定向井课件 第3章 定向井井眼轨道设计.ppt

第3章定向井井眼轨道设计 史玉才中国石油大学 华东 石油工程学院联系方式0546 8392278 O shiyucai2008 shiyucai 第3章定向井井眼轨道设计 3 1井眼轨道设计概述 3 2二维常规轨道设计 3 3微曲稳斜轨道设计 3 4待钻井眼轨道设计 3 1井眼轨道设计概述 1 轨道设计概述2 轨道自由度及轨道约束方程3 轨道设计的一般步骤4 基本井段的坐标增量计算 补充 1 设计条件 一般要给定的条件 目标点垂深 水平位移 设计方位角等 给定进入目标的要求 目标点或目标段的井斜角等 1 轨道设计概述 2 设计内容 根据设计条件 设计出合适的井眼轨道 3 轨道设计的关键 造斜点 增斜率 降斜率的选择 需要经验 轨道关键参数的求得 需要先进的计算公式 1 自由度 DOF 的概念将起点位置及方向均给定的轨道或曲线段形状完全固定需要确定的独立自由变量个数称为轨道或曲线段的自由度 2 轨道自由度及轨道约束方程 2 起点给定时各种曲线段的自由度 直线段 自由度为1 L D等 任给1个即可 二维圆弧段 自由度为2 L D K等 任给2个即可 三维圆弧段 自由度为3 L 3 轨道自由度为组成轨道的所有曲线段自由度之和 如 三段式轨道 自由度为4 1 2 1 4 五段式轨道 自由度为7 1 2 1 2 1 7 双增式轨道 自由度为7 1 2 1 2 1 7 2 轨道自由度及轨道约束方程 4 目标点的约束条件称为轨道约束方程 如 三段式轨道 约束方程数为2 Dt St 五段式轨道 约束方程数为3 Dt St t 双增式轨道 约束方程数为3 Dt St t 5 轨道设计时需要补充确定的参数个数等于轨道自由度与轨道约束方程数之差 如 三段式轨道需要补充确定的参数个数为4 2 2 五段式轨道需要补充确定的参数个数为7 3 4 双增式轨道需要补充确定的参数个数为7 3 4 2 轨道自由度及轨道约束方程 根据轨道约束方程数和需要指定的参数之和等于轨道自由度的原则选择轨道形状 确定需要指定的参数大小 如造斜点 增斜率 降斜率等 建立轨道约束方程组 推导关键参数计算公式 井身参数计算及轨迹绘图 3 轨道设计的一般步骤 直线段增量公式 4 基本井段的坐标增量计算 二维轨道 平长Lp与平移S是一样的 三维轨道 平长Lp与平移S是不一样的 二维轨道 三维轨道 二维圆弧段增量公式 增斜段R取正 降斜段R为负 4 基本井段的坐标增量计算 对于二维轨道 平长Lp与平移S是一样的 三维圆弧段增量公式 增斜段和降斜段R均取正 4 基本井段的坐标增量计算 对于三维轨道 平长Lp与平移S是不一样的 斜面圆弧法 1 一般会给定的条件目标点的垂深Dt 水平位移St 井口可移动时相当于没给定 井斜角 t 单靶时无要求 及设计方位角 0 造斜点井深Da及井斜角 a 造斜半径R1和R2 一般情况下 造斜点以上设计成垂直井段 a 0 如果使用斜井钻机 则 a 0 可根据给定的Da和 a计算出Sa 3 2二维常规轨道设计 凡无特殊要求的单靶定向井 均选择三段式轨道 井口可以移动的多靶定向井 可选多靶三段式轨道 井口不可移动的多靶定向井 需按如下计算结果进行判断 选择 2 轨道形状选择 暂按三段式轨道设计 注意 关键参数的计算公式有多种形式 多靶三段式轨道 双增式轨道 五段式轨道 三段式轨道 已知条件Dt t 0 Da a R1 3 多靶三段式轨道设计 建立约束方程 求出关键参数Lw 关键参数Lw 各节点参数计算 将节点以上各段增量累加即可得到各节点参数 3 多靶三段式轨道设计 分点参数计算二维圆弧段 增斜R取正 降斜R为负 3 多靶三段式轨道设计 分点参数计算二维直线段 3 多靶三段式轨道设计 已知条件Dt St t 0 Da a R1 R2 4 双增式轨道设计 建立约束方程组 关键参数 b和Lw 求关键参数 b和Lw 令 4 双增式轨道设计 求关键参数 b和Lw 注意 以上公式同样适用于三段式和五段式轨道 三段式轨道 R2 0 Ldt 0 五段式轨道 R2为负值 第2段为降斜段 4 双增式轨道设计 二维常规轨道设计课后作业 3 1设计条件 Ht 1418m St 930m Ha 190m a 0 K1 3 30m 试设计该定向井轨道 3 2设计条件 Ht 3230m St 1970m t 17 50 Ha 270m a 0 R1 810m R2 1580m 靶前稳斜段长482m 试设计该定向井轨道 要求 先根据轨道自由度和约束条件选择轨道形式 再根据有关计算公式进行设计 设计结果按下表形式给出 3 3微曲稳斜轨道设计 问题 稳斜井段很长 钻进过程中往往出现 稳不住 情况 有以下两种解决方法 微降稳斜轨道 和 