2井眼轨迹的基本概念.ppt

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1、井眼轨迹的基本概念,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；,韩志勇,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。,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

2、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。二测点之间的井段长度称为段长。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。,井眼轨迹的基本参数,井斜角： 井眼轴线上每一点都有自己的井眼前进方向。 过井眼轴线上的某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

3、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。,井眼轨迹的 基本参数,井斜方位角： 1. 井眼轴线上每一点，都有其井眼方位线；称为井眼方位线，或井斜方位线。井眼轴线上某点处的井眼方向线投影到水平面上，即为该点的井眼方位线（井斜方位线） 2. 井眼轴线投影到水平面上以后，过其上每一点作投影线的切线，该切线向井眼前进方向延伸部分，即为该点的井眼方位线，或称井斜方位线。 上述1和2两个定义，是相同的，都是正确的。 以正北方位线为始边，顺时针方向旋转到井眼方位线（井斜方位线）上所转过的角度，即井眼方位角。注意

4、，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方位线也都是有向线段，都可以用矢量表示。,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，方向线和狗腿角，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，

5、也要特别注意这个区别。,井眼轨迹的基本参数,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。磁北方位与正北方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,不准确的说法：“地北与磁北之间的差值，称为磁偏角”“以地球北极为准，磁北在其右边的为东磁偏角，”,井眼轨迹的基本参数,磁偏角 磁篇角地图：,井眼轨迹的基本参

6、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。,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；,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

7、得方位角1200，求真方位角=？如果用象限角表示，象限角=？,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=？ 答：真方位角=3570 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=？ 答：真方位角=2.10,3. 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=？ 答：真方位角=2870； 测得象限角=N67.50W；校正后象限角=N730W； 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=？ 答：真方位角

8、=1250； 测得象限角=S600E；校正后象限角= S550E ；,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：,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

9、，以相邻二测点间的井斜方位角变化值（ ）与二测点间井段长度（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：,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。,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

10、剖面图。 最大特点：柱面展平后，井眼长度和井斜角都保持不变。,井眼轴线形状的 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。,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

11、影面选在原设计方位线所在的铅垂平面上(横坐标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。,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

12、里的坐标值。,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，视平移

13、可以定义为水平位移在设计方位线上的投影。视平移以字母表示。,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。,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），既反映了井斜角的变化，又反映了井斜方位角的变化。人们将此角度称为全角

14、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。,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：,井眼曲率及其计算,第一套公式证明 井轴上取微段dL。根据微分几何原理，微段的曲率为：

15、根据几何关系，,井眼曲率及其计算,第一套公式证明 对上三式再次求导，并令： 则可得： 将此三式代入并化简，即得：,井眼曲率及其计算,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。,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:,井眼曲率及其计算,第二套公式证

16、明 由CDE和CDE得： 二式联立可得： 有几何关系可得： 此四式代入上式可得：,井眼曲率及其计算,第二套公式查图法：,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。,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

17、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。,课后作业：,用不同方法计算狗腿角,课后作业： 圆柱螺线的曲率计算（选作）,已知某段井眼轴线参数为： 1=20；2=40；1=150；2=1940；L=100m; 要求计算： 1. 分别用三套方法计算该段的井眼曲率； 2. 已知该测段为圆柱螺线，要求每隔10m，计算一个点的井眼曲率。（需要先推导出圆柱螺线上每一点的曲率计算公式） 将1和2计算的结果进行对比，并进行讨论。,课后复习：,定向井设计与计算： P.1 绪论； P.2P.14 定向井基本概念 讲课与教材有矛盾者，以讲课为准。,