第五章　井眼轨迹设计与控制（3）

小结一、井眼轨迹表示方法二、定向井基本要素测深、井斜角、方位角垂深、井斜变化率、方位变化率水平位移、闭合距、闭合方位角三、井眼曲率—狗腿严重度全角变化四、轨迹设计方法—最大井斜角一、井眼轨迹测量保证钻达既定目标。进行轨迹控制提供准确的地质资料评价井身质量第三节井眼轨迹测量计算第五章井眼轨迹设计与控制单点测斜仪：用钢丝或电缆从钻柱内送入，测近钻头处的参数。多点：在裸眼内或在起钻前从钻柱内近钻头处进行多点测量。随钻MWD：随钻柱一同下入井内，随钻进行连续测量。1．井斜和方位测量（1）罗盘重锤式井斜方位测量仪器轴线与井轴线重合，测锤轴线永为铅垂线。测锤带有十字丝。刻度盘透明。S—指北。1—测锤；2—井斜角刻度盘；3—罗盘第三节井井眼轨迹测量计算第五章井眼轨迹设计与控制冲洗出的单点测斜仪像片实例10角装置50角装置井斜角：5.5井斜角：30方位角：N43E方位角：N38W第三节井井眼轨迹测量计算第五章井眼轨迹设计与控制（2）加速度计磁力计井斜方位测量利用安装在测斜仪器内的加速度计和磁通门磁力计可测量出x、y、z方向地球重力加速度分量，测量出x、y、z方向的地磁分量，并根据这些测量值计算出井斜角、方位角以及工具面角。第三节井井眼轨迹测量计算第五章井眼轨迹设计与控制有线和无线的测量方法（3）磁偏角与无磁钻铤以地磁场为基础测量井眼方位的测量仪器要对真北极和磁北极之间的差进行修正。磁偏角是磁北极和真北极之间的夹角，该角随时间而变化，并取决于地理位置和地球的表面特征。第三节井井眼轨迹测量计算第五章井眼轨迹设计与控制除了对真北极作修正外，使用磁测量工具时必须特别注意防止磁干扰的影响。利用无磁钻铤可以把罗盘和罗盘上下的磁钢和磁场分开，并可防止对地磁场的干扰。所需要的无磁钻铤数量取决于几个因素，包括井眼的方位和井斜角，和按照其纬度测出的井的地理位置。第三节井井眼轨迹测量计算第五章井眼轨迹设计与控制真北方位＝磁北方位＋东磁偏角真北方位＝磁北方位－西磁偏角无磁钻铤长度确定第三节井井眼轨迹测量计算第五章井眼轨迹设计与控制1区：6m钻铤中心以下0.3～0.6m8m钻铤中心以下0.6～1m10m钻铤中心以下1～1.3m方位角2区：10m钻铤中心以下1.0～0.3m20m钻铤中心以下2.3～3m30m钻铤中心3区：20m钻铤中心20m钻铤中心以下2.3～3m30m钻铤中心（4）陀螺方位测量在已下套管的井内或附近使用磁性罗盘时，钢套管的影响会得出错误的测量结果。在这种情况下必须用不受磁场影响的陀螺罗盘代替磁罗盘。第三节井井眼轨迹测量计算第五章井眼轨迹设计与控制定轴性，是当作用于陀螺仪的外力矩为零时，陀螺转子轴I相对惯性空间具有方向不变的特性。因此可以利用它来作为运动物体的惯性基准。第三节井井眼轨迹测量计算第五章井眼轨迹设计与控制陀螺21500～46000转／分地面上定好向后，再入井测量。方法：照相或、磁带记录。1、转子2、内环3、外环三轴互相垂直，并交于一点，恰好是陀螺仪重心。2．单、多点井眼轨迹测量仪井眼轨迹测量仪除了井斜和方位测量外，还能测量工具面角单、多点测斜装置用于监测一口定向井或井斜控制井的钻进过程，并帮助改变轨迹的工具确定工具面方向。按测量原理：磁性、电子、陀螺类型。第三节井井眼轨迹测量计算第五章井眼轨迹设计与控制斜口管鞋、定向接头与弯接头底片读数井斜：5º方位：北45º东工具面：北20º西第三节井井眼轨迹测量计算第五章井眼轨迹设计与控制配合定向的工具3．随钻井眼轨迹测量仪第三节井井眼轨迹测量计算第五章井眼轨迹设计与控制（1）有线随钻井眼轨迹测量仪（经济）井斜、方位、工具面角侧入接头第三节井井眼轨迹测量计算第五章井眼轨迹设计与控制钻柱入井后最后一节钻杆上加入（2）无线随钻井眼轨迹测量仪MWD第三节井井眼轨迹测量计算第五章井眼轨迹设计与控制将测量信号转换为压力脉冲信号传输。井斜、方位、工具面角等二、实钻井眼轨迹计算与作图测斜仪在井身的各个深度可测出井眼的井深、方位角和井斜角；对测量结果进行了所有必要的校正（如磁偏角，陀螺漂移）；根据此资料来计算井眼在那个测点相对于地面井位的实际位置（相继测点之间的垂深增量V，东坐标增量E和北坐标增量N）；在已知各测点坐标情况下，通过一定的方法做出实钻井眼轨迹。第三节井井眼轨迹测量计算第五章井眼轨迹设计与控制由于测段形状的不确定性（只能测出两端点的、、L，中间参数一无所知），不同的井段形状假设就有不同的计算方法。HSA（、）B、）L第三节井井眼轨迹测量计算第五章井眼轨迹设计与控制井段形状假设归纳起来有四种：测段为直线，方向为上、下两测点的平均方向。测段为两段折线，井斜方位各为上、下两测点的值。HSA（、）B（、）LHSA（、）B（、）L第三节井井眼轨迹测量计算第五章井眼轨迹设计与控制测段是园柱螺线螺线的两端点分别与上、下二测点的方向相切。AB第三节井井眼轨迹测量计算第五章井眼轨迹设计与控制测段为某个空间某平面上的一段园弧，园弧的两个端点分别与上、下二测点的方向相切。