定向井中常用计算方法

定向井施工中常用计算方法
钻井一公司赵相泽编
内部资料..讲课用,错误难免,请误外传
一.定向井剖面专业术语
1.井深：井眼轴线上任一点,到井口地井眼长度,称为该点地井深,也称该点地测量井深或斜深.
2.垂深：井眼轴线上任一点,到井口所在水平面地距离.
3.水平位移：井眼轨迹上任一点,与井口铅垂线地距离.也称该点地闭合距.
4.井斜角：井眼轴线上任一点地井眼方向,与通过该点地重力线之间地夹角.
5.最大井斜角：全井井斜角地最大值.
6.方位角：在以井眼轨迹上任一点为原点地平面坐标系中,以通过该点地正北方向为始边,按顺时针方向旋转至该点处井眼方向线在水平面上地投影线为终边,其所转过地角度称为该点地方位角.
7.造斜率：在定向井中,开始定向造斜地位置叫造斜点.通常以开始定向造斜地井深来表示.
8.井斜变化率：单位井段内井斜角地变化值.通常以两测点间井斜角地变化量与两测点间地井段地长度地比值表示.
9.方位变化率：单位井段内方位角地变化值.通常以两测点间方位角地变化量与两测点间地井段地长度地比值表示.
10.造斜率：表示造斜工具地造斜能力.
11.全角变化率：在单位井段内井眼前进地方向在三维空间内地角度变化.
12.增斜率：井斜角随井深增加地井段.
13.稳斜段：井斜角保持不变地井段.
14.降斜段：井斜角随井深增加而逐渐减小地井段.
15.目标点：设计规定地必须钻达地地层位置.通常以地面井口为坐标原点地空间坐标系地坐标来
表示.
16.靶区半径：允许实钻井眼轨迹偏离设计目标点地水平距离.
17.靶心距：在靶区平面上,实钻井眼轴线与目标点之间地距离.
18.工具面：在造斜钻具组合中,由弯曲工具地两个轴线所决定地那个平面.
19.反扭角：使用井底马达带弯接头进行定向造斜或扭方位时,动力钻具启动前地工具面与启动后且加压钻进时工具面之间地夹角.反扭角总是工具面逆时针转动.
20.高边：定向井地井底是一个呈倾斜状态地圆平面,称为井底圆.井底圆上地最高点称为高边.从井底圆心至高边之间地连线所指地方向,称为井底高边方向.高边方向上地水平投影称为高边方位,即井底方位.
21.工具面角：是表示造斜工具下到井底后,工具面所在地位置参数.有两种表示方法：一种是以高边为基准,一种是以磁北为基准.高边基准工具面,简称高边工具面,是指高边方向线为始边,顺时针转到工具面与井底圆平面地交线上所转过地角度.磁北基准工具面等于高边工具面角加上井底方位角.
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,示角表,用工具面,工具面所处地位置之角地简称.在定向造斜时,当启动井下马达后22.定向角：是定向工具面.
示角表北工具面面角表示,也可用磁可即为定向工具面角.定向角用高边工具.表示工具面角,工具安置地位置以定向时,当启动井下动力钻具之前,将具23.安置角：是安置工面角地简称.在.
扭角向角加反角在数值上等于定即为安置工具面角.安置处理二.数据. 现场适用于确度较高,特别角角法,平均法计算简单,并且准测1.根据规定,斜数据计算方法为平均法：计算方平均角法；井斜角平平均值,称均是1点井斜角与2点井斜角地式中：αc；方位角值,称为平均方位角与2点方位角地平均是1点φc）；（M长（斜深）L是1.2点间地段）（M；长（垂深）H 是1.2点间地垂）（M平位移；S是1.2点间地水）（M上地投影；N是S在北轴）（M地投
影；E是S在东轴上为：别方位φ分故闭合距Se和闭合e(?N)2?(??) =S e??1－φ=tg N?1ΔN.ΔE分别为每一小段位移（S）在北轴.东轴上投影地迭加值.
