第3章-井眼轨迹的测量和计算..

第3章井眼轨迹的测量和计算•3.1常用测斜仪的测量原理•3.2测量数据的记录和传输•3.3测斜计算方法•3.4测斜计算结果的常规绘图•3.5定向井水平井中靶计算3.1常用测斜仪的测量原理常用测斜仪器罗盘类电磁类陀螺类罗盘单点照相测斜仪罗盘多点照相测斜仪有线随钻测斜仪无线随钻测斜仪电子单多点测斜仪电子陀螺测斜仪速率陀螺测斜仪照相陀螺测斜仪3.1常用测斜仪的测量原理1.磁罗盘类照相测斜仪原理–仪器中的罗盘靠一顶尖支撑，可在仪器中灵活转动，不管仪器的外壳如何转动，罗盘的S极始终指北。–在仪器的中心悬挂着一个“十”字锤，不管仪器外壳如何倾斜，重锤始终指向重力方向。–当仪器在井内某深度处静止测量时，照相机对着罗盘面照相，由于罗盘面是透明的，所以“十”字图形也被照在底片上。3.1常用测斜仪的测量原理1.磁罗盘类照相测斜仪原理–罗盘面上的同心圆代表了不同的井斜角，“十”字锤所在的同心圆就是该井深处的井斜角。–罗盘面上的径向放射线代表了不同的方位，罗盘边缘有方位的刻度值，“十”字锤所在的放射线就是该井深处的井斜方位线的反方向。–将罗盘盘面上的N、S互换，E、W互换，就可以直接从照相底片上直接读出井斜方位角。3.1常用测斜仪的测量原理2.电磁类测斜仪原理–将3个重力加速度计和3个磁通门分别安装在井眼轴线方向Z、工具面所在半径方向X和与其垂直的另外一个半径方向Y上。GGzarccos222zyxGGGG0arccos0arccos2222yyxxyyxxGGGGGGGG井斜角重力工具面角(5)3.1常用测斜仪的测量原理2.电磁类测斜仪原理0arccos0arccos2222yyxxyyxxHHHHHHHH井斜方位角磁性工具面角(5)sincossincoscossinarctanzyxyxHHHHH3.1常用测斜仪的测量原理3.陀螺类测斜仪原理–高速运转的陀螺具有抵抗干扰力矩而保持其自转轴相对于惯性空间方位稳定的特性,称作陀螺自转轴的方位稳定性或定轴性；–陀螺类测斜仪正是利用陀螺的定轴性来进行井斜方位的测量；3.1常用测斜仪的测量原理3.陀螺类测斜仪原理–陀螺在干扰力矩作用下产生的自转轴空间方位的漂移现象称作陀螺的进动性；–陀螺在冲击力距作用下，自转轴将在原来的空间方位附近作高频微幅的锥形振荡运动,称作陀螺的章动性。3.1常用测斜仪的测量原理4.不同原理的测斜仪适用范围–利用磁罗盘或磁通门来测量井斜方位角的仪器均要求测量点附近地磁场正常，且为无磁环境；–陀螺类测斜仪是利用其自身的定轴性来测量，不需要无磁环境，可用于套管内、丛式井或没有无磁钻铤的情况，但存在陀螺漂移的问题，且仪器本身比较娇贵。3.2测量数据的记录和传输1.测量数据的记录方式–测量数据的记录方式主要有两种：照相底片记录和电子数字式；–照相底片记录的如：磁罗盘单、多点照相测斜仪，照相陀螺测斜仪，这些仪器井斜角和高边工具面角是采用机械测角装置测量,其测量的角度投影到陀螺仪刻度盘或罗盘上,由照相机拍摄胶片或胶卷记录下来。–电子数字式的如：电磁类测斜仪、电子陀螺测斜仪，这些仪器井斜角和工具面角均是采用重力加速度计测量,方位角通过磁通门或其它方式测量，所有测量数据通过有线或无线方式传输到地面。3.2测量数据的记录和传输2.测量数据的传输方式–照相底片记录的数据通过取出仪器本身来获得数据；–有线测斜仪通过电缆来传输数据；–无线测斜仪传输数据的方式主要有四种：»连续波方式»正脉冲方式»负脉冲方式»电磁波方式3.2测量数据的记录和传输2.测量数据的传输方式–无线测斜仪传输数据的方式---连续波方式立管压力泥浆时间叶片连续转动，波形连续变化3.2测量数据的记录和传输2.测量数据的传输方式–无线测斜仪传输数据的方式---正脉冲方式立管压力时间针阀上升，立管压力升高泥浆泥浆针阀不动针阀上升3.2测量数据的记录和传输2.测量数据的传输方式–无线测斜仪传输数据的方式---负脉冲方式泥浆泥浆阀门关阀门开立管压力时间阀门关，立管压力不变阀门开，立管压力降低3.2测量数据的记录和传输2.测量数据的传输方式–无线测斜仪传输数据的方式---电磁波方式3.3测斜计算方法1.测斜计算概述•计算的依据：–测斜数据（α，φ，L）•计算的内容：–测段计算：ΔD，ΔS，ΔN，ΔE，K，共计五项。–测点计算：D，S，N，E，A，θ，V，共计七项。•计算的意义：–指导施工：将计算结果绘图，及时掌握轨迹发展的趋势，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。•计算方法的多样性–来源于测段形状的不确定性。经过测斜，人们只知道一个测段的两个端点处的有关参数（井斜角、井斜方位角和井深），对两端点之间的测段形状则一无所知。–一无所知，无法计算，要计算，只好假设。假设不同，则计算方法不同。–假设相同时，对数据的处理不同，也形成不同计算方法；–有人将别的方法进行某种简化，也会得到新的计算方法；–常见的、基本的、有价值的计算方法，有七种。3.3测斜计算方法2.关于测斜计算问题的若干规定•测斜计算方法：–我国钻井专业标准化委员会制定的标准规定，使用平均角法或校正平均角法。•对测斜计算数据的规定：–1.测点编号：自上而下，第一个井斜角不为零的测点为第1测点，i=1,2,3,至n–2.测段编号：自上而下编号，第i-1个测点与第i个测点之间所夹的测段为第i个测段–3.