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1、定向井轨迹控制计算,造斜工具的定向方法 和有关计算,造斜工具的定向,定向就是把造斜工具的工具面摆在预定的定向方位线上。 定向是定向井的关键技术。定向方法可分为三大类：地面定向法、井底定向法和随钻定向法。 地面定向法： 在地面井口将造斜工具的工具面摆到预定的方位线上； 通过定向下钻，始终保持工具面预定方位不变，或者始终知道工具面在井下的实际方位； 下钻完后，如果工具面实际方位与预定方位不附，可在地面上通过转盘将工具面扭到预定的定向方位上。 工序复杂，准确性差，目前已经很少应用，但有时还用。 井底定向法： 下钻前给工具面做好标记，正常下钻，将造斜工具下到井底； 然后从钻柱内下入仪器，根据工具面的标
2、记，测量工具面在井下的实际方位；如果工具面实际方位与预定方位不附，可用转盘调整； 工序简单，准确性高，但需要先进的定向测量仪器。 随钻定向法：关键在于要有随钻定向仪器。,地面定向法（望远镜法）,1. 下入造斜工具时，在与其连接的钻具上端母接头上，安装一个下标志杆； 2. 上接立根后，二层台上的井架工，在最上端母接头上安装一个上标志杆，并通过望远镜观察，使上下两个标志杆对齐； 3. 井架工卸掉望远镜；井口钻工卸掉下标志杆；下入该立柱； 4. 吊卡上升时，同时将下标志杆带到二层台上；原来的上标志杆变成了下标志杆； 5. 连接下一个立根，回到2. ； 6. 下钻完毕，标志杆所指方位，即造斜工具面的方
3、位。,地面定向法(十字打印法),1. 事先在每根要使用的钻杆公母接头上，用扁錾打上“十”字钢印；要注意两个钢印必须处在同一条母线上； 2. 下钻过程中量度每两个单根连接处的钢印偏差角度，以母接头为准，计算顺反时针，并将偏差角度，详细记录； 3. 下完钻后，减去所有正偏差，加上所有负偏差，即得到最上钢印与造斜工具面的偏差角度。,地面定向法(十字打印法),十字打印法：,钻杆打印及偏转角测量工具,每次量的偏差角都应该小于180o。,地面定向法(十字打印法),定向下钻纪录,井底定向法：工具面的标记,定向齿刀标记法： 适用于用氟氢酸测斜仪进行测量； 齿刀上的齿尖所指方位，标志着造斜工具的工具面方位。 测
4、量时仪器最下面的铅模压在定向齿刀上，留下齿刀的印痕，于是可知道造斜工具的工具面方位； 同时，氟氢酸液瓶的液面倾斜方位代表着井斜方位。于是知道了工具面方位与井斜方位的关系。 需在下钻前在裸眼内测得井斜方位；,井底定向法：工具面的标记,定向磁铁标记法： 适用于磁性测斜仪进行测量； 紧在造斜工具上面接着一根专用的无磁钻铤，在该无磁钻铤的体部装着三对小磁铁，其N 极方向与工具面方向的关系是已知的。 测量仪器中有两个磁性罗盘。上罗盘处在三个定向磁铁位置，可测得工具面方位；下罗盘远离定向磁铁，指向正北方位。两罗盘面同时照在一张底片上，于是可知工具面在井下的实际方位。,井底定向法：工具面的标记,既可用于用磁
5、性测斜仪测量，也可用于陀螺测斜仪测量； 定向接头内有一个定向键。定向键所在的母线就标志着工具面的方位。 测量仪器的罗盘面上有一个“发线”，在测量仪器的最下面有一个“定向鞋”，定向鞋上有一个“定向槽”，在仪器安装时使“发线”与“定向槽”在同一个母线上对齐。 仪器下到井底时，定向鞋的特殊曲线使定向槽自动卡在定向键上，使罗盘面上的发线方位就标志了工具面的方位。 在照相底片上罗盘的指针标志着井斜方位，发线标志了工具面的方位。所以可求得工具面在井下的实际方位。,骡鞋展开图,井底定向法：,方法1： 组成：陀螺测斜仪+定向键标记； 使用条件： 磁异常地区或地层； 从式井“井铁”磁性干扰严重； 不需要无磁钻铤
6、； 井斜角等于零也可以使用； 要有陀螺测斜仪； 评价：这是目前在丛式井中开始定向用得最多的。,井底定向法,方法2： 组成：双磁罗盘测斜仪+双镜头照相机+定向磁铁标记； 使用条件： 无严重“井铁”磁性干扰； 地区或地层磁场无异常； 需要专用的双罗盘双镜头照相测斜仪； 需要带定向磁铁的无磁钻铤； 井斜角等于零也可以使用； 评价：工具面标记简单,方法3： 组成：磁罗盘测斜仪+无磁钻铤+定向键标记； 使用条件： 无严重“井铁”磁性干扰； 地区或地层磁场无异常； 需要足够长度的无磁钻铤； 井斜角等于零也可以使用； 评价：这是目前在正常条件下用的最多的定向方法。,井底定向法,井底定向法,方法4(间接定向法
