5造斜工具的装置方位计算3

定向井轨迹控制计算3石油大学（华东）韩志勇造斜工具的定向方法和有关计算造斜工具的定向定向就是把造斜工具的工具面摆在预定的定向方位线上。定向是定向井的关键技术。定向方法可分为三大类：地面定向法、井底定向法和随钻定向法。地面定向法：–在地面井口将造斜工具的工具面摆到预定的方位线上；–通过定向下钻，始终保持工具面预定方位不变，或者始终知道工具面在井下的实际方位；–下钻完后，如果工具面实际方位与预定方位不附，可在地面上通过转盘将工具面扭到预定的定向方位上。–工序复杂，准确性差，目前已经很少应用，但有时还用。井底定向法：–下钻前给工具面做好标记，正常下钻，将造斜工具下到井底；–然后从钻柱内下入仪器，根据工具面的标记，测量工具面在井下的实际方位；如果工具面实际方位与预定方位不附，可用转盘调整；–工序简单，准确性高，但需要先进的定向测量仪器。随钻定向法：关键在于要有随钻定向仪器。造斜工具的定向地面定向法（定向下钻法）望远镜法：1.下入造斜工具时，在与其连接的钻具上端母接头上，安装一个下标志杆；2.上接立根后，二层台上的井架工，在最上端母接头上安装一个上标志杆，并通过望远镜观察，使上下两个标志杆对齐；3.井架工卸掉望远镜；井口钻工卸掉下标志杆；下入该立柱；4.吊卡上升时，同时将下标志杆带到二层台上；原来的上标志杆变成了下标志杆；5.连接下一个立根，回到2.；6.下钻完毕，标志杆所指方位，即造斜工具面的方位。造斜工具的定向地面定向法(定向下钻法)十字打印法：1.事先在每根要使用的钻杆公母接头上，用扁錾打上“十”字钢印；要注意两个钢印必须处在同一条母线上；2.下钻过程中量度每两个单根连接处的钢印偏差角度，以母接头为准，计算顺反时针，并将偏差角度，详细记录；3.下完钻后，减去所有正偏差，加上所有负偏差，即得到最上钢印与造斜工具面的偏差角度。造斜工具的定向地面定向法(定向下钻法)十字打印法：钻杆打印及偏转角测量工具造斜工具的定向地面定向法(定向下钻法)单根编号顺时针偏差（+）反时针偏差（－）N-5+××.××0N-4－××.××0N-3+××.××0N-2+××.××0N-1－××.××0N－××.××0N+1+××.××0N+2－××.××0N+3+××.××0N+4－××.××0N+5－××.××0………………总计偏差∑+∑－定向下钻纪录造斜工具的定向井底定向法：工具面的标记定向齿刀标记法：–适用于用氟氢酸测斜仪进行测量；–齿刀上的齿尖所指方位，标志着造斜工具的工具面方位。–测量时仪器最下面的铅模压在定向齿刀上，留下齿刀的印痕，于是可知道造斜工具的工具面方位；–同时，氟氢酸液瓶的液面倾斜方位代表着井斜方位。于是知道了工具面方位与井斜方位的关系。–需在下钻前在裸眼内测得井斜方位；造斜工具的定向井底定向法：工具面的标记定向磁铁标记法：–适用于磁性测斜仪进行测量；–紧在造斜工具上面接着一根专用的无磁钻铤，在该无磁钻铤的体部装着三对小磁铁，其N极方向与工具面方向的关系是已知的。–测量仪器中有两个磁性罗盘。上罗盘处在三个定向磁铁位置，可测得工具面方位；下罗盘远离定向磁铁，指向正北方位。两罗盘面同时照在一张底片上，于是可知工具面在井下的实际方位。造斜工具的定向井底定向法：工具面的标记定向键标记法：–既可用于用磁性测斜仪测量，也可用于陀螺测斜仪测量；–定向接头内有一个定向键。定向键所在的母线就标志着工具面的方位。–测量仪器的罗盘面上有一个“发线”，在测量仪器的最下面有一个“定向鞋”，定向鞋上有一个“定向槽”，在仪器安装时使“发线”与“定向槽”在同一个母线上对齐。–仪器下到井底时，定向鞋的特殊曲线使定向槽自动卡在定向键上，使罗盘面上的发线方位就标志了工具面的方位。–在照相底片上罗盘的指针标志着井斜方位，发线标志了工具面的方位。所以可求得工具面在井下的实际方位。骡鞋展开图造斜工具的定向井底定向法方法1：–组成：陀螺测斜仪+定向键标记；–使用条件：•磁异常地区或地层；•从式井“井铁”磁性干扰严重；•不需要无磁钻铤；•井斜角等于零也可以使用；•要有陀螺测斜仪；–评价：这是目前在丛式井中开始定向用得最多的。造斜工具的定向井底定向法方法2：–组成：双磁罗盘测斜仪+双镜头照相机+定向磁铁标记；–使用条件：•无严重“井铁”磁性干扰；•地区或地层磁场无异常；•需要专用的双罗盘双镜头照相测斜仪；•需要带定向磁铁的无磁钻铤；•井斜角等于零也可以使用；–评价：工具面标记简单造斜工具的定向井底定向法方法3：–组成：磁罗盘测斜仪+无磁钻铤+定向键标记；–使用条件：•无严重“井铁”磁性干扰；•地区或地层磁场无异常；•需要足够长度的无磁钻铤；•井斜角等于零也可以使用；–评价：这是目前在正常条件下用的最多的定向方法。