4三维绕障井轨道设计(新)

1三维绕障定向井轨道设计(新)韩志勇2002年9月25日2001年定向井讲课韩志勇2三维绕障井轨道设计基本思路三维绕障定向井定义：–在钻达目标的设计方位线上，有某种障碍，需要绕过障碍；–多数情况下，已钻的井会成为这种障碍；给定的绕障条件：–给定障碍中心的坐标位置NH和EH；–给定最小障碍区半径RH，–给定最小的绕障安全距离An，–实际设计的绕障半径应该大于或等于最小绕障半径R。设计思路：变三维为两维。1.水平投影图，设计成稳方位—变方位—稳方位三段制；2.垂直剖面图，可以设计成三段式，多靶三段式，五段式，双增式四种轨道的任一种；3.两张图的协调(难点)：①设计水平投影图；②计算水平投影长度；③设计垂直剖面图；④校核井眼曲率；⑤井眼曲率不符，返回①；2001年定向井讲课韩志勇3三维绕障井轨道设计基本思路NHEHHRK1K2mK—障碍中心的N坐标；—障碍中心的E坐标；—设计的障碍区半径；—双增轨道第一增斜率或其他轨道的增斜率；—井眼曲率的最高限制值；—双增轨道第二增斜率或五段式轨道的降斜率；设计应该给定造斜点、目标点、障碍中心点的有关参数以及井眼曲率等。aDaDttNtEt—造斜点处的井斜角；—造斜点垂深；—目标点垂深；—目标点N坐标；—目标点E坐标；—目标点井斜角；nA—绕障的安全距离；2001年定向井讲课韩志勇4三维绕障井轨道设计基本思路两张图的协调(难点)：①第一次按照绕障中心计算的R，设计水平投影图；②计算水平投影长度ST；③根据ST，设计垂直剖面图；④校核井眼曲率：P、Q、b、c四个点需要校核。⑤如果井眼曲率不符规定，重新给定R，返回①继续计算；2001年定向井讲课韩志勇5三维绕障井轨道设计:基本思路给定R，设计水平投影图根据水平投影长度，设计垂直剖面图校核井眼曲率节点计算和分点计算合格不合格有关绕障方位的计算2001年定向井讲课韩志勇6三维绕障井轨道设计绕障方位计算绕障轨道设计给定的条件–上图为顺时针绕障；–下图为反时针绕障；关键是求得P、Q二点处的井眼方位角θP和θQ；然后即可进行设计计算。2001年定向井讲课韩志勇7三维绕障井轨道设计绕障方位计算绕障轨道设计给定的条件（顺时针绕）2001年定向井讲课韩志勇8三维绕障井轨道设计绕障方位计算绕障轨道设计给定的条件障碍中心H的坐标：NH，EH；障碍物的半径和安全距离：RH，An；目标点的坐标和设计方位：NT，ET，θ0T；由给定的条件，可以计算出P、Q二点的井斜方位角：θP、θQ；HHHNEtg10oHHHNEtg18010220HHENHHRHP0sin10HTHTHTNNEEtg1oHTHTHTNNEEtg180122)()(HTHTEENNTHTHRHTQ1sin)0(HN)0(HN)0(HTNN)0(HTNNnHARR2001年定向井讲课韩志勇9三维绕障井轨道设计绕障方位计算绕障轨道设计给定的条件（反时针绕）2001年定向井讲课韩志勇10三维绕障井轨道设计绕障方位计算绕障轨道设计给定的条件障碍中心H的坐标：NH，EH；障碍物的半径和安全距离：RH，An；目标点的坐标和设计方位：NT，ET，θ0T；由给定的条件，可以计算出P、Q二点的井斜方位角：θP、θQ；HHHNEtg10oHHHNEtg18010220HHENHHRHP0sin10HTHTHTNNEEtg1oHTHTHTNNEEtg180122)()(HTHTEENNTHTHRHTQ1sin)0(HTNN)0(HN)0(HTNN)0(HNnHARR2001年定向井讲课韩志勇11三维绕障井轨道设计绕障方位计算θP和θQ的计算：HRHP0sin10THRHTQ1sin”号；时，取“当TH00”号；时，取“当TH00”号；时，取“当TH00”号；时，取“当TH002001年定向井讲课韩志勇12三维绕障井轨道设计绕障方位计算)2/(22tgRRHOAO)2/(22tgRRTHTAHRHP0sin10THRHTQ1sin后面的设计计算需要知道OA和AT长度：PQ2001年定向井讲课韩志勇13三维绕障井轨道设计1.计算总的水平投影长度按如下公式计算水平投影长度：RtgRATOAST)2/(22001年定向井讲课韩志勇14三维绕障井轨道设计2.设计垂直剖面图设计垂直剖面图，根据：–初步设计的水平投影图的水平投影长度St；–给定的目标点垂深Dt；–目标井段井斜角αt；–造斜点参数Da、αa；–造斜段曲率半径R1、R2；设计方法与二维轨道设计，完全相同。三类垂直剖面，究竟应该选择哪种？这取决于造斜率大小和要求的目标井段井斜角大小，进行如下判断：2001年定向井讲课韩志勇15三维绕障井轨道设计2.设计垂直剖面图eeeeeebSRRSDDtg22212taateRRDDDsinsin21tateRRSScoscos2121RRRebtbtbt，选五段制轨道；，选双增轨道；，选三段制轨道。2001年定向井讲课韩志勇16三维绕障井轨道设计3.校核井眼曲率—三段式轨道1.计算垂直剖面图上b点水平投影长度2.计算P点井斜角和Q点井斜角Sb)cos(cos1babRSPQSSQb111coscosRSRPaP111coscosRSRPaPSSPbPQb当时，P、Q都在稳斜段内；当时，P、Q都在增写段内；2001年定向井讲课韩志勇17三维绕障井轨道设计3.