定向井中常用计算方法.docx

1、定向井中常用计算方法定向井施工中常用计算方法钻井一公司 赵相泽编内部资料. 讲课用, 错误难免,请误外传一. 定向井剖面专业术语1.井深：井眼轴线上任一点,到井口地井眼长度,称为该点地井深,也称该点地测量井深或斜深.2.垂深：井眼轴线上任一点,到井口所在水平面地距离.3.水平位移：井眼轨迹上任一点,与井口铅垂线地距离.也称该点地闭合距.4.井斜角：井眼轴线上任一点地井眼方向,与通过该点地重力线之间地夹角.5.最大井斜角：全井井斜角地最大值.6.方位角：在以井眼轨迹上任一点为原点地平面坐标系中,以通过该点地正北方向为始边,按顺时针方向旋转 至该点处井眼方向线在水平面上地投影线为终边,其所转过地角

2、度称为该点地方位角.7.造斜率：在定向井中,开始定向造斜地位置叫造斜点.通常以开始定向造斜地井深来表示.8.井斜变化率：单位井段内井斜角地变化值.通常以两测点间井斜角地变化量与两测点间地井段地长度地比 值表示.9.方位变化率：单位井段内方位角地变化值.通常以两测点间方位角地变化量与两测点间地井段地长度地比 值表示.10.造斜率：表示造斜工具地造斜能力.11.全角变化率：在单位井段内井眼前进地方向在三维空间内地角度变化.12.增斜率：井斜角随井深增加地井段.13.稳斜段：井斜角保持不变地井段.14.降斜段：井斜角随井深增加而逐渐减小地井段.15.目标点：设计规定地必须钻达地地层位置.通常以地面井

3、口为坐标原点地空间坐标系地坐标来表示.16.靶区半径：允许实钻井眼轨迹偏离设计目标点地水平距离.17.靶心距：在靶区平面上,实钻井眼轴线与目标点之间地距离.18.工具面：在造斜钻具组合中,由弯曲工具地两个轴线所决定地那个平面.19.反扭角：使用井底马达带弯接头进行定向造斜或扭方位时,动力钻具启动前地工具面与启动后且加压钻 进时工具面之间地夹角.反扭角总是工具面逆时针转动.20.高边：定向井地井底是一个呈倾斜状态地圆平面,称为井底圆.井底圆上地最高点称为高边.从井底圆心至 高边之间地连线所指地方向,称为井底高边方向.高边方向上地水平投影称为高边方位,即井底方位.21.工具面角：是表示造斜工具下到

4、井底后,工具面所在地位置参数.有两种表示方法：一种是以高边为基准, 一种是以磁北为基准.高边基准工具面,简称高边工具面,是指高边方向线为始边,顺时针转到工具面与井底圆平面 地交线上所转过地角度.磁北基准工具面等于高边工具面角加上井底方位角.22.定向角:是定向工具面角地简称在定向造斜时当启动井下马达之后工具面所处地位置用工具面角表示,即为定向工具面角定向角可用高边工具面角表示,也可用磁北工具面角表示.23.安置角:是安置工具面角地简称在定向时，当启动井下动力钻具之前，将工具安置地位置，以工具面角表示. 即为安置工具面角安置角在数值上等于定向角加反扭角.二.数据处理1根据规定测斜数据计算方法为平

5、均角法，平均角法计算简单，并且准确度较高，特别适用于现场.平均角法计算方法：式中：a是1点井斜角与2点井斜角地平均值,称平均井斜角；也是1点方位角与2点方位角地平均值，称为平均方位角;L是1.2点间地段长（斜深）；（M ）H是1.2点间地垂长（垂深）；（M ）S是1.2点间地水平位移；（M ）N是S在北轴上地投影；（M ）E是S在东轴上地投影；（M ） 故闭合距Se和闭合方位由分别为：、（3N）2 （ J1空 护tgInAN.AE分别为每一小段位移（S）在北轴东轴上投影地迭加值.实例：已知井深140M时井斜0.18?方位359在井深170m，200m，230m和260m时，井斜和方位分别是 0

6、.37?250? 0.642230? 0.43? 216.98? 0.28辺24.26?通过带入以上公式计算列表如下井深井斜方位垂深东轴位移北轴位移闭合位移闭合方位狗腿度1400.18014000.220.223600.041700.37250170-0.140.170.22321.590.562000.64230200-0.360.040.37276.030.322300.43216230-0.56-0.160.58253.520.242600.28224260-0.68-0.310.74245.720.16三井身剖面各项参数地计算已知地面坐标，目标点坐标.垂深.最大井斜计算造斜点及各段长度

7、实例：已知地面井口坐标：X=3943724.2Y=203423916靶点垂深 2730m X 3943675Y3943675 Y 20342225(最大井斜角)25 靶心半径R=20M根据已知条件，设计成直增稳剖面.求：造斜点及各段参数解：(1)根据井口坐标 靶点坐标，计算本井总位移，根据闭合位移公式s=、(T3T)22S4 (3943675-39437242)2 (20342225 - 20342391.6)2 =173.11 (M)一、 IE(2)计算本目标闭合方位$闭由公式= 1N工=20342225-20342391.6=166.6XN =3943675943724.2=49.2由SN

