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1、定向井技術(shù)定向井技術(shù)( (第四章第一節(jié)第四章第一節(jié)) ) 二維井眼軌道設(shè)計(jì)及計(jì)算實(shí)例二維井眼軌道設(shè)計(jì)及計(jì)算實(shí)例 定向井的總體優(yōu)化設(shè)計(jì)定向井的總體優(yōu)化設(shè)計(jì) 第4章 定向井井眼軌道優(yōu)化設(shè)計(jì) 4.1.4 設(shè)計(jì)井眼軌道的原則 4.1.1 井眼軌道的類型 4.1.2 井眼軌道的圖示法 4.1.3 井眼軌道的描述參數(shù) 4.1 井眼軌道的空間形態(tài) 4.1.1 井眼軌道的類型 4.1 井眼軌道的空間形態(tài) 4.1 井眼軌道的空間形態(tài)4.1 井眼軌道的空間形態(tài) 4.1.1 井眼軌道的類型 三段式軌跡 多靶三段式軌跡 4.1 井眼軌道的空間形態(tài)4.1 井眼軌道的空間形態(tài) 4.1.1 井眼軌道的類型 五段式軌跡 雙增

2、式軌跡 4.1.1 井眼軌道的類型 直井段直井段 造斜點(diǎn)造斜點(diǎn) 增斜段增斜段 最大井斜角最大井斜角 max max 降斜段降斜段 直井段直井段 斜井深斜井深 水平位移水平位移 井身在垂直平面內(nèi)的投影井身在垂直平面內(nèi)的投影 1) 1) 直井段直井段: :設(shè)計(jì)井斜角為設(shè)計(jì)井斜角為 零度的井段。零度的井段。 2) 2) 造斜點(diǎn)造斜點(diǎn): :開(kāi)始定向造斜開(kāi)始定向造斜 的位置稱為造斜點(diǎn)。通常的位置稱為造斜點(diǎn)。通常 以該點(diǎn)的井深來(lái)表示。以該點(diǎn)的井深來(lái)表示。 3) 3) 造斜率造斜率: :造斜工具的造造斜工具的造 斜能力斜能力, ,即該造斜工具所即該造斜工具所 鉆出的井段的井眼曲率。鉆出的井段的井眼曲率。 4

3、) 4) 增斜段增斜段: :井斜角隨井深井斜角隨井深 增加的井段。增加的井段。 a b c d e a b c a b d c a b e d c a b 4.1.1 井眼軌道的類型 直井段直井段 造斜點(diǎn)造斜點(diǎn) 增斜段增斜段 最大井斜角最大井斜角 max max 降斜段降斜段 直井段直井段 斜井深斜井深 水平位移水平位移 井身在垂直平面內(nèi)的投影井身在垂直平面內(nèi)的投影 6) 降斜段降斜段:井斜角隨著井深井斜角隨著井深 的增加而減小的井段。的增加而減小的井段。 5) 穩(wěn)斜段穩(wěn)斜段:井斜角保持不變井斜角保持不變 的井段。的井段。 7) 目標(biāo)點(diǎn)目標(biāo)點(diǎn):設(shè)計(jì)規(guī)定的、設(shè)計(jì)規(guī)定的、 必須鉆達(dá)的地層位置,通必

4、須鉆達(dá)的地層位置,通 常以地面井口為坐標(biāo)原點(diǎn)常以地面井口為坐標(biāo)原點(diǎn) 的空間坐標(biāo)系的坐標(biāo)值來(lái)的空間坐標(biāo)系的坐標(biāo)值來(lái) 表示。表示。 e d c a b 4.1.1 井眼軌道的類型 直井段直井段 造斜點(diǎn)造斜點(diǎn) 增斜段增斜段 最大井斜角最大井斜角 max max 降斜段降斜段 直井段直井段 斜井深斜井深 水平位移水平位移 井身在垂直平面內(nèi)的投影井身在垂直平面內(nèi)的投影 9) 靶心距:在靶區(qū)平面上靶心距:在靶區(qū)平面上, 實(shí)鉆井眼軸線與目標(biāo)點(diǎn)之實(shí)鉆井眼軸線與目標(biāo)點(diǎn)之 間的距離間的距離 。 8) 靶區(qū)及靶區(qū)半徑靶區(qū)及靶區(qū)半徑:包含包含 目標(biāo)點(diǎn)在內(nèi)的一個(gè)區(qū)域稱目標(biāo)點(diǎn)在內(nèi)的一個(gè)區(qū)域稱 為靶區(qū)。在大斜度井和水為靶區(qū)

