定向井基础知识

1、定向井基础知识第1页，共23页，2022年，5月20日，0点41分，星期三前言 本ppt主要讲述一些关于定向井技术中井眼轨迹和井眼轨迹控制方面的术语和基本方法。其目的是抛砖引玉，立足于现场运用，如需要详细了解和掌握请查阅相关的书籍。第2页，共23页，2022年，5月20日，0点41分，星期三定向井的定义一、定向井 定向钻井是使井眼沿预先设计的井眼轴线（井眼轨迹）钻达预定目标的钻井过程。（井斜控制是使井眼按规定的井斜、狗腿严重度、水平位移等限制条件的钻井过程）。二、水平井第3页，共23页，2022年，5月20日，0点41分，星期三井眼轨迹的基本参数所谓井眼轨迹，实指井眼轴线。一口实钻井的井眼轴线

2、乃是一条空间曲线。为了进行轨迹控制，就要了解这条空间曲线的形状，就要进行轨迹测量，这就是“测斜”。目前常用的测斜方法并不是连续测斜，而是每隔一定长度的井段测一个点。这些井段被称为“测段”，这些点被称为“测点”。测斜仪器在每个点上测得的参数有三个，即测深、井斜角和井斜方位角。这三个参数就是轨迹的基本参数。第4页，共23页，2022年，5月20日，0点41分，星期三井眼轨迹的基本参数测深(MD)：指井口(通常以转盘面为基准)至测点的井眼长度。国外称为测量井深(Measure Depth)。井深是以钻柱或电缆的长度来量测。测深既是测点的基本参数之一，又是表明测点位置的标志。井深：指井口(通常以转盘面

3、为基准)至钻头的井眼长度，也有人称之为斜深。滞后距：指测点至钻头的距离。第5页，共23页，2022年，5月20日，0点41分，星期三井眼轨迹的基本参数井斜角（Inc）：过井眼轴线上某测点作井眼轴线的切线，该切线向井眼前进方向延伸的部分称为井眼方向线。井眼方向线与重力线之间的夹角就是井斜角。显然，井眼方向线与重力线都是有向线段。井斜角表示了井眼轨迹在该测点处倾斜的大小。井斜角常以希腊字母表示，单位为度()。一个测段内井斜角的增量总是下测点井斜角减去上测点井斜角，以表示。 第6页，共23页，2022年，5月20日，0点41分，星期三井眼轨迹的基本参数井斜方位角(Amz)：某测点处的井眼方向线投影到

4、水平面上，称为井眼方位线，或井斜方位线。以正北方位线为始边，顺时针方向旋转到井眼方位线上所转过的角度，即井眼方位角。注意，正北方位线是指地理子午线沿正北方向延伸的线段。所以正北方位线和井眼方位线也都是有向线段，都可以用矢量表示。 第7页，共23页，2022年，5月20日，0点41分，星期三井眼轨迹的基本参数井斜方位角常以字母表示，单位为度()。井斜方位角的增量是下测点的井斜方位角减去上测点的井斜方位角，以表示。井斜方位角的值可以在0360 范围内变化。注意“方向”与“方位”的区别。方位线则是水平面上的矢量，而方向线乃是空间的矢量。只要讲到方位，方位线，方位角，都是在某个水平面上；而方向和方向线

5、则是在三维空间内(当然也可能在水平面上)。井眼方向线是指井眼轴线上某一点处井眼前进的方向线。该点的井眼方位线则指该点井眼方向线在水平面上的投影。在学习扭方位计算时，也要特别注意这个区别。 第8页，共23页，2022年，5月20日，0点41分，星期三井眼轨迹的基本参数磁偏角目前广泛使用的磁性测斜仪是以地球磁北方位为基准的。磁北方位与正北分位并不重合而是有个夹角，称为磁偏角。磁偏角又分为东磁偏角和西磁偏角。东磁偏角指磁北方位线在正北分位线的东面，西磁偏角指磁北方位线在正北分位线的西面。用磁性测斜仪测得的井斜方位角称为磁方位角，并不是真方位角，需要经过换算求得真方位角。这种换算称为磁偏角校正。换算的

6、方法如下： 真方位角磁方位角东磁偏角真方位角磁方位角西磁偏角 第9页，共23页，2022年，5月20日，0点41分，星期三井眼轨迹的基本参数象限角 井斜方位角还有另一种表示方式，称“象限角”它是指井斜方位线与正北方位线或与正南方位线之间的夹角。象限角在 090度之间变化。书写时需注明所在的象限，如N67.5W。 第10页，共23页，2022年，5月20日，0点41分，星期三井眼轨迹的基本参数象限方位角得校正，更为麻烦。区别东西磁偏角；区别在那个象限里；第11页，共23页，2022年，5月20日，0点41分，星期三磁偏角校正(讨论)1. 我国胜利油田的磁偏角大约是西偏5.50。某测点测得井斜方位

7、角为2.50，求真方位角=？2. 我国新疆克拉玛依油田的磁偏角大约是东偏4.10。某测点测得井斜方位角为358，求真方位角=？3. 西磁偏角5.50，测得方位角292.50，求真方位角=？如果用象限角表示，象限角=？4. 东磁偏角50，测得方位角1200，求真方位角=？如果用象限角表示，象限角=？第12页，共23页，2022年，5月20日，0点41分，星期三井斜变化率和井斜方位变化率井斜角和井斜方位角是在随着井深而不断变化的。既然在变化，就有变化快慢之分。变化率就是变化的快慢。 井斜变化率：是指井斜角随井深变化的程度，以表示。严格地讲，井斜变化率是井斜角对井深的一阶导数，可写为：以增量代替微分

