定向鉆井測(cè)斜計(jì)算課件

1、定向井的測(cè)斜計(jì)算測(cè)斜計(jì)算概述；關(guān)于測(cè)斜計(jì)算問題的若干規(guī)定；測(cè)斜計(jì)算方法；測(cè)斜計(jì)算方法的對(duì)比與選擇；測(cè)斜計(jì)算結(jié)果的常規(guī)繪圖；井眼軌跡質(zhì)量的評(píng)定；測(cè)斜計(jì)算概述計(jì)算的依據(jù)：測(cè)斜數(shù)據(jù)（，L）計(jì)算的內(nèi)容：測(cè)段計(jì)算：D， S， N， E，K，共計(jì)五項(xiàng)。測(cè)點(diǎn)計(jì)算：D，S，N，E，A，V，共計(jì)七項(xiàng)。計(jì)算的意義：指導(dǎo)施工：將計(jì)算結(jié)果繪圖，及時(shí)掌握軌跡發(fā)展的趨勢(shì)，及時(shí)采取有效措施；資料保存：井眼軌跡的數(shù)據(jù)，是一口井的最重要數(shù)據(jù)之一，對(duì)鉆井、采油、修井、開發(fā)，都有重要意義。以下講課種，S代表水平投影長(zhǎng)度，A代表水平位移；直角坐標(biāo)與極坐標(biāo)的互換根據(jù)A和，求N和E ：根據(jù)N 和E ，求A 和 ：當(dāng) N 0時(shí)：當(dāng) N 0

2、時(shí)： =90當(dāng)N =0且E 0時(shí)：=270注意：如果計(jì)算出來的360o，則360o變成小于360o；測(cè)斜計(jì)算概述計(jì)算方法的多樣性來源于測(cè)段形狀的不確定性。經(jīng)過測(cè)斜，人們只知道一個(gè)測(cè)段的兩個(gè)端點(diǎn)處的有關(guān)參數(shù)（井斜角、井斜方位角和井深），對(duì)兩端點(diǎn)之間的測(cè)段形狀則一無所知。一無所知，無法計(jì)算，要計(jì)算，只好假設(shè)。假設(shè)不同，則計(jì)算方法不同。假設(shè)相同時(shí)，對(duì)數(shù)據(jù)的處理不同，也形成不同計(jì)算方法；有人將別的方法進(jìn)行某種簡(jiǎn)化，也會(huì)得到新的計(jì)算方法；常見的、基本的、有價(jià)值的計(jì)算方法，有八種。以下講課種，S代表水平投影長(zhǎng)度，A代表水平位移；關(guān)于測(cè)斜計(jì)算問題的若干規(guī)定測(cè)斜計(jì)算方法：我國(guó)鉆井專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)制定的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定

3、，使用圓柱螺線法或最小曲率法。對(duì)測(cè)斜計(jì)算數(shù)據(jù)的規(guī)定：1. 測(cè)點(diǎn)編號(hào)：自上而下，第一個(gè)井斜角不 為零的測(cè)點(diǎn)為第1 測(cè)點(diǎn)，i=1,2,3, 至n 2. 測(cè)段編號(hào)：自上而下編號(hào)，第i-1個(gè)測(cè)點(diǎn)與第i 個(gè)測(cè)點(diǎn)之間所夾的測(cè)段為第i 個(gè)測(cè)段3. 第1測(cè)段,應(yīng)該是第0測(cè)點(diǎn)和第1測(cè)點(diǎn)之間的測(cè)段4. 第測(cè)點(diǎn)：沒有連接點(diǎn)時(shí)，要規(guī)定第測(cè)點(diǎn): 0=0 ; L0=L1-25m ; 0=1 ;關(guān)于測(cè)斜計(jì)算問題的若干規(guī)定5. 用于計(jì)算全井軌跡的計(jì)算數(shù)據(jù)必須是多點(diǎn)測(cè)斜儀測(cè)得的數(shù)據(jù)6. 磁性測(cè)斜儀測(cè)得的方位角數(shù)據(jù)，須根據(jù)當(dāng)?shù)禺?dāng)年的磁偏角，進(jìn)行校正7. 測(cè)點(diǎn)中若有一測(cè)點(diǎn)井斜角為零，則該點(diǎn)方位角等于相鄰測(cè)點(diǎn)的方位角8. 方位角變化

