定向井中常用计算方法

1、定向井施工中常用计算方法钻井一公司 赵相泽编内部资料 . 讲课用, 错误 难 免, 请误 外传1 . 定 向井剖面专业术语1 .井深 ： 井眼轴线 上任 一点,到井 口地井眼长度,称为该 点地井深,也 称该 点地测量井深或斜深.2 .垂深 ： 井眼轴线上任 一点,到井口所在 水平面地距离.3 .水平 位移 ： 井眼轨迹上任 一点,与 井口铅垂 线 地距离.也称该 点地闭合距.4 .井斜 角 ： 井眼轴线上任 一点地井眼方向,与 通过该点地重力线之 间地夹角.5 .最大井斜角 ： 全井井斜 角地最大值 .6 .方位 角 ： 在 以井眼轨迹上任一点为原 点地平面坐标 系中,以通过该点地正北方向为始

2、边,按顺时针方向旋 转 至该点处 井眼方向线 在水平面上地投影线为终边 ,其所转过地角度 称为该点地方位角.7 .造斜 率 ： 在定 向井中,开始定向造斜 地位置叫造斜 点.通常以开始定向造斜 地井深来表示.8 .井斜 变化率 ： 单位井段内井斜 角地变化 值.通常以两测点间井斜 角地变化 量与 两测点间地井段地长 度地比 值表示.9 .方位 变化率 ： 单位井段内方位角地变化 值.通常以两测点间方位角地变化 量与 两测点间地井段地长 度地比 值表示.10 .造斜 率： 表示造 斜 工具地造斜 能力.11 .全 角变化 率 ： 在 单位井段内井眼前进 地方向在三维空间内地角度变化.12 .增斜

3、 率： 井斜 角随井深增加地井段.13 . 稳 斜 段： 井斜 角 保持不 变地井段.14 . 降斜 段： 井斜 角 随 井深增 加 而 逐渐减 小 地井 段.15 . 目 标点： 设计规 定地必须钻达地地层 位置 .通常以地面井口为坐标 原点地空间坐标系地坐标来表示.16 . 靶区半径 ： 允许实钻井眼轨迹偏离设计 目 标点地水平距离.17 .靶心距： 在 靶区平面上,实钻井眼轴线与 目标点之 间地距离.18 . 工具面： 在造斜钻具组合中,由弯曲工具地两个轴线所决定地那个平面.19 .反扭角 ：使用井底马达带弯接 头进 行定向造 斜或 扭方位时,动力 钻具 启动前地 工具面 与启动 后且

4、加压钻进时工具 面之 间地夹角.反扭角总是工具面逆时针 转动.20 .高边： 定向井地井底是一个呈倾斜 状态地圆平 面,称为井底圆.井底圆上地最高点称为高边.从井底圆心至 高边之 间地连 线所指地方向,称为井底高边 方向.高边方向上地水 平投影称为高边 方位,即井底方位.21 . 工具面角 ： 是表示造斜 工具下到井底后,工具面所 在地位置参 数.有两种表示方法 ： 一种是以高边为基准, 一种是 以磁 北为 基准.高边基准工 具 面,简称高边 工具面,是指高边方 向线 为始 边 ,顺时针 转到工具面与井底圆 平面 地交线上所转过地角度.磁北基准工具 面等于高边工具面角加上井底方位角.22 .定

5、向角:是定向工具面角地简称在定向造斜时，当启动井下马达之后工具面所处地位置，用工具面角表示, 即为定向工具面角.定向角可用高边工具面角表示,也可用磁北工具面角表示.23 .安置角:是安置工具面角地简称在定向时，当启动井下动力钻具之前将工具安置地位置，以工具面角表示. 即为安置工具面角.安置角在数值上等于定向角加反扭角.2 .数据处理1根据规定测斜数据计算方法为平均角法，平均角法计算简单，并且准确度较高，特别适用于现场.平均角法计算方法：式中：先是1点井斜角与2点井斜角地平均值，称平均井斜角；8是1点方位角与2点方位角地平均值称为平均方位角；L是1.2点间地段长（斜深）；（M）H是1.2点间地垂

6、长（垂深）；（M）S是1.2点间地水平位移；（M）N是S在北轴上地投影；（M）E是S在东轴上地投影；（M）故闭合距Se和闭合方位m分别为：S= . （ZN）2 （.）帕tg 1 enAN.A E分别为每一小段位移（S）在北轴东轴上投影地迭加值.实例：已知井深140M时，井斜0.18?方位359在井深170m,200m,230nf口 260m时，井斜和方位分别是0.37,250? 0.64役302 0.43? 216.982 0.28幺24.26?通过带入以上公式计算列表如下井深井斜方位垂深东轴位移北轴位移闭合位移闭合方位狗腿度1400.18014000.220.223600.041700.37

