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1、1,考虑方位漂移的轨道设计,韩志勇,方位漂移规律、原因及现场做法,在旋转钻定向井中，往往出现井斜方位漂移的现象，多数情况下，是向右漂。也有少数情况出现左漂。造成井斜方位漂移的原因，有两方面：地质原因：在旋转钻垂直井中，钻头总有向地层上倾方向偏斜的趋势，因而造成井斜。造成方位漂移的原因与造成垂直井井斜的原因相同，对于由于地层层面与井眼前进方向的夹角，不正好是900，地层可钻性的各向异性在起作用，造成方位漂移。,2001年,2,定向井讲课 韩志勇*,方位漂移规律、原因及现场做法,钻柱旋转原因：钻头和扶正器，在重力作用下，与井壁下侧接触，作用与井壁下侧一个正压力。当钻头和扶正器旋转时，由于正压力的原
2、因，产生摩阻力。钻头和扶正器给井壁下侧的摩阻力，方向是向“左”的。同时，井壁下侧也给钻头和扶正器一个相反的作用力，方向是向“右”的。此力具有将钻头和扶正器推向“右”的趋势。所以，钻柱旋转因素总是使井眼方位向“右”漂。地质因素可能向左也可能向右，钻柱旋转因素总是向右。方位的实际漂移方向，取决于地质因素和钻柱旋转因素共同作用的结果。,2001年,3,定向井讲课 韩志勇*,方位漂移规律、原因及现场做法,现场的做法：在定向造斜时，选择一个方位“超前角”，弥补方位的漂移。缺点：超前角的选择，完全依靠技术人员的经验，不够科学，误差较大；,2001年,4,定向井讲课 韩志勇*,考虑方位漂移的解析法设计,概述
3、：最简单的方位漂移设计如右图所示。显然，考虑方位漂移的轨道设计，乃是三维轨道设计。轨道水平投影图So，是曲线。曲线上任一段的曲率为：各段的漂移率Kp 可能是不同，各段的井斜角也可能是不同的，这就造成水平投影图上各点出的曲率可能是不同的，即曲率半径不是常数。设计水平投影图，需要先知道垂直剖面图上各点的井斜角；而设计垂直剖面图，又需要先知道水平投影长度。这种互相依赖，给解析法设计带来了很大难度。关键在于如何克服这个难点。,2001年,5,定向井讲课 韩志勇*,考虑方位漂移的解析法设计,概述：企图用解析法进行设计，曾经有刘祖煌、刘修善等人进行过探讨。这些探讨概括起来有两种方法：近似平均法：这是刘祖煌
4、在承担地矿部华北石油局的一个项目时，首先提出来的。综合刘祖煌和刘修善二人的方法而成。该方法只是近似方法，不够严谨。自然曲线法：这是大庆石油学院的刘修善首先提出来的。该方法数学推导是严谨的，但也有一些不足，使用条件要受到限制。,2001年,6,定向井讲课 韩志勇*,考虑方位漂移的解析法设计近似平均法,一个近似“规律”刘祖煌发现有这样一个“规律”：造斜点以下的井眼轴线，不管井斜角如何变化，全井各点井斜角的平均值，等于：这个“规律”，其实并不准确，描述也不清楚。如果说，“全井各点井斜角的加权平均值等于常数”，将更准确点。“权值”是该井斜角对应的水平长度。近似平均方法就是建立在这个“规律”基础上的。事
5、实上这个“规律”是近似的。所以我将这种方法成为近似平均法。,2001年,7,定向井讲课 韩志勇*,考虑方位漂移的解析法设计近似平均法,全井连续漂移：由上述四式，可以求解得到g：然后求得So，即可设计垂直剖面图。造斜时的方位超前角等于0.5。装置方位角：,根据“规律”，井眼轴线上任一点的井斜角，都可以用g代替，则可得到如右公式：,2001年,8,定向井讲课 韩志勇*,考虑方位漂移的解析法设计近似平均法,两段组合漂移:,2001年,9,定向井讲课 韩志勇*,先右后左和分段右漂两种情况下的起始方位角计算：,考虑方位漂移的解析法设计近似平均法,由这六个公式，可得到下面的两个公式,2001年,10,定向
6、井讲课 韩志勇*,先右后左和分段右漂两种情况下的起始方位角计算：,考虑方位漂移的解析法设计近似平均法,由上述四式中，可以求得四个未知数1、2、g和1，：1.先给定一个g，代入(1)(2)二式中，求得1和2，在代入(3)(4)二式中，通过迭代可以求得两个未知数g和1。2.计算S1和S2，即可得到总的水平长度So，即可设计垂直剖面图。3.求得的1，即为定向造斜时的装置方位角。,(1),(2),(3),(4),2001年,11,定向井讲课 韩志勇*,考虑方位漂移的解析法设计近似平均法,先右漂，后左漂:由上述四式可得下式，通过迭代求得g，在求得So，即可进行垂直剖面图的设计。,2001年,12,定向井
