第四节--定向井轨道设计--06

定向井轨道设计中原钻井工程技术研究院王致远二维常规定向井轨道设计三段式轨道多靶三段式轨道轨道类型二维常规定向井轨道设计五段式轨道双增式轨道轨道类型二维常规定向井轨道设计一般给定的条件有：目标点的垂深Dt、目标点处的井斜角αt及目标点的方位角θ0；造斜点井深Da及造斜点处的井斜角αa；造斜率K1和K2；轨道设计给定条件轨道名称需要给定的设计条件三段制轨道a，Da,Dt,St,K1,0多靶三段制轨道a，Da,Dt,K1,0,t五段制轨道a，Da,Dt,St,t,K1,K2,0双增轨道a，Da,Dt,St,K1,K2,0,t二维常规定向井轨道设计轨道类型的选择二维常规定向井轨道设计三段式轨道设计三段式轨道的设计有三种情况。分别根据给定的条件进行设计。二维常规定向井轨道设计多靶三段式轨道设计多靶三段式的设计，采用所谓的“倒推法”。二维常规定向井轨道设计五段式和双增式轨道设计二维常规定向井轨道设计轨道节点参数的计算二维常规定向井轨道设计分点参数的计算水平井轨道设计问题水平井轨道类型：A类水平井轨道，适用于短半径水平井。设计A类水平井，必须对造斜率和目标垂深掌握得很准确。B，C类水平井适用于中、长半径水平井。C类是在B类的基础上发展出来的。重点讲B、C二类水平井的设计问题。水平井轨道设计问题(B类)设计水平井轨道需要考虑的问题：考虑两个不确定性问题：目标垂深的不确定性：造斜率的不确定性：考虑施工人员的轨迹控制能力，特别是增斜段的轨迹控制能力；考虑所选的造斜率，套管能否顺利通过？目标段的长度，要受到众多因素的影响。水平井轨道设计问题(B类)套管可通过的最大井眼曲率限制问题甲方手册上有推荐公式。推荐的方法和公式。水平井轨道设计问题(B类)水平段长的限制条件：目标段太长，下钻摩阻可能大得下不下去；摩阻增大，钻柱发生屈曲，加不上钻压；钻柱受力可能超过钻柱的强度极限；水平段过长，井内波动压力过大，可能压漏地层；水平段过长，起钻的抽吸可能导致井壁坍塌水平井轨道设计问题(B类)水平井轨道设计问题(B类)水平井轨道设计问题(B类)最佳稳斜角的计算：目标垂深确定，造斜率不确定；目标垂深不确定，造斜率确定；两个都不确定。水平井轨道设计问题(B类)两个都不确定条件下的稳斜角计算：油层较厚，使用平均造斜率；油层较厚，使用最小造斜率和最低窗口垂深；油层较薄，根据最小和最大造斜率。水平井轨道设计问题(C类)三维单目标定向井轨道设计（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；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。可计算出该段圆弧的曲率，长度，以及目标点的井斜角和方位角。可采用斜面圆弧法进行内插完成分点计算。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)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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设计轨道是轴线为铅垂线的圆柱面上的一段圆柱螺线。可计算出该段螺线的曲率、长度以及目标点的井斜角和方位角。可采用圆柱螺线法进行内插完成分点计算。圆柱螺线法进行设计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。可计算出该段圆弧的曲率，长度，以及目标点的井斜角和方位角。可采用特殊方法，完成分点计算。三维单目标定向井轨道设计（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）；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；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。可计算出该段圆弧的长度，b点的井斜角和方位角以及直线段的长度。可采用斜面圆弧法进行内插完成分点计算。斜面圆弧法进行设计计算过渡参数γe：⑴⑵⑶⑷⑸atatxNEtg1oatatxNEtg1801)cos(sinsincoscoscos21axxaxae)0(atN)0(atN5.0222)(atatatENDatatDatx1cos设计条件和要求计算弯曲角、稳斜段长以及弯曲段长（6）（7）（8）（9）RRatSatHeeeeesincoseeeebtSRSHL222eebteSRLHtgB221BRLab斜面圆弧法进行设计计算b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圆柱螺线法进行设计(造斜率不变）恒工具面角曲线进行设计给定扭方位井段的造斜率K；要求：用恒工具面角扭方位，从1点钻进到2点，既变井斜，又扭方位。钻到2点后，井眼方向正好对准3点，使23井段成为稳斜稳方位的直线段。设计的困难在于，2点的位置事先是不知道的，所以不知道要变多大井斜角，要扭多大方位角？而且也不知道应该使用多大的工具面角？