7、250170-0.140.170.22321.590.562000.64230200-0.360.040.37276.030.322300.43216230-0.56-0.160.58253.520.242600.28224260-0.68-0.310.74245.720.16三井身剖面各项参数地计算已知地面坐标，目标点坐标.垂深.最大井斜计算造斜点及各段长度实例：已知地面井口坐标：X=3943724.2Y=203423916靶点垂深 2730mX 3943675Y3943675 Y 20342225(最大井斜角)25：靶心半径R=20M根据已知条件，设计成直增.稳剖面.求：造斜点及各段参数解

8、：(1)根据井口坐标 靶点坐标，计算本井总位移，根据闭合位移公式S= J(= N)2 + (工 N) 2S. 取3943675-3943724.2)2 + (20342225-20342391.6)2 =173.11 (M)IE(2)计算本目标闭合方位。闭.由公式=二1N2 R20342225-20342391.6=166.6SN =3943673943724.2=- 49.2由2 N 2用知目标点在第三象限；代入公式 上73.5 4 闭=180+73.5 (3)根据油田标准造斜率4.5/30 (在现场可根据实际情况来选择造斜率例3.6/30m4/30m).井斜增到 25，一，、，oma)25

9、；需要段长X30= 166.67M由平均角法计算公式H=L cos &4.5S=L sin (晚为平均井斜)可计算出 H 造=166.67cos12.5=162.71MS 造=166.67sin12.5=36.07MH造为造斜段垂深S造为造斜段产生地位移(4)知道总位移和造斜段所产生地位移可计算出稳斜段需产生地位移我们用S稳W示S 总S 造=173.1 卜 36.07=137.04m由平均角法计算公式 H = Lcos cS=Lsin caS 137.04_ 我们可推出稳斜段斜深L稳=324.28米sin 二 c sin 25S137.04稳斜段垂深 H 稳=cos0(c =*cos25 =

10、293.89 Msin 二 csin 25(5)根据上地计算可以反推出造斜点=H 目标点一H 造一H 加1=2730-162.7卜293.89=2273.4m目标点斜深 L 目标点=H 造+L 稳=2273.4+166.67+324.28=2764.35M根据以上计算我们可以得到造斜点2273.4m造斜段2273.42440.07m 井斜从025。造斜率4.5/3。方位保持253.5 稳斜段244.072273.4m井斜25不变 方位保持在253.5 在实钻过程中，我们过程中，我们选择造斜点，往往要留有余地也就是提前50-100M造斜，在实钻过程中，由 于直井段不可能是0度,总是会产生一定位移

11、.有反向有正向.我们都可以根据以上地步骤来重新校正目标点与计 算点地总位移和对靶立位，来重新设计造成斜点和名段地参数,只要我们掌握上面这种方法.举一反三，你会发现直 增剖面，直增稳降直直增增剖面都可以利用上述思路利用计算器来计算推导造斜点及设计剖面.三方位控制计算方位漂移是客观存在地现实，其中地层走向对方位影响有一定规律.根据地层各向异性原理,井斜方位有着向 垂直于地层走向地方向漂移地趋势.如图：10 / 9在地层倾角小于45，井斜方位将向上倾（反倾）,例如：中原油田某地层倾向110倾角15设计方位为180 .由 方位漂移将会增方位，设计方位如果是20方位漂移将会出现减方位.造斜工具地装置角在

12、定向井地方位控制中是非常重要地，造斜工具装置角决定了便用这个造斜工具钻出地 新井眼是增方位还是减方位或是稳方位.正确地装置角可以决定这个造斜工具造斜率如何分配，即有多少用于改 变井斜角有多少用于改变方位角,关链在于确定好造斜工具地装置角.目前在有线随钻条件下，可以随时了解井府 装置角地大小，这就为准确计算在一定装置角下井斜方位.变化适用地公式磁性定向法：1数学计算磁性定向法它适用于井斜小于8。（随仪器不同有变化）它是利用装置方位角不变把方位，钻出地井眼轴线是 一条圆滑地曲线，而这条圆弧曲线乃是空间一斜面上地圆弧曲线淇推导出地公式为cos 2=cos 1?cosrsin 民 ?sin 工?cos

13、w (1)tg A 心sin 入in-. (2)sin： cos cos： sin cos 1sinsin 二 sin ；一 ： a- sinsinsin : 1cos sin con 1conwcosx ：(4)w sin V cos平 土 Jsin 2、一 sin 2u sin 2中tg 二2sin 中 sin(a羊)i -,. , , w 0 ,、上式中当增斜按方位时根号前取负号碱斜扭方位时根号前取+号当行丫时,5式将出现tg=地不定20w .形式,此时需要按下式计算tg= =tg5cosot 121-5式为扭方位一般计算公式，它适用于所有情况，在实际工作中有几种常用地特定条件下地扭方位

