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1、影响定向井/水平井 中靶精度因素探讨,一、前言,二、不同因素对中靶精度的影响,三、几点认识,主 要 内 容,前 言,工程施工技术,粗放,精细,中靶精度,数学中靶精度,数学中靶精度是受目前的仪器设备发展状况、数学研究水平、技术人员素质、钻具特性以及测量环境等因素的影响，有的因素可以通过技术进步部分解决，有的可以通过技术人员的业务培训得到改善，只要定向施工工艺、技术、仪器、装备没有大的技术提高，数学中靶精度永远不可能是真实的地理靶点位置（绝对靶点）。,双井连通施工中，数学中靶精度已经表明双井已经实现连通，实际双井并没有实现连通。顺17-平5井溶腔半径只有3.35m，是目前双井连通中溶腔半径最小的一
2、口井。处理防碰问题时，通过两口井的防碰资料扫描，发现两口井相碰还有一段，现场施工时，2口井会碰到一起；有时两口井防碰扫描在一定的井深两井眼已经相互碰撞，实际井下并没有碰撞，这些现象就是上述因素所形成的误差造成的。,前 言,磁偏角校正影响 仪器本身允许精度误差 轨迹数学公司计算误差 工程技术人员取值习惯误差 钻具长度变化产生的误差 测量环境导致的误差,数学中靶,精确 严细,影响因素,一、前言,二、不同因素对数学中靶精度的影响,三、几点认识,主 要 内 容,1、磁偏角校正影响,不同因素对数学中靶精度的影响,地磁极是接近南极和北极的，但并不和南极、北极重合，一个约在北纬72、西经96处；一个约在南纬
3、70、东经150处。磁北极距地理北极大约相差1500km左右. 现在磁北极的位置在加拿大北方，在一天中磁北极的位置也是在不停的变动，它的轨迹大致为一椭圆形，磁北极平均每天运移40m左右。 在我国除部分磁力异常的地方外，一般磁偏角都是西偏。磁偏角还是不断有规律变化的，地图上的磁偏角只是测图时的磁偏角（磁北比真北偏左，加上磁偏角；磁北比真北偏右，减去磁偏角；在我国一般是加上）。 在不同地区、不同时间子午线收敛角有所不同，是一个动态变化的，变化幅度是比较小的，原因可能是地轴自转过程中存在章动，或者是铁质地核在液态地幔中微微偏转。,1、磁偏角校正影响,不同因素对数学中靶精度的影响,据文献资料介绍，一口
4、设计位移1000米的定向井，设计靶区半径30米，井位所在位置为北纬4258，东经8958 ，子午线收敛角2.02，工程施工中由于只进行了磁偏角校正，数学中靶精度尽管解释为靶心距为零，但是实际的靶心距有的已经超过35米的靶区半径。目前，石油工程定向井/水平井施工中仅仅用固定的磁偏角，不用更加科学的计算方式给地理中靶精度带来的影响还是比较大的，特别是对救援井、防碰井以及双井连通井的施工中将会带来非常严重的影响。 石油天然气行业标准SY/T5435-2003定向井轨道设计与轨迹计算中明确规定：“井斜方位角应进行磁偏角和子午线收敛角校正”，井斜方位角进行磁偏角和子午线收敛角校正后可以较好的解决磁偏角的
5、校正问题，这是非常重要的规定，在石油行业中，应该推广这项规定，特别是要求地理“精确”中靶的施工井。,2、仪器本身允许精度误差,不同因素对数学中靶精度的影响,所有的仪器与设备都存在着自身的允许精度误差，这主要受仪器与设备的加工与制造工艺技术水平以及材料材质等许多条件的限制导致的误差，仪器制造工艺技术水平越先材料性能越完美，与之相关系的科学技术越发达，所提供的施工仪器与设备误差就越小，但永远不可能等于零，或多或少的永远存在着仪器本身允许精度。表1是目前定向井/水平井施工中经常使用的多种仪器的井斜角、方位角、磁性工具面角以及高边工具面角允许精度误差范围。,2、仪器本身允许精度误差,不同因素对数学中靶