微增稳斜轨道 都属于 微曲稳斜轨道 使用常规稳斜钻具 往往出现降斜 可将轨道设计成 微降稳斜轨道 仍然采用稳斜钻具 设计成 微增稳斜轨道 钻进时采用微增钻具 微增钻具的刚度比稳斜钻具的刚度小 有利于钻柱起下 防止卡钻事故 1 为什么要设计微曲稳斜轨道 目标点 垂深Dt 水平位移 平长 St 井口可移动时相当于没给定 井斜角 t 单靶时无要求 及设计方位角 0 造斜点 井深Da及井斜角 a 造斜半径R1 R2和微曲段半径Rw 2 一般会给定的条件 一般情况下 造斜点以上设计成垂直井段 a 0 若使用斜井钻机 则 a 0 可根据给定的Da和 a计算出Sa 凡无特殊要求的单靶定向井 均选择三段式微曲稳斜轨道 凡无特殊要求的单靶定向井 均选择三段式微曲稳斜轨道 井口可以移动的多靶定向井 可选多靶三段式微曲稳斜轨道 井口不可移动的多靶定向井 需按如下计算结果进行判断选择 3 轨道形状选择 已知条件Dt t 0 Da a R1 Rw 4 多靶三段式微曲稳斜轨道设计 建立约束方程 关键参数 b 求出关键参数 b 4 多靶三段式微曲稳斜轨道设计 各节点参数计算和分点参数计算同二维常规轨道设计 已知条件Dt St t及 0 Da a R1 R2及Rw 5 双增式微曲稳斜轨道设计 建立约束方程组 关键参数 b和 c 求关键参数 b和 c 令 5 双增式微曲稳斜轨道设计 求关键参数 b和 c 5 双增式微曲稳斜轨道设计 注意 以上公式同样适用于三段式和五段式轨道 三段式微曲稳斜轨道 R2 0 Ldt 0 五段式式微曲稳斜轨道 R2为负值 第2段为降斜段 例3 1 某定向井设计条件 Ht 1418m St 930m Ha 190m a 0 K1 3 30m Kw 0 3 30m 试设计该井轨道 分析 Ht和St是给定的 t没给定 说明是一口单靶定向井 Kw 0 3 30m说明该井为微曲稳斜轨道 应采用三段式微曲稳斜轨道 三段式微曲稳斜轨道的自由度为5 例题中已经给定的约束条件也是5 其中 Ht 1418m和St 930m是轨道约束方程条件 Ha 190m K1 3 30m和Kw 0 3 30m是附加约束条件 a 0是轨道起点条件 不是约束 由于轨道约束数和自由度数相等 因此轨道形状可以确定 微曲稳斜轨道设计 求解 1 求关键参数 b和 t 求解 2 求各节点参数 a点 b点 t点 例3 1 设计条件 Ht 1418m St 930m Ha 190m a 0 K1 3 30m Kw 0 3 30m 井眼轨道设计结果 微曲稳斜轨道设计课后作业 3 3已知 Ht 3230m St 1970m t 17 50 Ha 270m a 0 R1 810m R2 1580m Rw 5800m 靶前稳斜段长482m 试设计该井轨道 要求 先根据轨道自由度和约束条件选择轨道形式 然后根据有关公式进行设计 设计结果按下表形式给出 3 4待钻轨道设计 1 问题的提出 在定向井轨迹控制过程中 实钻轨迹与设计轨道往往出现偏差 若这种偏差较小 不影响中靶 可继续钻进 否则就需要进行待钻轨道设计 实钻轨迹井底的井斜方位线与目标点所在的设计方位线通常不重合 所以待钻轨道设计属于三维轨道设计 2 一般会给定的条件 当前井底所有参数 垂深Do 平长Lpo N坐标No E坐标Eo 井斜角 o及方位角 o等 目标点参数 垂深Dt N坐标Nt和E坐标Et 各造斜段的半径R1 R2 等 根据中靶要求不同 目标点的井斜角 t及方位角 t也可能是给定的 对中靶无特殊要求的 选择 圆弧段 直线段 轨道 要求以给定井斜 或给定方位中靶的 选择 直线段 圆弧段 直线段 轨道 要求以给定的井斜及方位中靶的 选择 圆弧段 直线段 圆弧段 直线段 轨道 3 待钻轨道形状选择 已知条件Lo Do Lpo No Eo o及 o等 Dt Nt和Et R1 等 4 无特殊要求的待钻轨道设计 建立约束方程 选择 圆弧段 直线段 轨道 4 无特殊要求的待钻轨道设计 求关键参数 和Lw 求关键参数 和Lw 4 无特殊要求的待钻轨道设计 求节点b参数 其中 M点坐标 4 无特殊要求的待钻轨道设计 分点参数计算 其中 m n点坐标为 4 无特殊要求的待钻轨道设计 已知条件Lo Do Lpo No Eo o及 o等Dt Nt Et和 t R1 R2 等 5 给定井斜中靶的待钻轨道设计 选择 直线段 圆弧段 直线段 轨道 建立约束方程 已知条件Lo Do So No Eo o及 o等Dt Nt Et和 t R1 R2 等 6 给定方位中靶的待钻轨道设计 选择 直线段 圆弧段 直线段 轨道 建立约束方程 已知条件Lo Do So No Eo o及 o等 Dt Nt Et t和 t R1 R2和Lw2等 7 给定井斜和方