4、，在一個(gè)測(cè)段內(nèi)不超過180。若方位角增量大于180,應(yīng)按反轉(zhuǎn)方向計(jì)算。關(guān)于測(cè)斜計(jì)算問題的若干規(guī)定8. 方位角變化值，在一個(gè)測(cè)段內(nèi)不超過180。若方位角增量大于180,應(yīng)按反轉(zhuǎn)方向計(jì)算。c=?c=?關(guān)于測(cè)斜計(jì)算問題的若干規(guī)定當(dāng)1=250，2=2150，當(dāng)1=3550，2=150，當(dāng)1=2850，2=950，c=329.50c=250當(dāng)1=3000，2=600，則=-1700c=-600則：=200c=50則=1700c=100則=1200c=00關(guān)于測(cè)斜計(jì)算問題的若干規(guī)定9. 還有一種更特殊的情況：一個(gè)測(cè)段內(nèi)，方位角增量正好等于180。這種情況應(yīng)該按照+180o，還是-180o，這牽扯到井眼軌跡

5、的旋轉(zhuǎn)方向問題，需要規(guī)定。但標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)尚未對(duì)此做出規(guī)定。做出規(guī)定的必要性：例如：1=45o，2=225o。若=1800，則c=1350；若=-1800，則c=3150；應(yīng)根據(jù)上測(cè)段的方位角變化趨勢(shì)判斷其符號(hào) ：上測(cè)段若是順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，則本測(cè)段也按照順時(shí)針處理；上測(cè)段若是反時(shí)針旋轉(zhuǎn)，則本測(cè)段也按照反時(shí)針處理；定向井軌跡計(jì)算的原理1. 從已知點(diǎn)開始：已知點(diǎn)就是第0測(cè)點(diǎn)；已知第0測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)位置。2. 根據(jù)已知點(diǎn)坐標(biāo)，計(jì)算相鄰下測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)：先計(jì)算測(cè)段增量；再把增量值加到上測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)中，即可得到下測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)；依此類推；測(cè)斜計(jì)算的一般過程：先進(jìn)行測(cè)段計(jì)算：算出D， S， N， E，K，。由于井眼曲率K的計(jì)算，

6、所有方法均采用同一公式，所以方法不同，只是D， S， N， E四個(gè)參數(shù)的計(jì)算公式不同。在測(cè)段計(jì)算的基礎(chǔ)上，進(jìn)行測(cè)點(diǎn)計(jì)算。不管那種方法，測(cè)點(diǎn)計(jì)算所用公式都是一樣的。測(cè)點(diǎn)計(jì)算的其他公式：(N20)以下各種不同方法，僅僅在于D， S， N， E四個(gè)參數(shù)的計(jì)算公式不同。式中的0是該井原設(shè)計(jì)方位角。測(cè)斜計(jì)算方法正切法正切法又稱下切點(diǎn)法，下點(diǎn)切線法。假設(shè)：測(cè)段為一直線，方向與下測(cè)點(diǎn)井眼方向一致。所有方法中最簡(jiǎn)單的，計(jì)算誤差最大的。測(cè)斜計(jì)算方法平均角法平均角法又稱角平均法。假設(shè)：測(cè)段為一直線，其方向?yàn)樯舷聝蓚?cè)點(diǎn)處井眼方向的“和方向”，即方向的矢量和。式中：測(cè)斜計(jì)算方法平衡正切法假設(shè)：一個(gè)測(cè)段分為兩段，各等于

7、測(cè)段長(zhǎng)度一半的直線構(gòu)成的折線。這種方法在國(guó)外用的比較多。測(cè)斜計(jì)算方法圓柱螺線法(曲率半徑法)曲率半徑法的來源：1968年，美國(guó)人G.J.Wilson提出了曲率半徑法。假設(shè)測(cè)段為一圓滑曲線，該曲線與上下二測(cè)點(diǎn)處的井眼方向相切，而且該曲線的垂直投影圖和水平投影圖，都是圓弧。Wilson最初發(fā)表的公式使用了許多絕對(duì)值符號(hào)，使測(cè)段的坐標(biāo)增量計(jì)算值全為正值，在計(jì)算測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)時(shí)卻要判斷是加還是減，所以不便于使用。1976年，美國(guó)人J.T.CRAIG和B.V.RANDALL對(duì)曲率半徑法做了進(jìn)一步描述，說曲率半徑法的測(cè)段形狀是一“空間曲線”，是“特殊的曲線”，并說此曲線是一個(gè)球或圓的一部分，即乃是圓弧。另外，還