6、精度的影响,要求“精确、严细”中靶精度的同一口井应该采用不同的仪器类型、不同精度误差的仪器施工，尽量不用同一根探管完成全井的测量施工，这样可以尽量减少由于仪器系统误差产生偏移地理靶区的幅值。,3、测量环境导致的误差,不同因素对数学中靶精度的影响,测量三种媒介,3、测量环境导致的误差,不同因素对数学中靶精度的影响,在定向井测量施工中，经常会遇到测量数据不准确的情况，经过施工人员探索，是测量仪器在井下受到磁干扰所致，磁干扰来自磁异常地层或无磁钻铤被磁化，或处于特殊方位受大地磁场干扰。,测量通常指用仪器确定空间、时间、温度、速度、功能等有关数值,石油钻井的测量属于工程测量的一种类型,物理意义上, 测
7、量井下钻具的工具面角, 属于空间状态的测量。石油钻井工程的特殊性使得测量过程必须借助专门的工具和仪器, 采取间接测量的方法来完成。,不同钻具组合对测量仪器的影响程度不同；井斜较小时，环境对测量仪器的影响不大，井斜大时，测量仪器的下部无磁环境就显得不足；方位角变化趋势与地磁倾角变化趋势相同。,钻具是否在井眼曲线中居中，多少也影响着所测数据的是否和真实的井眼轨迹相符，尽管这个误差已经相当的小，但总是存在的；,3、测量环境导致的误差,不同因素对数学中靶精度的影响,只要有足够长的无磁环境就可以消除钻具对测量仪器的磁性干扰； 在施工中可以通过延长上部无磁环境来补足下部无磁环境的不足；或者将无磁钻铤下端的
8、配合接头、定向接头及循环套都改为无磁材质直接补充下部无磁环境，使其3m； 在特殊方位（9030或27030）施工中，因为正交或近正交大地磁感线，大地磁场会对测量仪器产生强烈干扰，应使用双无磁，以保证充足的无磁环境。,充分认识问题的基础上，以下几方面可以更好的避免仪器的磁干扰，缩小数学中靶与绝对靶区的距离。,4、井眼轨迹数学公式计算误差,不同因素对数学中靶精度的影响,常用的井眼轨迹测斜数学计算方法有平均角法、校正平均角法、圆柱螺线法、小曲率法、弦步法、正切法、平衡正切法等。除了井深、井斜角、方位角，描述井眼轨迹的基本参数还有垂深、水平位移、N坐标、E坐标、闭合方位、全角变化率以及投影位移等。 定
9、向井/水平井实际钻出的井眼轴线都是一条空间曲线。为了进行轨迹计算，先对未知的测段形状进行假设，如将测量井段假设成直线、折线、圆柱螺线和斜圆弧等形式，然后在假设的基础上进行计算。因此，不同的井眼轨迹计算公式就会形成不同的测斜计算方法，不同的计算方法也将形成不同的井眼轨迹曲线，尽管两种不同的计算方法计算结果误差比较接近，从理论上讲，上述8种计算方法都是井眼轴线的近似值，再精确的数学模型也不能完全精确反映井眼轴线的实际状况，因此，轨迹数学模型本身所反映的井眼轨迹与实际上井眼轴线存在一定的误差。,5、工程技术人员取值习惯带来的误差,不同因素对数学中靶精度的影响,定向井施工中，为掌握井眼的空间曲线形状，
10、通过测斜来获取相关的基本参数。目前测量的方法有单点测斜、多点测斜、随钻测斜等多种方式。每个测点，可测出基本参数：井深、井斜角和方法角。在相邻两测点之间有无数个点，对这些点的基本参数：一是不清楚，二是在井眼轨迹控制中，工程技术人员习惯的会依据井眼的平滑程度和数学中靶精度要求来进行一些基本参数点的取舍。如一般工程技术人员在一个基本参数测段将井斜角和方法角最大或最小舍弃悼，将会影响数学中靶精度。这些基本参数点的取舍是完全符号相关工程施工操作规范或标准，但特殊基本参数点的舍弃将在一定程度上影响井眼轨迹的真实性，给最终的数学中靶精度产生一定的误差。 在需要“精确、严细”中靶精度的井中，应特别注意基本参数
11、测段中的井斜角和方法角最大或最小值不能舍弃，尽量保持井眼空间曲线形状的真实性，只有这样通过数学计算得出的数学中靶精度才能比较接近地理靶区。,6、钻具长度变化产生的误差,不同因素对数学中靶精度的影响,对于一般的定向井/水平井工程施工，钻具的伸缩多少似乎并不十分重要。但对于需要“精确、严细”地理中靶精度的施工井中，由于钻具受到自身重量、地热、钻具内压、环空压降、射流反作用等因素的影响，所产生的钻具长度变化应该引起足够的重视。,6、1 钻具所受重力引起的钻具伸长 钻具所受重力引起的伸长量一般和泥浆密度、钻具密度、单位长度钻具在空气中所受的重力、钻具拉伸系数以及事故井的深度有关系，井越深、钻具自身重量