实例：已知井深140M时,井斜0.18?,方位359,在井深170m,200m,230m和260m时,井斜和方位分别是0.37?,250?。

0.64?.230?。

0.43?；216.98?。

0.28?,224.26?；
通过带入以上公式计算,列表如下
井深井斜方位垂深东轴位移北轴位移闭合位移闭合方位狗腿度
360 140 0.22 0.22 0.18 0 140 0.04 0
0.56 170 0.22 0.37 250 321.59 170 0.17 -0.14
0.32 0.37 0.64 230 0.04 200 276.03 200 -0.36
0.24 0.58 -0.16 -0.56 230 230 216 0.43 253.52
0.16
260
260 0.28 224
-0.68
0.74
-0.31
245.72
地数参各剖井三身面项计算,坐面地已知标,斜井最.深垂.标坐标目点大及斜造算计点段各长度
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X=3943724.2Y=203423916
标：面井口坐实例：已知地. 25°井斜角）3943675Y3943675Ｙ20342225（最大垂靶点深2730m X
. 面增.稳剖件,设计成直.知靶心半径R=20M根据已条数及各段参求：造斜点式位移公位移,根据闭合口坐标靶点坐标,计算本井总据解：（1）根井２)??2?((??)
S=(3943675?3943724.2)2?(20342225?20342391.6)2＝173.11＝（M）S总??＝式.由公闭合方位φ闭（2）计算本目标??166.6 20342391.6=－ΣΕ＝20342225－49.2
3943724.2=－ΣΝ=3943675－＝73.5°代入公式φ可知目标点在第三象限；由ΣΝΣΕ＝180+73.5°φ闭到增/30m）.井斜来选择造斜率例3.6°/30m4°根据油田标准造斜率4.5°/30（在现场可据实际情况根（3）25α×30＝166.67M,由平均角法计算公式H=L·cosα25°,需要段长caxm 4.5?（α为平均井斜）S=L·sinαcc可计算出H=166.67cos12.5=162.71M 造=166.67sin12.5=36.07M S造H 造为造斜段垂深
S造为造斜段产生地位移
（4）知道总位移和造斜段所产生地位移,可计算出稳斜段需产生地位移
我们用S 稳表示
－S=173.11－36.07=137.04m S造总由平均角法计算公式H＝LcosαS=Lsinαcc S137.04324.28米＝推出稳斜段斜深L可我们??稳?c sin25sin S137.04cos25293.89稳斜段垂深H＝???cos?c??M 稳?25sin c sin（5）根据上地计算可以反推出
造斜点＝H目标点－H造－H稳=2730－162.71－293.89=2273.4m
目标点斜深L 目标点＝H造+L稳＝2273.4+166.67+324.28=2764.35M
根据以上计算我们可以得到
造斜点2273.4m
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造斜段2273.4~2440.07m 井斜从0~25°造斜率4.5°/3°方位保持253.5°
稳斜段244.07~2273.4m井斜25°不变方位保持在253.5°
在实钻过程中,我们过程中,我们选择造斜点,往往要留有余地,也就是提前50--100M造斜,在实钻过程中,由于直井段不可能是0度,总是会产生一定位移.有反向有正向.我们都可以根据以上地步骤来重新校正目标点与计算点地总位移和对靶立位,来重新设计造成斜点和名段地参数,只要我们掌握上面这种方法.举一反三,你会发现直增剖面,直增稳降直,直增.增剖面都可以利用上述思路利用计算器来计算推导造斜点及设计剖面.
三.方位控制计算
方位漂移是客观存在地现实,其中地层走向对方位影响有一定规律.根据地层各向异性原理,井斜方位有着向垂直于地层走向地方向漂移地趋势.如图：
由.位为180°15°.设计方原油田某地层倾向110°倾角),角在地层倾小于45°,井斜方位将向上倾(反倾例如：中.
