定向井施工中常用计算方法0001

1、电梯L程安装箱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，请附牌一、定向井剖面专业术语1、井深：邢艮轴线上点，至那口的邢艮长度，称为该点的用策，也将该点的测量井深或斜深。2、垂深：邢艮轴线上点，到井口所在水平面的距离。3、水平位移：井眼轨迹k点，与井口铅垂线的距离。也称该点的闭合距。4、井斜角：井4艮射线上任一点的井眼方向，与通过该点的重力线之间的夹角。5、最大井斜角：全井井斜角的最大值。6、方位处在以笊艮轨迹上点为原点的平面坐标系中，网过该点的正化方向为始边，按哪t针方向 旋转至该点处1用艮方艇船冰平而上的曝缈掇边，其所阙:的角度称为i缜的品冼。7、造斜率：在定断仲

2、，开始定向造斜的位1则造斜点。通常以开始向娴的“深来表示。8、井斜变化率：单位井段内井斜角的变化值。通常以两测点间井斜角的变化量与两测点间的井段的长度的 表示。9、方位变化率：单位井段内方位角的变化值。通常以两测点间方位角的变化M与两测点间的井段的长度的 比示。10,造斜率：表示造斜工具的造斜能力。11、全角变化率：在单位井段内井眼前进的方向归维空间内的角度变化。12、增斜率：井斜角随井深增加的井段。13、颜段：井斜角的寺不好讲段。14、降斜段：升斜角随井深增加而逐僦小的井段。15、目标点：设计规定的必须钻达的地层位邕通常以地面井口为坐标原点的空间坐标系的坐标来表示。16、靶区半径：允许实钻海

3、黝迹偏离设计目标点的水平E隅。17、靶心踮在靶区平面上，实钻网艮轴线与目标点之间的距离。18、工具面：在造斜黑且合中，由弯曲工具的两个轴所决定的刃衿平面。19、反扭角：使用井底马达带弯接头进行定向选斜或扭方位时，动力钻具启动前的工具面与启动后且加压 钻进时工具面之间的夹角。反扭角总是工具而逆时针转动。20、高边：定向井的井底是T呈够蛾态的圆平而，称为II：底圆。井底圆上的最高点称为高边。从井底 圆心至高边之间的连线所指的方向，称为井底高边方向。高边方向上的水平版称为高边方位，即井底方位。21、工具面角：是表示造斜工具下到井底后，工具而所在的位置参数。有两种表示方法：一种是以高边为 基准，一种是

4、以碳化为基准。高边基准工具而，简称高边工具面，是指高边方向线为始边，“耐针转到工具而 与井底圆平面的交线±W过的角度。碳I嚏准工具面等于高边工具而角力n上井底方位角。22、定向角：是定向工具而角的简称。在定向造斜时，当启动井下马达之后，工具面所处的位置，用工具 而角表示，即为定向工具面角。定向角可用高边工具面角表示，也可用做I匕工具面角表示。23、安置角：是安置工具而角的简称。在定向时，当启动井下动力钻具之前，将工具安置的位置，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力皈扭角。二、据妪里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

5、别适用于现场。平均角法廿算方法式中：L是1点井斜角与2点井斜角的平均值，称平均井斜角：也是1点方位角与2点方位角的平均值，称为平均方位角：L是1、2点间的段长（斜深）：（米）H是1、2点间的垂 （垂深）；（米）S是1、2点间的水平位移：（米）N是S住II*上的媛：（米）E是S在东轴上的投影；（米）故闭合距Se和闭合方位也分别为：SfJ（EN）2 + （ZE）产AN、AE分别为铮-小段位移（S）在地由、东轴上投影的迭加值。实例：已知井深140米时，井斜0.18°,方位359,在井深170m, 200m, 2301n和260m时，井斜和方位分 别是0.37°, 250°

6、;0.64°、230°0.43°； 216. 98°。28°, 224.26°；通过带入以h公式计算列表如下井深井斜垂深东轴位移驰位移闭合位移闭位1400.18014000.220.223600.041700.37250170-0.140.170.22321.590.562000.61230200-0. 360.040.37276.030. 322300.43216230-0. 56-0.160.58253.520.242600.28224260-0.68-0. 310. 74245. 720.16三井身剖而各项参数的计算已知地而坐标

7、，目标点坐标、垂深、最大力斜计篇龈点及各段长度实例：已知地面井口坐标：X=3943724.2YN03423916靶点垂深 2730mX 3943675 Y 3943675 Y 20342225 （最大井斜角）25°。靶心半径处20米根据已知条外设计成直、增、稳由求：踹点及各解：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（ZN）2 + （ZN） 2S 电=4（3943675- 3943724.2）2 + （20342225- 20342391.6）2 =173.11 （米）YF（2）计算本目标闭合方位小闭。由公式= ZNE E =2034222520342391.

