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1、定向井待钻井眼轨道设计,韩志勇,二维待钻轨道设计：待钻井段较短；待钻井段较长；三维待钻轨道设计：三维单目标待钻轨道设计；三维多目标待钻轨道设计；,二维待钻轨道设计,条件及用途：在钻进中，井眼严重偏离原设计轨道，但井斜方位基本上符合原设计要求，这是可以作二维待钻轨道设计，钻达目标。二维待钻轨道设计分类：1.待钻井段较短，设计成“单曲线”：2.待钻井段较长，设计成“单曲线直线”：,韩志勇*,二维待钻轨道设计 待钻井段较短,已知条件：P点到T点的垂增D和S平增；需求参数：待钻井段的井斜角增量；钻达目标是的井斜角T；待钻井段的曲率半径R；待钻井段的井眼曲率K；待钻井段的长度L；计算公式：,判断增降：,
2、时，需稳斜；,时，需增斜；,时，需降斜；,韩志勇*,二维待钻轨道设计 待钻井段较长,设计给定条件：P点到T点的垂增D和S平增；给定弯曲段的造斜率 K(需要判断增降)；判断增降：时，可稳斜钻达目标；时，需增斜，给定增斜率；时，需降斜，给定降斜率；需计算的参数：弯曲段的井斜角增量；弯曲段的井段长度 LPQ；稳斜段及目标点的井斜角T；稳斜段的井段长度 LQT；,韩志勇*,二维待钻轨道设计 待钻井段较长,有关计算公式：,式中：,韩志勇*,三维单目标待钻轨道设计,1.待钻井段较短，设计成“单曲线”：.斜面圆弧法设计；.圆柱螺线法设计；.恒工具面角曲线设计；2.待钻井段较长，设计成“单曲线直线”：.斜面圆
3、弧法设计；.圆柱螺线法设计；.恒工具面角曲线设计；,韩志勇*,三维单目标定向井轨道设计待钻井短较短设计成单曲线,设计条件：给定 a点的坐标位置Da，Na，Ea和方向a，a；给定 t点的坐标位置Dt，Nt，Et；要求：用单曲线设计轨道，计算圆弧曲率，并进行轨道分点计算。有三种方法可以进行设计：斜面圆弧进行设计；圆柱螺线进行设计；恒工具面曲线进行设计；,韩志勇*,三维单目标定向井轨道设计待钻井短较短设计成单曲线斜面圆弧法进行设计,设计轨道是空间斜面上的一段圆弧曲线。需计算的参数：该段圆弧的曲率半径R；该段圆弧的长度Lt；目标点的井斜角t和方位角t；采用斜面圆弧法进行内插,完成分点计算。,韩志勇*,
4、三维单目标定向井轨道设计待钻井短较短设计成单曲线斜面圆弧法进行设计,计算斜面圆弧的狗腿角：,(1),(2),(3),(4),(5),韩志勇*,三维单目标定向井轨道设计待钻井短较短设计成单曲线斜面圆弧法进行设计,计算造斜率、井段长度及目标点的井斜角：（6）（7）（8）或用下式：（9）,韩志勇*,三维单目标定向井轨道设计待钻井短较短设计成单曲线斜面圆弧法进行设计,计算目标点的方位角：（10）（11）或用（12）式中，Xa时取正号；Xa时取负号。,韩志勇*,三维单目标定向井轨道设计待钻井短较短设计成单曲线圆柱螺线法进行设计,设计轨道是轴线为铅垂线的圆柱面上的一段圆柱螺线。需计算参数：该段螺线的曲率；
5、该段螺线的长度；目标点的井斜角和方位角；采用圆柱螺线法进行内插，完成分点计算。,韩志勇*,三维单目标定向井轨道设计待钻井短较短设计成单曲线圆柱螺线法进行设计,计算目标点的井斜角、方位角和螺线段长度,韩志勇*,三维单目标定向井轨道设计待钻井短较短设计成单曲线圆柱螺线法进行设计,计算圆柱螺线上的曲率：由：得：将计算点的井斜角代入式中，即可求得该点曲率。,韩志勇*,三维单目标定向井轨道设计待钻井短较短设计成单曲线恒工具面角曲线进行设计,设计轨道是在给定造斜率情况下，保持工具面角不变钻出的曲线。现在还难以用数学模式表达这种曲线的形状。需计算的参数：该段恒工具面角曲线的曲率；该段恒工具面角曲线的长度；目
