第1章定向井轨迹计算及评价
石油钻井行业定向钻井井眼轨迹计算

V2 S 2 cos( 0 2 )
§2-2 测斜计算方法
1、正切法 2、平均角法
3、平衡正切法
4、圆柱螺线法 5、校正平均角法 6、最小曲率法 7、弦步法
§2-2 测斜计算方法
1、正切法
正切法又称下切点法。 假设:测段为一直线,方向与 下测点井眼方向一致。 所有方法中最简单的,计算误 差最大的。
定向井井眼轨迹计算
本章内容提要
§2-1 测斜计算概述 §2-2 测斜计算方法 §2-3 定向井轨迹质量评价
§2-1 施工:将计算结果绘图,及时掌握井眼轨迹发展
的趋势,及时采取有效措施;
资料保存:井眼轨迹的数据,是一口井的最重要数据
之一,对钻井、采油、修井、开发,都有重要意义。
H 2 H1 H N 2 N1 N
tg 1 E 2 N 2 90 2 270 1 tg E 2 N 2 180
L p 2 L p1 L p
E2 E1 E
S2
2 2 N2 E2
N 2 0 N 2 0, E 2 0 N 2 0, E 2 0 N 2 0
第1测段:第0测点和第1测点之间的测段。
第0测点:有连接点时以连接点作为第0测 点;没有连接点时,要规定第0测点:α0=0; L0=L1-25;φ0=φ1;N0=0;E0=0;S0=0
§2-1 测斜计算概述
1、对测斜计算数据的规定
用于计算全井轨迹的计算数据必须是多点测 斜仪测得的数据。 磁性测斜仪测得的方位角数据,须根据当地 当年的磁偏角进行校正。 测点中若有一测点井斜角为零,则该点方位
H L cos c L p L sin c N L sin c cosc E L sin c sin c
定向井井身轨迹计算公式

定向井井身轨迹计算公式井身轨迹计算公式通常基于方位角和倾角的变化,通过测量这两个参数并施加合适的计算方法,从而获得井身轨迹的实时数据。
以下为常见的井身轨迹计算公式的详细介绍。
1.一般井身轨迹计算公式:在一般情况下,井身轨迹可以通过使用方位角(Azimuth)和倾角(Inclination)来计算。
方位角是井身相对于参考轴线的平面角度,倾角是井身相对于参考轴线的垂直角度。
(1)水平井身轨迹计算公式:对于水平井身,方向角为固定值0度,而倾角根据测量得到。
根据勾股定理的公式,可重写为:X=COS(倾角)*MDY=SIN(倾角)*MDZ=0其中,X、Y、Z分别是井身在三维空间坐标系中的X、Y、Z轴坐标,MD为测量的累计测深或测距。
(2)非水平井身轨迹计算公式:对于非水平井身,方向角和倾角都是动态变化的。
根据测量得到的方向角和倾角,可以使用三角函数计算井身在三维空间中的坐标位置。
X=COS(方位角)*COS(倾角)*MDY=SIN(方位角)*COS(倾角)*MDZ=SIN(倾角)*MD其中,X、Y、Z分别是井身在三维空间坐标系中的X、Y、Z轴坐标,MD为测量的累计测深或测距。
2.井身轨迹计算方法:井身轨迹的计算方法有很多,以下是其中两种常见的方法:(1)正演计算法:正演计算法是一种基于初始位置和起始方向进行连续迭代计算的方法,通过在每个测深点处使用三角函数和向量运算,根据方向角和倾角计算后面的点的位置。
这种方法适用于复杂的三维轨迹计算。
(2)逆演计算法:逆演计算法是一种从目标位置逆向计算的方法,它通过目标位置和方向,以及前一个点的位置和方向,通过反向的三角函数和向量运算计算前一个点的位置。
这种方法适用于实时测量和校正井身轨迹。
3.计算误差和改进方法:根据测量过程和仪器的精度,井身轨迹计算可能会引入误差。
为了减小误差,可以采用以下方法:(1)校正误差:在测量过程中,根据测量仪器的精度和标定,进行误差校正和修正。
定向钻井理论与技术

