三维多目标定向井轨道设计(第四章)

第四章 三维多目标定向井轨道设计

井眼按照其轴线形状可以分为三类：垂直井、二维定向井和三维定向井。这个分类并不是根据实钻的井眼形状，而是根据设计的井眼形状来分的。原设计的两维定向井，实钻出来的井眼形状都是三维的，但它们仍被称为两维定向井。这好象原来设计为垂直井，而实钻出来的井眼都有一定的井斜角和方位角。它仍被称为垂直井一样。只有当设计的井眼轴线，既有井斜角变化，又有方位角的变化，才能称为三维定向井。

三维定向井的设计和施工，都比两维定向井困难，三维设计的思路和方法，是将三维设计转化为两维设计。

本文重点讨论三维双目标及三目标的设计的问题。

第一节 一般三维双目标定向井轨道设计

三维双目标定向井的设计，其设计方法与一般普通定向井设计一样，在已知第一靶垂深1H 、第一靶方位1φ、第一靶位移1A ，第二靶方位2φ、第二靶位移2A 、第二靶垂深2H ，造斜点井深a D ，第一靶后增降斜率z K 和变方位曲率K 参数下，进行基本参数计算。

1、基本参数计算

1.1 计算两靶位移差和两靶垂深差

12A A A -=∆ 12H H H -=∆

1.2 计算过渡参数

a e D H D -=1 1A S e =

z z K R /5730=

1.3 计算最大井斜角

)2/(2(22

21max e z e z e e e S R S R S D D tg -++⋅=-α

1.4 各井段参数的计算和结果验算

1.4.1 增斜段参数

max α⋅+=z a z R D L

max sin α⋅=z z R D

)cos 1(max α-=z z R S

1.4.2稳斜段参数

e z e e w S R S D L 222-+=

max cos α⋅=w w L D max sin α⋅=w w L S 2、扭方位段的设计

中第一靶后，后续设计为扭方位设计。其设计方式有：可设计为稳斜变方位井段后接变井斜（或稳井斜）稳方位井段的设计。

令：2H D t =

2A S t = 2φφ=b 11cos φ⋅=A N b 1

1sin φA E b = 1H D b = max α=b A 1φφ=b w

z b L L L +=

2.1 设计水平投影图的主要参数 1

sin φt t S E =

1cos φt t S N =

1A S b =

扭方位点自b 点至t 点的设计示意图见图1，图2

图1 扭方位设计

2.2 扭方位轨道设计方法

2.2.1设计水平投影图的主要参数

计算变方位段水平投影曲率半径a R :

πα5400

sin 2

⋅=K R b a

（1） 计算变方位段方位扭转角A(见图3)

'

-'+-+=t a t t a t t a N R E arctg E R N E R arctg A 222

（2）

计算水平投影总长度S:

)2(18022

'⋅-++⋅⋅+=t a t t a

b E R N E R A S S π （3）

式（2）、（3）中''t t N E ,分别按下列式子计算：

b b t b b t t N N E E N φφcos )(sin )(-+-=' （4）

b b t b b t t N N E E E φφsin )(cos )(---=' （5）

2.2.2垂直剖面图的设计

计算变方位段终点与目标点连线井斜角c α：

t

t D S arctg Lc ∆∆=α （6） 式（6）中t t D S ∆∆,分别按下列式子计算：

180πα⋅⋅--=∆b a b t t tg R A D D D （7）

5.022)2('-+=∆t a t t t E R N E S （8）

图2 扭方位水平投影图

2.2.3 变方位段终点与目标点之间井段设计：

A ：变方位段终点与目标点之间井段设计为增（降）斜段，计算井斜角变化t α∆增

斜段（或降斜段）曲率半径)(n z R R 和轨道长度t L ∆。

b c t ααα-=∆2 （9）

)2sin(2)(5

.0220t t t S D R α∆∆+∆= （10）

παt

t R L ∆⋅=∆0180 （11）

增斜时00;R R R R n z ==降斜时。

B ：变方位段终点与目标点之间井段设计为增（降）斜段后接稳斜段，计算井斜

角变化t t L ∆∆和轨道长度α。

005

.000202002

)2(2A R A R A H H arctg t -⋅-+-=∆α （12）

5

.00020200)2(180A R A H R L t t ⋅-++∆⋅⋅=∆απ （13）

式（12）、（13）中:,00分别按下列式子计算A H

b c t t D S H αα-⋅∆+∆=cos )(5.0220 （14）

b c t t D S A αα-⋅∆+∆=sin )(5.0220 （15）

增斜时z

z K R R ⋅==π54000；降斜时n n K R R ⋅==π54000 2.2.4井眼轨道参数计算

图3 计算变方位段扭转角

变方位段轨道上任意点计算方位角的井斜角i i i Φ,α：

b i αα= （16）

b bi

b i L K αφφsin 30⋅±= （17）

式（17）中当b t φφ>时，取“+”号；当b t φφ<时，取“－”号。

稳方位段属于二维常规定向井设计，其参数可按SY/T5435有关条款计算。

第二节 三维双目标定向井优化设计方法

定向井剖面设计方法，已由二维设计发展到三维设计，特别是近年来，计算机技术在定向井的设计与施工中得到了普遍的应用，使得定向井剖面设计的理论与方