5、。在大斜度井和水 平井中,靶區(qū)為包含設(shè)計(jì)平井中,靶區(qū)為包含設(shè)計(jì) 井眼軌道的一個(gè)柱狀體。井眼軌道的一個(gè)柱狀體。 4.1 井眼軌道的空間形態(tài)4.1 井眼軌道的空間形態(tài) 4.1.2 井眼軌道的圖示法 三三 種種 圖圖 示示 法法 柱面圖表示法柱面圖表示法 三維坐標(biāo)圖示法三維坐標(biāo)圖示法 投影圖表示法投影圖表示法 1)三維坐標(biāo)圖示法)三維坐標(biāo)圖示法 4.1 井眼軌道的空間形態(tài) 4.1.2 井眼軌道的圖示法 這種圖這種圖 示法相示法相 當(dāng)于工當(dāng)于工 程制圖程制圖 中的軸中的軸 側(cè)圖。側(cè)圖。 2投影圖表示法投影圖表示法 這種圖示法包括兩張圖,一張是水平投影圖水平投影圖,一張是垂直投垂直投 影圖影圖。 4.1

6、.2井眼軌道的圖示法 3柱面圖表示法柱面圖表示法 它包括兩張圖, 一張是水平投影圖, 一張是垂直剖面圖。 4.1 井眼軌道的空間形態(tài) 4.1.2 井眼軌道的圖示法 、井深:指井口至測(cè)點(diǎn)間的 井眼實(shí)長(zhǎng),L表示。 一、 基本參數(shù) 、井斜角:該測(cè)點(diǎn)處的井眼 方向線與重力線之間的夾角稱 為該測(cè)點(diǎn)的井斜角。表示。 4.1 井眼軌道的空間形態(tài) 4.1.3 井眼軌道的描述參數(shù) 、方位角 以正北方位線為始邊,順 時(shí)針旋轉(zhuǎn)至井斜方位線所 轉(zhuǎn)過(guò)的角度, 表示。 4.1 井眼軌道的空間形態(tài) 4.1.3 井眼軌道的描述參數(shù) 、磁偏角 磁北方位線與正北方位線之間的夾角。 真方位角磁方位角 + 東磁偏角 或 真方位角磁方

7、位角 - 西磁偏角 4.1.2 井眼軌道的描述參數(shù) 4.1 井眼軌道的空間形態(tài) 、井斜變化率、井斜變化率 指井斜角隨井深變化的程度,以K表示。 可寫為 K K =d =d/d/dL L 兩測(cè)點(diǎn)參數(shù)表示 K K = = / /L L 注注:K K 的單位通常是度每100米。 一般為測(cè)段內(nèi)的平均值。 、井斜方位變化率 是指井斜方位角隨井深變化的程度,以K K 表示 K K dd/ /dLdL 兩測(cè)點(diǎn)參數(shù)表示 K K = =/ /L L 注:注:K K ,的單位通常也是度每100米。 一般也為測(cè)段內(nèi)的平均值。 4.1.3 井眼軌道的描述參數(shù) 4.1 井眼軌道的空間形態(tài) 、垂深 即測(cè)點(diǎn)的垂直深度, 以

8、H表示,是指井身上任 一點(diǎn)至井口所在水平面 的距離。 對(duì)于測(cè)段來(lái)說(shuō),有 垂深的增量簡(jiǎn)稱垂增, 以H表示。 4.1.2 井眼軌道的描述參數(shù) 4.1 井眼軌道的空間形態(tài) 、水平長(zhǎng)度 測(cè)點(diǎn)井深的水平投影長(zhǎng)度, 以S表示,是指從井口至測(cè) 點(diǎn)的井眼長(zhǎng)度在水平面上 的投影長(zhǎng)度。 對(duì)于測(cè)段來(lái)說(shuō),水平長(zhǎng)度 的增量簡(jiǎn)稱平增,以S表 示。 4.1.3 井眼軌道的描述參數(shù) 4.1 井眼軌道的空間形態(tài) 、水平位移 即測(cè)點(diǎn)的平移,以A表示, 是指測(cè)點(diǎn)至井口所在的鉛垂 線的距離。 在我國(guó),將完鉆時(shí)井底 的水平位移稱為閉合距。在 國(guó)外,所有各測(cè)點(diǎn)的水平位 移均可稱為閉合距。 4.1.3 井眼軌道的描述參數(shù) 4.1 井眼軌道

