井眼轨迹的基本概念-钻井工程

第一节井眼轨迹的基本概念目的：掌握有关参数的概念及这些参数之间的关系。一、轨迹的基本参数测量方法：非连续测量，间断测量。“测段”，“测点”。轨迹的三个基本参数----井深、井斜角和井斜方位角。(1)井深(或称为斜深、测深)井口(通常以转盘面为基准)至测点的井眼长度。以字母Dm表示，单位为米(m)。井深增量(井段)：下测点井深与上测点井深之差。以ΔDm表示。测段：二测点之间的井段称为测段。井眼轨迹空间曲线图一．轨迹的基本参数(2)井斜角(α)：指井眼方向线与重力线之间的夹角。单位为度(°)。井眼方向线：过井眼轴线上某测点作井眼轴线的切线，该切线沿井眼前进方向延伸的部分称为井眼方向线。一．轨迹的基本参数井斜角增量(Δα)：下测点井斜角与上测点井斜角之差。Δα＝αB－αA一．轨迹的基本参数(3)井斜方位角φ(井眼方位角、方位角)：在水平投影图上，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。井眼方位线(井斜方位线)：某测点处的井眼方向线在水平面上的投影。一．轨迹的基本参数井斜方位角增量Δφ：上、下测点的井斜方位角之差。Δφ＝φB－φA井斜方位角的变化范围：0～360°。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有一夹角，即磁偏角，分东磁偏角西磁偏角东磁偏角：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方位线的西面。磁偏角校正：目前广泛使用的磁性测斜仪是以地球磁北方位为基准的，所测得的井斜方位角为磁方位角，并不是真方位角。需要经过换算求得真方位角，称为磁偏角校正：真方位角=磁方位角+东磁偏角真方位角=磁方位角-西磁偏角一．轨迹的基本参数磁偏角：磁北方位与正北方位之间的夹角。磁偏角分类：东磁偏角及西磁偏角磁偏角校正：真方位角＝磁方位角＋东磁偏角真方位角＝磁方位角－西磁偏角一．轨迹的基本参数(3)井斜方位角φ另一种表示方式：象限角：指井斜方位线与正北方位线或与正南方位线之间的夹角。变化范围：0～90之间。一．轨迹的基本参数二．轨迹的计算参数计算参数：由基本参数计算得到的参数。作用：描述轨迹的形状和位置，也可用于轨迹绘图(1)垂直深度Ｄ(垂深)：轨迹上某点至井口所在水平面的距离。垂深增量称为垂增(ΔＤ)。(2)水平投影长度Lp(水平plane长度、平长)：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(ΔLp)。井眼轨迹空间曲线图二．轨迹的计算参数(3)水平位移Ｓ(平移)：轨迹上某点至井口所在铅垂线的距离(或：在水平投影面上，轨迹上某点至井口的距离)。平移方位线：在水平投影面上，井口至轨迹上某点的连线。我国将完钻时的水平位移称为闭合距。计算参数图解二．轨迹的计算参数(4)平移方位角θ：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。国外，将平移方位角称作闭合方位角。国内，指完钻时的平移方位角为闭合方位角。(5)Ｎ坐标和Ｅ坐标：南北坐标轴，以正北方向为正；东西坐标轴，以正东方向为正。二．轨迹的计算参数(6)视平移Ｖ：水平位移在设计方位线上的投影长度。7)狗腿角γ：对一个测段(或井段)来说，上、下二测点处的井眼方向线是不同的，两条方向线之间的夹角(注意是在空间的夹角)称为“狗腿角”，也有人称为“全角变化”。二．轨迹的计算参数狗腿角的计算：1.Lubinski公式：cosγ=cosαA·cosαB+sinαA·sinαB·cos(φB-φA)2.钻井行业标准计算公式：γ=(Δα2+Δφ2·sin2αc)0.5αc=(αA+αB)/2γ——该测段的狗腿角，(°)；αc——该测段的平均井斜角，(°)。(7)井眼曲率、狗腿严重度、全角变化率Ｋc定义：指井眼轨迹曲线的曲率(curvature)，一般指平均曲率。原因是实钻井眼轨迹是任意的空间曲线，其曲率是不断变化的，无法计算每一点的曲率，所以，在工程上常常计算井段的平均曲率。计算公式：Kc=30γ/ΔDmＫc——该测段的平均井眼曲率，(°)/30m；二．轨迹的计算参数三.井眼轨迹的图示法对井眼轨迹(空间曲线)图示方法有两种：1.三维坐标法：垂直投影图+水平投影图。2.柱面图示法：垂直剖面图(柱面展开图)+水平投影图。三维坐标法柱面图示法水平投影图相当于机械制图中的俯视图，是将井眼轨迹这条空间曲线投影到井口中心所在的水平面上。图中坐标为N坐标和E坐标，以井口中心为坐标原点。投影面：水平面坐标系：以井口为原点、Ｎ坐标轴、Ｅ坐标轴。表达的参数：Ｎ坐标值、Ｅ坐标值、水平位移S、水平长度Lp、闭合距、井斜方位角φ、平移方位角θ、闭合方位角。垂直投影图相当于机械制图中的侧视图，即将井眼轨迹这条空间曲线投影到过井口中心的某个铅垂平面上。经过井口中心的铅垂平面有无数个，应该选择那个呢？(铅垂平面讨论)我国钻井行业标准规定，该铅垂平面选择设计方位线所在铅垂平面(即井口和目标点所在的铅垂面)。这样的垂直投影图与设计的垂直投影图进行比较，可以看出实钻井眼轨迹与设计井眼轨迹的差别，便于指导施工中轨迹控制。图中的坐标为垂深D和视平移V，也是以井口中心为坐标原点。垂直投影图投影面：过设计方位线的铅垂面，即井口和目标点所在的铅垂面。坐标系：原点(井口)、横坐标(视平移V)、纵坐标(垂深D)表达的参数：垂深D、视平移V、井斜的增减趋势。垂直剖面图参看上图，设想经过井眼轨迹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，在数学上称作柱面。将柱面展开，就形成了垂直剖面图。坐标系：原点(井口)、横坐标(水平长度)、纵坐标(垂深)。表达参数：垂深D、水平长度Lp、井深Dm、井斜角α。3．垂直剖面图垂直剖面：过井眼轴线上各点垂线组成的柱面展开图。坐标系：原点(井口)、横坐标(水平长度)、纵坐标(垂深)。表达的参数：垂深D、水平长度Lp、井深Dm、井斜角α。