7、讲课 韩志勇*,考虑方位漂移的解析法设计近似平均法,分段漂移（仍用前页公式近似计算）:由上述四式可得下式，通过迭代求得g，在求得So，即可进行垂直剖面图的设计。,2001年,13,定向井讲课 韩志勇*,考虑方位漂移的解析法设计,概述：企图用解析法进行设计，曾经有刘祖煌、段玉廷、刘修善等人进行过探讨。以刘修善等人的方法较为完善。,2001年,14,定向井讲课 韩志勇*,考虑方位漂移的修正法设计设计需要给定的条件：,1.给定设计轨道（二维轨道或是三维轨道）：要求给定轨道上每点的井深、井斜角、方位角，D、N、E坐标值，以及每点的水平位移、平移方位角。如果上述数据不能给全，则可通过测斜计算方法将上述数
8、据补全。2.给定设计闭合方位角o，设计闭合矩Ao。3.给定方位漂移规律：漂移井段、漂移方向（左漂还是右漂）、漂移率（每30米漂移的度数）。可按照该地区以钻井的实际资料给定。,2001年,15,定向井讲课 韩志勇*,考虑方位漂移的修正法设计具体的设计步骤：,1原设计数据处理：从造斜点开始，每30米取一个分点，对每一个分点都要补全以下数据：井深、垂深、井斜角、方位角，D、N、E坐标值，水平位移、平移方位角。2根据漂移规律，修正每一点的井斜方位角值。右漂增加，左漂减小。特别要注意，任意点的井斜方位角修正之后，该点一下所有点的方位角值都要按照相同数据进行修正。3根据修正之后的数据，重新进行轨道参数计算
9、，求得新的D、N、E坐标值，水平位移A、平移方位角。并求得新的井底为P点，闭合方位角p，闭合矩为Ap,2001年,16,定向井讲课 韩志勇*,考虑方位漂移的修正法设计具体的设计步骤：,4计算KA并修正每个分点的水平位移：。对每个分点的水平位移A乘以KA。5计算并修正每个分点的平移方位角：=po。对每个分点的平移方位角加上。6根据修正之后的水平位移、平移方位角，重新计算每一点的N、E坐标值：,2001年,17,定向井讲课 韩志勇*,考虑方位漂移的修正法设计具体的设计步骤：,7完成上述修正之后，我们得到一个以每个分点坐标位置D、N、E表示的轨道。此时我们不知道修正之后的每个分点的井深、井斜角和方位
10、角。下面我们要计算每一点的井深、井斜角和方位角。上点的下脚符号为1，下点的下点符号为2；计算是已知上点井深、井斜角和方位角的条件下进行的。这里的关键是最上面的第一个点的井深、井斜角和方位角。该点即为造斜点。井斜角为0，方位角与下点相同，井深为造斜点的深度。8.以下是计算每个分点的井深、井斜角和方位角的公式：,2001年,18,定向井讲课 韩志勇*,考虑方位漂移的修正法设计具体的设计步骤：,这里采用的是侧斜计算的反算法。有两种方法：1.圆柱螺线法进行反算计算每个分点的井斜方位角,已知：,2001年,19,定向井讲课 韩志勇*,考虑方位漂移的修正法设计具体的设计步骤：,1.圆柱螺线法进行反算计算每
11、个分点的井斜角计算每个分点的井深：,2001年,20,定向井讲课 韩志勇*,考虑方位漂移的修正法设计具体的设计步骤：,这里采用的是侧斜计算的反算法。有两种方法：2.斜面圆弧法进行反算公式推导：已知最小曲率法的计算公式如下：,已知条件,2001年,21,定向井讲课 韩志勇*,考虑方位漂移的修正法设计具体的设计步骤：,这里采用的是侧斜计算的反算法。有两种方法：2.斜面圆弧法进行反算公式推导由已知条件和最小曲率法公式，可得：,(1),(2),(1)式可变为：,(2)式可变为：,(3),(4),2001年,22,定向井讲课 韩志勇*,考虑方位漂移的修正法设计具体的设计步骤：,这里采用的是侧斜计算的反算
12、法。有两种方法：2.斜面圆弧法进行反算公式推导令：则得：由(7)、(8)二式联立可以解出2和2两个参数。但需要采用试算法（或迭代法）。先假定一个2，代入(7)式中，由(7)式求得一个2；再将2代入(8)式中，求得一个2；比较两个2，是否相等？若不相等，则返回前面，修正2；或将求得的2反代回去到(7)式中，再进行下一次循环。,(5),(6),(7),(8),2001年,23,定向井讲课 韩志勇*,考虑方位漂移的修正法设计具体的设计步骤：,这里采用的是侧斜计算的反算法。有两种方法：2.斜面圆弧法进行反算给定2初值，计算2：,(9),(10),(11),(12),(7)式中，令：,则得：,2001年,24,定向井讲课 韩志勇*,考虑方位漂移的修正法设计具体的设计步骤：,这里采用的是侧斜计算的反算法。有两种方法：2.斜面圆弧法进行反算由(11)式可得：将2代入(8)式，求得2：由(8)式可得：,(13),(8),(14),2001年,25,定向井讲课 韩志勇*,