8、對(duì)公式的形式做了修正，取消了絕對(duì)值號(hào)，使之便于使用。于是應(yīng)用更為廣泛了。曲率半徑法存在一個(gè)明顯的缺點(diǎn)，就是它的概念是含糊的，甚至可以說是錯(cuò)誤的。 測(cè)斜計(jì)算方法圓柱螺線法(曲率半徑法)圓柱螺線法的來源：1975年，我國(guó)鄭基英教授提出了圓柱螺線法。他的假設(shè)條件是：兩測(cè)點(diǎn)間的測(cè)段是一條等變螺旋角的圓柱螺線，螺線在兩端點(diǎn)處與上、下二測(cè)點(diǎn)處的井眼方向相切。 圓柱螺線的水平投影圖乃是圓弧，垂直剖面圖也正好是圓弧。這樣就與曲率半徑法推導(dǎo)公式的假設(shè)條件完全相同 由于圓柱螺線法概念清晰、明確，而且推導(dǎo)出的公式的表達(dá)形式也比較好。圓柱螺線法的公式表達(dá)形式與曲率半徑法不同，但公式實(shí)質(zhì)上是相同的。 測(cè)斜計(jì)算方法曲率半

9、徑法計(jì)算公式測(cè)斜計(jì)算方法圓柱螺線法計(jì)算公式測(cè)斜計(jì)算方法圓柱螺線法(曲率半徑法)特殊情況處理第一種情況： 1=2；21；即=0； 0。測(cè)斜計(jì)算方法圓柱螺線法(曲率半徑法)特殊情況處理第二種情況： 1 2；2 = 1；即 0； = 0。測(cè)斜計(jì)算方法圓柱螺線法(曲率半徑法)特殊情況處理第三種情況： 1 = 2；2 = 1； 即 = 0； = 0。測(cè)斜計(jì)算方法校正平均角法三角函數(shù)sinx可以展開成馬克勞林無窮級(jí)數(shù)的形式：此級(jí)數(shù)收斂很快，可近似取前兩項(xiàng)，即：將此式代入到圓柱螺線法的計(jì)算公式中，可得：測(cè)斜計(jì)算方法校正平均角法將此二式代入到圓柱螺線法公式中，可得：這就是校正平均角法的計(jì)算公式令：公式變?yōu)槠骄?/p>

10、角法的形式，但多了兩個(gè)系數(shù) fA和fH 。fA和fH，可以看作是校正平均角法的校正系數(shù)。測(cè)斜計(jì)算方法校正平均角法校正平均角法的優(yōu)點(diǎn)：校正平均角法是從圓柱螺線法公式經(jīng)過簡(jiǎn)化而推導(dǎo)出來的。校正平均角法的計(jì)算精度，幾乎與圓柱螺線法完全相同。最大優(yōu)點(diǎn)：方法簡(jiǎn)單，不存在特殊情況處理問題。當(dāng)式中的括弧等于1 時(shí)，公式變?yōu)槠骄欠?。所以，我?guó)定向井標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)規(guī)定，當(dāng)使用手算進(jìn)行測(cè)斜計(jì)算時(shí)，要使用校正平均角法。測(cè)斜計(jì)算方法最小曲率法假設(shè)兩測(cè)點(diǎn)間的井段是一段平面上的圓弧，圓弧在兩端點(diǎn)處與上下二測(cè)點(diǎn)處的井眼方向相切。 測(cè)段是一段圓弧，那么它的水平投影圖和垂直剖面圖一般來說不是圓弧。對(duì)于需要計(jì)算水平投影長(zhǎng)度的，