第1测段,应该是第0测点和第1测点之间的测段．–4.第０测点：没有连接点时，要规定第０测点:α0=0;L0=L1-25m;φ0=φ1;H0=0；N0=0；E0=0；S0=03.3测斜计算方法2.关于测斜计算问题的若干规定–5.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．–6.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．–7.测点中若有一测点井斜角为零，则该点方位角等于相邻测点的方位角．–8.方位角变化，在一个测段内不超过180°。若方位角增量大于180°，应按反转方向计算。课堂练习：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；35140c；第一小题：050c；第二小题：3.3测斜计算方法2.关于测斜计算问题的若干规定3.3测斜计算方法3.测斜计算的一般过程•先进行测段计算：算出ΔD，ΔS，ΔN，ΔE，K。•在测段计算的基础上，进行测点计算。不管那种方法，测点计算所用公式都是一样的。•测点计算的其他公式：EEENNNSSSDDD12121212222arctanNE0222180arctanNE(N20)(N20)22222ENA)cos(2022AV以下各种不同方法，仅仅在于ΔD，ΔS，ΔN，ΔE四个参数的计算公式不同。式中的θ0是该井原设计方位角。3.3测斜计算方法4.正切法•正切法又称下切点法，下点切线法。•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。222222sinsincossinsincosLELNLSLD•平均角法又称角平均法。•假设：测段为一直线，其方向的井斜角和方位角分别为上、下两测点的平均井斜角和平均方位角。ccccccLELNLSLDsinsincossinsincos222121cc式中：3.3测斜计算方法5.平均角法•假设：一个测段由两段组成，每段等于测段长度的一半，方向分别为上、下测点的井眼方向。•这种方法在国外用的比较多。)sinsinsin(sin21)cossincos(sin21)sin(sin21)cos(cos21221122112121LELNLSLD3.3测斜计算方法6.平衡正切法•曲率半径法的来源：–1968年，美国人G.J.Wilson提出了曲率半径法。假设测段为一圆滑曲线，该曲线与上下二测点处的井眼方向相切，而且该曲线的垂直投影图和水平投影图，都是圆弧。–Wilson最初发表的公式使用了许多绝对值符号，使测段的坐标增量计算值全为正值，在计算测点坐标时却要判断是加还是减，所以不便于使用。–1976年，美国人J.T.CRAIG和B.V.RANDALL对曲率半径法做了进一步描述，说曲率半径法的测段形状是一“空间曲线”，是“特殊的曲线”，并说此曲线是一个球或圆的一部分，即乃是圆弧。另外，还对公式的形式做了修正，取消了绝对值号，使之便于使用。于是应用更为广泛了。•圆柱螺线法的来源：–1975年，我国郑基英教授提出了圆柱螺线法。他的假设条件是：两测点间的测段是一条等变螺旋角的圆柱螺线，螺线在两端点处与上、下二测点处的井眼方向相切。–圆柱螺线的水平投影图乃是圆弧，垂直剖面图也正好是圆弧。这样就与曲率半径法推导公式的假设条件完全相同–由于圆柱螺线法概念清晰、明确，而且推导出的公式的表达形式也比较好。–圆柱螺线法的公式表达形式与曲率半径法不同，但公式实质上是相同的。3.3测斜计算方法7.圆柱螺线法（曲率半径法）)cos(cos)sin(sin2112LSLD)sin)(sincos(cos1221LN)cos)(coscos(cos2121LE3.3测斜计算方法7.圆柱螺线法（曲率半径法）曲率半径法计算公式cLDcos2sin2cLSsin2sin2ccLNcossin2sin2sin4ccLEsinsin2sin2sin4圆柱螺线法计算公式3.3测斜计算方法7.圆柱螺线法（曲率半径法）3.3测斜计算方法7.圆柱螺线法（曲率半径法）cLDcos2sin2cLSsin2sin2ccLNcossin2sin2sin4ccLEsinsin2sin2sin4ccLELNLSLDsin2sin2sincos2sin2sinsincos2222第一种情况：α1=α2；φ2≠φ1；即Δα=0；Δφ≠0。圆柱螺线法（曲率半径法）特殊情况处理:3.3测斜计算方法7.圆柱螺线法（曲率半径法）cLDcos2sin2cLSsin2sin2ccLNcossin2sin2sin4ccLEsinsin2sin2sin4第二种情况：α1≠α2；φ2=φ1；即Δα≠0；Δφ=0。圆柱螺线法（曲率半径法）特殊情况处理:22sinsin2sin2cossin2sin2sin2sin2cos2sin2ccccLELNLSLD3.3测斜计算方法7.圆柱螺线法（曲率半径法）cLDcos2sin2cLSsin2sin2ccLNcossin2sin2sin4ccLEsinsin2sin2sin4第三种情况：α1=α2；φ2=φ1；即Δα=0；Δφ=0。圆柱螺线法（曲率半径法）特殊情况处理:222222sinsincossinsincosLELNLSLD•三角函数sinx可以展开成马克劳林无穷级数的形式：•此级数收敛很快，可近似取前两