第五章 两维定向井的设计Word文档格式.docx
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Φ
ΔXS
a井口(Xa、Ya)
OY地理东
给定地面井位坐标即井口坐标(Xa、Ya),地下目标点坐标(Xb、Yb)和目标层垂直深度H
坐标换算公式如下:
S=(ΔX2+ΔY2)1/2(4-1)
tg-1|ΔY/ΔX|Φ在第Ⅰ象限
Φ=180º
-tg-1|ΔY/ΔX|Φ在第Ⅱ象限(4-2)
180º
+tg-1|ΔY/ΔX|Φ在第Ⅲ象限
360º
-tg-1|ΔY/ΔX|Φ在第Ⅳ象限
式中:
S—设计水平位移
Φ—设计方位角
ΔX=Xb-Xa,为目标点地理北坐标与井口地理北坐标的差值
ΔY=Yb–Ya为目标点地理东坐标与井口地理东坐标的差值
例:
已知某井井口坐标:
纵4293466.8横20546701.8
井底坐标:
纵4292770横20546510
求其方位角和水平位移?
解:
ΔN=N底-N口=4292770-4293466.8=-696.8
ΔE=E底-E口=20546510-20546701.8=-191.8
该井设计方位Φ=180º
+tg-1|ΔY/ΔX|=195.5º
水平位移S=(ΔN2+ΔE2)1/2=723m
二、井身剖面设计的内容和步骤
1、选择剖面类型;
2、确定增斜率和降斜率,选择造斜点;
3、求得剖面上的未知参数,一般情况下这个未知参数是全井最大井斜角αm;
4、进行井身计算,包括各井段的井斜角、垂深、水平位移、井斜方位角(三维剖面)及井深;
5、作垂直投影图和水平投影图,必要时绘出控制安全圆柱;
三、常规两维定向井井身剖面设计
常规两维定向井的剖面形状主要有两种,一种是“直—增—稳”剖面,在我国现场上称为“三段制剖面”,此种剖面又可分为低造斜点和高造斜点两类,稳斜段的长度也可长可短,甚至可以没有稳斜段,这主要根据设计的条件和要求而定。
另一种是“直—增—稳—降—稳”剖面,现场上称之为“五段制剖面”。
虽然实际所用的剖面类型很多,但它们都只是这两种剖面演变而来的,我们也可以说“三段制”剖面是“五段制剖面”的一种特殊情况。
这样,我们就可以用“五段制剖面”作为所有常规两维定向井剖面的代表。
如果能设计出“五段制剖面”,其它常规剖面都可以迎刃而解。
五段制剖面的设计方法目前主要有三种:
作图法、查图法和解析法。
下面介绍解析法设计井身剖面。
前面我们讲过,五段制井身剖面可以作为所有常规井身剖面的代表,所以我们就以五段制井身剖面来推导最大井斜角的计算公式。
如下图所示,
在直角三角形Δkfg中,
fgAOAO
tgαm===
kgaj-ak-gjHO-(R1+R2)tg(αm/2)
令R1+R2=R0,则经过变换可得:
(2R0-AO)tg2(αm/2)-2HO*tg(αm/2)+AO=0
αmHO±
√HO2+AO2-2R0*AO
tg()=(4-3)
22R0-AO
在定向井的具体条件下,上式根号前的符号应取负号,舍去正号,于是得:
αmHO-√HO2+AO2-2R0*AO
tg()=
HO=H-Hz-ΔHxz+R2*sinα″(4-4)
AO=A-ΔAxz+R2(1-cosα″)(4-5)
R0=R1+R2(4-6)
若给定条件ΔHxz,则Δaxz=ΔHxz*tgα″
HO—自造斜点至井斜降为0处的垂直长度;
AO—自造斜点至井斜降为0处的水平位移;
α″—降斜后稳斜井段的井斜角;
ΔHxz—降斜后稳斜井段的垂增;
H—设计垂深;
A—设计水平位移;
Hz—造斜点的垂深;
R1、R2—增降斜曲率半径;
18011801
R1=*;
R2=*
πK1πK2
对公式(4-3)作如下讨论:
(1)式中的√HO2+AO2-2R0*AO恰好等于稳斜段bc的长度,因此我们就可以将
HO2+AO2-2R0*AO看作是一个判别式:
当HO2+AO2-2R0*AO>
0时,表示剖面有稳斜段存在;
当HO2+AO2-2R0*AO<
0时,表示剖面不存在,这时应修改设计条件;
当HO2+AO2-2R0*AO=0时,说明该剖面没有稳斜段;
(2)对于没有稳斜段的剖面,公式简化为:
αmAO
tg=
2HO
(3)在(4-3)式中,若2R0-AO=0,则公式变为不定式,即
αm0
20
这时按罗彼塔法则定值,得下式
22HO
计算出最大井斜角后,就可以进行井身计算,井身计算的内容是算出各井段的垂增、平增、和段长。
对于增斜段
ΔH1=R1*sinαm
ΔA1=R1(1-cosαm)
ΔL1=αm*R1(αm单位为弧度)
对于稳斜段
ΔH2=ΔL2*cosαm
ΔA2=ΔL2sinαm
ΔL2=√HO2+AO2-2R0*AO
对于降斜段
ΔH3=R2*(sinαm-sinα″)
ΔA3=R2(cosα″-cosαm)
ΔL3=R2(αm-α″)(αm、α″单位为弧度)
总井深:
L=Hz+ΔL1+ΔL2+ΔL3+ΔLxz
为了检验井身计算是否正确,可将所有垂深相加看是否等于总垂深,再将所有各段位移相加看是否等于总位移,否则,说明计算有误。