8、6=-166.6S N =3943675-3943724.2=49. 2由2 N 2 E可知目标点在第三象限：代入公式<1> =73. 5°<1）闭=180-73. 5° 根据油田标准造斜4.5° /30（在现场可根据实际情况来选择造斜率例3.6130m 4130m）。井25斜增到,需要段长X30=166. 67米，由平均角法计算公式H=L cos。,4.5°S=L-sinae（ a,为平均井斜）可il算出 H 折166. 67cosl2. 5=162.71 米S 击166.67sinl2. 5=36. 07 米H造为造斜段垂深S造为造

9、斜段产生的立移（4）知道总位移和造斜段所产生的位移，可il算出稳斜段需产生的位移我仰ASS 6-Si2=173.11-36.07=137.04m由平均角法计算公式H=Lcos «£ 2sin a °V 137 04我们可推出稳斜段斜深L桧= = 324.28米sin ac sin 25S137 nd稳斜段垂策 Hg）=cosac =:cos250 = 293.89 米sin acsin 25（5）根据上的计算可以反推出造斜点=H 目标点一H造一H 稳=2730162. 71-293.89=2273. 4m目标点斜深L目标点=H造也稳=2273.4+166. 67+

10、324.28=2764. 35米根以上计算必,何以得到造斜点2273. 4m造斜段2273. 42440. 07m 井斜从025° 倒棒4. 5° /3°方位保持253. 5°稳斜段244.072273.4m升徐斗25°不变 方位保持在253. 5°在实钻过程中，我们过程中，我伍吃择造斜点，往往要留有余地，也就是提前50-100米造斜，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。有反向有正向。我挪可以根据以一崩步骤来重新 校IE目标点与il算点的总位移和对靶位，来fi新谢I湖姗点和名段的钠，只哪/译握±而这种

11、方法。 举一反三，你会发现直增剖而，宜增稳降直，直增、增剖面都可以利用上述思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的现实，其中地层走廊昉位影响有一定规律、根据地B各向异性原理，井斜方位有 着向垂直于地层走向的方向漂移的趋势。如图：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。造斜工具的装1角在定向井的方位控制中是非常重要的，造斜工具装置角决定了便ffl这个

12、爵扛具钻出的 新邢艮是增方位还是减方位或是稳方位。正确的装置角可以决定这个造斜工具窗蟀如何分配，即有多少用于 改变并斜角，有多少用于改变方位角，关链在于确定好造斜工具的耨角。目前在有线随钻条件下，可以随时 了解井府装置角的大小，这就为准确计算在一定装置角下，井斜、方位、变化i孟用的公式（一磁性定向法：1、数学日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，钻出胡相艮轴 线是一条圆滑的曲线，而这条圆弧曲线乃是空间用面上的圆弧曲线，其推导出的公式为(1)cos Q 2=cos Q /cos y sin a 'sm y 'coswtgA

13、(l)=sin/-sin 67(2)sincr - cos/ + cos6Z - sin / -cos6y八 sine? sin Ac?sin 3 二-(3)sin/1梯L理安装的.siiial cos / + sin yconyXconvv,、sm a= (4 )cosAp卬 _ 5山入05*±白1112片5山22§1112“2sin Asin(a7)上式中当增斜按方位时,根号前取负号,减斜方位时,根号前取+号当。=丫时,5式将出现但上=- 2 0IV的不定形式，此时需要按下式计算tg= fg9COS21 21-5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

14、种常用的特定条件下的扭方位“算 公式，若将这些特定和锹入1七式可得到简化il算公式90°扭方位，弯接头初好耨角W为±90,增方位时用内0,减方位时用一90已知：弯接头造斜率为K,扭方位前井斜角«井斜方位角巾，要求方位扭角中计算扭方位井段狗腿度Y，扭完方位后的井斜角。2扭方位井段长度AL,可得到简便公式= ±-(6)sinal“+、一”取法及意义如下：当900H寸式中取+号A6为正值表示增方位当w90附式中取一号A6为负值表示减方位cos a ;=cos a xcos Y(7)tgy=±tg 巾sin%(8)A <l>为正值式中取“+

