2定向井概念

1、井眼軌跡的基本概念,井身的基本參數(shù)；井斜變化率與井斜方位變化率；井眼軸線形狀的圖示法；其他井身參數(shù)；井眼軸線在平面圖上的曲率；井眼曲率；,中海油田服務(wù)有限公司--邢忠璽,定向井培訓(xùn)材料—邢忠璽,,,定向井的定義,一、定向井 定向鉆井是使井眼沿預(yù)先設(shè)計的井眼軸線（井眼軌跡）鉆達預(yù)定目標(biāo)的鉆井過程。（井斜控制是使井眼按規(guī)定的井斜、狗腿嚴重度、水平位移等限制條件的鉆井過程）。二、水平井,,,,,,,,,,,,,,

2、,定向井培訓(xùn)材料—邢忠璽,井眼軌跡的基本參數(shù),所謂井眼軌跡，實指井眼軸線。一口實鉆井的井眼軸線乃是一條空間曲線。為了進行軌跡控制，就要了解這條空間曲線的形狀，就要進行軌跡測量，這就是“測斜”。目前常用的測斜方法并不是連續(xù)測斜，而是每隔一定長度的井段測一個點。這些井段被稱為“測段”，這些點被稱為“測點”。測斜儀器在每個點上測得的參數(shù)有三個，即井深、井斜角和井斜方位角。這三個參數(shù)就是軌跡的基本參數(shù)。,定向井培訓(xùn)材料—邢忠璽,井眼軌跡的

3、基本參數(shù),井深：指井口(通常以轉(zhuǎn)盤面為基準(zhǔn))至測點的井眼長度，也有人稱之為斜深，國外稱為測量井深(Measure Depth)。井深是以鉆柱或電纜的長度來量測。井深既是測點的基本參數(shù)之一，又是表明測點位置的標(biāo)志。井深常以字母Ｌ表示，單位為米(m)。井深的增量稱為井段，以ΔＬ表示。二測點之間的井段稱為測段。一個測段的兩個測點中，井深小的稱為上測點，井深大的稱為下測點。井深的增量總是下測點井深減去上測點井深。,定向井培訓(xùn)材料—邢忠璽,

4、井眼軌跡的基本參數(shù),井斜角：過井眼軸線上某測點作井眼軸線的切線，該切線向井眼前進方向延伸的部分稱為井眼方向線。井眼方向線與重力線之間的夾角就是井斜角。顯然，井眼方向線與重力線都是有向線段。井斜角表示了井眼軌跡在該測點處傾斜的大小。井斜角常以希臘字母α表示，單位為度(°)。一個測段內(nèi)井斜角的增量總是下測點井斜角減去上測點井斜角，以Δα表示。,定向井培訓(xùn)材料—邢忠璽,井眼軌跡的基本參數(shù),井斜方位角：某測點處的井眼方向線投影到

5、水平面上，稱為井眼方位線，或井斜方位線。以正北方位線為始邊，順時針方向旋轉(zhuǎn)到井眼方位線上所轉(zhuǎn)過的角度，即井眼方位角。注意，正北方位線是指地理子午線沿正北方向延伸的線段。所以正北方位線和井眼方位線也都是有向線段，都可以用矢量表示。,定向井培訓(xùn)材料—邢忠璽,井眼軌跡的基本參數(shù),井斜方位角常以字母φ表示，單位為度(°)。井斜方位角的增量是下測點的井斜方位角減去上測點的井斜方位角，以Δφ表示。井斜方位角的值可以在0～360°

6、 范圍內(nèi)變化。注意“方向”與“方位”的區(qū)別。方位線則是水平面上的矢量，而方向線乃是空間的矢量。只要講到方位，方位線，方位角，都是在某個水平面上；而方向和方向線則是在三維空間內(nèi)(當(dāng)然也可能在水平面上)。井眼方向線是指井眼軸線上某一點處井眼前進的方向線。該點的井眼方位線則指該點井眼方向線在水平面上的投影。在學(xué)習(xí)扭方位計算時，也要特別注意這個區(qū)別。,定向井培訓(xùn)材料—邢忠璽,井眼軌跡的基本參數(shù),磁偏角目前廣泛使用的磁性測斜儀是以地球磁北方位

