5待钻井眼轨道设计

定向井待钻井眼轨道设计韩志勇一.二维待钻轨道设计：1.待钻井段较短；2.待钻井段较长；二.三维待钻轨道设计：1.三维单目标待钻轨道设计；2.三维多目标待钻轨道设计；韩志勇二维待钻轨道设计条件及用途：–在钻进中，井眼严重偏离原设计轨道，但井斜方位基本上符合原设计要求，这是可以作二维待钻轨道设计，钻达目标。二维待钻轨道设计分类：–1.待钻井段较短，设计成“单曲线”：–2.待钻井段较长，设计成“单曲线＋直线”：韩志勇二维待钻轨道设计—待钻井段较短已知条件：–P点到T点的垂增ΔD和ΔS平增；需求参数：–待钻井段的井斜角增量Δα；–钻达目标是的井斜角αT；–待钻井段的曲率半径R；–待钻井段的井眼曲率K；–待钻井段的长度ΔL；计算公式：DStgx1)(2xPPT)2/sin(222DSR)30/(873385.1718mRKo180RL判断增降：000时，需稳斜；时，需增斜；时，需降斜；韩志勇二维待钻轨道设计—待钻井段较长设计给定条件：–P点到T点的垂增ΔD和ΔS平增；–给定弯曲段的造斜率K(需要判断增降)；判断增降：–时，可稳斜钻达目标；–时，需增斜，给定增斜率；–时，需降斜，给定降斜率；需计算的参数：–弯曲段的井斜角增量Δα；–弯曲段的井段长度ΔLPQ；–稳斜段及目标点的井斜角αT；–稳斜段的井段长度ΔLQT；DStgx1PxPxPx韩志勇二维待钻轨道设计—待钻井段较长有关计算公式：22DSPTRRPTSPTDexPexPesincoseeeeQTSRSDL222eeQTeSRLDtg221式中：PT180RLPQ韩志勇三维单目标待钻轨道设计1.待钻井段较短，设计成“单曲线”：–①.斜面圆弧法设计；–②.圆柱螺线法设计；–③.恒工具面角曲线设计；2.待钻井段较长，设计成“单曲线＋直线”：–①.斜面圆弧法设计；–②.圆柱螺线法设计；–③.恒工具面角曲线设计；韩志勇三维单目标定向井轨道设计待钻井短较短—设计成单曲线设计条件：–给定a点的坐标位置Da，Na，Ea和方向αa，φa；–给定t点的坐标位置Dt，Nt，Et；要求：用单曲线设计轨道，计算圆弧曲率，并进行轨道分点计算。有三种方法可以进行设计：–斜面圆弧进行设计；–圆柱螺线进行设计；恒工具面曲线进行设计；韩志勇三维单目标定向井轨道设计待钻井短较短—设计成单曲线斜面圆弧法进行设计设计轨道是空间斜面上的一段圆弧曲线。需计算的参数：–该段圆弧的曲率半径R；–该段圆弧的长度ΔLt；–目标点的井斜角αt和方位角φt；采用斜面圆弧法进行内插,完成分点计算。韩志勇三维单目标定向井轨道设计待钻井短较短—设计成单曲线斜面圆弧法进行设计计算斜面圆弧的狗腿角：5.0222)(atatatENDatatDatx1cosatatxNEtg1oatatxNEtg1801)cos(sinsincoscoscos21axxaxat)0(atN)0(atN(1)(2)(3)(4)(5)韩志勇三维单目标定向井轨道设计待钻井短较短—设计成单曲线斜面圆弧法进行设计计算造斜率、井段长度及目标点的井斜角：（6）（7）（8）或用下式：（9）2sin2tatRttRLatatttgRDcos2cos1)cos2cos(coscos1atxt韩志勇三维单目标定向井轨道设计待钻井短较短—设计成单曲线斜面圆弧法进行设计计算目标点的方位角：（10）（11）或用（12）式中，φXφa时取正号；φXφa时取负号。taattatttgREsinsinsinsin2sin1taattatottgREsinsinsinsin2sin1801tatatatsinsincoscoscoscos1)0(atN)0(atN韩志勇三维单目标定向井轨道设计待钻井短较短—设计成单曲线圆柱螺线法进行设计设计轨道是轴线为铅垂线的圆柱面上的一段圆柱螺线。需计算参数：–该段螺线的曲率；–该段螺线的长度；–目标点的井斜角和方位角；采用圆柱螺线法进行内插，完成分点计算。韩志勇三维单目标定向井轨道设计待钻井短较短—设计成单曲线圆柱螺线法进行设计atatcNEtg1)0(atNoatatcNEtg1801)0(atNact2catatatatcDEtgsin2)(sin2)(1act22sincos2)(atcatatatDL计算目标点的井斜角、方位角和螺线段长度韩志勇三维单目标定向井轨道设计待钻井短较短—设计成单曲线圆柱螺线法进行设计计算圆柱螺线上的曲率：由：得：将计算点的井斜角代入式中，即可求得该点曲率。422sinAHKKKatatHLK)cos(cos))((taatatatALK42sincoscos1)(taatatatLK韩志勇三维单目标定向井轨道设计待钻井短较短—设计成单曲线恒工具面角曲线进行设计设计轨道是在给定造斜率情况下，保持工具面角不变钻出的曲线。现在还难以用数学模式表达这种曲线的形状。需计算的参数：–该段恒工具面角曲线的曲率；–该段恒工具面角曲线的长度；–目标点的井斜角和方位角。采用特殊的与恒工具面角曲线对应的方法，完成分点计算。