9、的空間形態(tài) 10、平移方位角 以表示,是指以正北方位線為 始邊順時(shí)針轉(zhuǎn)至平移方位線上 所轉(zhuǎn)過(guò)的角度。 在我國(guó),將完鉆時(shí)井底的平移 方位角稱為閉合方位角。在國(guó) 外,全井所有各點(diǎn)(包括井底) 的平移方位角均稱為閉合方位 角。 4.1.2 井眼軌道的描述參數(shù) 4.1 井眼軌道的空間形態(tài) 11、N坐標(biāo)和E坐標(biāo) 以N和E表示,是指測(cè) 點(diǎn)在以井口為原點(diǎn)的水 平面坐標(biāo)系里的坐標(biāo)值。 對(duì)于測(cè)段來(lái)說(shuō),有N坐 標(biāo)和E坐標(biāo)的增量N 和E 4.1.3 井眼軌道的描述參數(shù) 4.1 井眼軌道的空間形態(tài) 12、視平移 井身上某點(diǎn)在垂直投影面 上的水平位移,或者說(shuō) 水 平位移在設(shè)計(jì)方位線上的 投影。 視平移以V表示,對(duì)于一

10、個(gè)測(cè)段來(lái)說(shuō),可以有視平 移的增量,可稱為視平增 V 。 4.1.3 井眼軌道的描述參數(shù) 4.1 井眼軌道的空間形態(tài) 13、井眼軸線在垂直剖面圖上的曲率 井眼軸線在垂直剖面圖上的曲率(以KH表示), 就是井斜角對(duì)于井深的一階導(dǎo)數(shù),即KH = d/dL , 所以KH=K , ,即井眼軸線在垂直剖面到上的曲率就等 于井斜變化率 。 4.1.3 井眼軌道的描述參數(shù) 4.1 井眼軌道的空間形態(tài) 14、井眼軸線在水平投影圖上的曲率、井眼軸線在水平投影圖上的曲率 井眼軸線在水平投影圖上的曲率(以KA表示), 就是井斜方位角對(duì)于水平投影長(zhǎng)度的一階導(dǎo)數(shù),即 KA=d/ds 。對(duì)于一個(gè)測(cè)段來(lái)說(shuō),假設(shè)井斜方位角均勻

11、 變化。則KA=/s 。 4.1.3 井眼軌道的描述參數(shù) 4.1 井眼軌道的空間形態(tài) 15、井眼曲率 井眼曲率是指單位長(zhǎng)度井段內(nèi)的全角變化值,以K表示。 則K =/L 。 其中:其中:稱為兩點(diǎn)間的全角變化值,或稱為兩點(diǎn)間的狗 腿角。 100英尺(或30米)的全角變化率被稱為狗腿嚴(yán)重度(簡(jiǎn)稱 為狗腿度)。 4.1.3 井眼軌道的描述參數(shù) 4.1 井眼軌道的空間形態(tài) 二、井眼曲率的計(jì)算方法二、井眼曲率的計(jì)算方法 公式計(jì)算法 查圖法 圖解法 查表法 尺算法 4.1.3 井眼軌道的描述參數(shù) 4.1 井眼軌道的空間形態(tài) 二、井眼曲率的計(jì)算方法二、井眼曲率的計(jì)算方法 1第一套公式 這是根據(jù)空間微分幾何原理