6、标点的井斜角和方位角。采用特殊的与恒工具面角曲线对应的方法，完成分点计算。,韩志勇*,三维单目标定向井轨道设计待钻井短较短设计成单曲线恒工具面角曲线进行设计,根据假定的b计算工具面角和造斜率K：(1)（2）,韩志勇*,三维单目标定向井轨道设计待钻井短较短设计成单曲线恒工具面角曲线进行设计,根据计算的工具面角和造斜率K计算：（3）（4）（5）,韩志勇*,三维单目标定向井轨道设计待钻井短较短设计成单曲线恒工具面角曲线进行设计,计算过程：1先给定一个b，代入（1）中，用数值法和迭代法，求得一个；2将 b和代入（2）中，可求得K；3根据（3）可求得一个；4利用（4）式可求得L；5由（5）用数值法可求得
7、第二个（以表示，以示区别）；,6比较两个。如果，则说明开始给定的b较大，需要减小b，回到（4），重新进行计算；如此一直算到两个之间的差值小于给定的误差为止。,韩志勇*,三维单目标定向井轨道设计待钻井短较长设计成曲线+直线,设计条件：给定 a点的坐标位置Da，Na，Ea和方向a，a；给定 t点的坐标位置Dt，Nt，Et；给定曲线段的造斜率K（或R）；设计要求：用曲线+直线设计轨道，并进行轨道分点计算。有三种方法可以进行设计：用斜面圆弧进行设计；用圆柱螺线进行设计；用恒工具面曲线进行设计；,韩志勇*,三维单目标定向井轨道设计待钻井短较长设计成曲线+直线斜面圆弧法进行设计,设计轨道是空间斜面上的一段
8、圆弧曲线+直线。需计算的参数：该段圆弧的长度；稳斜段的长度；目标点的井斜角和方位角；采用斜面圆弧法进行内插，完成分点计算。,韩志勇*,三维单目标定向井轨道设计待钻井短较长设计成曲线+直线斜面圆弧法进行设计,计算过渡参数e：(1)(2)(3)(4)（5）,韩志勇*,三维单目标定向井轨道设计待钻井短较长设计成曲线+直线斜面圆弧法进行设计,计算弯曲角、稳斜段长以及弯曲段长：（6）（7）（8）（9）,韩志勇*,三维单目标定向井轨道设计待钻井短较长设计成曲线+直线斜面圆弧法进行设计,计算目标点的井斜角和方位角：（10）（11）式中，Xa时取正号；Xa时取负号。,韩志勇*,三维单目标定向井轨道设计待钻井短
9、较长设计成曲线+直线圆柱螺线法进行设计(造斜率不变）,韩志勇*,三维单目标定向井轨道设计待钻井短较长设计成曲线+直线圆柱螺线法进行设计(造斜率不变）,由于钻进ab段的造斜率K是常数，且ab段在水平面上投影的曲率KA也是常数，即：则，ab段的井斜角也是常数，即：b=a。据此可以求出ab段在水平面上投影的曲率半径RA。,韩志勇*,三维单目标定向井轨道设计待钻井短较长设计成曲线+直线圆柱螺线法进行设计(造斜率不变）,求水平投影图上的：（1）（2）当 时，（3）（4）,韩志勇*,三维单目标定向井轨道设计待钻井短较长设计成曲线+直线圆柱螺线法进行设计(造斜率不变）,计算水平投影图上的弯曲角B：（5）（6
10、）（7）（8）,韩志勇*,三维单目标定向井轨道设计待钻井短较长设计成曲线+直线圆柱螺线法进行设计(造斜率不变）,计算bt段的有关参数：,韩志勇*,三维单目标定向井轨道设计待钻井短较长设计成曲线+直线圆柱螺线法进行设计(限定最大造斜率）,韩志勇*,三维单目标定向井轨道设计待钻井短较长设计成曲线+直线圆柱螺线法进行设计(限定最大造斜率）,由于ab段在水平面上投影的曲率KA是常数，若设计成曲线+直线的轨道，则钻进ab段的造斜率K就不是常数，ab段的井斜角不是常数，即：这种情况下，可按照限制最大造斜率的思路进行设计。如果ab段为降斜段，则最大造斜率点在a点，可按照如下公式计算ab段在水平投影图上的曲率
