1、定向井轨迹控制计算1,石油大学（华东）韩志勇,斜面法扭方位有关 计算和公式,定向井轨迹控制计算装置角的概念,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。,定向井轨迹控制计算装置角的概念,装置角的定义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；,定向井轨迹控制计算装置角的有关计算,最重要、最可靠的两套公式,(1),=001800，取“+”=18003600，取“”,应注意和必须满足
2、下式：,给定时，不能太小。,给定 时， 不能太大。,或,定向井轨迹控制计算装置角的有关计算,最重要、最可靠的两套公式,(2),0，取“+”；0，取“+”；0，取“+”；0，取“+”；0，取“”,定向井轨迹控制计算装置角的有关计算（例题5）,给定条件：1=220；1=1000；现给定装置角=2200，要求钻进100m将井斜角减小到2=150，求： 1.需要的工具造斜率K=?； 2.扭完方位后的井斜方位角2=？ 。 利用下式可计算出=11.590;K=3.480/30m；利用下式可计算出装置角=-29.920，2=70.080；,=001800，取“+”=18003600，取“”,定向井轨迹控制计
3、算装置角的有关计算,装置角的图解法(1)选择一定长度线段代表单位角度，例如，以厘米代表。,(2)选一原点，作目前井底方位线OQ，并量取OA = 1，注意是以长度代表角度。(3)以点为园心，以为半径（注意以长度代表角度）画园。 (4)作线段OB，使AOB = ，交园于B，联结AB。应当注意是有正负之分的。为正时，OB线在OA线的下方；为负时，OB线在OA线的上方。 (5)用量角器量QAB即为扭方位的装置角。 (6)用直尺量OB长度（换算成角度），即为扭方位之后的井斜角2。,定向井轨迹控制计算装置角的有关计算,装置角图解法，可以利用三角形OAB边角之间的关系进行求解。,三角形类型：任意三角形，等腰
4、三角形，直角三角形,定向井轨迹控制计算装置角的有关计算,装置角的图解法限长扭方位给定条件：1=220；1=1000；工具造斜率90/100m ；现要求钻进150m将井斜方位角减小到2=700；请用限长扭方位方式，并求：1. 装置角；2. 扭方位段的狗腿角；3. 扭弯方位后的井斜角2 ；,L=150m,定向井轨迹控制计算装置角的有关计算,装置角的图解法900扭方位给定条件：1=220；1=1000；工具造斜率90/100m ；现要求将井斜方位角减小到2=700；求：1. 装置角；2. 扭方位段的狗腿角；3. 扭弯方位后的井斜角2 ；4. 扭方位段的段长L；,L=141m,直角三角形求解,定向井轨
5、迹控制计算装置角的有关计算,装置角的图解法稳斜扭方位给定条件：1=220；1=1000；工具造斜率90/100m ；限要求将井斜方位角减小到2=700；请用稳斜 扭方位方式，并求：1. 装置角；2. 扭方位段的狗腿角；3. 扭弯方位后的井斜角2 ；4. 扭方位段的段长L；,L=127m,等腰三角形求解,定向井轨迹控制计算装置角的有关计算,装置角的图解法全力扭方位给定条件：1=220；1=1000；工具造斜率90/100m ；限要求将井斜方位角减小到2=700；请用全力 扭方位方式，并求：1. 装置角；2. 扭方位段的狗腿角；3. 扭弯方位后的井斜角2 ；4. 扭方位段的段长L；,在井段最短，狗