胜利油田河50井组
2、地下地质条件的要求
断层遮挡油藏:定向井比直井可发现和钻穿更多的油层; 薄油层:定向井和水平井比直井的油层裸露面积要大得多; 垂直裂缝的构造带:打直井很难钻遇裂缝,若钻定向井或水 平井,则钻遇裂缝的机会就大得多。
2、地下地质条件的要求
3、处理井下事故的需要
直井打斜了,也具有井斜角和方位角的变化,但那不是定向井。
定向钻井(directional drilling):使井身沿着预先设计的方向 和轨迹钻达目的层的钻井工艺方法。
井眼轨道(well trajectory):钻进之前人们预想的该井井眼轴 线形状。
井眼轨迹(well path):实际钻出来的井眼轴线形状。
井斜角增量(Δα ):下测点井斜
角与上测点井斜角之差。 Δα=αB-αA
1、井眼轨迹的基本参数
(3) 井斜方位角(Φ):某测点处的井眼方向线在水平面上的投影称
为井眼方位线(井斜方位线);以正北方位线为始边,顺时针方向 旋转到井眼方位线上所转过的角度。也称为井眼方位角、方位角。
井斜方位角增量(ΔΦ):
第1章 定向钻井技术概述(1学时) 第2章 井眼轨迹计算与评价(5~6学时)
§3-5 坐标系统及转换*
定向钻井理论与技术
第5章 管柱摩阻扭矩计算*(1学时) 第8章 水平井钻井技术(5~6学时) 第6章 定向井专用井下工具(4学时) §6-1 无磁钻铤 §6-2 螺杆钻具 §6-3 其它井下工具 第7章 定向井测量技术(2学时) §7-1 电磁测斜仪 第9章 丛式井技术*(2学时) §9-1 丛式井技术难点及对策 §9-2 井眼轨迹扫描与防碰技术 §8-1 水平井轨道设计方法 §8-2 水平井轨迹控制技术
定向水平井轨迹控制.课件

–钻头:特殊结构,侧切特性,各向异性 –地层:岩性,可钻性,各向异性,几何产状 –钻头作用力:钻压,侧向力,钻头转角,扭矩 –高压射流作用:清洗碎屑,辅助轴向破岩
2、钻柱及其底部钻具组合(BHA)分析
– 确定钻头对地层的机械作用力:井斜力和方位力 – 确定钻头指向:转角 – 确定钻压及钻头扭矩 – 确定钻柱或BHA任一点内力和挠度
井下动力滑动钻进目前存在的缺点:
✓ 钻柱滑动,受到较大的轴向阻力,不利于施 加钻压及大位移延伸
✓ 受井下马达排量限制,洗井效果不佳 ✓ 没有钻柱旋转,不利于修整井壁 ✓ 在有些情况下,机械钻速较慢
井下马达性能的不断改进 井下动力滑动钻进系统的改进
智能钻井系统的概念
(英国)Inglis T A. :定向钻井,石油工业出版社,1995
Ir1<Ir2<1 (Ddip<Dstr<Dn) Ir1=Ir2<1 (Ddip=Dstr<Dn) Ir1=Ir2>1 (Ddip=Dstr>Dn) Ir1>Ir2>1 (Ddip>Dstr>Dn) Ir2<Ir1<1 (Dstr<Ddip<Dn) Ir1<1<Ir2 (Ddip<Dn<Dstr) Ir1<Ir2=1 (Ddip<Dstr=Dn) Ir2>Ir1>1 (Dstr>Ddip>Dn) Ir2<1<Ir1 (Dstr<Dn<Ddip) Ir1>Ir2=1 (Ddip>Dstr=Dn) Ir1=1>Ir2 (Ddip=Dn>Dstr) Ir1=1<Ir2 (Ddip=Dn<Dstr)
定向井轨迹控制计算

……
总计偏差
……
∑+
……
∑-
井底定向法:工具面的标记
• 定向齿刀标记法:
– 适用于用氟氢酸测斜仪进 行测量; – 齿刀上的齿尖所指方位, 标志着造斜工具的工具面 方位。 – 测量时仪器最下面的铅模 压在定向齿刀上,留下齿 刀的印痕,于是可知道造 斜工具的工具面方位; – 同时,氟氢酸液瓶的液面 倾斜方位代表着井斜方位。 于是知道了工具面方位与 井斜方位的关系。 – 需在下钻前在裸眼内测得 井斜方位;
井底定向法• 方法5(间源自定向法之二):– 组成:氟氢酸测斜仪+定向齿 刀标记; – 使用条件: • 下钻前,先在裸眼井内进行测斜; • 无严重“井铁”磁性干扰;地区或地层 磁场无异常; • 井斜角不能等于零(>30); • 没有无磁钻铤; – 评价:这是早期既没有无磁钻铤,也没有 照相测斜仪条件下的定向方法。
– 组成:磁罗盘测斜仪+定向 键标记;
– 使用条件: • 下钻前,先在裸眼井内进行测斜; • 无严重“井铁”磁性干扰;地区或 地层磁场无异常; • 井斜角不能等于零(>30); • 没有无磁钻铤; – 评价:这是在没有无磁钻铤条件下用的 最多的定向方法。
井底定向法
• 照像测斜仪底片上定向方位角的阅 读方法 – 当井斜角较大时,照相底片上井 斜角的刻度圆,将变成椭圆,使 方位刻度线(放射线)失真; – 所以不能从底片上直接阅读定向 方位角 – 由于井斜方位线是高边,所以该 刻度线不失真; – 定向方位角要用阅读器阅读: • 先从底片上阅读井斜方位角; • 使底片上的高边方位线,对准 阅读器上的井斜方位角读值; • 从阅读器的方位刻度,读取定 向方位角;
骡鞋展开图
井底定向法:
一井定向计算