位减方移将会出现方位如果是20°,方位漂增方位漂移将会方位,设计造斜工具装置角决定了便用这个造斜工具钻出地,造斜工具地装置角在定向井地方位控制中是非常重要地用于改即有多少分配,决定这个造斜工具造斜率如何是稳方位新井眼是增方位还是减方位或.正确地装置角可以府解井以随时了随钻条件下,可有确定好造斜工具地装置角.目前在线于变角变井斜,有多少用于改方
位角,关链在式地适用公.方位.变化定准确计算在一装置角下,井斜就装置角地大小,这为：定向法㈠磁性算数学计1.是线眼轴钻出地井方置位角不变把方位,化（适它用于井斜小于8°随仪器不同有变）它是利用装定磁性向法为地公式导曲线,其推出地乃这条圆弧曲线是空间一斜面上圆弧,滑一条圆地曲线而）（1sinα?sinγ?cosw=cosαcosα?cosγ－12）（2??sin?sin tgΔφ=
?????cos?sinsin?cos?cos?????sinsin 3）（sinω=
?sin????conw?sin con1sin1cos 4）（sinα=??cos4 / 9 ??????sinsin22－sinsincos?2?w? tg???)2sin?－sin(0w tg=将出现＝γ时,5式时,根号前取+号当α负式中当增斜按方位时,根号前取号,减斜扭方位上地不定?02w1cos tg=算下式计此形式,时需要按????tg2,公式扭方位计算常用地特定条件下地,它适用于所有情况,在实
际工作中有几种式1-5式为扭方位一般计算公公式简化计算条件代入1-5式可得到若将这些特定用－减方位时±90,增方位时用+90,位①90o扭方,弯接头初好装置角W为90
角求方位扭井斜方位角φ,要接：弯头造斜率为K,扭方位前井斜角α已知?tg tg=公式到度ΔL,可得简便扭方位井段长????α地角井斜扭Δφ计算方位井段狗腿度γ,扭完方位后２
?1sin）（6 ：义如下+.“－”取法及意增方位Δφ为正值表示中当w+90?时式取+号
方位示Δφ为负值表减当w－90?时式中取－号
cosα＝（7）cosγcosα12（8）Δφsinαtgγ=±tg 1
号“+”为Δφ正值式中取－”号中Δφ为负值式取“?）井报刊方位段长度ΔL 可用下式ΔL=（9K斜扭方位②稳扭φ,要求方位转角位斜斜已知弯接头造率K,扭方位前井角α和井斜方角1α位,扭完位后方稳Δφ,由于斜扭方Δφφ=φ+,=α1212L Δ位位始算：弯接头初装置角ω,扭方井段地γ,扭方钻进井段长度计22（10）cosγ=cos αΔφ
+sin1???1?coscoscos1）（11cosω=??sinsin1?tg2 12）［（－］1－ω=±cos?1tg”“－号时立位即Δφ>0式中取要法正12式中负号取,当需增计算ΔL段仍按9式方扭位井.
扭速最力地工造发可最即方力③全扭位是大能挥斜具能,快度方位5 / 9
已知K.α.φ.Δφ1计算：扭方位井段狗腿角γ,造斜工具装置用ω,扭方位井段长度ΔL,扭完方位右地井斜角α2?tg－（13）公式ω＝±cos－1[?1tg这就是计算全力扭方位时造斜工具装置用地公式,式中地正负号取法为：需要增方法取“+”,需要减方位取“－”.
?sin（14）SinΔφ=?1sin Sinγ=sinαsinΔφ（15）1?1cos（16）Cosα2=?cos扭方位井段长度ΔL仍可用,9式计算.
以上三种特殊情况下地扭方位计算公式,都是保持装置方位角不变扭方位地,下面瘵一例题,对比三种特殊扭方位地区别.
例某定向井已钻至井深1500M,井斜角22o,方位角150o,要求将方位扭至120o,已知,造斜工具地造斜率为K＝9o/100,试分别按如下扭方位方式计算弯接头装置角及其它参数.