7、之一)： 组成：磁罗盘测斜仪+定向键标记；,使用条件： 下钻前，先在裸眼井内进行测斜； 无严重“井铁”磁性干扰；地区或地层磁场无异常； 井斜角不能等于零（30）； 没有无磁钻铤； 评价：这是在没有无磁钻铤条件下用的最多的定向方法。,井底定向法,照像测斜仪底片上定向方位角的阅读方法 当井斜角较大时，照相底片上井斜角的刻度圆，将变成椭圆，使方位刻度线（放射线）失真； 所以不能从底片上直接阅读定向方位角 由于井斜方位线是高边，所以该刻度线不失真； 定向方位角要用阅读器阅读： 先从底片上阅读井斜方位角； 使底片上的高边方位线，对准阅读器上的井斜方位角读值； 从阅读器的方位刻度，读取定向方位角；,井底定
8、向法,方法5(间接定向法之二)： 组成：氟氢酸测斜仪+定向齿刀标记；,使用条件： 下钻前，先在裸眼井内进行测斜； 无严重“井铁”磁性干扰；地区或地层磁场无异常； 井斜角不能等于零（30）； 没有无磁钻铤； 评价：这是早期既没有无磁钻铤，也没有照相测斜仪条件下的定向方法。,无磁钻铤长度选择 影响无磁钻铤长度的因素,井铁对磁针的影响（讨论） 在地面上平放着钻柱，钻柱轴线指向东西； 当无磁钻铤一端有钢钻铤和钢钻杆时，罗盘的磁针将受到影响而偏转；偏向何方？ 当无磁钻铤的另一端接上钻头时，请问罗盘的磁针如何偏转？ 偏转更大？ 偏转较小？ 向另一边偏转？,无磁钻铤长度选择 影响无磁钻铤长度的因素,1. “
9、井铁”质量的影响： 钻柱上所有的铁磁物质，都是“井铁”；质量越大，距离罗盘越近，则磁性影响强度越大； 无磁钻铤以上的“井铁”很长，细长，距离越远，影响越小；可用一个位于无磁钻铤顶端的当量井铁代替； 无磁钻铤以下的“井铁”影响强度，变化较大： 钻头； 钻头+动力钻具 后者需要更长的无磁钻铤；,无磁钻铤长度选择 影响无磁钻铤长度的因素,2. 井斜角大小的影响： 井铁对罗盘磁针方向的影响，与井斜角的大小有关。 罗盘磁针只能在水平方向转动，所以井铁磁力在水平方向分量越大，对罗盘影响就越大。 井斜角越大，井铁水平分量越大，对罗盘磁针影响越大，需要的无磁钻铤长度越长；,井斜角越大，需要的无磁钻铤长度越长。
10、,无磁钻铤长度选择 影响无磁钻铤长度的因素,3. 井斜方位角大小的影响： 井铁对罗盘磁针方向的影响，还与井斜方位角的大小有关。 井斜方位与N或S方位的夹角越小，井铁影响越小，需要的无磁钻铤长度越短； 井斜方位与N或S方位的夹角越大，井铁影响越大，需要的无磁钻铤长度越长；,井斜方位与N或S方位的夹角越大，需要的无磁钻铤长度越长。,无磁钻铤长度选择 影响无磁钻铤长度的因素,4. 地磁水平磁场强度的影响： 地磁水平磁场强度越大，井铁的影响相对就小；需要的无磁钻铤长度就较短； 在南、北极，地磁方向几乎与水平面垂直，所以地磁的水平磁场强度最小，需要的无磁钻铤长度最长； 而在赤道，地磁方向与水平方向平行，
11、该处地磁的水平磁场强度最大，需要的无磁钻铤长度最短； 随着纬度的增大，需要的无磁钻铤长度随之增大；,井位所在的纬度越高，需要的无磁钻铤长度越长。,无磁钻铤长度选择 影响无磁钻铤长度的因素,磁强区越高，需要的无磁钻铤越长。,无磁钻铤长度选择：图表法,无磁钻铤长度选择：图表法,无磁钻铤长度选择：图表法,无磁钻铤长度选择：图表法,井斜角不变，方位越靠向东西，需要NMDC越长。,井斜方位不变，井斜角越大，需要NMDC越长。,无磁钻铤长度选择：公式推导,估算磁罗盘在无磁钻铤内位置的理论方法：,将上井铁简化为PU，下井铁简化为PL。他们分别距罗盘的距离为LU和LL。,上井铁PU对磁针的吸引力为FU，下井铁
12、PL对磁针的排斥力为FL。,以吸引力为正，排斥力为负。井铁对磁针的总吸引力为：,无磁钻铤长度选择：公式推导,估算磁罗盘在无磁钻铤内位置的理论方法：,罗盘在无磁钻铤中的最佳位置，应该使罗盘磁针受到的井铁力F最小。根据高等数学原理，F力最小值出现在LL对 F的一阶导数等于零时，即：,F力的表达式可变为：,F力一阶导数等于零，即：,可得：,则：,令：,这就是计算罗盘在无磁钻铤中最佳位置的公式。,无磁钻铤长度选择：,估算磁罗盘在无磁钻铤内位置的理论方法：,例题计算：,例2. 对于带动力钻具的组合（右图）， PU=3000emu， PL=2000emu；则得：,例1. 对于常规钻具组合（左图）， PU=3000emu， PL=500emu；则得：,注：emu-绝对电磁单位,课外学习,参考书定向井设计与计算 125130页：动力钻具的反扭角,欢迎批评指正！,
