定向井概念讲解

《定向井概念讲解》由会员分享，可在线阅读，更多相关《定向井概念讲解（29页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、井眼轨迹的基本概念 井身的基本参数； 井斜变化率与井斜方位变化率； 井眼轴线形状的图示法； 其他井身参数； 井眼轴线在平面图上的曲率； 井眼曲率； 中海油田服务有限公司 -邢忠玺 定向井的定义 一、定向井 定向钻井是使井眼沿预先设计 的井眼轴线（井眼轨迹）钻达预 定目标的钻井过程。 （井斜控制是使井眼按规定 的井斜、狗腿严重度、水平位移 等限制条件的钻井过程）。 二、水平井 井眼轨迹的基本参数 4所谓井眼轨迹，实指井眼轴线。 4一口实钻井的井眼轴线乃是一条空间曲线。为了进行 轨迹控制，就要了解这条空间曲线的形状，就要进行 轨迹测量，这就是“测斜”。 4目前常用的测斜方法并不是连续测斜，而是每隔

2、一定 长度的井段测一个点。这些井段被称为“测段”，这些 点被称为“测点”。 4测斜仪器在每个点上测得的参数有三个，即井深、井 斜角和井斜方位角。这三个参数就是轨迹的基本参数 。 井眼轨迹的基本参数 4井深： 指井口(通常以转盘面为基准)至测点的井眼长度，也有人 称之为斜深，国外称为测量井深(Measure Depth)。井深是 以钻柱或电缆的长度来量测。井深既是测点的基本参数之 一，又是表明测点位置的标志。 井深常以字母表示，单位为米(m)。井深的增量称为井段 ，以表示。二测点之间的井段称为测段。一个测段的 两个测点中，井深小的称为上测点，井深大的称为下测点 。井深的增量总是下测点井深减去上测

3、点井深。 井眼轨迹的基本参数 4井斜角： 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。井眼方向线与重 力线之间的夹角就是井斜角 。显然，井眼方向线与重力 线都是有向线段。井斜角表 示了井眼轨迹在该测点处倾 斜的大小。 井斜角常以希腊字母表示， 单位为度()。一个测段内井 斜角的增量总是下测点井斜 角减去上测点井斜角，以 表示。 井眼轨迹的基本参数 4井斜方位角： 某测点处的井眼方向线投 影到水平面上，称为井眼 方位线，或井斜方位线。 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，即井 眼方位角。注意，正北方 位线是指地理子午线沿正

4、 北方向延伸的线段。所以 正北方位线和井眼方位线 也都是有向线段，都可以 用矢量表示。 井眼轨迹的基本参数 井斜方位角常以字母表示，单位为度()。井斜方位角的增量 是下测点的井斜方位角减去上测点的井斜方位角，以表示 。井斜方位角的值可以在0360 范围内变化。 注意“方向”与“方位”的区别。方位线则是水平面上的矢量， 而方向线乃是空间的矢量。只要讲到方位，方位线，方位角 ，都是在某个水平面上；而方向和方向线则是在三维空间内( 当然也可能在水平面上)。井眼方向线是指井眼轴线上某一点 处井眼前进的方向线。该点的井眼方位线则指该点井眼方向 线在水平面上的投影。在学习扭方位计算时，也要特别注意 这个区

5、别。 井眼轨迹的基本参数 4磁偏角 目前广泛使用的磁性测斜仪是以 地球磁北方位为基准的。磁北方 位与正北分位并不重合而是有个 夹角，称为磁偏角。磁偏角又分 为东磁偏角和西磁偏角。东磁偏 角指磁北方位线在正北分位线的 东面，西磁偏角指磁北方位线在 正北分位线的西面。用磁性测斜 仪测得的井斜方位角称为磁方位 角，并不是真方位角，需要经过 换算求得真方位角。这种换算称 为磁偏角校正。换算的方法如下 ： 真方位角磁方位角东磁 偏角 真方位角磁方位角西磁 偏角 井眼轨迹的基本参数 4磁偏角 磁篇角地图： 井眼轨迹的基本参数 4象限角 井斜方位角还有另一种表 示方式，称“象限角”它是 指井斜方位线与正北方

