井眼轨迹的基本概念

井眼轨迹的基本概念1、井眼轨迹的基本参数2、井斜变化率和井斜方位变化率3、井眼曲率及其计算4、井眼轴线的图示法井眼轨迹，实指实钻的井眼轴线。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。1.井眼轨迹的基本参数直井段上测点增斜段最大井斜角αmax降斜段水平位移下测点井眼轨迹的基本参数（1）井深：直井段上测点增斜段最大井斜角αmax降斜段水平位移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。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。井深的增量是下测点井深减去上测点井深。下测点井眼轨迹的基本参数（2）井斜角：指测点处的井眼方向线与重力线之间的夹角就是该测点处的井斜角。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。井眼轨迹的基本参数（3）井斜方位角：①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。注意“方向”与“方位”的区别。方位线是水平面上的矢量，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。井眼轨迹的基本参数（3）井斜方位角：井眼轨迹的基本参数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。井斜方位角以字母φ表示。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。（3）井斜方位角：井斜方位角：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，即井斜方位角。井眼轨迹的基本参数（4）磁偏角磁偏角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方位线的西面。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－西磁偏角井眼轨迹的基本参数（4）磁偏角磁偏角地图井眼轨迹的基本参数（5）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0～90度之间变化。书写时需注明所在的象限，如N67.5°W。象限方位角校正，更为麻烦。区别东西磁偏角；区别在哪个象限里；井眼轨迹的基本参数（5）象限角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)井眼轨迹的基本参数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=1250；测得象限角=S600E；校正后象限角=S550E；磁偏角校正(课堂练习)井眼轨迹的基本参数井眼轨迹的基本参数造斜工具作用方向线与井眼轴线构成的平面；（6）井斜铅垂面：（7）造斜工具面：井眼方位线所在的铅垂平面；井斜方位线所在的铅垂平面；井底圆上高边方向线所在的铅垂平面；井眼轨迹的基本参数井斜铅垂面与造斜工具面的夹角；以井斜铅垂面为基准，顺时针旋转到造斜工具面上所转过的角度；在井底平面上，以高边方向线为基准，顺时针旋转到工具面与井底圆的交线上所转过的角度；（8）装置角(工具面角)：井眼轨迹的基本参数（9）装置方位角：装置方位角=工具面角ω+井斜方位角φ井眼轨迹的基本参数设计规定的，必须钻达的地层位置，称为目标点。通常是以地面井口为坐标原点的空间坐标值来表示。（10）目标点（11）靶区及靶区半径（定向井）允许实钻井眼轨迹偏离设计目标点之间的距离，称为靶区半径。在目标点所在的（水平）面（垂直于入靶方向线）上，以目标点为圆心，以靶区半径为半径的一个圆面积，称为靶区。（12）靶心距在靶区平面上，实钻井眼轨迹与目标点之间的距离，称为靶心距。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H（或Ｄ）表示，垂增以ΔH（或ΔＤ）表示。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S（或Ｐ）表示，平增以ΔS（或ΔＰ）表示。井眼轨迹的基本参数（13）垂直深度：（14）水平投影长度（15）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。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A表示。井眼轨迹的基本参数(16)水平位移：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。（17）平移方位角：为水平位移在设计方位线上的投影。视平移以字母Ｖ表示。井眼轨迹的基本参数（19）视平移：国外将水平位移称作闭合距(ClosureDistance)，将平移方位角称作闭合方位角(ClosureAzimuth)。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。(18)闭合距与闭合方位使用井底马达进行定向造斜或扭方位时，动力钻具启动前的工具面与启动后且加压钻进时的工具面之间的夹角，称为反扭角。反扭角总是使工具面逆时针转动（20）反扭角dLdK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：3.井斜变化率和井斜方位变化率求得的乃是该测段的平均井斜变化率：LK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。井斜变化率和井斜方位变化率dLdKLK井斜方位变化率：是指井斜方位角随井深变化的程度，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：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。井斜变化率和井斜方位变化率KdLdKHsinsinKdLddsdKAsinAKK水平投影图上的曲率KA:井斜变化率和井斜方位变化率柱面图上的曲率：垂直剖面图上的曲率KH:井斜变化率和井斜方位变化率表示了造斜工具的造斜能力。其值等于用该造斜工具所钻出的井段的井眼曲率。“狗腿严重度”，“狗腿度”，“井眼曲率”都是相同的意义。指的是在单位井段内前进的方向在三维空间内的角度变化。或者指单位长度井段内狗腿角的大小。造斜率全角变化率全角变化值井眼上从一个点到另一个点，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）成为两点间的全角变化值（也称两点间的狗腿角）。KLKc222sin第一套公式的图解法：3.井眼曲率及其计算（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；cKKK222sin（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。第一套公式的图解法：井眼曲率及其计算c222sin若用半角和平均角形式表达,则可得:cossinsincoscoscos2121212sinsin2cos2sin2sin22222c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γ：式中：井眼曲率及其计算cos''2''cos2222222ECDCECDCDECECDCECDDEcos''2''cos22222ECDCECDCCECDCECD12cos'cos'CCCECCCD12''''tgCCECtgCCDCcossinsincoscoscos2121第二套公式证明由△CDE和△C’DE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cos2212221（1）选取一定比例，以一定长度代表单位角度，作线段ＯＡ，使其长度代表α1；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γ：井眼曲率及其计算（2）作ＯＢ线段，使∠ＢＯＡ＝ΔΦ；（3）按步骤（1）的比例，量ＯＢ＝α2；（4）连接Ａ、Ｂ，并量ＡＢ的长度，按步骤（1）的比例换算成角度，即为γ。cos2212221第三套计算公式井眼曲率及其计算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。计算方法的选择井眼曲率及其计算为了描述井眼在空间的形态及坐标位置，首先介绍一下在钻井工程中常用的坐标概念。井眼轴线的图示法正常使用的坐标为地理坐标，即正东E、正北N、正南S和正西W以及海拔H，这种坐标体系是在子午线的基础上定义的。中华人民共和国大地原点-陕西泾阳县永乐镇石际寺村境内，亦称大地基准点，是中国的地理中心，具体位置在：北纬34°32′27.00″东经108°55′25.00″。在钻井工程当中，坐标系通常指使用正北和正东坐标，以N和E表示，是指测点在以井口为原点的水平面坐标系里的坐标值。4.井眼轴线的图示法由上图可知，我们并不能看清它的实际空间形态，怎详把这条空间曲线画出来，让别人了解它的空间形状呢?常见的有三种图示法。如下图水平面坐标系内的实钻井眼轴