第五章 两维定向井的设计.docx

1、第五章 两维定向井的设计第五章 两维定向井的设计 第一节 常规两维定向井井身剖面设计原则两维定向井是指设计的井眼轴线只是在某一个给定的铅垂面内变化，即设计的井眼轴线只有井斜角的变化，没有方位角的变化。井身剖面的设计原则1、应能实现钻定向井的目的2、应尽可能利用地层的自然造斜规律3、应有利于采油工艺的要求4、应有利于安全、优质、快速钻井这方面要考虑以下几个问题：（1）选择合适的井眼曲率；（2）选择易钻的井眼形状；（3）选择适当的造斜点；（4）设计井身剖面形状应与井身结构同时考虑。第二节 常规两维定向井井身剖面设计井身剖面设计的条件、内容和步骤一、设计条件一般情况下，给定的设计条件有：地面井位坐标

2、、地下目标点坐标和目的层垂直深度和井底位置。根据这些基本数据，通过坐标换算，可计算出设计方位角和设计水平位移。坐标换算方法如下： X 地理北 Y b目标点（Xb、Yb） X S a井口（Xa、Ya） O Y 地理东给定地面井位坐标即井口坐标（Xa、Ya），地下目标点坐标（Xb、Yb）和目标层垂直深度H 坐标换算公式如下：S=（X2 +Y2）1/2 （4-1） tg-1|Y /X | 在第象限= 180- tg-1|Y /X | 在第象限 （4-2） 180+ tg-1|Y /X | 在第象限 360- tg-1|Y /X | 在第象限式中：S 设计水平位移 设计方位角 X= Xb - Xa，为

3、目标点地理北坐标与井口地理北坐标的差值 Y= Yb Ya 为目标点地理东坐标与井口地理东坐标的差值例：已知某井井口坐标： 纵 4293466.8 横 20546701.8 井底坐标： 纵 4292770 横 20546510 求其方位角和水平位移？解：N=N底- N口=4292770-4293466.8=-696.8 E= E底- E口=20546510-20546701.8=-191.8该井设计方位=180+ tg-1|Y /X |=195.5水平位移 S=（N2 +E2）1/2 =723m二、井身剖面设计的内容和步骤1、选择剖面类型；2、确定增斜率和降斜率，选择造斜点；3、求得剖面上的未知

4、参数，一般情况下这个未知参数是全井最大井斜角m；4、进行井身计算，包括各井段的井斜角、垂深、水平位移、井斜方位角（三维剖面）及井深；5、作垂直投影图和水平投影图，必要时绘出控制安全圆柱；三、常规两维定向井井身剖面设计常规两维定向井的剖面形状主要有两种，一种是“直增稳”剖面，在我国现场上称为“三段制剖面”，此种剖面又可分为低造斜点和高造斜点两类，稳斜段的长度也可长可短，甚至可以没有稳斜段，这主要根据设计的条件和要求而定。另一种是“直增稳降稳”剖面，现场上称之为“五段制剖面”。虽然实际所用的剖面类型很多，但它们都只是这两种剖面演变而来的，我们也可以说“三段制”剖面是“五段制剖面”的一种特殊情况。这

5、样，我们就可以用“五段制剖面”作为所有常规两维定向井剖面的代表。如果能设计出“五段制剖面”，其它常规剖面都可以迎刃而解。五段制剖面的设计方法目前主要有三种：作图法、查图法和解析法。下面介绍解析法设计井身剖面。前面我们讲过，五段制井身剖面可以作为所有常规井身剖面的代表，所以我们就以五段制井身剖面来推导最大井斜角的计算公式。如下图所示，在直角三角形kfg中， fg AO AOtgm = = = kg aj-ak-gj HO-( R1 + R2 )tg(m/2)令R1 + R2 =R0，则经过变换可得：（2R0- AO）tg2(m/2) - 2HO *tg(m/2) + AO =0 m HO HO2