15、”号A <l>为负值式中取“一”号报刊方位井段长度AL可用下式AL二乙(9)K©I辘fl方位已知弯接头造斜K,扭方位前井斜角。，和井斜方位角<1>,要求方位扭转角力，由于稳斜扭方位，扭完方位后QhJ,小F丸+小“算弯接初始装1场3，扭方位井段6”，扭方位钻进井段僦ALcos Y =cos- a i+sin- A <)(10)cosalcosy-costzl/ 、COS 3= (11)sin al sin/(=±cos (12)12式中正负号取法，当需要增立位时即小>0式中取“一”号9包梯L林安找葩扭方位井段AL仍按9式计算够力扭方位即函大

16、可能如倒斗工具的能力，副斓蟠位。已知K、】,、小、小计算：扭方刨卜段狗腿角Y，造斜工具蹲用3,扭方位井段长度AL扭完方位右的井斜角« ;公式g)=±cos1(13)也必这就是“算全力扭方位时造斜工具装置用的公式，式中的正负号取法为：需要增方法取“+”，需要减方 位取“一(14)(15)(16)SinAg列上sin alSiny=sin o isinA <|>coscrlCos ci 2=cos/扭方位井段I侬AL仍可用，9式计算。以J三种特殊情况下的扭方位计算公式，都是保持装置方位角不变扭方位的，下而瘵一例题，对比三种 特殊扭方位的区别。例 某定向井已钻至井深1

17、500米，井斜角22°,方位角150°,要求将方位扭至12CT,已知，造斜工具 的造斜为K=k/100,试分另眼如下扭方位方式计算弯接头装置角及其它参数。(1)要求在增斜情况下钻进150米，完成扭方位用90°扭方位方式用微祐访位式(4)用主力扭方位方式根据已知条件RA计算公式il算(略去计算过程)现将”算结果列于下表，各种扭方位方式I：或计算出榭速150米90扭主位微锄方位全力扭方位Q279.3270256.0241.8r13.5012.211.110.8A L150135.60123.64119.95n：27.425.022019.30由上表可以看出扭方位方式不

18、同，装置角就不同，扭方位井段的长度和狗腿角也不同扭完方位后的井斜角也不相同，这就告诉我们，要根据实钻井限轴线勺设计并限轴线的差别情况，正确地择91梯L理安装的扭方位方式，不要盲目地一律采用9T扭方位。扭方位段长度，以常规扭方位方式最大（150）米，90°扭方位次之（135.60米），稳斜扭方位再次之（123.67 ）米，主岫方位麒（119.95米）。当需要在最短井段内完成扭方位要求， 可以采用全力扭方位。扭完方位后的井斜角，在稳斜扭方位方式下不变，在常规方式和90扭方位方式下力:斜角均是增加的在主力扭方位方式下,力：斜角是已减小的可是全防位之所以扭的最小是花了代价, 这个代价你是井斜

19、角的减小。二高边定向法数学计算法保持耨角不变扭方位，是在我们现场中用多（即用高边扭方位）它的推导出的数学公式为 U = YCOS3（17）al收A <l）=ln（18）tgj或 A 6=<-sinty(19).0+。2sin2K6=Ksin 69sin a(20)注K6为方位变化率，K）y造余棒则胜意到当3=90”时，就90°扭方位：3成），时井斜角，。二常数，就掰例方位，则何以 证明3=90。就是主力扭方位，（注意，与磁性定向时，90°扭方位的并不是全力扭方位）例1已知。,=226=150°4）2=120°Q97100m现要求完成钻进150米完成扭方位，求3t和 a = Yeos aAsin（al + Sin 川二?-/利用直接连代法，可以求出3和。.计算得 3=-67. 56°A a =5.15° a f27. 15°例2已知条件同四，现已定（。=一80,求完成扭方位钻进的开段长度AL及扭完方位后的力:斜角将1718式f肖作变做唯Ac? , a a =2arct"+ In t（j J -a i依2028L二Kcos20楔合定辘代人日冲求出A。，然将A