定向井轨迹讲义控制计算
合集下载
第1章定向井轨迹计算及评价
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。
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
定向水平井轨迹控制.课件
1、钻头与地层相互作用因素：
–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)
–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：
定向井钻井轨迹控制PPT课件
水平面 值上等于井斜方位角加装
置角。 •3
关于轨迹控制的几个重要概念
ω=0 °
ω=90 °
ω=180 °
ω=270 °
•4
关于轨迹控制的几个重要概念
4、反扭矩：在用井底动力钻具钻进时，都存在 一个与钻头转动方向相反的扭矩，该扭矩被称 为反扭矩。
5、反扭角：使用井底动力钻具钻进时，因动力 钻具反扭矩的作用，使得井底钻具外壳向逆时 针方向转动一个角度，该角度被称为反扭角。
0.75°单扶单弯螺杆钻具＋PDC钻头，在濮7-147井等6口井试 验中，定向造斜率适中，一般为12-14°/100m。双驱复合钻进时增 斜率2-8°/100m。因此，0.75°单弯单扶螺杆比较适合中原油田钻 井的需要。
•16
1、结构弯角对造斜能力的影晌
0.75°单扶单弯螺杆钻具复合钻进试验情况
井号
1°单弯单扶螺杆双驱试验统计表
井号 文279
定向井段 m
2080-2900
最大井斜 °
53
造斜率 °/100
3-7
使用目的 自然造斜
文23-21 2440-2960
51
5-8
自然造斜
文88-23 2910-3555
48
8
自然造斜
5
•19
1、结构弯角对造斜能力的影晌
⑷ 1.25°或1.5°单弯螺杆钻具组合
0.5°双扶和0.5°单扶单弯螺杆钻具组合在文33-152井、新卫 222井使用，钻进50-80m没有增斜效果。
⑵ 0.75°单弯螺杆钻具组合
0.75°双扶单弯螺杆钻具在胡5-200、卫360、胡7-282、文33-
152、胡5-197等井使用，其增、降斜率0.75°±/根。增斜率与设计
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。
02 定向井井眼轨迹设计
j
m
m 2arctg H0
H
2 0
2 R0 S 0
S02
2R0 S0
R0 R1 R2
L H0 He Hv R2 sine
f S0 St Se R2 (1 cose )
d h O2
e
So
Se
三、定向井井身剖面设计
讨论：
当
H
2 0
S02
2S0 R0
①多增降率剖面
②缓降稳剖面
解决大段稳斜稳不住而提出
③双增稳剖面
为了减少摩阻和解决大段稳
斜稳不住而提出
④ 悬线剖面
⑤ 抛物线剖面
三、定向井井身剖面设计
（3）三维定向井剖面
O 三维定向井剖面指在设计的
井身剖面上既有井斜角的变化又 有方位角的变化。
常用于在地面井口位置与设 计目标点之间的铅垂平面内，存 在井眼难以通过的障碍物（如： 已钻的井眼、盐丘等），设计井 需要绕过障碍钻达目标点。
水平位移、段长； （6）校核曲率,并作图(标注控制圆柱--误差范围)。
关键步骤为2与3、4步。
设计方法有：查图法、作图法、解析法。国内目前均用解 析法。
三、定向井井身剖面设计
2、五段制（S型）剖面设计推O 导
已知：
造斜点井深
总垂深、总水平位移 增斜率、降斜率
AA BB
降斜后稳斜段井斜角、水平位移增量和垂深增量。
K A S
ΔS
KA
K
sin
二、井眼曲率及其计算方法
L dN
dE
2. 空间曲线法求井眼曲率
依据： 根据微分几何原理，一条空间曲 dH 线的曲率K有公式
定向井轨迹的方向控制计算 教学PPT课件
装置角计算公式的对比
• 斜面圆弧曲线
• 斜面圆弧曲线的装置角公式，比较 多。由于偏增角的原因，有些公式 不能应用，这要特别注意。
• 装置角在不断地变化，但装置方位 角（工具面）却始终不变。
• 狗腿角与井段长度成正比，给定任 一点P至出发点0的狗腿角β，则该 点的装置角可用下式计算：
cos cos0 cosT sin0 sinT cos(T 0 )
cos
cos0
cos
sin sin
(cos0
cos
cosT
)
cos1 cos cos cos0 sin sin
增方位取“+”，减方位取“-
”
装置角计算公式的对比
• 圆柱螺线
• 由于圆柱螺线的曲率是在不断地变化，所 以装置角也在不断地变化。
• 当圆柱螺线的井斜角为常数时，装置角也 等于常数，即ω等于900。
– 恒工具面扭方位 • 从扭方位井段的始点开始，到 扭方位结束，工具面始终不变。
• 即过去所说的恒装置方位角扭 方位。
– 恒工具面角扭方位 • 从扭方位井段的始点开始，到 扭方位结束，工具面角始终不 变。 • 即过去所说的柱面法扭方位。
井眼轨迹的方向控制计算
两种扭方位方式的比较
• 恒工具面扭方位的优点：
• 由于井斜角增量与井段长度成正比，给定 圆柱螺线上任一点P点的井斜角α，即可求 得该点处的装置角：
tg1 (cos1 cos2 ) sin2 2 1
