第2讲 定向井水平井的基本概念

2.1 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。
某测点测得井斜方位角为
3580，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)
0，测得方位 • 3. 西磁偏角 5.5 • 1. 我国胜利油田的磁偏角大 角292.50，求真方位角=？如 约是西偏5.50。某测点测得 果用象限角表示，象限角=？ 井斜方位角为2.50，求真方
位角=？
第2讲 定向井、水平井的基本概念
• 2.1 井眼轨迹的基本参数
• 2.2 井斜变化率和井斜方位变化率 • 2.3 井眼轴线形状的图示法
• 2.4 其它井身参数
• 2.5 井眼轴线在平面图上的曲率
• 2.6 井眼曲率及其计算
• 2.7 工具面位置的描述和设置 • 2.8 中靶描述
2.1 井眼轨迹的基本参数
K L
2.2 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。 • 求得的乃是该测段的平均井斜方位变化率：
– 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。
– 井眼曲率计算有三种方法。
2.6 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：
– 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 • 4. 东磁偏角50，测得方位角 测点测得井斜方位角为3580， 1200，求真方位角=？如果 求真方位角=？ 用象限角表示，象限角=？
– 答：真方位角=2.10
– 答：真方位角=2870； – 测得象限角=N67.50W；校正 后象限角=N730W；
2.3 井眼轴线形状的图示法
• 柱面图表示法：
– 此法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；
2 2 K KH KA sin 4 • 对于一个测段来说，以 K 和 K 代入 ，
2 2 K K K sin 2
•
并以测段平均井斜角 1 2 代替公式中的α， c 2 得到：
L
L
• • 上式两边同乘以L，则：
2 K sin c L L
– 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。
2.4 其他井身参数
• 垂直深度：简称垂深，是指轨迹上某点
至井口所示。
K L
2.3 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。
2.3 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。
– 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，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。
2.1 井眼轨迹的基本参数
– 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
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。
2.5 井眼轴线在柱面图上的曲率
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。 • 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。 • 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
P
K K A sin
2.6 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变化值，或称为狗腿角，通常 以γ表示。
• 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Kα。
d KH K dL
– 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。它与井斜方 位变化率不同。
K d d KA dP dL sin sin
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。
2.1 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方位线的 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：
– 答：真方位角=1250； – 测得象限角=S600E；校正后象 限角= S550E ；
2.2 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：
» 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。
2.3 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。
2
2
2 2 sin 2 c
2.6 井眼曲率及其计算
• 第一套公式的图解法：
– （1）作水平射线ＯＡ； – （2）作∠ＢＯＡ＝αc ； – （3）以一定长度代表单位角 度，量ＯＢ＝ΔΦ； – （4）自Ｂ点向ＯＡ作垂线， 垂足为Ｃ点； – （5）按步骤（3）中的比例 （以长度代表角度的比例）， 量ＣＡ＝Δα； – （6）连接Ａ、Ｂ，并量Ａ、 Ｂ长度，按步骤（3）中的比 例换算成角度，• 此角度即狗 腿角γ。
•
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。
• 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。
2.4 其他井身参数
• 水平位移：简称平移，指轨迹上某点至井口
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。
2.1 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。