例1:
某定向井设计垂深H=3000m,设计位移800m,设计方位30º
,造斜点深Hz=500m,采用五段制剖面,设计造斜率1.8º
/30m,降斜率1.2º
/30m,降斜后井斜角为10º
,垂深2700,试求该剖面的最大井斜角。
180118030
R1=*=*=954.93m
πK1π1.8
180118030
R2=*=*=1432.39m
πK2π1.2
HO=H-Hz-ΔHxz+R2*sinα″
=3000-500-(3000-2700)+1432.39*sin10º
=2448.73m
AO=A-ΔAxz+R2(1-cosα″)
=800-300*tg10º
+1432.39*(1-cos10º
)
=768.86m
R0=R1+R2=2387.32m
稳斜段长:
LH=√HO2+AO2–2R0*AO=1707.75m
HO–LH
最大井斜角:
αm=2tg-1=20.96º
2R0-AO
答:
最大井斜角为20.96º
。
例2:
某五段制剖面井,设计最大井斜角为30º
,以1.8º
/30m的降斜率降至10º
,试求降斜段的垂增、平增及降斜段长。
18030
R降=*=954.93m
π1.8
ΔH降=R降(sinαm-sinαb)=311.64m
ΔA降=R降(cosαb-cosαm)=113.43m
ΔL降=Δα/K降=20/(1.8/30)=333.33m
例3:
图示为定向井三段制设计轨道,已知造斜
圆弧半径R=1079m,造斜圆弧ab长680m
求造斜终点井斜角α为多少度?
aR
解:
(1)α=S/R=680/1078=0.63(弧度)b
(2)α=0.63*57.3=36.1º
α
第三节定向井软件Steerer的使用
Steerer简介
此软件自1992年开始开发。
八年来经过不断的理论到实践和实践到理论的不断反复,此软件已成为一个经过实践严格考验过的优秀软件。
此软件的作者本人自1991年至1999年一直从事定向井现场施工,先后去过菲律宾和伊朗参加定向井水平井技术服务,足迹遍布国内各大油田的定向井水平井施工现场,有丰富的现场施工经验,确实知道现场需要,并有充分的机会和现场实例来进行软件的实践检验,在这种前提下开发出来的产品是绝对值得信赖的!
为了适应世界软件技术的发展,同时也为了在软件上与国际接轨,作者采用目前最先进的软件开发技术,并大量吸取外国软件的优点,结合现场实际,开发了此Windows版定向井钻井软件,并将它命名为Steerer。
同期完成的配套软件是DDDB,DDDB包含了定向井数据库及定向井完井报告。
DDDB可与Steerer很好地共享数据。
基本功能
全新的世界级的软件界面
全面支持中英文
全面支持公英制
先进的打印机支持
测地学计算(WMM2000磁偏角计算和大地坐标转换)
万能轨道设计
定向井水平井计算及待钻井眼设计
测斜数据误差椭圆计算
邻井扫描
水平投影图、垂直投影图、三维立体图及混合视图
井身结构图
钻井时间计划图
可视平台优选
自动平台基孔编辑
弯接头及导向马达造斜率计算
工具面计算
定量钻具组合效果预测
钻具组合及水力计算
摩阻拉力和扭矩计算
与MSOffice兼容的打印输出
智能在线帮助及标准Windows帮助
井名
在菜单中,选择井名|打开,这时将出现打开文件对话框。
1.如何新建一口井?
在文件名编辑框内输入要新建的井名单击“确定”按钮,软件将提示“文件不在,是否要建立?
”,单击“是”,则此井已建立,井名将显示在标题栏上。
2.如何打开一口井?
在文件名列表框中选择所要打开的文件,单击“确定”按钮。
3.如何让一个井名成为默认井名?
在本软件的快捷方式中添加此井名,例:
“C:
\DDDC98\Steerer.exeAwell”即可。
其中“Awell”为正钻井的井名。
单位制
在您进行一口井的设计与计算之前,您首先必须设定该井的单位制。
在菜单中,选择井名|单位制,这时将出现单位对话框。
1.如何为某井设置单位制?
在单位制对话框中,单击单选钮为该井选择单位制。
2.如何进行常用单位制转换?
在单位制组合框中,选择所需转换的单位制,并在编辑框内输入合适的数据按回车键即可。
如何计算并补偿收敛角
具体做法非常简单,在软件里选取网格北(Gridnorth)作为北参考,输入井口的高斯投影坐标(即纵x,横y),点击计算收敛角按钮即可。
关于收敛角如何补偿,软件会自动处理。
图4
选项
在菜单中,选择井名|选项,这时将出现选项对话框。
1.如何设置报告页眉?
在左页眉或右页眉中输入合适页眉文本即可。
2.如何设置页码?
如果您不想显示页码,则让页码编辑框空着即可。
如果您想让第5页成为起始
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- 第五章 两维定向井的设计 第五 定向井 设计
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