定向井-井眼轨迹概念.ppt

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1、井眼轨迹基本概念,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；,定向井培训材料邢忠玺,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,定向井培训材料邢忠玺,井眼轨迹的基本参数,所谓井眼轨迹，实指井眼轴线。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”。目前常用的测斜方法并不是连续测斜，而是每隔一定长度的井段测一个点。这

2、些井段被称为“测段”，这些点被称为“测点”。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。,定向井培训材料邢忠玺,井眼轨迹的基本参数,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点井深。,定向井培训材料邢忠玺,井

3、眼轨迹的基本参数,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。,定向井培训材料邢忠玺,井眼轨迹的基本参数,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北方向延伸的线段。所以正北方位线和井眼

4、方位线也都是有向线段，都可以用矢量表示。,定向井培训材料邢忠玺,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别。,定向井培训材料邢忠玺,井眼轨迹的基本

5、参数,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,定向井培训材料邢忠玺,井眼轨迹的基本参数,磁偏角磁篇角地图：,定向井培训材料邢忠玺,井眼轨迹的基本参数,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位线或与正南方位线之间

6、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。,定向井培训材料邢忠玺,井眼轨迹的基本参数,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；,定向井培训材料邢忠玺,磁偏角校正(课堂练习),1.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=？2.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=？,3.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=？4.东磁偏角50，测得方位角1200，求真方位角=？如果用象限角表示，象限角=？,定向井培训

7、材料邢忠玺,井斜变化率和井斜方位变化率,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。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：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。求得的乃是该测段的平均井斜变化率：,定向井培训材料邢忠玺,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，以相邻二测点间的井斜方位角变化值（）与二测

8、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：,定向井培训材料邢忠玺,井眼轴线形状的图示法,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。,定向井培训材料邢忠玺,井眼轴线形状的图示法,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，井眼轴线也被展到平面上，这就是井眼轴线的垂直剖面图。,定向井培

9、训材料邢忠玺,井眼轴线形状图示法,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。,定向井培训材料邢忠玺,井眼轴线形状的图示法,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，其投影面选在原设计方位线所在的铅垂平面上(横坐标

10、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。,定向井培训材料邢忠玺,其他井身参数,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。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。坐标和坐标：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。,定向井培训材料邢忠

11、玺,其他井身参数,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。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。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。水平位移和水平长度是完全不同的概念。,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

12、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。,定向井培训材料邢忠玺,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。,定向井培训材料邢忠玺,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

13、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。,定向井培训材料邢忠玺,井眼曲率及其计算,第一套计算公式：根据空间微分几何原理推导，可得：对于一个测段来说，以 和 代入，并以测段平均井斜角 代替公式中的，得到：令：则：,定向井培训材料邢忠玺,井眼曲率及其

14、计算,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。,定向井培训材料邢忠玺,井眼曲率及其计算,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:,定向井培训材料邢忠玺,井眼曲率及其计算,第二套公式查图法：,定向井培训材料邢忠玺,井眼曲率及其计算,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

15、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。,定向井培训材料邢忠玺,井眼曲率及其计算计算方法的选择,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。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。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。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。,定向井培训材料邢忠玺,井眼曲率及其计算,课后作业：用不同方法计算狗腿角,