2019精品井眼轨道设计与轨迹控制英语

井眼轨道设计与轨迹控制
重点：
1、井眼轨迹的概念； 2、井斜角和井斜方位角的概念； 3、井眼轨迹的表示方法； 4、井眼轨迹的参数计算； 5、常用的防斜与纠斜钻具组合； 6、定向井轨道设计方法； 7、装置角、装置方位角与反扭角的概念； 8、井眼轨迹控制方法。
难点：
1、装置角的概念； 2、定向井轨道设计方法； 3、井眼轨迹控制计算 。
一．井斜的原因
地质因素，钻具因素。
cos cos
i1
i

2
sin
i1i
2

sin
i1i
2
2sin2 sinc
将三角函数用幂级数表示：
3







5











取
sin 2 2











2 2 3! 5!
假设井段 假设测段为 为直线， 圆柱螺线， 其方向为 螺线在 上、下测 两端点处与 点方向的 上、下两测 “和方向” 点方向相切
假设测段为 平面圆弧， 圆弧在 两端点处与 上、下两测 点方向相切
(四)计算方法
1.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）。 测段计算公式：
三．井眼轨迹的图示法
对一条空间曲线可以有不同的表示方法。 (一)三维坐标法： (二)投影图示法：垂直投影图+水平投影图
不能反映出真实的井深和井斜角。 (三)柱面图示法：垂直剖面图（柱面展开图）+水平投影图
柱面：设想经过井眼轨迹上每一个点作一条铅垂线，所有 这些铅垂线构成的曲面称为柱面。将柱面展平，就形成了垂 直剖面图。
(三)计算方法的多样性 要计算测段的四个坐标增量，就必须知道测段的几何形状。
而测斜只能测上下两点的参数，测段形状未知。计算时只能假 设测段形状，假设不同，计算方法不同。
国内外测段计算方法
正切法 平衡正切法 平均角法 圆柱螺线法 最小曲率法
假设井段 为直线， 其方向与 下测点方 向一致
假设井段为 两段等长度 的折线，其 方向分别与 上、下测点 方向一致
(1)Lubinski公式：
cosγ=cosαA·cosαB+sinαA·sinαB·cos(φB-φA)
钻井行业标准计算公式：
γ=(Δα2+Δφ2·sin2αc)0.5 αc=(αA+αB)/2
γ——该测段的狗腿角，(°)； Ｋc——该测段的平均井眼曲率，(°)/30m； αc——该测段的平均井斜角，（°）。
可以反映出真实的井身参数，如：井深、井斜角、垂深； 作图简便。
１．水平投影图 投影面：水平面 坐标系：以井口为原点、Ｎ坐标轴、Ｅ坐标轴。 表达的参数：Ｎ坐标值、Ｅ坐标值、水平位移S、
水平长度Lp、闭合距、井斜方位角φ、 平移方位角θ、闭合方位角。
２．垂直投影图
投影面：过设计方位线的铅垂面，即井口和目标点所在 的铅垂面。
·sinφc]/(Δα·Δφ) 注意：公式中的Δα和Δφ的单位，求三角函数时用度，其它 情况下用弧度。
3.曲率半径法
美国人也曾提出了以圆柱螺旋线为模型的测段参数计算方法，称
曲率半径法测段计算公式：
ΔD = ΔDm(sinαi - sinαi-1) / Δα ΔLp= ΔDm(cosαi-1 - cosαi) / Δα ΔN = ΔDm(cosαi-1 - cosαi)
ΔD =ΔDm·cosαc ΔLp=ΔDm·sinαc ΔN=ΔDm·sinαc·cosφc ΔE=ΔDm·sinαc·sinφc αc=（αi-1+αi）/2 φc=（φi-1+φi）/2
2.圆柱螺线法
假设测段形状为一条等变螺旋角的圆柱螺线；其两端与上 下两测点处井眼方向向切。在水平投影图上是圆弧。在垂直剖 面图上也是圆弧。
南北坐标轴，以正北方向为正；东西坐标轴，以正东方向 为正。 6. 视平移Ｖ：
水平位移在 设计方位线上的 投影长度。
7. 井眼曲率K（“狗腿严重度”、“全角变化率”）：
指井眼轨迹曲线的曲率。平均曲率点的两条方 向线之间的夹角(空间夹角)。 狗腿角的计算：
某测点处的井眼方向线 在水平面上的投影。 井斜方位角增量Δφ ：
上下测点的井斜方位角之差。
Δφ ＝φB－φA
井斜方位角的变化范围：0～360° 。
3.井斜方位角φ：
井斜方位角的另一种表示方式： 象限角：指井斜方位线与 正北方位线或与正南方位 线之间的夹角。 象限角的变化范围：0～90之间。 磁偏角：磁北方位与正北方位 之间的夹角。 磁偏角校正： 真方位角＝磁方位角＋东磁偏角 真方位角＝磁方位角－西磁偏角
坐标系：原点（井口）、横坐标（视平移）、纵坐标（垂深） 表达的参数：垂深D、视平移V、井斜的增减趋势。
3．垂直剖面图 垂直剖面：过井眼轴线上各点垂线组成的柱面展开图。 坐标系：原点（井口）、横坐标（水平长度）、