（用于Δα>0）
tg1 (cos1 cos2 ) sin2 180o 2 1
（用于Δα<0）
装置角计算公式的对比
• 自然参数曲线
• 井斜变化率时常数，井斜方位变化率也是常数，所以曲 线的曲率是在不断地变化。则装置角也在不断地变化。
第1章 定向井井眼轨迹计算
方位角变化，在一个测段内不超过180°。 若方位角变化的绝对值大于180°,应按反转 方向计算。
23
三、测斜计算方法
2.对测斜计算数据的规定
[例1-2]计算以下两测段的方位角增量和平均井斜方位角： （1）上测点井斜方位角350，下测点井斜方位角2550；
（2）上测点井斜方位角3350，下测点井斜方位角250；
2 2
17
二、井眼曲率的计算
4.第三套计算公式（证明）
• 代入后则有：
1 2
2
2
2 21 2 1 2 sin 2
1 2 21 2 cos
2 2
18
二、井眼曲率的计算
5.计算方法的选择
•
第一套公式，数学推导严密，适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。
3.第二套计算公式（证明1）
• 由△CDE和△C’DE得：
DE 2 CD 2 CE 2 2CD CE cos DE 2 C ' D 2 C ' E 2 2C ' D C ' E cos
• 二式联立可得：
CD 2 CE 2 2CD CE cos C ' D 2 C ' E 2 2C ' D C ' E cos
定向钻井理论与技术
石油工程学院
黄根炉
1
主要内容
第1章 定向井井眼轨迹计算 第2章 定向井井眼轨道设计 第3章 井眼轨迹预测方法
第4章 定向钻井中的几个问题
定向钻井轨迹控制一般方法课件
• 在轨道设计和轨迹控制过程中，尽可能利用这些自然规律， 减少利用工具进行控制的时间。
定向钻井轨迹控制一般方法
定向井轨迹控制的主要工作内容
1.适时进行轨迹测量和轨迹 3.做好造斜工具的装置方
计算：
位计算：
• 测量仪器的选择；测量密度 和测点密度的选择；
• 根据轨迹计算结果，提出下 步轨迹控制要求；
定向井的轨迹控制理 论与技术
1. 定向井轨迹控制的基本概念； 2. 定向井轨迹控制的主要做法；
定向钻井轨迹控制一般方法
定向井轨迹控制基本概念
• 1. 要求：在实钻过程中，设法使实钻的井眼轨迹尽可能符合 设计的井眼轨道。
• 2. 实质：井眼轨迹控制的实质，就是不断地控制井眼的前进 方向。井眼方向由井眼的井斜角和井斜方位角来表示的。
此课件下载可自行编辑修改，供参考！ 感谢您的支持，我们努力做得更好！
定向钻井轨迹控制一般方法
• 一.跟踪控制需遵循的几条原则：
• 1.既要保证中靶，又要加快钻速。
• 这一阶段的任务是在实钻过程中，不断了解轨迹的变化发 展情况，不断地使用各种造斜工具或钻具组合，使实钻轨 迹离开设计轨迹“不要太远。“不要太远”一词的意义在于， 一方面如果“太远”就可能造成脱靶，成为不合格井；另一 方面如果始终要求实钻轨迹与设计轨迹误差很小，势必要 求非常频繁地测斜，频繁地更换造斜工具，必将大大地拖 延时间，增加成本，而且还有可能造成井下复杂情况，得 不偿失。
定向钻井轨迹控制一般方法
定向井轨迹控制的主要做法
• 第三阶段：跟踪控制到靶点
• 二.跟踪控制需遵循的几条原则： • 2.尽可能多的使用转盘钻扶正器钻具组合来进行控制。
• 这是因为转盘钻的钻速比动力钻具要高。所以在造斜段结 束之后，一般都换用转盘钻继续增斜，并在需要稳斜和降 斜的时候，仍然使用转盘钻来完角 的计算；
定向钻井轨迹控制一般方法
定向井轨迹控制的主要工作内容
1.适时进行轨迹测量和轨迹 3.做好造斜工具的装置方
计算：
位计算：
• 测量仪器的选择；测量密度 和测点密度的选择；
• 根据轨迹计算结果，提出下 步轨迹控制要求；
定向井的轨迹控制理 论与技术
1. 定向井轨迹控制的基本概念； 2. 定向井轨迹控制的主要做法；
定向钻井轨迹控制一般方法
定向井轨迹控制基本概念
• 1. 要求：在实钻过程中，设法使实钻的井眼轨迹尽可能符合 设计的井眼轨道。
• 2. 实质：井眼轨迹控制的实质，就是不断地控制井眼的前进 方向。井眼方向由井眼的井斜角和井斜方位角来表示的。
此课件下载可自行编辑修改，供参考！ 感谢您的支持，我们努力做得更好！
定向钻井轨迹控制一般方法
• 一.跟踪控制需遵循的几条原则：
• 1.既要保证中靶，又要加快钻速。
• 这一阶段的任务是在实钻过程中，不断了解轨迹的变化发 展情况，不断地使用各种造斜工具或钻具组合，使实钻轨 迹离开设计轨迹“不要太远。“不要太远”一词的意义在于， 一方面如果“太远”就可能造成脱靶，成为不合格井；另一 方面如果始终要求实钻轨迹与设计轨迹误差很小，势必要 求非常频繁地测斜，频繁地更换造斜工具，必将大大地拖 延时间，增加成本，而且还有可能造成井下复杂情况，得 不偿失。
定向钻井轨迹控制一般方法
定向井轨迹控制的主要做法
• 第三阶段：跟踪控制到靶点
• 二.跟踪控制需遵循的几条原则： • 2.尽可能多的使用转盘钻扶正器钻具组合来进行控制。
• 这是因为转盘钻的钻速比动力钻具要高。所以在造斜段结 束之后，一般都换用转盘钻继续增斜，并在需要稳斜和降 斜的时候，仍然使用转盘钻来完角 的计算；