6、位 线或与正南方位线之间的 夹角。象限角在 090度 之间变化。书写时需注明 所在的象限，如N67.5W 。 井眼轨迹的基本参数 4象限方位角得校正，更为麻烦。 区别东西磁偏角； 区别在那个象限里； 磁偏角校正(课堂练习) 41. 我国胜利油田的磁偏 角大约是西偏5.50。某测 点测得井斜方位角为2.50 ，求真方位角=？ 42. 我国新疆克拉玛依油 田的磁偏角大约是东偏 4.10。某测点测得井斜方 位角为3580，求真方位 角=？ 43. 西磁偏角5.50，测得方 位角292.50，求真方位角 =？如果用象限角表示， 象限角=？ 44. 东磁偏角50，测得方 位角1200，求真方位角= ？如

7、果用象限角表示， 象限角=？ 井斜变化率和井斜方位变化率 4井斜角和井斜方位角是在随着井深而不 断变化的。既然在变化，就有变化快慢 之分。变化率就是变化的快慢。 4井斜变化率：是指井斜角随井深变化的 程度，以表示。严格地讲，井斜变化 率是井斜角对井深的一阶导数，可写 为： 4以增量代替微分，以相邻二测点间的井 斜角变化值（）与二测点间井段长度 （L）的比值来表示井斜变化率的。 4求得的乃是该测段的平均井斜变化率： 井斜变化率和井斜方位变化率 井斜方位变化率：是指井斜方位角随井深变 化的程度，以表示。严格地讲，井斜 方位变化率是井斜方位角 对井深的 一阶导数，可写为： 以增量代替微分，以相邻二测

8、点间的井斜方 位角变化值（ ）与二测点间井段长度 （L）的比值来表示井斜方位变化率的 。 求得的乃是该测段的平均井斜方位变化率： 井眼轴线形状的图示法 4三维坐标图示法： 井眼轴限的特 点：形状复杂 ，结构简单。 无法给人以立 体感。 需要采用辅助 面增强立体感 。 只在特殊时候 采用。 井眼轴线形状的 图示法 4柱面图表示法： 垂直剖面图的形成：实钻井 眼是一条空间曲线，设想经 过这条曲线上的每一个点作 一条铅垂线，所有这些铅垂 线就构成了一个曲面。 这个曲面与水平面的交线就 是这口井的水平投影图。 这个曲面乃是柱面，它的显 著特点，是可以展平到平面 上。当这个柱面展平时，井 眼轴线也被展到

9、平面上，这 就是井眼轴线的垂直剖面图 。 井眼轴线形状 图示法 4柱面图表示法： 此法曾在我国油田现场得到广泛使用 。 包括两张图：一是水平投影图，相当 于俯视图，与投影图表示法相同；一 是垂直剖面图(横坐标P，纵坐标D)， 与垂直投影图不同，它不是在某个铅 垂平面上的投影。 优点： 凭着这两张图，即可了解井眼 的 空间形状； 可以反映出井身参数的真实值 作图容易，利用测斜资料算出 每个测点的坐标位置，即可作 图。 井眼轴线形状的 图示法 4投影图表示法 相当于机械制图中的视图表示法， 在国外使用广泛。 这种图示法包括两张图：一张是水 平投影图，相当于俯视图。一张是 垂直投影图，相当于侧视图，

10、其投 影面选在原设计方位线所在的铅垂 平面上(横坐标V，纵坐标D)。 投影图主要用于指导施工。 优点：从图上可直接看出，需要增 斜还是需要降斜，需要增方位还是 需要减方位。也可根据这张图，可 以想象出井眼轴线的空间形状。 缺点：这种垂直投影图不能反映出 井身参数的真实值。 其他井身参数 4垂直深度：简称垂深，是指轨 迹上某点至井口所在水平面的 距离。垂深的增量称为垂增。 垂深常以字母表示，垂增以 表示。 4 水平投影长度：简称水平长度 或平长，是指井眼轨迹上某点 至井口的长度在水平面上的投 影，即井深在水平面上的投影 长度。水平长度的增量称为平 增。平长以字母表示，平增 以表示。 4坐标和坐标