12、越大，相应的钻具的伸长量也越长。,6、2 地温引起的钻具伸长 泥浆被泵入钻具后，环空温度高，温度逐渐上升。泥浆达到井底在返出时温度上升，返至某一深度与同深度地温相同后开始下降。返到地面的温度高于泵入井内泥浆的温度。钻具的温度介于钻杆内泥浆温度与环空泥浆温度之间。 地温引起钻具伸长量一般和地面温度、地层井温梯度、井深以及钻具的线膨胀系数有关，地面温度、地层井温梯度、井深以及钻具的线膨胀系数越大，钻具伸长量也就越大。,6、钻具长度变化产生的误差,不同因素对数学中靶精度的影响,6、3 泥浆流动载荷引起的钻具伸长,6、3、1 钻具内压的影响 钻具总内压是由钻具水眼内总沿程压力损失和钻头压降两方面构成的
13、。水眼内沿程压力损失引起的钻具伸长是沿深度线性增加分布的，是和钻具水眼面积及井深成正比关系的；钻头压降为局部压力损失，它造成的钻具伸长量一般和钻头压降为局部压力损失、钻具水眼面积和井深成正比，和钻具的拉伸系数成反比。 钻具内压导致的钻具伸长是水眼内沿程压力损失引起的钻具伸长和钻头压降引起的钻头压降伸长之和。,6、3、2 环空压降引起的钻具压缩 这一部分环空压降引起的钻具压缩由两部分构成。一部分是环空压降在上返泥浆沿程造成的钻具压缩，另一部分是环空压降作用于钻具底面形成的上推力造成的钻具压缩。 环空压降在上返泥浆沿程造成的钻具压缩主要是和环空压降、钻具接箍在环空中曝露环面积及井深成正比，与钻具的
14、拉伸系数成反比。 作用于钻具底面形成的上推力造成的钻具压缩主要是和环空压降、钻具外截面积（外径以内总面积）及井深成正比，与钻具的拉伸系数成反比,6、3、3 钻头射流冲击反力的影响 钻头射流冲击反力造成的钻具压缩主要和泥浆流量的平方及泥浆密度成正比,与喷咀的总截面积及钻具的拉伸系数成反比。,不同因素对数学中靶精度的影响,以上多方面因素对钻具延伸或压缩影响分析得出以下结论： 钻具所受重力、地温影响以及钻具内压的影响是促使钻具延伸的； 环空压降和钻头射流冲击反力的影响是促使钻具压缩的。 据资料研究表明，一口完钻井深4500米左右的直井，如考虑钻具自身重量、地热、钻具内压、环空压降、射流反作用等因素的
15、影响，钻具伸长可高达10米左右，相当于多打了一个单根的进尺，这样的误差对于需要“精确、严细”中靶精度的井已产生相当大的误差，应该给于一定的重视。 钻具的伸缩量与其在泥浆中所受的重力、地温、钻头压降值、钻具水眼压降值、环空压降值，钻具尺寸、钻头射流冲击力有着密切联系，在影响钻具长度变化的上述因素中，以钻具所受重力和地温的影响最为显著。,几 点 认 识,1、定向井/水平井所使用的仪器装备、工程人员素质、井下环境等因素的客观存在，再完美的数学计算模型也不能完全重合定向井/水平井井眼轨迹，决定了定向井/水平井的轨迹计算结果和真实的井眼曲线会有一定的误差，很小的几率会使得这些影响的相互作用使轨迹计算结果
16、和真实井眼曲线的误差等于零。,几 点 认 识,2、定向井/水平井中靶概念都是一定系统、人员、环境等因素误差下的数学中靶概念，数学中靶只能定义为工程允许范围内的相对中靶，数学中靶精度与地理中靶有一定的联系，但也有相当的区别，换句话说，数学中靶精度最高时（靶心距为零时），并不表明实际中靶靶心离地理靶区中心最近，这个数学中靶精度是多项系统、人员、环境等因素误差下的计算结果，不是真实的地理靶区位置；有些情况下，数学中靶精度往往不高（靶心距有数值时），实际中靶靶心离地理靶区可能比较近，数学中靶精度显示比较高时（靶心距是零时），实际中靶靶心离地理靶区可能较远。,几 点 认 识,3、数学中靶精度之所以被工程施工认可，完全依赖于系统、人员、环境等因素产生的误差是工程施工所允许的范围。数学中靶精度尽管从理论上分析不是实际的中靶位置，但是在人为减少上述误差原因基础上取得的，理论研究和现场应用表明，数学中靶精度能满足石油工程开发需要。例如，胜利定向井公司就是用数学中靶精度这个概念在江苏芒硝矿、泰安、广东、陕西盐矿等地先后一次实现