8、S可知目标点在第三象限；代入公式 片73.5 0 闭=180+73.5 (3)根据油田标准造斜率4.5/30 (在现场可根据实际情况来选择造斜率例3.6/3m4/3m).井斜增到25ana25；需要段长 X30=166.67M由平均角法计算公式H=L cos a4.5 sS=L sin (a为平均井斜)可计算出 H 造=166.67cos12.5=162.71MS 造=166.67si n12.5=36.07MH造为造斜段垂深S造为造斜段产生地位移(4)知道总位移和造斜段所产生地位移可计算出稳斜段需产生地位移我们用S稳表示S 总S 造=173.1736.07=137.04m由平均角法计算公式

9、H = LcoScS=Lsi ncaS 137 04我们可推出稳斜段斜深L稳= 324.28米sinc sin 25S 137 04稳斜段垂深 H 稳= cos c cos25 = 293.89 Msin% sin 25(5)根据上地计算可以反推出造斜点=H 目标点H 造H 稳=2730-162.7293.89=2273.4m目标点斜深 L 目标点=H 造+L 稳=2273.4+166.67+324.28=2764.35M根据以上计算我们可以得到造斜点2273.4m造斜段2273.42440.07m 井斜从025。造斜率4.5/3。方位保持253.5 稳斜段244.072273.4m井斜25不

10、变 方位保持在253.5 在实钻过程中，我们过程中我们选择造斜点,往往要留有余地也就是提前50-100M造斜,在实钻过程中,由 于直井段不可能是0度,总是会产生一定位移有反向有正向我们都可以根据以上地步骤来重新校正目标点与计 算点地总位移和对靶立位，来重新设计造成斜点和名段地参数,只要我们掌握上面这种方法举一反三，你会发现直 增剖面，直增稳降直，直增增剖面都可以利用上述思路利用计算器来计算推导造斜点及设计剖面.三方位控制计算方位漂移是客观存在地现实，其中地层走向对方位影响有一定规律根据地层各向异性原理，井斜方位有着向 垂直于地层走向地方向漂移地趋势如图：在地层倾角小于45 井斜方位将向上倾（反

11、倾），例如:中原油田某地层倾向110倾角15设计方位为180.由 方位漂移将会增方位，设计方位如果是20方位漂移将会出现减方位.造斜工具地装置角在定向井地方位控制中是非常重要地，造斜工具装置角决定了便用这个造斜工具钻出地 新井眼是增方位还是减方位或是稳方位.正确地装置角可以决定这个造斜工具造斜率如何分配，即有多少用于改 变井斜角，有多少用于改变方位角,关链在于确定好造斜工具地装置角目前在有线随钻条件下，可以随时了解井府 装置角地大小，这就为准确计算在一定装置角下，井斜.方位.变化适用地公式磁性定向法：1.数学计算磁性定向法它适用于井斜小于8 （随仪器不同有变化）它是利用装置方位角不变把方位，钻

12、出地井眼轴线是 一条圆滑地曲线，而这条圆弧曲线乃是空间一斜面上地圆弧曲线，其推导出地公式为sin sin，cos acos acosrsin a ?sin 丫 ？cosw (1)tg 空空 sin： cos cos： sin cos . sisisin 3= 一sincos=：sina1cosY +sin ；2on ；1conw sin a= (4)w sin cos sin2 sin2 sin2_ tg2 sin 二! sin(： )w 0上式中当增斜按方位时根号前取负号减斜扭方位时根号前取+号当i寸,5式将出现tg石飞地不定w形式此时需要按下式计算垃石虫，PQ1-5式为扭方位一般计算公式，

13、它适用于所有情况，在实际工作中有几种常用地特定条件下地扭方位计算公式, 若将这些特定条件代入1-5式可得到简化计算公式190c扭方位，弯接头初好装置角W为均0增方位时用+90减方位时用90已知：弯接头造斜率为K,扭方位前井斜角a井斜方位角右要求方位扭角 (计算扭方位井段狗腿度第扭完方位后地井斜角a2扭方位井段长度AL可得到简便公式tg” 二-tg -sina 1“+. ”取法及意义如下:当w+90?寸式中取+号 (为正值表示增方位当w 一90?寸式中取一号 (为负值表示减方位cos oe= cos icos 丫 (7)tg 丫 =tg sin a (8)(为正值式中取“+”号(为负值式中取“一