12、推導(dǎo)出來(lái)的, 對(duì)于一個(gè)測(cè)點(diǎn)來(lái)說(shuō),公式形式為: 或 或 因此 sin sin sin sin 222 2 22 422 222 c c c AH c LL K KKK KKK 4.1.3 井眼軌道的描述參數(shù) 4.1 井眼軌道的空間形態(tài) 2.第二套公式 假設(shè):測(cè)段是平面曲線。公式的表達(dá)形式是直接 求測(cè)段的狗腿角。 cossinsincoscoscos 2121 式中的。1 、1和2 、2分 別為上、下測(cè)點(diǎn)的井斜角和井斜方位角。 12 4.1.3 井眼軌道的描述參數(shù) 4.1 井眼軌道的空間形態(tài) 2.第二套公式 若將前式用半角和平均角形式來(lái)表達(dá),則可得: 2 sinsin 2 cos 2 sin 2

13、sin 22222 c 簡(jiǎn)化得: 2 sinsin 2 sin 2 sin 2222 c 4.1.3 井眼軌道的描述參數(shù) 4.1 井眼軌道的空間形態(tài) 3.第三套公式 這套公式源于沙尼金圖解法,其表達(dá)式為: cos2 21 2 2 2 1 4.1.3 井眼軌道的描述參數(shù) 4.1 井眼軌道的空間形態(tài) 三套公式的比較:三套公式的比較: 第一套公式推導(dǎo)嚴(yán)密,具有普遍性,適合于各種形狀的井眼。第一套公式推導(dǎo)嚴(yán)密,具有普遍性,適合于各種形狀的井眼。 第二套公式的推導(dǎo)是建立在假設(shè)井眼軸線為第二套公式的推導(dǎo)是建立在假設(shè)井眼軸線為平面曲線平面曲線的前提的前提 下,因而只能適合于下,因而只能適合于平面曲線的井眼平

14、面曲線的井眼(例如,用動(dòng)力鉆具帶彎例如,用動(dòng)力鉆具帶彎 接頭保持裝置方位角不變鉆出的井眼接頭保持裝置方位角不變鉆出的井眼)。 第三套公式本身就是近似公式,它的使用條件是第三套公式本身就是近似公式,它的使用條件是井斜角較井斜角較 小,井斜方位角的變化也較小,否則,誤差很大。小,井斜方位角的變化也較小,否則,誤差很大。 4.1.3 井眼軌道的描述參數(shù) 4.1 井眼軌道的空間形態(tài) 1)整體坐標(biāo)系)整體坐標(biāo)系 分別以北、東和垂深方向作為軸、軸和軸的正向。所建立的分別以北、東和垂深方向作為軸、軸和軸的正向。所建立的 右手坐標(biāo)系可稱為整體坐標(biāo)系右手坐標(biāo)系可稱為整體坐標(biāo)系。 2)井眼坐標(biāo)系)井眼坐標(biāo)系 在井

15、眼軌道上,取某點(diǎn)為原點(diǎn),以井眼高邊為軸,井眼軌道切線為在井眼軌道上,取某點(diǎn)為原點(diǎn),以井眼高邊為軸,井眼軌道切線為 軸,建立右手坐標(biāo)系軸,建立右手坐標(biāo)系p-xyz。則:則:x軸指向增井斜方向;軸指向增井斜方向;y軸指向增方軸指向增方 位方向;位方向;z軸指向井眼軌道前進(jìn)方向。軸指向井眼軌道前進(jìn)方向。 4.1 井眼軌道的空間形態(tài) 4.1.3 井眼軌道的描述參數(shù) 三、井眼的坐標(biāo)系 4.1 井眼軌道的空間形態(tài) 4.1.4 設(shè)計(jì)井眼軌道的原則 1) 1) 根據(jù)油氣田勘探開(kāi)發(fā)要求,保證實(shí)現(xiàn)鉆井目的;根據(jù)油氣田勘探開(kāi)發(fā)要求,保證實(shí)現(xiàn)鉆井目的; 4.1 井眼軌道的空間形態(tài) 4.1.4 設(shè)計(jì)井眼軌道的原則 2) 2) 根據(jù)油氣田的構(gòu)造特征、油氣產(chǎn)狀,有利于提高油氣產(chǎn)量根據(jù)油氣田的構(gòu)造特征、油氣產(chǎn)狀,有利于提高油氣產(chǎn)量 和采收率,改善投資效益;和采收率,改善投資效益; 4.1 井眼軌道的空間形態(tài) 4.1.4 設(shè)計(jì)井眼軌道的原則 3) 3) 在選擇造斜點(diǎn)、井眼曲率、最大井斜角等參數(shù)

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