一井定向计算在石油钻井过程中,定向钻井技术是一项重要的技术手段,它能够使钻井井眼偏离垂直方向,实现井眼在地层中的定向探测或钻取。
而在定向钻井中,一井定向计算是至关重要的一环,它通过数学模型和计算方法,来确定钻井井身的位置和姿态,为钻井操作提供准确的指导。
本文将围绕一井定向计算展开讨论。
一、一井定向计算的基本原理一井定向计算的基本原理是基于三角测量的方法,借助陀螺仪测向仪等测量工具,通过测量井身内各方向的角度信息,以及地磁场和重力加速度等环境参数,来推算井身的位置和姿态。
在定向计算中,通常采用右手法则来表示坐标系,其中X轴表示东北方向,Y轴表示东北方向的垂直方向,Z轴表示竖直向上方向。
通过坐标系的定义,可以推算出井身在空间中的位置和方位。
二、一井定向计算的工具和数据在一井定向计算过程中,常用的工具是陀螺仪测向仪和测深仪。
陀螺仪测向仪是通过测量地磁场和重力加速度的方向,来得到井身相对于地球坐标系的方向信息;而测深仪则是通过测量钻井井深,来确定井身在空间中的位置。
同时,还需要准备井身方位和测深的初始值,以及其他环境参数,如地磁场的强度、倾角和方位角等。
三、一井定向计算的计算方法一井定向计算通常采用数学模型和计算方法,来推算井身的位置和姿态。
常用的计算方法有井斜方向统计法、最小二乘法、加权最小二乘法等。
在计算过程中,需要根据测量数据,运用三角学、向量运算和解析几何等数学知识,进行角度转换、距离计算、坐标变换等。
通过计算,可以得到井身在空间中的坐标值和姿态角度。
四、一井定向计算的应用一井定向计算在油气勘探与开发中有着广泛的应用。
首先,它可以帮助工程师确定井眼的位置和姿态,通过井斜和方位的控制,实现垂直钻井、水平钻井和定向钻井等不同钻井方式。
其次,定向计算还可以用于地质勘探中,通过记录井身的轨迹和方位信息,来确定地层的形状、厚度和分布等。
此外,一井定向计算也可以用于测量工程中,如隧道、管道和电缆的铺设等。
五、一井定向计算的精度和影响因素一井定向计算结果的精度受到多种因素的影响。
定向井轨迹设计计算方法探析

1.井眼轨迹的基本概念1.1定向井的定义定向井是按预先设计的井斜角、方位角及井眼轴线形状进行钻进的井。
(井斜控制是使井眼按规定的井斜、狗腿严重度、水平位移等限制条件的钻井过程)。
1.2井眼轨迹的基本参数所谓井眼轨迹,实指井眼轴线。
测斜: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”。
测点与测段: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”。
基本参数: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。
井深:指井口(通常以转盘面为基准)至测点的井眼长度,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L表示,单位为米(m)。
井深的增量称为井段,以ΔL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。
井斜角常以希腊字母α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Δα表示。
井斜方位角: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)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。
井斜方位角常以字母θ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Δθ表示。
第一讲 定向井轨迹基本概念