14、计算公式,若将这些特定条件代入1-5式可得到简化计算公式90cB方位，弯接头初好装置角W为均0增方位时用+90减方位时用90已知：弯接头造斜率为K,扭方位前井斜角“井斜方位角4要求方位扭角A M算扭方位井段狗腿度 例完方位后地井斜角“2扭方位井段长度AI,可得到简便公式tg=A =tg一sin ： 1(6)取法及意义如下:当w+90?寸式中取+号当w -90?寸式中取一号A网正值表示增方位A网负值表示减方位cos 忻 cos 1 cos 丫(7)tg 丫 = Atg sin a(8)A网正值式中取“+”号A网负值式中取“”号y报刊方位井段长度A LM用下式A Ll(9)K稳斜扭方位已知弯接头造

15、斜率K,扭方位前井斜角a和井斜方位角4要求方位扭转角A岫于稳斜扭方位，扭完方位后02= a,&=8+ A (j)计算：弯接头初始装置角扭方位井段地的方位钻进井段长度从cos 丫 =co+sir2A()(10)cos： 1 cos :, - cos 二 1cos w = (11)sin - 1sin(12)12式中正负号取法，当需要增立位时即A 4 0中取“”号扭方位井段A L仍按9式计算全力扭方位即是最大可能发挥造斜工具地能力最快速度扭方位.已知K. 014 A巾计算：扭方位井段狗腿角下造斜工具装置用3扭方位井段长度A I,扭完方位右地井斜角02，0, tg，、公式3= tos1 (13)tg

16、 : 1这就是计算全力扭方位时造斜工具装置用地公式，式中地正负号取法为：需要增方法取“+”，需要减方位 取“一Sin(14)sinA j 二sin j 1(15)Sin 丫 =sisinaA()Cos a 2cos41(16)cos扭方位井段长度AL仍可用,9式计算.以上三种特殊情况下地扭方位计算公式都是保持装置方位角不变扭方位地,下面瘵一例题对比三种特殊 扭方位地区另IJ.例 某定向井已钻至井深1500M井斜角22面位角150谍求将方位扭至120归知,造斜工具地造斜率为 K = 9o100试分别按如下扭方位方式计算弯接头装置角及其它参数.(1班求在增斜情况下钻进150M,完成扭方位(2)用9

17、0曲方位方式(3)用稳斜扭方位方式(4)用主力扭方位方式根据已知条件代入计算公式计算(略去计算过程)现将计算结果列于下表各种扭方位方式比较计算造斜钻速150M90扭主位稳斜扭方位全力扭方位Q279.3270256.0241.8r13.5012.211.110.8AL150135.60123.64119.9522.27.425.022019.30由上表可以看出(1即方位方式不同装置角就不同,扭方位井段地长度和狗腿角也不同扭完方位后地井斜角也不相同，这就告诉我们,要根据实钻井限轴线与设计井限轴线地差别情况，正确地选择扭方 位方式，不要盲目地一律采用90M方位.(2即方位段长度，以常规扭方位方式最大

18、(150) M,90姗方位次之(135.60M）,稳斜扭方位再次之（123.67 M,主力扭方位最短（119.95M渚需要在最短井段内完成扭方位要求，可以采用全 力扭方位.（3通完方位后地井斜角，在稳斜扭方位方式下不变，在常规方式和90扭方位方式下井斜角均是增加地在主力扭方位方式下，井斜角是已减小地可是全力方位之所以扭地最小是花了代价, 这个代价你是井斜角地减小.二高边定向法（1度学计算法保持装置角不变扭方位是在我们现场中用多（即用高边扭方位）它地推导出地数学公式为A a = y COS w（17）tgyA (f) =ln : tg(18)或 A 护-sin(19)1：2sin2sin K - K-一（20）注K 4为方位变化率,K为造斜率我们注意到当 卡90时，就是90扭方位；卡90时井斜角,行常数，就是稳斜扭方位,我们可以证明西90就 是主力扭方位，（注意,与磁性定向时,90扭方位地并不是全力扭方位）例1已知a1=22护150?归120?K=9?/100m要求完成钻进150M完成扭方位，求和 怙A 方丫 cos w利用直接连代法，可以求出3和A a计算得 co=67.56? A a =5.15?击27.15?例2已知条件同上题,现已定3=-80求完成扭方位钻进地开段长度A L及扭完方位后地井斜角先将17-18式稍作变化即得1A 方2arctg+ln tg 一 一双tg20 2