7、為基準(zhǔn)的。磁北方位與正北分位并不重合而是有個夾角，稱為磁偏角。磁偏角又分為東磁偏角和西磁偏角。東磁偏角指磁北方位線在正北分位線的東面，西磁偏角指磁北方位線在正北分位線的西面。用磁性測斜儀測得的井斜方位角稱為磁方位角，并不是真方位角，需要經(jīng)過換算求得真方位角。這種換算稱為磁偏角校正。換算的方法如下： 真方位角＝磁方位角＋東磁偏角真方位角＝磁方位角－西磁偏角,定向井培訓(xùn)材料—邢忠璽,井眼軌跡的基本參數(shù),磁偏角磁篇角地圖：,定向井培訓(xùn)材

8、料—邢忠璽,井眼軌跡的基本參數(shù),象限角 井斜方位角還有另一種表示方式，稱“象限角”它是指井斜方位線與正北方位線或與正南方位線之間的夾角。象限角在 0～90度之間變化。書寫時需注明所在的象限，如N67.5°W。,定向井培訓(xùn)材料—邢忠璽,井眼軌跡的基本參數(shù),象限方位角得校正，更為麻煩。區(qū)別東西磁偏角；區(qū)別在那個象限里；,定向井培訓(xùn)材料—邢忠璽,磁偏角校正(課堂練習(xí)),1. 我國勝利油田的磁偏角大約是西偏5.50。某測點測得

9、井斜方位角為2.50，求真方位角=？2. 我國新疆克拉瑪依油田的磁偏角大約是東偏4.10。某測點測得井斜方位角為3580，求真方位角=？,3. 西磁偏角5.50，測得方位角292.50，求真方位角=？如果用象限角表示，象限角=？4. 東磁偏角50，測得方位角1200，求真方位角=？如果用象限角表示，象限角=？,定向井培訓(xùn)材料—邢忠璽,井斜變化率和井斜方位變化率,井斜角和井斜方位角是在隨著井深而不斷變化的。既然在變化，就有變化快慢之分

10、。變化率就是變化的快慢。 井斜變化率：是指井斜角隨井深變化的程度，以Ｋα表示。嚴格地講，井斜變化率是井斜角α對井深Ｌ的一階導(dǎo)數(shù)，可寫為：以增量代替微分，以相鄰二測點間的井斜角變化值（Δα）與二測點間井段長度（ΔL）的比值來表示井斜變化率的。求得的乃是該測段的平均井斜變化率：,,,定向井培訓(xùn)材料—邢忠璽,井斜變化率和井斜方位變化率,井斜方位變化率：是指井斜方位角隨井深變化的程度，以Ｋφ表示。嚴格地講，井斜方位變化率是井斜方位角φ

11、對井深Ｌ的一階導(dǎo)數(shù)，可寫為：以增量代替微分，以相鄰二測點間的井斜方位角變化值（Δφ ）與二測點間井段長度（ΔL）的比值來表示井斜方位變化率的。求得的乃是該測段的平均井斜方位變化率：,定向井培訓(xùn)材料—邢忠璽,井眼軸線形狀的圖示法,三維坐標(biāo)圖示法：井眼軸限的特點：形狀復(fù)雜，結(jié)構(gòu)簡單。無法給人以立體感。需要采用輔助面增強立體感。只在特殊時候采用。,定向井培訓(xùn)材料—邢忠璽,井眼軸線形狀的圖示法,柱面圖表示法：垂直剖面圖的形成：