校核井眼曲率—三段式轨道3.计算在不同情况下的井眼曲率最大值KmaxSSQbQHqKKKK4221maxsinSSSPbQbHbKKKK4221maxsinSSPbbHKK2maxsin当时，Q点曲率最大；当时，b点曲率最大；当时，P点曲率最大；)30/(/873385.1718mRKoH2001年定向井讲课韩志勇18三维绕障井轨道设计3.校核井眼曲率—五段和双增式轨道1.计算b点和c点的水平投影长度和2.计算P点井斜角和Q点井斜角SbSc)cos(cos1babRSSSLcbwbsinPQSSQb111coscosRSRPaP111coscosRSRQaQ当时，P、Q都在第一增斜段内；2001年定向井讲课韩志勇19三维绕障井轨道设计3.校核井眼曲率—五段和双增式轨道式中，五段制轨道取“+”号双增轨道取“－”号。SSPcbcPPRSScoscos21bcQQRSScoscos21当时，P、Q都在第二增降段内；当时，P、Q点都在稳斜段内；cQbcPbSSSSSS,bQP2001年定向井讲课韩志勇20三维绕障井轨道设计3.校核井眼曲率—五段和双增式轨道3.计算在不同情况下的井眼曲率最大值KmaxSSQb当时，P、Q点在第一增斜段：QHQKKKK4221maxsinQ点曲率最大；五段式轨道，P点曲率最大；当时，P、Q点在第二增降段：cPSS双增式轨道，Q点曲率最大；PHPKKKK4222maxsinQHQKKKK4222maxsin)30/(/873385.1718mRKoH2001年定向井讲课韩志勇21三维绕障井轨道设计3.校核井眼曲率—五段和双增式轨道3.计算在不同情况下的井眼曲率最大值KmaxSSSPbQbHbKKKK4221maxsin当时，当时，QcPSSSbAcKKKK4222maxsinQHQKKKK4222maxsin五段式轨道，c点曲率最大；双增式轨道，Q点曲率最大；2001年定向井讲课韩志勇22三维绕障井轨道设计3.校核井眼曲率—五段和双增式轨道3.计算在不同情况下的井眼曲率最大值KmaxcQbcPbSSSSSS&bHKK2maxsin当时，P、Q同时处在稳斜段内，P、Q两点曲率相等。此时，当时，b、c同时处在变方位段内，b、c两点曲率都可能成为最大。此时，QcPQbPSSSSSS&)sin;sinmax(42224221maxbHbHKKKKK2001年定向井讲课韩志勇23三维绕障井轨道设计3.校核井眼曲率—五段和双增式轨道计算出井眼曲率最大值以后，即可与井眼曲率限定值行比较。如果不大于，则可进行井眼参数计算。否则应增大绕障圆半径，重新设计水平投影图的主要参数。进行井眼曲率校核，还有一种做法，就是分别计算b、c、P、Q四个点的最大曲率，并与井眼曲率限定只进行比较，看是否有超过该值的。KmaxKmHRKmaxKm给定R，设计水平投影图根据水平投影长度，设计垂直剖面图校核井眼曲率节点计算和分点计算合格不合格2001年定向井讲课韩志勇24三维绕障井轨道设计4.节点计算(垂直剖面图上)b点计算c点计算180)(1ababRLL)sin(sin1ababRDDbabRScoscos1wbcLLLDDLcbwbcosSSLcbwbsint点计算LLRtcbt2180DDRtcbt2sinsinSSRtcbt2coscos2001年定向井讲课韩志勇25三维绕障井轨道设计4.节点计算(水平投影图上)P和Q点计算：SSQb180)(1aPaPRLL)sin(sin1aPaPRDD180)(1aQaQRLL)sin(sin1aQaQRDD当时，P、Q二点都处在第一增斜段内，2001年定向井讲课韩志勇26三维绕障井轨道设计4.节点计算(水平投影图上)P和Q点计算：SSSSSSbPcbQc,bbPbPSSLLsinbbPaPtgSSDDbPQPQSSLLsinbPQPQtgSSDD当时，P、Q都在稳斜段内：2001年定向井讲课韩志勇27三维绕障井轨道设计4.节点计算(水平投影图上)P和Q点计算SSPcLLRPcPb2180DDRPcPb2sinsinLLRQPPQ2180DDRQPPQ2sinsin当时，P、Q都在第二增降段内：2001年定向井讲课韩志勇28三维绕障井轨道设计5.分点计算(垂直剖面图上)ab段内的分点：jajLLL1180RLjj)sin(sin1ajajRDD)cos(cos1jajRS分点的井斜方位角、N坐标、E坐标的计算，见后面。2001年定向井讲课韩志勇29三维绕障井轨道设计5.分点计算(垂直剖面图上)bc段内得分点jbjLLLbjbjbjLDDcosbjbjLSSsin分点的井斜方位角、N坐标、E坐标的计算，见后面。2001年定向井讲课韩志勇30三维绕障井轨道设计5.分点计算(垂直剖面图上)ct段内得分点jcjLLL1802RLjbjjbcjRDDsinsin2bjcjRSScoscos2上式中，双增轨道取“+”号﹔五段制轨道取“－”号。分点的井斜方位角、N坐标、E坐标的计算，见后面。2001年定向井讲课韩志勇31三维绕障井轨道设计5.分点计算(水平投影图上)分点的井斜方位角、N坐标、E坐标的计算：QjPSSS180RSSPjPjPjPjRNNsinsinjPPjREEcoscos上式中，顺时针绕时取“+”号；反时针绕时取“－”