11、可用如下近似公式：測(cè)斜計(jì)算方法斜面圓弧法1973年，美國(guó)人首先提出圓弧法，并推導(dǎo)出了計(jì)算公式。可是這套計(jì)算公式太復(fù)雜了，計(jì)算一個(gè)測(cè)點(diǎn)需要15個(gè)步驟的運(yùn)算，而且公式中尚有錯(cuò)誤之處。1976年，美國(guó)又有人提出最小曲率法，其假設(shè)與圓弧法完全相同。但在推導(dǎo)公式時(shí)采取了完全不同的思路，得出了一套相當(dāng)簡(jiǎn)單的計(jì)算公式，并得到了較廣泛的應(yīng)用。 石油大學(xué)（華東）韓志勇教授系統(tǒng)地推導(dǎo)了圓弧法公式，改正了原作者公式的錯(cuò)誤，將方法定名為“斜面圓弧法”。斜面圓弧法雖然沒有在測(cè)斜計(jì)算中廣泛應(yīng)用，但推導(dǎo)的有關(guān)關(guān)系式，在定向井的其他方面，得到深入地應(yīng)用。測(cè)斜計(jì)算方法的對(duì)比選擇上述七種計(jì)算方法可分為三類：曲線法優(yōu)于直線法和折線

12、法。手算用平均角法，電算用曲線法。動(dòng)力鉆具鉆出的井眼用最小曲率法；轉(zhuǎn)盤鉆鉆出的井眼用圓柱螺線法。我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)規(guī)定：手算用圓柱螺線法和最小曲率法。正切法，公認(rèn)是不準(zhǔn)確的，目前已經(jīng)廢棄。測(cè)斜計(jì)算新方法自然參數(shù)法自然參數(shù)法是劉修善先生于1998年提出的。自然參數(shù)法對(duì)井眼的描述：認(rèn)為一個(gè)井段或側(cè)段內(nèi)，井斜變化率是個(gè)常數(shù)，井斜方位變化率也是個(gè)常數(shù)，即：注意，這種假設(shè)與圓柱螺線法的假設(shè)是不同的。根據(jù)這個(gè)假設(shè)，可以推導(dǎo)出側(cè)斜計(jì)算的公式來。但此四式尚不能應(yīng)用。需要進(jìn)一步推導(dǎo)。測(cè)斜計(jì)算新方法恒裝置角曲線法利用恒裝置角曲線進(jìn)行測(cè)量計(jì)算，難度較大，公式很復(fù)雜。先計(jì)算K和，然后計(jì)算坐標(biāo)增量。積分計(jì)算難度較大，需要

13、采用數(shù)值法進(jìn)行計(jì)算。測(cè)斜計(jì)算結(jié)果的常規(guī)繪圖目前的繪圖方法，不管是手繪圖還是計(jì)算機(jī)繪圖，都根據(jù)測(cè)斜計(jì)算結(jié)果，采用坐標(biāo)繪圖法。測(cè)斜計(jì)算結(jié)果的常規(guī)繪圖垂直投影圖的另一種作法：利用垂直剖面圖和水平投影圖，作出垂直投影圖。井眼軌跡質(zhì)量的評(píng)價(jià)1. 水平靶的中靶計(jì)算：已知目標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)：Dt，Nt，Et 和 中靶點(diǎn)的垂深坐標(biāo)Dp=Dt，從而求得p點(diǎn)所在的測(cè)段i-1 i 。已知i-1點(diǎn)和i點(diǎn)的坐標(biāo)。計(jì)算p點(diǎn)的水平坐標(biāo)：靶心矩的計(jì)算：中靶精度計(jì)算：當(dāng)DJ0時(shí)，為脫靶；當(dāng)DJ=00.6時(shí)，為合格井；當(dāng)DJ=0.60.85時(shí)，為良好井；當(dāng)DJ0.85時(shí)，為優(yōu)質(zhì)井；pi-1it井眼軌跡質(zhì)量的評(píng)價(jià)2. 垂直靶的中靶計(jì)算：已知條件：二維定向井、水平井：目標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)：Dt，Nt，Et 和設(shè)計(jì)水平位移Co； 中靶點(diǎn)的z點(diǎn)的視平移Vz=Co，從而通過對(duì)比可以找到z點(diǎn)所在的測(cè)段i-1 i 并已知i-1點(diǎn)和i點(diǎn)的坐標(biāo)。井眼軌跡質(zhì)量的評(píng)價(jià)2. 垂直靶的中靶計(jì)算：二維定向井、水平井：中靶點(diǎn)坐標(biāo)：縱偏距：橫偏距：靶心距：課后作業(yè)3. 靶心距計(jì)算：已知：目標(biāo)點(diǎn)t 的坐標(biāo)和中靶點(diǎn)P 所在測(cè)段的上下兩個(gè)測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)，求靶心距B=?目標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)：Dt=1630.00m；Nt=390.00m；Et=200.00m ；上測(cè)點(diǎn)：D i-1=16