计算井眼曲率
井眼从一个点到另一个点,井眼前进 方向变化的大小,称为方向变化角,用符 号γ表示:
K
L
目前,在国内外定向钻井工程中,有两 种表示井眼曲率的方法
一种是全角变化率:全角变化值γ
sin c
2 2 2
一种是狗腿严重度:狗腿角γ
cos cos1 cos 2 sin 1 sin 2 cos
另一种情况是根据内插的难易程度进 行选择。曲线内插的计算公式比直线内插 的公式要复杂得多。当内插工作量很大、 需要简化计算时,或者要求的内插精度不 很高时,可以选用直线法进行内插。
4)轨迹内插给定的条件
在一个测段(井段)内进行内插,需要
首先知道该测段两端点的基本参数(井深L、
井斜角a和井斜方位角Ф)和坐标值(垂深D、
给定的内插条件有两种情况:一是给定插 入点i的井深Li;二是给定插入点的垂深Di。则 可求得插入点距离上端点的井段长度△Li。和 垂增△Di。 如图1—4—2所示,可以得到一个通用的 计算公式:
(6)视平移
视平移:亦称投影位移,是水平位移在设 计方位线上的投影长度。视平移以字母V表 示。如图5—5所示,A、B二点的视平移分 别为VA、VB。 所谓设计方位线,是指在水平面上,井口 指向目标点的直线。 当实钻轨迹与设计轨迹偏差很大时甚至背 道而驰时,视平移可能成为负值。
(7)井眼曲率
井眼曲率:指井眼轨迹曲线的曲率。。 由于实钻井眼轨迹是任意的空间曲线, 其曲率是不断变化的,所以在工程上常常 计算井段的平均曲率。
垂深的增量称为垂增,垂增以ΔD表示 。 垂增ΔD=ΔDB—ΔDA
(2)水平投影长度
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 母上表Lp示,平增以Δ Lp表示。 平长和平增在图 5—4中是指曲线的长度。
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井斜角常以希腊字母α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Δα 表示。
1.1 定向井轨迹的基本概念
一. 轨迹基本参数
③ 井斜方位角:
第1章定向井轨迹计算及评价
A:井眼轴线上每一点,都有其方位线,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)
⑦ 视平移:有人称为投影位移,英文称Vertical Section,视平移可以定 义为水平位移在设计方位线上的投影。视平移以字母V表示。
1.2 井斜方位角的校正
第1章定向井轨迹计算及评价
1.2 井斜方位角的校正
一.子午线收敛角的概念
和计算
第1章定向井轨迹计算及评价
1. 子午线收敛角的概念
① 地理坐标系
B: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A和B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,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。
求得的乃是该测段的平本概念
三.轨迹的其它参数 第1章定向井轨迹计算及评价 垂深 水平投影长度,或称水平长度 • N坐标和E坐标 水平位移 平移方位角 闭合距和闭合方位 视平移
1.1 定向井轨迹的基本概念
三. 轨迹的其它参数
第1章定向井轨迹计算及评价
• 使用经度和纬度来 表示某点的位置;
• 地理坐标系可以准 确地表示一个点的 地理位置,但不能 表达地表上两点间 的距离和长度。
① 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D表示,垂增以ΔD表 示。
② 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P 表示,平增以ΔP表示。
1.1 定向井轨迹的基本概念
二.井斜变化率和方位变化率 第1章定向井轨迹计算及评价 • 井斜变化率 是指井斜角随井深变化的快慢程度,以Kα表示。严格地讲, 井斜变化率是井斜角α对井深L的一阶导数,可写为: da K dL 以增量代替微分,以相邻二测点间的井斜角变化值(Δα)与 二测点间井段长度(ΔL)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:
1.1 定向井轨迹的基本概念
一. 轨迹基本参数
② 井斜角:
第1章定向井轨迹计算及评价
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。井斜角表示了井眼轨迹在该测 点处倾斜的大小。
1.1 定向井轨迹的基本概念
一.轨迹基本参数
③ 井斜方位角
第1章定向井轨迹计算及评价
井斜方位角常以字母φ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Δφ表 示。井斜方位角的值可以在0~360° 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。
K L
1.1 定向井轨迹的基本概念
二.井斜变化率和方位变化率 第1章定向井轨迹计算及评价 • 方位变化率
指井斜方位角随井深变化的快慢程度,以Kφ表示。严格地 讲,井斜方位变化率是井斜方位角φ 对井深L的一阶导数,
可写为:
d
K dL
以增量代替微分,以相邻二测点间的井斜方位角变化值 (Δφ )与二测点间井段长度(ΔL)的比值来表示井斜方位 变化率的。
1.1 定向井轨迹的基本概念
一.轨迹基本参数
• 所谓井眼轨迹,实第1章指定井向井眼轨迹轴计线算及。评价 • 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、和井 斜方位角。这三个参数就是轨迹的基本参数。
⑤ 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θ表示。
⑥ 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。
③ N坐标和E坐标:是指轨迹上某点在以井 口为原点的水平面坐标系里的坐标值。
1.1 定向井轨迹的基本概念
三. 轨迹的其它参数
第1章定向井轨迹计算及评价
④ 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S表示。
1.1 定向井轨迹的基本概念
一.轨迹基本参数
① 井深:
第1章定向井轨迹计算及评价
指井口(通常以转盘面为基准)至测点的井眼长度,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L表示,单位为米(m)。井深的增量称为井段, 以ΔL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。