纵坐标（垂深） 表达的参数：垂深D、水平长度Lp、井深Dm、井斜角α 。
第二节 轨迹测量及计算
(sinφi - sinφi-1) / (Δα·Δφ) ΔE = ΔDm(cosαi-1 - cosαi)
(cosφi-1 - cosφi) / (Δα·Δφ) 注意：圆柱螺旋线法和曲率半径法的公式，在分母位置上都有Δα和
4.校正平均角法
我国钻井行业标准规定使用的方法（校正平均角法）：
测段计算公式：
目的：掌握井眼轨迹参数的测量、计算、轨迹绘图方法 一、测斜方法及测斜仪简介
(一)测斜仪分类 按工作方式分：单点式、多点式、随钻测量（有线、无线）。 按工作原理分：磁性测斜仪（罗盘）、
陀螺测斜仪（高速陀螺空间指向恒定）。 (二)测量内容
井深Dm、井斜角α、方位角φ 。
(三)磁性测斜仪的工作原理
仪器内主要由井斜刻度盘、 罗盘、十字摆锤、照明和照相系 统组成。罗盘的S极始终指北。 1.井斜角的测量
二维
三维
直井用途：油田开发和勘探。有井斜限制要求。 定向井用途：
1.地面环境条件的限制 高山，湖泊，沼泽，河流，沟壑，海洋，农田或重要的建 筑物等。 2.地下地质条件的要求 断层遮挡油藏、薄油层、倾角较大的地层钻进等。 3.处理井下事故的特殊手段 井下落物侧钻、打救援井等。 4.提高油藏采收率的手段 钻穿多套油气层、老井侧钻等。
当测斜仪随井眼倾斜时，十 字摆锤始终指向重力线方向，重 力线与仪器轴线的夹角即为井斜 角。由摆锤在井斜刻度盘底片上 的位置读取。
2.井斜方位角的测量 摆锤所在铅垂线与仪
器轴线（井眼方向线）构 成井斜铅垂面，该井斜铅 垂面与水平面的交线就是 井斜方位线。摆锤在罗盘 面上的投影位置所在的放 射线与罗盘N极之间的夹 角即为井斜方位角。（注 意：在井下,罗盘标志方 位与实际地理方位相反。）
(四)若αi= 0
则计算第i测段时，φi= φi-1；计算第i+1测段时，
φi=φi+1 。
(五)在一个测段内
井斜方位角变化的绝对值不得超过180°。
φi-φi-1>180°时， Δφi=φi-φi-1-360° φc=(φi+φi-1)/2-180°
φi-φi-1<-180°时，Δφi=φi-φi-1+360° φc=(φi+φi-1)/2+180°
2.井斜角(α)：
指井眼方向线与重力线之间的夹角。单位为度(°)。 井眼方向线：
过井眼轴线上某测点作 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。 井斜角增量( Δα )：
下测点井斜角与上测点 井斜角之差。
Δα＝αB－αA
3. 井斜方位角φ（井眼方位角、方位角）：
在水平投影图上，以正 北方位线为始边，顺时针方 向旋转到井眼方位线上所转 过的角度。 井眼方位线（井斜方位线）：
地面环境条件限制
地下地质条件要求
处理井下事故
第一节 井眼轨迹的基本概念
一．轨迹的基本参数
测量方法：非连续测量，间断测量；“测段”，“测点”。
轨迹的三个基本参数：井深、井斜角和井斜方位角
1、井深（或称为斜深、测深） 井口(通常以转盘面为基准)至测点的井眼长度。以字母Dm
表示，单位为米(m)。 井深增量（井段）：下测点井深与上测点井深之差。 以ΔDm表示。
三．轨迹计算方法
(一)计算顺序： 计算的目的是算出每个测点的坐标值。 从第１个测段开始，逐段向下进行； 算出每个测段的坐标增量；累加求得测点的坐标值。 第0测点的坐标值，D0=Dm0 , Lp0=0, N0=0, E0=0 。
(二)计算内容： 测点：五个直角坐标值( D , Lp ,N , E , V )，两个极坐标值 ( S ,θ) 。 测段：四个坐标增量( ΔD，ΔLp，ΔN，ΔE )，井眼曲率Ｋc
ΔD = fD·ΔDm·cosαc ΔLp = fD·ΔDm·sinαc
ΔN = fH·ΔDm·sinαc·cosφc ΔE = fH·ΔDm·sinαc·sinφc
其中：
fD = 1 - Δα2 / 24 fH = 1 - (Δα2 + Δφ2) / 24
注意：以上二式中的Δα和Δφ的单位为弧度。
测段计算公式：
ΔD=[2ΔDm·sin(Δα/2) ·cosαc]/Δα ΔLp=[2ΔDm·sin(Δα/2) ·sinαc]/Δα ΔN=[4ΔDm·sin(Δα/2) ·sinαc·sin(Δφ/2)
·cosφc]/(Δα·Δφ) ΔE=[4ΔDm·sin(Δα/2) ·sinαc·sin(Δφ/2)
轨迹上某点至井口所在铅垂线的距离（或：在水平投影面上， 轨迹上某点至井口的距离）。 平移方位线：在水平投影面上，井口至轨迹上某点的连线。国 外将水平位移称作闭合距。我国将完钻时的水平位移称为闭合距。