定向井二维剖面的参数关系.ppt

1、定向井二维剖面的参数关系_李冲.侯明亮,摘要：常规定向井剖面设计的数学模型；水平井剖面设计数学模型的特殊性；剖面设计中各个参数间相互关系的数学解释。 关键词:垂深、位移、最大井斜、造斜率、斜深。,在定向井施工中，剖面设计应该是每口井很关键的一个环节，往往一个合理的剖面设计可以给现场施工带来很大的方便，使施工少走弯路。同时，理清每个参数相互间的数学关系对现场施工的工程师也有很大的帮助。总之，剖面设计实际上就是定向井施工的总方案和依据。,常规定向井的剖面设计类型有：三段、四段、五段制等等，特殊的还有：双增、多增剖面，悬链剖面等等，下面主要以三段和五段制剖面来分析说明,首先我们作一个三段制剖面图，如

2、下：,(1),设MP=H PA=S TAB=max 造斜率为K，其中ME为造斜段，EB为稳斜段，PA为靶前位移，max为最大井斜角。 首先考虑用哪种计算方法来做设计，常用的有平均角法，曲率半径法，最小曲率法，平衡正切法等等。这里我们选用曲率半径法，因为这种计算方法简单，准确，同时涉及到的参数比较少，不需要考虑斜深。,第一步、先求出造斜段的曲率半径,即R=57.3/K. 第二步、由曲率半径得出:MN=RsinmaxNE=R(1-cosmax). 第三步、很明显,NP=MP-MN=H-Rsinmax ST=QT(PA)-QS(NE)=S- R(1-cosmax). 第四步,由图（1）不难得出:NP

3、tgmax=ST,也就是 (H-Rsinmax)tgmax= S- R(1-cosmax). (1) S- R(1-cosmax)/tgmax+Rsinmax = H (2),由(1),(2)式我们不难总结出以下几条重要的参数关系: (a)在确定了靶前位移、最大井斜角、造斜率，就可以利用(2)式很容易求得造斜点的位置。 (b)在最大井斜max和位移S不变的情况下, h变小,也就是造斜点下移,造斜率K须相应变大,相反h变大,也就是造斜点上移,造斜率K须相应变小。 (c)在造斜点M和位移S不变的情况下,造斜率K变大,最大井斜max须相应变小,相反造斜率K变小,最大井斜max须相应变大。,通过对上面

4、两式的分析,我们还可以推导出以下两种特殊的情况:,(d)造斜点上移的最高点. 假使从造斜点M到A靶整段都是造斜段，显然在这种情况下，曲率半径R最大（造斜率K最小），那么就有：S= R(1-cosmax)，H= Rsinmax.由此可推出H=（Ssinmax）/(1-cosmax).也就是造斜点的最高位置。 （e）造斜点下移的最低点. 造斜点下移的最低点是受螺杆的最大造斜率或井眼的最大“狗腿度”控制的,假使最大造斜率或井眼的最大“狗腿度”为Kmax,那么曲率半径R最小,为Rmin=57.3/Kmax，根据(2)式自然就得到H=S- Rmin(1-cosmax)/ tgmax+ Rminsinma

5、x.也就是造斜点的最低位置。,下面我们再分析一下五段制剖面（直、增、稳、降、直），如下图：,A,(2),设MR=H（R是降直点） CEF=max 造斜率为K1、降斜率为K2， 其中max为最大井斜角，ME、EF、FG、GB分别为造斜段、稳斜段、降斜段、下直段。同样我们可以用曲率半径法来做出它的剖面设计，如下： 第一步、先求出造斜段和降斜段的曲率半径,分别为R1=57.3/K1、R2=57.3/K2. 第二步、利用曲率半径法可以求得：MN=R1sinmax PR=R2sinmax PC= R1(1-cosmax) DG= R2(1-cosmax) 第三步、同样由图（2）知道： CF=CEtgma

6、x=(MP-MN-PR)tgmax=H-(R1+R2)sinmaxtgmax 又CF=SA-PC-DG=S-(1-cosmax)(R1+R2) 由上面两式可知： H-(R1+R2)sinmaxtgmax= S-(1-cosmax)(R1+R2)（3） S-(1-cosmax)(R1+R2)/tgmax+(R1+R2)sinmax=H （4）,同样由（3）、（4）式也可以总结出以下几条参数关系： （f）在确定了靶前位移、造斜率、降斜率和最大井斜后，就可以利用（4）式求得造斜点的位置。 (g)在造斜点M、造斜率K1和位移S不变的情况下, 降斜率K2越大，最大井斜max越小，反之就越大。（在同一点降

7、直的情况下） （h）在造斜点M、降斜率K2和位移S不变的情况下,造斜率K1越大，最大井斜max越小，反之就越大。（在同一点降直的情况下） (i)在造斜点M、造斜率K1、最大井斜max以及位移S不变的情况下，降斜率K2越大，降直点越靠上，反之就越靠下。 (j)在造斜点M、降斜率K2、最大井斜max以及位移S不变的情况下，造斜率K1越大，降直点越靠上，反之就越靠下。,最后，我们着重分析水平井的剖面设计，常见的水平井有大曲率半径，中曲率半径，小曲率半径三种剖面设计。实际上不太严格的讲，水平井就是一种特殊的双靶井，只是靶框为矩形。我们现在从图上来解析：,M,D,首先设：AD=H、DM=S、最大井斜角m

8、ax90、造斜率为K、也就有曲率半径R=57.3/K.其中A是造斜点,AB是造斜段,DM是靶前位移.那么由图(3)和曲率半径法可得出: H=ADRsinmaxRsin90R DBR(1-cos90)R SDB+BMR+BM（BM为着陆点距靶M的位移） 因此可以看出，水平井的靶前位移尤为重要，根据造斜工具的造斜能力以及井眼“狗腿度”的要求可知：靶前位移必须大于等于曲率半径，即DMR。也就是造斜率KKmax(造斜工具最大造斜率以及井眼最大狗腿度的要求)。,同时由于水平井靶框的特殊性，存在靶的高低，宽窄范围。所以对垂深、位移、方位的控制要求很严，也就是对井身轨迹的控制要做到“精雕细刻”，这样才能确保

9、顺利中靶。为了达到这一目的，通常在造斜段AB（图3）中分成几段，有双增稳，及定向段稳斜段定向段；还有双增挂悬链，及定向段稳斜段定向段着陆段，还有多增等等。其中的稳斜段实际上就是调整段，是为了更好、更准确地控制轨迹。下面以例说明：,(4),强49平1剖面设计,表（1）,以上就是一口水平井的剖面设计（表1）与剖面图（4），我们发现设计着陆段QA时，要把造斜率考虑的小一点，这样利于着陆时比较容易控制井眼轨迹。在上部的双增段中也要合理地设计好调整段（NP）的段长和两个增斜段（MN、PQ）的造斜率，尽量做到最合理、最优化。还有，在实际施工中一定要算准造斜率，最好让实钻轨迹始终接近设计轨迹，也就是和设计轨迹尽量平行着“走”，同时在着陆时要勤预测，看靶前位移是否够，方位是否合适，造斜率是否能达到要求。实际上在每一小段的轨迹中，都是一个小的三段制剖面，我们可以充分利用三段制剖面的参数关系来预测每步的结果。这样才能达到顺利中靶的目的。,综上所述的这些都是在二维空间中进行分析的，而在实际施工中，井身轨迹又大都是三维的，不过