14、”号Y报刊方位井段长度 L可用下式 Lh (9)K2稳斜扭方位已知弯接头造斜率K,扭方位前井斜角a和井斜方位角右要求方位扭转角 帕于稳斜扭方位，扭完方位后c= a,屉=也+计算：弯接头初始装置角g扭方位井段地第扭方位钻进井段长度L2 2cos 丫 =co+sin (10)cos ： 1 cos “ - cos ： 1cos g= (11)sin a1sin /(12)12式中正负号取法，当需要增立位时即式中取“”号扭方位井段AL仍按9式计算3全力扭方位即是最大可能发挥造斜工具地能力，最快速度扭方位.已知 K. a.).A计算：扭方位井段狗腿角y造斜工具装置用扭方位井段长度AL,扭完方位右地井斜

15、角a这就是计算全力扭方位时造斜工具装置用地公式，式中地正负号取法为：需要增方法取“+”，需要减方位取“一(15)Sin 丫 =sjsinaAcosot 1Cos a 2= (16)cos ?扭方位井段长度AL仍可用,9式计算.以上三种特殊情况下地扭方位计算公式,都是保持装置方位角不变扭方位地，下面瘵一例题,对比三种特殊 扭方位地区别.例 某定向井已钻至井深1500M井斜角22o方位角150?要求将方位扭至120田知,造斜工具地造斜率为 K = 9o/100试分别按如下扭方位方式计算弯接头装置角及其它参数.(1)要求在增斜情况下钻进150M,完成扭方位(2)用90o扭方位方式(3)用稳斜扭方位方

16、式(4)用主力扭方位方式根据已知条件代入计算公式计算(略去计算过程)现将计算结果列于下表各种扭方位方式比较扭方位方式计算造斜钻速150M90扭主位稳斜扭方位全力扭方位Q279.3270256.0241.8r13.5012.211.110.8AL150135.60123.64119.95a27.425.022019.30由上表可以看出(1)扭方位方式不同,装置角就不同,扭方位井段地长度和狗腿角也不同扭完方位后地井斜角也不相同，这就告诉我们,要根据实钻井限轴线与设计井限轴线地差别情况，正确地选择扭方 位方式，不要盲目地一律采用90o扭方位.(2)扭方位段长度，以常规扭方位方式最大(150) M,9

17、0o扭方位次之(135.60M),稳斜扭方位再次之(123.67 M,主力扭方位最短(119.95M当需要在最短井段内完成扭方位要求，可以采用全 力扭方位.(3)扭完方位后地井斜角，在稳斜扭方位方式下不变，在常规方式和90扭方位方式下井斜角均是增加地在主力扭方位方式下，井斜角是已减小地可是全力方位之所以扭地最小是花了代价, 这个代价你是井斜角地减小.二高边定向法(1)数学计算法保持装置角不变扭方位,是在我们现场中用多(即用高边扭方位)它地推导出地数学公式为a = y COS 3 (17)：2tgr o =ln 彳 tg - (18) tg -2Y或护 sin (19)a1 +a2sin2sin

18、豹 K(f)=K (20)si n。注K $为方位变化率,K为造斜率我们注意到当3=90时就是90扭方位；3=90时井斜角,a常数，就是稳斜扭方位,我们可以证明3=90就 是主力扭方位，(注意,与磁性定向时,90扭方位地并不是全力扭方位)例1已知a=22 $=150? 妒120? K=9?/100m现要求完成钻进150M完成扭方位，求3和a.=Y COs 3丨 sin( ： 1Sin利用直接连代法，可以求出3和.计算得 3=-67.56? a =5.15?沪27.15?例2 已知条件同上题现已定3=-80求完成扭方位钻进地开段长度AL及扭完方位后地井斜角02 将 1718式稍作变化即得:1 =

19、2arctg In tg 加tg20 2 L=K cos20将给定条件代入上式中求出燃后将代入式中求L例计算结果若2.07 2a24.07 L=132.25例3已知条件同例1现限定3= 90求扭方位井段长度AL及扭方位地井斜角od代入20式 K = (9/100M)又 =24.03?/100si n22 30 L= =124.87M24.03/100当以上三例可看出,对于装置角不变扭方位来说90扭方位(也是稳斜扭方位,全力扭方位)地计算最为简 单限定装置角(为-290以外地其它任意角度)扭方位计算也不复杂唯有限定扭方位长度时计算较为复杂需要 用造代法计算.B为圆心，以丫为半径画弧，交OP线为A

20、点,并连接AB;(5)自B点OP线作垂线,垂足为C点；(6)量角ZPAB,即为装置角3(7)量 AC长度，换算成角度，即为 a并求出0=01+a值得注意地是第(3)步作a角时，也可以在OP线之下；(为负值时,a作在OP线之上.还应注意，第(4)步以丫为半径画O弧交于OP线有两个交点，也要注意选择，当需要增斜时,选左边地点为A 点；当需要降斜时，选右边地点为A点.还应注意，在装置角3时,要量以OP线为始终边，顺时针转到AB线上转过地角度以上三点注意问题可用 图表示.32为减斜减方位装置角33为减斜增方位装置角34为增斜减方位装置角上图我们还可以用坐标图来表示如下图I象限里地角为增斜增方位 n象限里地角为降斜增方位 川象限里地角为降斜减方位 IV象限里地角为增斜减方位