12、實鉆井眼是一條空間曲線，設(shè)想經(jīng)過這條曲線上的每一個點作一條鉛垂線，所有這些鉛垂線就構(gòu)成了一個曲面。這個曲面與水平面的交線就是這口井的水平投影圖。這個曲面乃是柱面，它的顯著特點，是可以展平到平面上。當(dāng)這個柱面展平時，井眼軸線也被展到平面上，這就是井眼軸線的垂直剖面圖。,定向井培訓(xùn)材料—邢忠璽,井眼軸線形狀圖示法,柱面圖表示法：此法曾在我國油田現(xiàn)場得到廣泛使用。包括兩張圖：一是水平投影圖，相當(dāng)于俯視圖，與投影圖表示法相同；一是垂直

13、剖面圖(橫坐標(biāo)P，縱坐標(biāo)D)，與垂直投影圖不同，它不是在某個鉛垂平面上的投影。 優(yōu)點：憑著這兩張圖，即可了解井眼的 空間形狀； 可以反映出井身參數(shù)的真實值 作圖容易，利用測斜資料算出每個測點的坐標(biāo)位置，即可作圖。,定向井培訓(xùn)材料—邢忠璽,井眼軸線形狀的圖示法,投影圖表示法 相當(dāng)于機械制圖中的視圖表示法，在國外使用廣泛。這種圖示法包括兩張圖：一張是水平投影圖，相當(dāng)于俯視圖。一張是垂直投影圖，相當(dāng)于側(cè)視圖，其投影面選在原設(shè)計方

14、位線所在的鉛垂平面上(橫坐標(biāo)V，縱坐標(biāo)D)。 投影圖主要用于指導(dǎo)施工。優(yōu)點：從圖上可直接看出，需要增斜還是需要降斜，需要增方位還是需要減方位。也可根據(jù)這張圖，可以想象出井眼軸線的空間形狀。缺點：這種垂直投影圖不能反映出井身參數(shù)的真實值。,定向井培訓(xùn)材料—邢忠璽,其他井身參數(shù),垂直深度：簡稱垂深，是指軌跡上某點至井口所在水平面的距離。垂深的增量稱為垂增。垂深常以字母Ｄ表示，垂增以ΔＤ表示。 水平投影長度：簡稱水平長度或平長，是指井

15、眼軌跡上某點至井口的長度在水平面上的投影，即井深在水平面上的投影長度。水平長度的增量稱為平增。平長以字母Ｐ表示，平增以ΔＰ表示。Ｎ坐標(biāo)和Ｅ坐標(biāo)：是指軌跡上某點在以井口為原點的水平面坐標(biāo)系里的坐標(biāo)值。,定向井培訓(xùn)材料—邢忠璽,其他井身參數(shù),水平位移：簡稱平移，指軌跡上某點至井口所在鉛垂線的距離，或指軌跡上某點至井口的距離在水平面上的投影。此投影線稱為平移方位線。水平位移常以字母Ｓ表示。平移方位角：指平移方位線所在的方位角，即以正北方位

16、為始邊順時針轉(zhuǎn)至平移線上所轉(zhuǎn)過的角度，常以字母θ表示。閉合距與閉合方位：國外將水平位移稱作 閉合距(Closure Distance)，將平移方位角稱作閉合方位角(Closure Azimuth)。我國現(xiàn)場常特指完鉆時的水平位移為閉合距，平移方位角為閉合方位角。 水平位移和水平長度是完全不同的概念。,視平移：有人稱為投影位移，英文稱Vertical Section，是水平位移在設(shè)計方位線上的投影長度。視平移以字母Ｖ表示。視平移也可

