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1、井眼轨迹的基本概念井眼轨迹的基本概念1.井身的基本参数；2.井斜变化率与井斜方位变化率；3.井眼轴线形状的图示法；4.其他井身参数；5.井眼轴线在平面图上的曲率；6.井眼曲率；中海油田服务有限公司中海油田服务有限公司-邢忠玺邢忠玺定向井的定义一、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。（井井斜斜控控制制是是使使井井眼眼按按规规定定的的井井斜斜、狗狗腿腿严严重重度度、水水平平位位移移等限制条件的钻井过程）。等限制条件的钻井过程）。二、水平井二、水平井井眼轨迹的基本参数4所谓井眼轨迹，实指井眼轴线。4一口实钻井的井眼轴线乃是一条空间曲线。为了进行轨迹控制，就要
2、了解这条空间曲线的形状，就要进行轨迹测量，这就是“测斜”。4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”。4测斜仪器在每个点上测得的参数有三个，即井深、井斜角和井斜方位角。这三个参数就是轨迹的基本参数。井眼轨迹的基本参数4井深：指井口(通常以转盘面为基准)至测点的井眼长度，也有人称之为斜深，国外称为测量井深(MeasureDepth)。井深是以钻柱或电缆的长度来量测。井深既是测点的基本参数之一，又是表明测点位置的标志。井深常以字母表示，单位为米(m)。井深的增量称为井段，以表示。二测点之间的井段称为测段。一个测段的两个测点中，井
3、深小的称为上测点，井深大的称为下测点。井深的增量总是下测点井深减去上测点井深。井眼轨迹的基本参数4井斜角：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。井眼轨迹的基本参数4井斜方位角：某测点处的井眼方向线投影到水平面上，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
4、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。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。井眼轨迹的
5、基本参数4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井眼轨迹的基本参数4磁偏角磁篇角地图：井眼轨迹的基本参数4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
6、所在的象限，如N67.5W。井眼轨迹的基本参数4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；磁偏角校正(课堂练习)400，求真方位角=？40。某测点测得井斜方位角为3580，求真方位角=？400，求真方位角=？如果用象限角表示，象限角=？44.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=？井斜变化率和井斜方位变化率4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。4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：4以增量代替微分，以相邻二测点间的
7、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。4求得的乃是该测段的平均井斜变化率：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：井眼轴线形状的图示法4三维坐标图示法：井眼轴限的特点：形状复杂，结构简单。无法给人以立体感。需要采用辅助面增强立体感。只在特殊时候采用。井眼轴线形状的图示法4柱面图表示法：垂直剖面图的形成：实钻井眼是一条空间曲
8、线，设想经过这条曲线上的每一个点作一条铅垂线，所有这些铅垂线就构成了一个曲面。这个曲面与水平面的交线就是这口井的水平投影图。这个曲面乃是柱面，它的显著特点，是可以展平到平面上。当这个柱面展平时，井眼轴线也被展到平面上，这就是井眼轴线的垂直剖面图。井眼轴线形状图示法4柱面图表示法：此法曾在我国油田现场得到广泛使用。包括两张图：一是水平投影图，相当于俯视图，与投影图表示法相同；一是垂直剖面图(横坐标P，纵坐标D)，与垂直投影图不同，它不是在某个铅垂平面上的投影。优点：凭着这两张图，即可了解井眼的空间形状；可以反映出井身参数的真实值作图容易，利用测斜资料算出每个测点的坐标位置，即可作图。井眼轴线形状
9、的图示法4投影图表示法相当于机械制图中的视图表示法，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。其他井身参数4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。4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井口的长度在水
10、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。4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。其他井身参数4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。4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。4闭合距与闭合方位：国外将水平位移称作闭合距(ClosureDistance)，将平移方位角称作闭合方位角(ClosureAzimuth)。我国现场常特指完钻时的水平位移为闭
11、合距，平移方位角为闭合方位角。4水平位移和水平长度是完全不同的概念。视平移：视平移：有人称为投影位移，有人称为投影位移，英文称英文称Vertical Section，是，是水平位移在设计方位线上的水平位移在设计方位线上的投影长度。视平移以字母投影长度。视平移以字母表示。表示。视平移也可以定义为水平位视平移也可以定义为水平位移在设计方位线上的投影。移在设计方位线上的投影。井眼轴线在柱面图上的曲率柱面图上的曲率：垂直剖面图上的曲率：等于井斜角对井深的一阶导数，以KH表示。正好等于井斜变化率K。水平投影图上的曲率：等于井斜方位角对水平投影长度的一阶导数，以KA表示。他与井斜方位变化率不同。井眼曲率及
12、其计算井眼曲率的概念：井斜角表示井眼偏离铅垂线的程度。井斜不仅有斜度变化，还有井斜方位的变化。井斜角和井斜方位角的不断变化，反映了井眼前进方向的变化。从一点到另一点，井眼前进方向变化的角度（两点处井眼前进方向线之间的夹角），既反映了井斜角的变化，又反映了井斜方位角的变化。人们将此角度称为全角变化值，或称为狗腿角，通常以表示。井段长度不变，狗腿角越大，则井眼前进方向变化的越快，井眼弯曲越厉害，井眼曲率越大。井眼曲率也称为全角变化率，又称狗腿严重度(简称为狗腿度)，都是同一个概念，是指单位长度井段内狗腿角的大小。井眼曲率计算方法:有公式计算法、查图法、图解法、查表法和尺算法等五种。后四种皆来源于公
13、式计算法。公式计算法又可分为三套。井眼曲率及其计算4第一套计算公式：4根据空间微分几何原理推导，可得：4对于一个测段来说，以和代入，4并以测段平均井斜角代替公式中的，得到：44令：则：井眼曲率及其计算4第一套公式的图解法：（1）作水平射线；（2）作c；（3）以一定长度代表单位角度，量；（4）自点向作垂线，垂足为点；（5）按步骤（3）中的比例（以长度代表角度的比例），量；（6）连接、，并量、长度，按步骤（3）中的比例换算成角度，此角度即狗腿角。井眼曲率及其计算4第二套计算公式：这是Lubinsky先生根据空间平面圆弧曲线推导的。假定测段是斜面圆弧曲线，则测段的狗腿角：式中：若用半角和平均角形式表
14、达,则可得:井眼曲率及其计算4第二套公式查图法：井眼曲率及其计算4第三套计算公式这套公式源于沙尼金图解法，其表达式为：这显然是任意三角形余弦定理的表达式，因而也可用图解法来解：（1）选取一定比例，以一定长度代表单）选取一定比例，以一定长度代表单位角度，作线段，使其长度代表位角度，作线段，使其长度代表1 ；（2）作线段，使）作线段，使；（3）按步骤（）按步骤（1）的比例，量）的比例，量2 ；（4）连接、，并量的长度，按）连接、，并量的长度，按步骤（步骤（1）的比例换算成角度，即为）的比例换算成角度，即为。井眼曲率及其计算计算方法的选择4第一套公式，数学推导严密，是用于各种形状的井眼，具有普遍性。4第二套公式是建立在假设井段是平面曲线，而且是平面圆弧曲线的前提下推导，适用于平面曲线的井眼，例如，用弯曲动力钻具定向钻进钻出的井眼。4第三套公式本身就是近似公式，只能是用于井斜角较小，井斜方位角也较小的情况下。4我国定向井标准化委员会制定的标准规定：使用第一套计算公式。井眼曲率及其计算课后作业：课后作业：用不同方法计算狗腿角用不同方法计算狗腿角序号测点参数计算方法和结果12第一套第二套第三套135398215208325310410150560601061015807606080