NOAB第三节井井眼轨迹测量计算第五章井眼轨迹设计与控制1、平均角法两测点间的测段为一直线，该直线的方向为上、下二测点处井眼方向的“平均方向”。已知：1、1、2、2、LccccccccLELNLSLHsinsincossinsincos2,22121EEENNNSSSHHH12121212第三节井井眼轨迹测量计算第五章井眼轨迹设计与控制S—水平位移2、平衡正切法假定两测点间的井段为两段各等于测段长度一半的等长直线构成的折线，它们的方向分别与上下测点处的井眼方向一致，即上段直线是由1和1确定的，而下为直线是由2和2确定的。)sinsinsin(sin21)cossincos(sin21)sin(sin21)cos(cos21221122112121LELNLSLH第三节井井眼轨迹测量计算第五章井眼轨迹设计与控制3、园柱螺线法（曲率半径法）两测点间的井段是一条等变螺旋角（d/dL=常数）的园柱螺线，螺线在两端点处与上、下二测点处的井眼方向相切。园柱螺线的水平投影图是园弧。园柱螺线的垂直剖面图是园弧。整个井眼为多段曲率半径不等的圆弧组成。NEHdhds2第三节井井眼轨迹测量计算第五章井眼轨迹设计与控制)cos)(coscos(cos180)sin)(sincos(cos180)cos(cos180)sin(sin180212121221221121212LELNLSLH第三节井井眼轨迹测量计算第五章井眼轨迹设计与控制)cos)(coscos(cos180)sin)(sincos(cos180)cos(cos180)sin(sin180212121221221121212LELNLSLH第三节井井眼轨迹测量计算第五章井眼轨迹设计与控制ABM第三节井井眼轨迹测量计算第五章井眼轨迹设计与控制4、最小曲率法假设：两测点间的井段是空间某一平面上的园弧，园弧在两端点处与上、下二测点处的井眼方向线相切。求狗腿角和井眼曲率K由K求由率半径R根据R求两切线长度由两切线长度及重力线的夹角，计算ΔH由投影关系求ΔN、ΔE)]cos(sinsincos[coscos122121122)sinsinsin(sin222)cossincos(sin222)cos(cos22211221121tgLEtgLNtgLH第三节井井眼轨迹测量计算第五章井眼轨迹设计与控制)]cos(sinsincos[coscos1ABBABAABABBABAABLLLLK)]cos(sinsincos[coscos11、直接作图法据测量结果或稍作加工，直接用量角器、直尺和分规作图（平均角法）.优点:简便、迅速；缺点：误差大。2、坐标作图法先进行测点的坐标计算，然后描点连线。5、实钻井眼轨迹作图第三节井井眼轨迹测量计算第五章井眼轨迹设计与控制（1）水平投影图作图法：先进行测点的坐标计算，水平投影图需每个测点的东（E）和北（N）坐标。然后在井口所在的水平面上描点连线即可。第三节井井眼轨迹测量计算第五章井眼轨迹设计与控制（2）垂直投影图作图法：要得到井眼轨迹的垂直投影图，必须选择一个特定的垂直平面，以使所有的测点都向该平面投影。通常所选择的平面是包含目标点和坐标原点的铅垂面（OVH平面）。第三节井井眼轨迹测量计算第五章井眼轨迹设计与控制通过测点计算已经得到了各测点的N、E、H坐标，为了在OVH铅垂平面上作图，还需各测点的V坐标。为了得到测点的V坐标，只需在水平投影图上计算测点在设计方向线OV上的投影长度。设计方位角—的北坐标测点—的东坐标测点—坐标）点的上的投影长度在测点—式中：AAV(AOVA)cos(122AAAAAAAANEVNEtgNEV第三节井井眼轨迹测量计算第五章井眼轨迹设计与控制6、邻井距离计算及邻井距离图的绘制（1）计算资料准备相邻井的各测点测斜数据各测点计算N、E、H坐标，（换算成统一坐标系下）第三节井井眼轨迹测量计算第五章井眼轨迹设计与控制（2）测点距离计算222)()()(jijijijiEENNHHd第三节井井眼轨迹测量计算第五章井眼轨迹设计与控制（3）邻井最近距离计算最近测点距离一般不等于两口井之间的最近距离，因其可能不在测点上，用插值法“加密”测点。一般来说，加密测点的选取可以是任意的，但为方便，最好测段中点为加密点。这样就可算得加密测点C的三要素如下：)(21),(21),(21212121cccLLL“加密”点后，按步骤2计算最近测点距离。不断重复该步，直到需要精度，此时的最近测点距即为邻井最近距离。第三节井井眼轨迹测量计算第五章井眼轨迹设计与控制（4）邻井距离图绘制邻井距离图是两口定向井之间相互距离变化的趋势图。1）选相邻两口井中的一口井为参考井，另一口井为比较井；2）计算参考井上每一测点到比较井上的最近距离，算出最近距离线的方位角和比较井上的最近距离点的坐标；3）据参考井上每个测点到比较井的最近距离长度极其方位角，在极坐标纸上标出比较井上每个最近距离点的位置；此时，参考井上的每一个测点都集中在坐标原点上。4）将极坐标上所有最近距离点连成一条圆滑的曲线，这就是两口井的最近距离变化趋势图。第三节井井眼轨迹测量计算第五章井眼轨迹设计与控制