技术要求 1、导向孔 导向孔钻进一般采用小直径全面钻头，进行全孔底破碎钻进。在钻头底唇面上或钻具上，安装有专门的控制钻进方向的机构。在钻具内或紧接其后部位，安装有测量探头。钻进过程中，探头连续或是间隔叶测量钻孔位置参数，并通过无线或有线方式实时地将测量数据发送到地表接收器。操作者根据这些数据及其处理这些数据得到的图表，采取适当的技术措施调整孔内控制钻进方向的机构，从而人工控制钻孔的轨迹，达到设计要求。 2、回扩 导向孔完成后，必须将钻孔扩大至适合生产管铺设的直径。一般，在钻机对面的出口坑将回扩钻头连接于钻杆上，再回拉进行回扩，在其后不断地加接钻杆。根据导向孔与适合生产管铺设孔的直径大小和地层情况，回扩可一次或多次进行。推荐最终回扩直径按下式计算： D’=K1 D 式中： D’一一适合生产管铺设的钻孔直径 D一一生产管外径 K1一一经验系数，一般K1=1.2～1.5，当地层均质完整时，K1取小值，当地层水平井剖面设计(第二章)
水平定向钻施工作业中的有关计算
第二章井身结构设计
工作井结构设计计算书
定向井的设计
定向井技术(入门基本概念)
定向井设计暨compass操作指南
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第二章井身结构设计
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