6、+ AO2 -2R0*AOtg( ) = （4-3） 2 2R0- AO在定向井的具体条件下，上式根号前的符号应取负号，舍去正号，于是得： m HO - HO2+ AO2 -2R0*AOtg( ) = 2 2R0- AO式中：HO =H-Hz-Hxz + R2*sin （4-4） AO =A-Axz + R2(1-cos) （4-5） R0 =R1 + R2 （4-6）若给定条件Hxz,则axz=Hxz*tgHO自造斜点至井斜降为0处的垂直长度；AO自造斜点至井斜降为0处的水平位移；降斜后稳斜井段的井斜角；Hxz降斜后稳斜井段的垂增；H设计垂深；A设计水平位移；Hz造斜点的垂深；R1 、R2增

7、降斜曲率半径；180 1 180 1R1= * ； R2= * K1 K2对公式（4-3）作如下讨论：（1）式中的 HO2+ AO2 -2R0*AO 恰好等于稳斜段bc的长度，因此我们就可以将HO2+ AO2 -2R0*AO看作是一个判别式：当 HO2+ AO2 -2R0*AO 0时，表示剖面有稳斜段存在；当 HO2+ AO2 -2R0*AO =1垂深, 东, 北求狗腿度1井斜角(与接点相同), 方位角=1垂深, 东, 北3D-变斜纠偏求方位角1狗腿度=1垂深, 东, 北求狗腿度=1方位角, 垂深, 东, 北3D-S3D-S1狗腿度3方位角, 垂深, 东, 北, 狗腿度类型设计目的行输入数据(

8、连接点以下)3D-S（无稳斜段）1狗腿度精确着陆2井斜角, 方位角, 垂深, 东, 北2井斜角, 方位角, 垂深, 东, 北, 狗腿度3D-S1狗腿度精确着陆3井斜角, 方位角, 垂深, 东, 北, 狗腿度 另外, 您还可在接点下任意添加一站点. 对于这一点, 您可以以任意组合输入井深, 井斜角, 方位角, 垂深, 狗腿度中的三个数. 如果您实在不知道应在何处输入什么数据, 您可下拉“轨道选择组合框”, 从中选择一个合适的剖面, 软件将以绿色条块来对应于所选剖面类型，并提示应在设计表格中何处输入数据，然后您只需在绿色提示框内输入合适的参数, 最后按一下设计按钮即可完成设计。1. 造斜点未知时，

9、如何确定？1） 如果所要设计的是一个单圆弧剖面则清空设计表的第一行测深列，表示造斜点井深未知；在第二行输入井斜角（例30），垂深（例2000），东（例141.42），北（例141.42）；单击设计按钮即可。注：不输东、北，输入闭合距（例200）、闭合方位（例45）也可以。2） 如果所要设计的是一个三段式剖面同样清空设计表的第一行测深列；在第二行输入狗腿度（例3），在第三行输入井斜角（例30），垂深（例2000），东（例141.42），北（例141.42）；单击设计按钮即可。3） 如果所要设计的是其它类型的剖面则必须先试算，然后调整确定。2. 已知造斜点深度的情况下如何设计一个三段式剖面：步骤一

10、：在轨道设计表的第一行的站点列中输入“井口”（也可不输，或输入其它字符），在其余各列全输入“0”；步骤二：在第二行输入站点“造斜点”，造斜点深（例500），井斜角（例0），方位角（例0），您将发现其余各参数已全部自动算出；步骤三：在第三行输入狗腿度（例1.8）；步骤四：在第四行输入垂深（例2000），闭合位移（例600），闭合方位（例60）；步骤五：单击“设计”按钮即可。如果点4是目标点，则在站点列里标上“目标”，在靶半径列里输入靶半径（例50）。注：您也可以从轨道类型组合框中选择“2D增（降）（三段式）”剖面，然后根据绿色提示块输入正确的数据，最后单击设计按钮即可。3. 如何设计一个五段式剖

11、面 从轨道类型组合框中选择“2DS（五段式）”剖面，根据绿色提示块输入正确的数据（造斜点井深500，增斜1.8，降斜终点垂深1800，降斜率1.2，目标点井斜角5，目标点垂深2000，闭合距400，闭合方位45）单击“设计”按钮即可。定向井目标对于定向井靶（圆形靶），您只需在轨道设计表格的靶半径列里，输入目标点的半径即可；定向井轨道计算为了更精确地描述实钻轨道，更好地与国际接轨，在定向井计算模块中，我们采用了高斯投影坐标系统，对测出磁方位角，为了把它换算我网格方位，我们不仅校正了磁偏角，还校正了网格收敛角。但是如果您出于某种原因，需要采用以往的真北参考北，也是可以的。1 如何选用网格参考北或真