8、，以相邻二测点间的井斜角变化值（）与二测点间井段长度（L）的比值来表示井斜变化率的。求得的乃是该测段的平均井斜变化率： 第13页，共23页，2022年，5月20日，0点41分，星期三井斜变化率和井斜方位变化率井斜方位变化率：是指井斜方位角随井深变化的程度，以表示。严格地讲，井斜方位变化率是井斜方位角 对井深的一阶导数，可写为：以增量代替微分，以相邻二测点间的井斜方位角变化值（ ）与二测点间井段长度（L）的比值来表示井斜方位变化率的。求得的乃是该测段的平均井斜方位变化率： 第14页，共23页，2022年，5月20日，0点41分，星期三井眼轴线形状的图示法投影图表示法 相当于机械制图中的视图表示法

9、，在国外使用广泛。这种图示法包括两张图：一张是水平投影图，相当于俯视图。一张是垂直投影图，相当于侧视图，其投影面选在原设计方位线所在的铅垂平面上(横坐标V，纵坐标D)。 投影图主要用于指导施工。优点：从图上可直接看出，需要增斜还是需要降斜，需要增方位还是需要减方位。也可根据这张图，可以想象出井眼轴线的空间形状。缺点：这种垂直投影图不能反映出井身参数的真实值。 第15页，共23页，2022年，5月20日，0点41分，星期三其他井身参数垂直深度：简称垂深，是指轨迹上某点至井口所在水平面的距离。垂深的增量称为垂增。垂深常以字母表示，垂增以表示。 水平投影长度：简称水平长度或平长，是指井眼轨迹上某点至

10、井口的长度在水平面上的投影，即井深在水平面上的投影长度。水平长度的增量称为平增。平长以字母表示，平增以表示。坐标和坐标：是指轨迹上某点在以井口为原点的水平面坐标系里的坐标值。 第16页，共23页，2022年，5月20日，0点41分，星期三其他井身参数水平位移：简称平移，指轨迹上某点至井口所在铅垂线的距离，或指轨迹上某点至井口的距离在水平面上的投影。此投影线称为平移方位线。水平位移常以字母表示。平移方位角：指平移方位线所在的方位角，即以正北方位为始边顺时针转至平移线上所转过的角度，常以字母表示。闭合距与闭合方位：国外将水平位移称作 闭合距(Closure Distance)，将平移方位角称作闭合

11、方位角(Closure Azimuth)。我国现场常特指完钻时的水平位移为闭合距，平移方位角为闭合方位角。 水平位移和水平长度是完全不同的概念。 视平移：有人称为投影位移，英文称Vertical Section，是水平位移在设计方位线上的投影长度。视平移以字母表示。视平移也可以定义为水平位移在设计方位线上的投影。 第17页，共23页，2022年，5月20日，0点41分，星期三定向井轨迹控制基本概念1. 要求：在实钻过程中，设法使实钻的井眼轨迹尽可能符合设计的井眼轨道。2. 实质：井眼轨迹控制，的实质，就是不断地控制井眼的前进方向。井眼方向由井眼的井斜角和井斜方位角来表示的。3. 井眼方向控制内

12、容：井斜角的控制：增斜、降斜、稳斜；井斜方位角控制：增方位、降方位、稳方位；增斜增方位稳方位降方位稳斜降斜(九种组合)第18页，共23页，2022年，5月20日，0点41分，星期三定向井轨迹控制基本术语造斜工具得造斜率，既可用于改变井斜方位角，同时可用于改变井斜角。如何按照轨迹发展的需要去改变井斜角和井斜方位角呢？关键在于分配造斜率，其关键有在于装置角的计算和安置。第19页，共23页，2022年，5月20日，0点41分，星期三定向井轨迹控制工具螺杆钻具由四个部件组成，从上至下依次是：（1）旁通阀总成；（2）马达总成；（3）万向轴总成；（4）传动轴总成。螺杆钻具的工作原理：通过钻井液挤压转子与定

13、子之间的密封腔，推动转子自转；经万向轴的转换，把行星转动变为轴心转动，带动钻头旋转，即把钻井液的液力能通过螺杆转换成机械能。第20页，共23页，2022年，5月20日，0点41分，星期三定向井轨迹控制计算装置角的概念装置角的定义井斜铅垂面与造斜工具面的夹角(还不够准确！)；以井斜铅垂面为基准，顺时针旋转到造斜工具面上所转过的角度；在井底平面上，以高边方向线位基准，顺时针旋转到工具面与井底圆的交线上所转过的角度；第21页，共23页，2022年，5月20日，0点41分，星期三定向井轨迹控制基本术语造斜工具面：螺杆高边与井眼轴线形成的面。装置角分为磁性工具面角和重力工具面角磁性工具面角：以正北方向为基准，顺时针旋转至造斜工具面在水平面上的投影方向线形成的夹角。重力工具面角：以高边方向线为基准，顺时针旋转至造斜工具面在水平面上的投影方向线形成的夹角。第22页，共23页