11、：是指轨迹上 某点在以井口为原点的水平面 坐标系里的坐标值。 其他井身参数 4水平位移：简称平移，指轨迹上某点 至井口所在铅垂线的距离，或指轨迹 上某点至井口的距离在水平面上的投 影。此投影线称为平移方位线。水平 位移常以字母表示。 4平移方位角：指平移方位线所在的方 位角，即以正北方位为始边顺时针转 至平移线上所转过的角度，常以字母 表示。 4闭合距与闭合方位：国外将水平位移 称作 闭合距(Closure Distance)，将平 移方位角称作闭合方位角(Closure Azimuth)。我国现场常特指完钻时的 水平位移为闭合距，平移方位角为闭 合方位角。 4水平位移和水平长度是完全不同的概

12、 念。 视平移：有人称为投影位移 ，英文称Vertical Section， 是水平位移在设计方位线上 的投影长度。视平移以字母 表示。 视平移也可以定义为水平位 移在设计方位线上的投影。 井眼轴线在柱面图上的曲率 柱面图上的曲率： 垂直剖面图上的曲率：等于井斜角对 井深的一阶导数，以KH表示。正好等 于井斜变化率K。 水平投影图上的曲率：等于井斜方位 角对水平投影长度的一阶导数，以KA 表示。他与井斜方位变化率不同。 井眼曲率及其计算 井眼曲率的概念： 井斜角表示井眼偏离铅垂线的程度。井斜不仅有斜度变化，还有井 斜方位的变化 。井斜角和井斜方位角的不断变化，反映了井眼前进 方向的变化。 从一

13、点到另一点，井眼前进方向变化的角度（两点处井眼前进方向 线之间的夹角），既反映了井斜角的变化，又反映了井斜方位角的 变化。人们将此角度称为全角变化值，或称为狗腿角，通常以表示 。 井段长度不变，狗腿角越大，则井眼前进方向变化的越快，井眼弯 曲越厉害，井眼曲率越大。 井眼曲率也称为全角变化率，又称狗腿严重度(简称为狗腿度)，都 是同一个概念，是指单位长度井段内狗腿角的大小。 井眼曲率计算方法: 有公式计算法 、查图法、图解法、查表法和尺 算法等五种。后四种皆来源于公式计算法。公式计算法又可分为三 套。 井眼曲率及其计算 4第一套计算公式： 4根据空间微分几何原理推导，可得： 4 对于一个测段来说

14、，以 和 代入 ， 4 并以测段平均井斜角 代替公式中的， 得到： 4 4令： 则： 井眼曲率及其计算 4第一套公式的图解法： （1）作水平射线； （2）作c ； （3）以一定长度代表单位角 度，量； （4）自点向作垂线， 垂足为点； （5）按步骤（3）中的比例 （以长度代表角度的比例） ，量； （6）连接、，并量、 长度，按步骤（3）中的比 例换算成角度，此角度即狗 腿角。 井眼曲率及其计算 4第二套计算公式： 这是Lubinsky先生根据空间平面圆弧曲线推导的。 假定测段是斜面圆弧曲线，则测段的狗腿角： 式中 ： 若用半角和平均角形式表达,则可得: 井眼曲率及其计算 4第二套公式查图法：

15、井眼曲率及其计算 4第三套计算公式 这套公式源于沙尼金图解法，其表达式为： 这显然是任意三角形余弦定理的表达式，因而也可用图解法来 解： （1）选取一定比例，以一定长度代表单 位角度，作线段，使其长度代表1 ； （2）作线段，使； （3）按步骤（1）的比例，量2 ； （4）连接、，并量的长度，按 步骤（1）的比例换算成角度，即为。 井眼曲率及其计算 计算方法的选择 4第一套公式，数学推导严密，是用于各种形状的井眼 ，具有普遍性。 4第二套公式是建立在假设井段是平面曲线，而且是平 面圆弧曲线的前提下推导，适用于平面曲线的井眼， 例如，用弯曲动力钻具定向钻进钻出的井眼。 4第三套公式本身就是近似公式，只能是用于井斜角较 小，井斜方位角也较小的情况下。 4我国定向井标准化委员会制定的标准规定：使用第一 套计算公式。 井眼曲率及其计算 课后作业：用不同方法计算狗腿角 序 号 测点参数计算方法和结果 12 第一套第二套第三套 135398 215208 325310 410150 5606010 6101580 7606080