6、腿角最小情况下，得到的方位角变化最大。,L=122m,直角三角形求解,定向井轨迹控制计算装置方位角的概念,注意到装置角是以井斜高边为基准的。高边方位又是随着井斜方位的变化而变化的。井斜方位是以正北方位为基准、以顺时针方向计算的。定义：装置方位角是以正北方位为基准，数值上等于井斜方位角加上装置角。,需要特别注意，1 和是不在一个平面上的。不在一个平面上为什么能够相加？！,定向井轨迹控制计算定向方位角的概念,动力钻具反扭角：当我们将动力钻具带弯接头下到井底，并将工具面摆到装置方位线上，然后启动，工具面将要向反时针方向旋转一个角度，此角度称为反扭角。动力钻具启动后，转子受到一个顺时针方向的扭矩，因而
7、顺时针方向旋转；定子受到一个反时针方向的扭矩，因而反时针方向旋转；由于钻柱在井口被转盘锁住，不能自由旋转，最终只能扭转一定角度，即反扭角。反扭角以n 表示。为保证装置方位角不变化，引出定向方位角。,定向井轨迹控制计算定向方位角的概念,考虑到动力钻具反扭角的影响，在给造斜工具定向时，不能将工具面对准装置方位线，而应超过装置方位线一个“反扭角”，即对准定向方位线。定向方位线的方位角称为定向方位角。,定向井轨迹控制计算动力钻具反扭角,影响反扭角的因素：1. 动力钻具扭矩的大小：扭矩越大，反扭角越大；扭矩与钻具结构、泥浆排量、钻压、地层等因素有关；2. 钻柱尺寸和钢材性能：反扭角与钻柱长度成正比；与钻
8、柱断面的极截面惯性矩（扭转惯性矩）成反比；与钻柱钢材的弹性模量成反比；3. 钻柱与井壁摩阻系数：摩阻系数越大，摩擦扭矩就越大，反扭角就越小；摩阻系数与泥浆性能、井壁光滑程度有关；,定向井轨迹控制计算动力钻具反扭角,影响反扭角的因素：4. 装置角的影响：,规律：装置角在001800 范围内，将使反扭角减小；装置角在18003600 范围内，将使反扭角增大；装置角在“偏增角”附近，对反扭角影响达到最大；装置角在00 和1800 附近，对反扭角影响达到最小；井斜角越大，装置角对反扭角的影响就越大；问题思考：上述五条规律的原因是什么？,定向井轨迹控制计算动力钻具反扭角,反扭角的确定方法随钻测量法：需要
9、有随钻测量仪器。从随钻测量以的显示屏上可以清楚地看出，动力钻具启动后，工具面向回转的角度（反扭角）。计算机软件计算法：近年来出现的新方法。需要建立计算模型。可以较为精确的考虑钻柱与井壁之间的摩阻因素。摩阻系数以及其他影响因素，仍难以精确计算。经验数据法：有些动力钻具厂家与定向井公司联合，共同给出一些经验数据。准确性最差；资料反算法：在实钻过程中，利用实钻资料，可以较好地反算反扭角。这样得到的反扭角值，在下一步钻进中使用，就比较准确。,定向井轨迹控制计算动力钻具反扭角,反扭角的确定方法经验数据法,定向井轨迹控制计算动力钻具反扭角,反扭角的确定方法经验数据法上页经验数据表适用的条件：地层：软中硬钻
10、具：20 弯接头+27/8”钻杆+37/8”Dyna钻具；20 弯接头+31/2”钻杆+5”Dyna钻具；20 弯接头+41/2”钻杆+61/4”Dyna钻具；20 弯接头+5”钻杆+73/4”Dyna钻具；20 弯接头+5”钻杆+95/8”Dyna钻具；装置角在950和2650之间，怎么办？00和1800处，反扭角等于950和2650的平均值。然后使用内插法。一个重要规律：在相同井深、相同装置角下，井斜角越大，则装置角对反扭角的影响就越大。,（为什么？！）,定向井轨迹控制计算动力钻具反扭角,反扭角的确定方法资料反算法原理已知试钻井段的资料： 1 、2 、1 、2 、S ;反算反扭角：计算该段狗腿角 ：计算造斜工具的实际装置角 Z ：计算实际反扭角nz ：,增方位取正，减方位取负；,