韩志勇三维单目标定向井轨道设计待钻井短较短—设计成单曲线恒工具面角曲线进行设计根据假定的αb计算工具面角ω和造斜率K：(1)（2）babadtgtgtgdtgtgtgENaaaa)22lnsin(sin)22lncos(sincossinsinDKab韩志勇三维单目标定向井轨道设计待钻井短较短—设计成单曲线恒工具面角曲线进行设计根据计算的工具面角ω和造斜率K计算Δφ：（3）（4）（5）22lnabtgtgtgcosKLabballdlKsinsin韩志勇三维单目标定向井轨道设计待钻井短较短—设计成单曲线恒工具面角曲线进行设计计算过程：1．先给定一个αb，代入（1）中，用数值法和迭代法，求得一个ω；2．将αb和ω代入（2）中，可求得K；3．根据（3）可求得一个Δφ；4．利用（4）式可求得ΔL；5．由（5）用数值法可求得第二个Δφ（以Δφ’表示，以示区别）；6．比较两个Δφ。如果ΔφΔφ’，则说明开始给定的αb较小，需要增大αb，回到（1），重新进行计算；如果ΔφΔφ’，则说明开始给定的αb较大，需要减小αb，回到（4），重新进行计算；如此一直算到两个Δφ之间的差值小于给定的误差为止。韩志勇三维单目标定向井轨道设计待钻井短较长—设计成曲线+直线设计条件：–给定a点的坐标位置Da，Na，Ea和方向αa，φa；–给定t点的坐标位置Dt，Nt，Et；–给定曲线段的造斜率K（或R）；设计要求：–用曲线+直线设计轨道，并进行轨道分点计算。有三种方法可以进行设计：–用斜面圆弧进行设计；–用圆柱螺线进行设计；–用恒工具面曲线进行设计；韩志勇三维单目标定向井轨道设计待钻井短较长—设计成曲线+直线斜面圆弧法进行设计设计轨道是空间斜面上的一段圆弧曲线+直线。需计算的参数：–该段圆弧的长度；–稳斜段的长度；–目标点的井斜角和方位角；采用斜面圆弧法进行内插，完成分点计算。韩志勇三维单目标定向井轨道设计待钻井短较长—设计成曲线+直线斜面圆弧法进行设计计算过渡参数γe：(1)(2)(3)(4)（5）atatxNEtg1oatatxNEtg1801)cos(sinsincoscoscos21axxaxae)0(atN)0(atN5.0222)(atatatENDatatDatx1cos韩志勇三维单目标定向井轨道设计待钻井短较长—设计成曲线+直线斜面圆弧法进行设计计算弯曲角、稳斜段长以及弯曲段长：（6）（7）（8）（9）RRatSatHeeeeesincoseeeebtSRSHL222eebteSRLHtgB221BRLab韩志勇三维单目标定向井轨道设计待钻井短较长—设计成曲线+直线斜面圆弧法进行设计计算目标点的井斜角和方位角：（10）（11）式中，φXφa时取正号；φXφa时取负号。tatatatsinsincoscoscoscos1btaatbLBtgRBtgRHH2cos2cos韩志勇三维单目标定向井轨道设计待钻井短较长—设计成曲线+直线圆柱螺线法进行设计(造斜率不变）韩志勇三维单目标定向井轨道设计待钻井短较长—设计成曲线+直线圆柱螺线法进行设计(造斜率不变）由于钻进ab段的造斜率K是常数，且ab段在水平面上投影的曲率KA也是常数，即：则，ab段的井斜角α也是常数，即：αb=αa。据此可以求出ab段在水平面上投影的曲率半径RA。2sinKKAaAKK2sin韩志勇三维单目标定向井轨道设计待钻井短较长—设计成曲线+直线圆柱螺线法进行设计(造斜率不变）求水平投影图上的Δφ：（1）（2）当时，（3）（4）5.022)(atatENatatatatNNEEtg1oatatatNNEEtg1801aat0atNN韩志勇三维单目标定向井轨道设计待钻井短较长—设计成曲线+直线圆柱螺线法进行设计(造斜率不变）计算水平投影图上的弯曲角B：（5）（6）（7）（8）AeeeRRatSatHsincoseeeebtSRSHS222eebteSRSHtgB221BRSab韩志勇三维单目标定向井轨道设计待钻井短较长—设计成曲线+直线圆柱螺线法进行设计(造斜率不变）计算bt段的有关参数：aababbttgSDDabtbttDStg12)sincos(2abtabtbtbtbtDSSDR)(btbtbtRL韩志勇三维单目标定向井轨道设计待钻井短较长—设计成曲线+直线圆柱螺线法进行设计(限定最大造斜率）韩志勇三维单目标定向井轨道设计待钻井短较长—设计成曲线+直线圆柱螺线法进行设计(限定最大造斜率）由于ab段在水平面上投影的曲率KA是常数，若设计成曲线+直线的轨道，则钻进ab段的造斜率K就不是常数，ab段的井斜角α不是常数，即：这种情况下，可按照限制最大造斜率的思路进行设计。如果ab段为降斜段，则最大造斜率点在a点，可按照如下公式计算ab段在水平投影图上的曲率：但如果ab段是增斜段，则最大造斜率点在b点，而b点的井斜角事先不知道，只能先估计一个b点井斜角αb，先按下是计算KA按下述各片的公式进行试算。如果计算出来的αb与估计的αb不相等，则应修正估计值，再进行试算，直到计算值与估计值相等或误差小于给定值为止。据此可以求出ab段在水平面上投影的曲率半径RA。2sinAKKaAKK2sinbAKK2sin韩志勇三维单目标定向井轨道设计待钻井短较长—设计成曲线+直线圆柱螺线法进行设计(限定最大造斜率）求水平投影图上的Δφ：（1）（2）当时，（3）（4）5.022)(atatENatatatatNNEEtg1oatatatNNEEtg1801aat0atNN韩志勇三维