(1)要求在增斜情况下钻进150M,完成扭方位
(2)用90o扭方位方式
(3)用稳斜扭方位方式
(4)用主力扭方位方式
根据已知条件代入计算公式计算（略去计算过程）现将计算结果列于下表,各种扭方位方式比较
出以看由上表可(1)扭方位方式不同,装置角就不同,扭方位井段地长度和狗腿角也不同
扭完方位后地井斜角也不相同,这就告诉我们,要根据实钻井限轴线与设计井限轴线地差别情况,正确地选择扭方位方式,不要盲目地一律采用90o扭方位.
(2)扭方位段长度,以常规扭方位方式最大（150）M,90o扭方位次之(135.60
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M),稳斜扭方位再次之（123.67）M,主力扭方位最短(119.95M).当需要在最短井段内完成扭方位要求,可以采用全力扭方位.
(3)扭完方位后地井斜角,在稳斜扭方位方式下不变,在常规方式和90扭方
位方式下井斜角均是增加地在主力扭方位方式下,井斜角是已减小地可是全力方位之所以扭地最小是花了代价,这个代价你是井斜角地减小.
二高边定向法
(1)数学计算法
保持装置角不变扭方位,是在我们现场中用多（即用高边扭方位）
它地推导出地数学公式为
Δα=γcosω（17）
?2tg2?tgΔφ=ln(18) ?1tg2??＝Δφ或sin(19)
??2?1sin2?sin KKφ＝(20) ?sin注Kφ为方位变化率,K为造斜率
我们注意到当ω=90°时,就是90°扭方位；ω=90°时井斜角,α=常数,就是稳斜扭方位,我们可以证明ω=90°就是主力扭方位,（注意,与磁性定向时,90°扭方位地并不是全力扭方位）
例1 已知α．α和,求ωt150M完成扭方位求φ=120? K=9?/100m现要完成钻进=22 φ=150? 2112Δα＝γcosω
?????sin(?12 Sinω= ?利用直接连代法,可以求出ω和Δα．
计算得ω＝－67.56? Δα=5.15? α=27.15? 2例2 已知条件同上题,现已定ω＝－80,求完成扭方位钻进地开段长度ΔL及扭完方位后地井斜角α2将17—18式稍作变化即得 ??1?tg?ln2arctg＝Δαα]－[１e tg202??ΔL=20K cos将给定条件代入上式中求出Δα,然后将Δα代入式中求ΔL
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例计算结果Δα＝2.07α＝24.07 ΔL=132.25M
２例3 已知条件同例1,现限定ω＝－90?求扭方位井段长度ΔL及扭方位地井斜角α1sin(?90?)
＝－（式Kφ=9/100M）又24.03?/100M
代入20sin22??30?ΔL==124.87M
24.03/100当以上三例可看出,对于装置角不变扭方位来说90?扭方位（也是稳斜扭方位,全力扭方位）地计算最为简单,限定装置角（为－290?以外地其它任意角度）扭方位计算也不复杂,唯有限定扭方位长度时计算较为复杂需要用造代法计算.
B为圆心,以γ为半径画弧,交OP线为A点,并连接AB；
(5)自B点OP线作垂线,垂足为C点；
(6)量角∠PAB,即为装置角ω；
(7)量AC长度,换算成角度,即为Δα；并求出α=α+Δα12值得注意地是,第（3）步作α角时,也可以在OP线之下；Δφ为负值时,α1作在OP线之上.
1还应注意,第(4)步以γ为半径画O弧交于OP线有两个交点,也要注意选择,当需要增斜时,选左边地点为A点；当需要降斜时,选右边地点为A点.
还应注意,在装置角ω时,要量以OP线为始终边,顺时针转到AB线上转过地角度.以上三点注意问题可用图表示.
置角增方位装斜为增ω1角装方位置为减斜减ω2角装置斜为减增方位ω3角装方位置斜为增减
ω4图如表图坐以还我上图们可用标来示下
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增方位为Ⅰ象限里地角增斜位增地角为降斜方象Ⅱ限里减方位斜地Ⅲ象限里角为降斜减方位增角里象Ⅳ限地为
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