11、：但如果ab段是增斜段，则最大造斜率点在b点，而b点的井斜角事先不知道，只能先估计一个b点井斜角b，先按下是计算KA 按下述各片的公式进行试算。如果计算出来的b与估计的b不相等，则应修正估计值，再进行试算，直到计算值与估计值相等或误差小于给定值为止。据此可以求出ab段在水平面上投影的曲率半径RA。,韩志勇*,三维单目标定向井轨道设计待钻井短较长设计成曲线+直线圆柱螺线法进行设计(限定最大造斜率）,求水平投影图上的：（1）（2）当 时，（3）（4）,韩志勇*,三维单目标定向井轨道设计待钻井短较长设计成曲线+直线圆柱螺线法进行设计(限定最大造斜率）,计算水平投影图上的弯曲角B：（5）（6）（7）（
12、8）,韩志勇*,三维单目标定向井轨道设计待钻井短较长设计成曲线+直线圆柱螺线法进行设计(限定最大造斜率）,（9）（10）如果 则令：（11）代入（1）式中重新进行计算，直到二者相等或误差在允许范围之内为止。,韩志勇*,三维单目标定向井轨道设计待钻井短较长设计成曲线+直线恒工具面角曲线进行设计,给定扭方位井段的造斜率K；设计要求：用恒工具面角扭方位，从1点钻进到2点，既变井斜，又扭方位。钻到2点后，井眼方向正好对准3点，使23井段成为稳斜稳方位的直线段。设计的困难在于，2点的位置事先是不知道的，所以不知道要变多大井斜角，要扭多大方位角？而且也不知道应该使用多大的工具面角？,韩志勇*,三维单目标定
13、向井轨道设计待钻井短较长设计成曲线+直线恒工具面角曲线进行设计,第一步：首先求得一个2的试算初值先将1点和3点在空间连接成一条直线，计算13直线在空间的井斜角。以此井斜角作为2点的试算井斜角的初值,得试算初值2=x，,韩志勇*,三维单目标定向井轨道设计待钻井短较长设计成曲线+直线恒工具面角曲线进行设计,第二步：计算柱面图上的曲率半径RH：,（2）,（3）,（4）,（5）,（6）,（7）,韩志勇*,三维单目标定向井轨道设计待钻井短较长设计成曲线+直线恒工具面角曲线进行设计,韩志勇*,三维单目标定向井轨道设计待钻井短较长设计成曲线+直线恒工具面角曲线进行设计,这第二步计算时非常关键的一步由（2）（
14、7）是可以计算出S13和RH，这个循环的主要目的是计算RH。计算时，先假设一个S13，代入到（2）（3）（4）（5）中，求得几个过渡参数，代入（6）式中可以求出RH。利用（6）式可进行简单迭代运算。再将计算出的RH代入（7）式中求得S13，与开始假设得S13比较，若二者部相等，则修正S13再回到（2）式，向下循环，直到假设的S13与算得的S13相等为止。,韩志勇*,三维单目标定向井轨道设计待钻井短较长设计成曲线+直线恒工具面角曲线进行设计,第三步：计算2点的方位角 由 得：,（8）,（9）,（10）,韩志勇*,三维单目标定向井轨道设计待钻井短较长设计成曲线+直线恒工具面角曲线进行设计,第四步：根据坐标位置计算稳斜段的井斜角2,（11）,（12）,（13）,（公式接下页）,韩志勇*,三维单目标定向井轨道设计待钻井短较长设计成曲线+直线恒工具面角曲线进行设计,（14）,（15）,（16）,（17）,第五步：对比（1）式假设的2与（17）是计算的2，若二者不等，则修正（1）中的2，然后再重新进行计算。直到二者相等为止。,韩志勇*,三维单目标定向井轨道设计待钻井短较长设计成曲线+直线恒工具面角曲线进行设计,恒工具面角曲线设计，最为复杂，需要经过三层嵌套循环：2(最外层循环)S13（中间层循环）RH（最里层循环）RH（最里层循环）S13（中间层循环）2(最外层循环),韩志勇*,