12、北参考北并计算收敛角？在菜单中，选择设计|轨道设计，这时将首先出现本井属性对话框。在该对话框中选择网格参考北或真北参考北作为本井的参考北，为该井选择一井口或直接输入井口的高斯投影坐标（即纵x，横y），点击计算收敛角按钮即可。关于收敛角如何补偿，软件会自动处理。2 在测斜数据处理对话框中，我可以直接输入真北方位或网格方位吗？可以，事实上，该软件支持任意类型的测斜方位，您只需在井斜方位角分组框中任选“磁性”，“真北”，“网格”之任一种即可。在菜单中，选择计算|测斜数据，将出现如下对话框。3. 测斜数据处理对话框模块有哪些重要特性？ 1）增加了“Onscreen”功能，即输入测斜数后能立即得到计算结

13、果。 2）增加了数据拼接功能，即测斜数据无需从井口开始，而可以以任一连接点（tie in point）开始，该点可以有井斜、方位、位移等。 3）增加了对不同类型的井斜方位角的支持，也就是测斜方位可以是磁方位、真方位、和网格方位的任一种。 4）数据过滤，确保正确的数据输入： 为避免“垃圾进，垃圾出”的错误数据输入、输出，特采取如下措施： 在只能输入数字的地方不允许字母输入，只能输入正数的地方屏蔽负号的键入； 不允许超过180度的井斜数据输入到编辑框内，不允许超过360度的方位角数输入到编辑框内； 不允许当前井深小于上一测点的井深或大于下一测点的井深； 不允许井深小于垂深的现象出现。绘图1. 如何

14、绘制水平投影图垂直投影图，三维立体图和混合视图（壁挂图Wall plot）？ 步骤1：选择轨道，在菜单中，选择绘图|轨道，在对话框选择所要绘制的轨道； 步骤2：设置绘图选项及参数，在菜单中，选择绘图|绘图数据，在对话框中设置绘图选项及参数。 步骤3：屏幕预览和调整，调整到您满意时即可打印。2. 如何调整图像？ 当图像出现在屏幕上时，您可双击鼠标调整坐标圆点，可用鼠标拖动图像，可按“I”“O”键实现图像“缩/放”，可按“”“”，“ ”“ ”，“”“”键实现三维形的旋转，单击鼠标右键将出现选项对话框。当您显示混合视图时，混合视图对话框将自动出现，这时您就可以实现垂直投影图、水平投影图和三维立体图的

15、任意混排，您可在该对话框中，设置各种图形的位置、大小、比例及活动状态等，只有当某一轨道处于活动状态时您才可对它进行更多的调整。钻具组合1. 如何计算弯接头或弯壳体的造斜率？ 在菜单中，选择钻具|弯接头弯壳体选择，输入参数，单击计算即可。2. 如何进行工具面计算？ 在菜单中，选择钻具|工具面，当您转移输入焦点时，软件会自动判断和计算。当计算井段较长时建议采用恒装置角，即在对话框中，选中恒装置角复选框。与MS Office兼容的打印输出 Steerer的所有打印输出均可在MS Office里直接调用，编辑和进一步美化， 这是其它定向井软件目前所不具备的功能。使用方法： 当您准备在Steerer里打印文档或图片时会弹出如下对话框：这时回答是，Steerer将自动在当前目录下生成Windows图元文件，文件名分别为Meta1.wmf，Meta2.wmf，.，分别代表第1，2，.页。这样您就可在Office里，使用插入菜单的插入图片文件命令插入Meta1,2,3.wmf，然后您就可在Office里编辑和进一步美化这些图片。 最后您可将它们以Email的方式通过Internet发送到世界各地。中英文切换 在菜单中，选择语言|英语或Language|Chinese即可。