造斜工具的定向井底定向法方法4(间接定向法之一)：–组成：磁罗盘测斜仪+定向键标记；–使用条件：•下钻前，先在裸眼井内进行测斜；•无严重“井铁”磁性干扰；地区或地层磁场无异常；•井斜角不能等于零（30）；•没有无磁钻铤；–评价：这是在没有无磁钻铤条件下用的最多的定向方法。造斜工具的定向井底定向法照像测斜仪底片上定向方位角的阅读方法–当井斜角较大时，照相底片上井斜角的刻度圆，将变成椭圆，使方位刻度线（放射线）失真；–所以不能从底片上直接阅读定向方位角–由于井斜方位线是高边，所以该刻度线不失真；–定向方位角要用阅读器阅读：•先从底片上阅读井斜方位角；•使底片上的高边方位线，对准阅读器上的井斜方位角读值；•从阅读器的方位刻度，读取定向方位角；造斜工具的定向井底定向法方法5(间接定向法之二)：–组成：氟氢酸测斜仪+定向齿刀标记；–使用条件：•下钻前，先在裸眼井内进行测斜；•无严重“井铁”磁性干扰；地区或地层磁场无异常；•井斜角不能等于零（30）；•没有无磁钻铤；–评价：这是早期既没有无磁钻铤，也没有照相测斜仪条件下的定向方法。造斜工具的定向井底定向法：影响无磁钻铤长度的因素井铁对磁针的影响影响（讨论）–在地面上平放着钻柱，钻柱轴线指向东西；–当无磁钻铤一端有钢钻铤和钢钻杆时，罗盘的磁针将受到影响而偏转；偏向何方？–当无磁钻铤的另一端接上钻头时，请问罗盘的磁针如何偏转？•偏转更大？•偏转较小？•向另一边偏转？造斜工具的定向井底定向法：影响无磁钻铤长度的因素1.“井铁”质量的影响：–钻柱上所有的铁磁物质，都是“井铁”；质量越大，距离罗盘越近，则磁性影响强度越大；–无磁钻铤以上的“井铁”很长，细长，距离越远，影响越小；可用一个位于无磁钻铤顶端的当量井铁代替；–无磁钻铤以下的“井铁”影响强度，变化较大：•钻头；•钻头+动力钻具–后者需要更长的无磁钻铤；造斜工具的定向井底定向法：影响无磁钻铤长度的因素2.井斜角大小的影响：–井铁对罗盘磁针方向的影响，与井斜角的大小有关。–井斜角越小，影响越大，需要的无磁钻铤长度越长；–井斜角为00时，影响最大；–井斜角900时，影响最小；造斜工具的定向井底定向法：影响无磁钻铤长度的因素3.井斜方位角大小的影响：–井铁对罗盘磁针方向的影响，还与井斜方位角的大小有关。–井斜方位与N或S方位的夹角越小，井铁影响越小，需要的无磁钻铤长度越短；–井斜方位与N或S方位的夹角越大，井铁影响越大，需要的无磁钻铤长度越长；造斜工具的定向井底定向法：影响无磁钻铤长度的因素4.地磁水平磁场强度的影响：–地磁水平磁场强度越大，井铁的影响相对就小；需要的无磁钻铤长度就较短；–在南、北极，地磁方向几乎与水平面垂直，所以地磁的水平磁场强度最小，需要的无磁钻铤长度最长；–而在赤道，地磁方向与水平方向平行，该处地磁的水平磁场强度最大，需要的无磁钻铤长度最短；–随着纬度的增大，需要的无磁钻铤长度随之增大；造斜工具的定向井底定向法：无磁钻铤选择估算磁罗盘在无磁钻铤内位置的理论方法：将上井铁简化为PU，下井铁简化为PL。他们分别距罗盘的距离为LU和LL。上井铁PU对磁针的吸引力为FU，下井铁PL对磁针的排斥力为FL。2UUULPF2LLLLPF以吸引力为正，排斥力为负。对磁针的总力为：22LLUULULPLPFFF造斜工具的定向井底定向法：无磁钻铤选择估算磁罗盘在无磁钻铤内位置的理论方法：罗盘在无磁钻铤中的最佳位置，应该使罗盘磁针受到的井铁力F最小。根据高等数学原理，F力最小值出现在LL对F的一阶导数等于零时，即：F力的表达式可变为：22)(LLLULPLLPFF力一阶导数等于零，即：0)(2)(233LULLLLLPLPdLdF可得：331ULULLPPPPLL则：KPPUL3KKLLL1令：0)(2)(233LULLLLLPLPdLdF这就是计算罗盘在无磁钻铤中最佳位置的公式。造斜工具的定向井底定向法：无磁钻铤选择估算磁罗盘在无磁钻铤内位置的理论方法：例题计算：例2.对于带动力钻具的组合（右图），PU=3000emu，PL=2000emu；则得：5503.030005003KLLLL3550.055.0155.0例1.对于常规钻具组合（左图），PU=3000emu，PL=500emu；则得：8736.0300020003KLLLL4663.055.0155.0造斜工具的定向井底定向法：无磁钻铤长度的选择造斜工具的定向井底定向法：无磁钻铤长度的选择造斜工具的定向井底定向法：无磁钻铤长度的选择造斜工具的定向井底定向法：无磁钻铤长度的选择造斜工具的定向井底定向法：无磁钻铤长度的选择课外学习参考书《定向井设计与计算》125～130页：动力钻具的反扭角欢迎批评指正！