17、以定義為水平位移在設(shè)計方位線上的投影。,定向井培訓(xùn)材料—邢忠璽,井眼軸線在柱面圖上的曲率,柱面圖上的曲率：垂直剖面圖上的曲率：等于井斜角對井深的一階導(dǎo)數(shù)，以KH表示。正好等于井斜變化率Kα。水平投影圖上的曲率：等于井斜方位角對水平投影長度的一階導(dǎo)數(shù)，以KA表示。他與井斜方位變化率不同。,定向井培訓(xùn)材料—邢忠璽,井眼曲率及其計算,井眼曲率的概念：井斜角表示井眼偏離鉛垂線的程度。井斜不僅有斜度變化，還有井斜方位的變化 。井斜角和井

18、斜方位角的不斷變化，反映了井眼前進方向的變化。從一點到另一點，井眼前進方向變化的角度（兩點處井眼前進方向線之間的夾角），既反映了井斜角的變化，又反映了井斜方位角的變化。人們將此角度稱為全角變化值，或稱為狗腿角，通常以γ表示。井段長度不變，狗腿角越大，則井眼前進方向變化的越快，井眼彎曲越厲害，井眼曲率越大。井眼曲率也稱為全角變化率，又稱狗腿嚴重度(簡稱為狗腿度)，都是同一個概念，是指單位長度井段內(nèi)狗腿角的大小。井眼曲率計算方法:

19、有公式計算法 、查圖法、圖解法、查表法和尺算法等五種。后四種皆來源于公式計算法。公式計算法又可分為三套。,定向井培訓(xùn)材料—邢忠璽,井眼曲率及其計算,第一套計算公式：根據(jù)空間微分幾何原理推導(dǎo)，可得： 對于一個測段來說，以 和 代入 ，

20、 并以測段平均井斜角 代替公式中的α，得到： 令： 則：,,,,,,,,,定向井培訓(xùn)材料—邢忠璽,井眼曲率及其計算,第一套公式的圖解法：（1）作水平射線ＯＡ；（2）作∠ＢＯＡ＝αc ；（3）以一定長度代表單位角度，量ＯＢ

21、＝ΔΦ；（4）自Ｂ點向ＯＡ作垂線，垂足為Ｃ點；（5）按步驟（3）中的比例（以長度代表角度的比例），量ＣＡ＝Δα；（6）連接Ａ、Ｂ，并量Ａ、Ｂ長度，按步驟（3）中的比例換算成角度，此角度即狗腿角γ。,定向井培訓(xùn)材料—邢忠璽,井眼曲率及其計算,第二套計算公式：這是Lubinsky先生根據(jù)空間平面圓弧曲線推導(dǎo)的。假定測段是斜面圓弧曲線，則測段的狗腿角γ：式中 ：若用半角和平均角形式表達,則可得:,,,,定向井培訓(xùn)材料—邢

22、忠璽,井眼曲率及其計算,第二套公式查圖法：,定向井培訓(xùn)材料—邢忠璽,井眼曲率及其計算,第三套計算公式這套公式源于沙尼金圖解法，其表達式為：這顯然是任意三角形余弦定理的表達式，因而也可用圖解法來解γ：,,（1）選取一定比例，以一定長度代表單位角度，作線段ＯＡ，使其長度代表α1 ； （2）作ＯＢ線段，使∠ＢＯＡ＝ΔΦ； （3）按步驟（1）的比例，量ＯＢ＝α2 ； （4）連接Ａ、Ｂ，并量ＡＢ的長度，按步驟（1）

23、的比例換算成角度，即為γ。,定向井培訓(xùn)材料—邢忠璽,井眼曲率及其計算計算方法的選擇,第一套公式，數(shù)學(xué)推導(dǎo)嚴密，是用于各種形狀的井眼，具有普遍性。第二套公式是建立在假設(shè)井段是平面曲線，而且是平面圓弧曲線的前提下推導(dǎo)，適用于平面曲線的井眼，例如，用彎曲動力鉆具定向鉆進鉆出的井眼。第三套公式本身就是近似公式，只能是用于井斜角較小，井斜方位角也較小的情況下。我國定向井標(biāo)準(zhǔn)化委員會制定的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：使用第一套計算公式。,定向井培訓(xùn)材料—邢忠