第五章 井眼轨迹设计与控制（5）

3.定向井井斜控制方法控制方法：使用工具造斜（1)转盘钻井造斜造斜器造斜原理：强行变向导斜面槽式变向器≤o+第四节井眼轨迹控制第六章井眼轨迹设计与控制导斜角造斜器造斜过程:下入定向，楔形面所对的方向为造斜方向（工具面）；加钻压固定后，增大钻压剪断销钉；小钻头钻到一定深度，取出变向器；下入领眼和扩眼钻头钻进一定深度正常钻进。第四节井眼轨迹控制第六章井眼轨迹设计与控制扶正器钻具组合不能用于造斜，仅用于在已有斜度的井眼内进行增斜、降斜或稳斜（这方面的理论研究很多，方法也多）。第四节井眼轨迹控制第六章井眼轨迹设计与控制第四节井眼轨迹控制第六章井眼轨迹设计与控制第四节井眼轨迹控制第六章井眼轨迹设计与控制（2)井下动力钻具造斜钻具组合：钻头+动力钻具+造斜工具+钻铤+钻杆造斜工具：弯（斜）接头、弯钻铤、弯动力钻具、弯钻杆原理：钻具变形产生弹性力矩，使钻头产生侧向力弯接头第四节井眼轨迹控制第六章井眼轨迹设计与控制钻头侧向力的大小Pz弯接头的弯曲角γ1越大，造斜力越大弯曲点以上钻具刚度越大，侧向力越大动力钻具越短侧向力越大井斜角越大，侧向力越小VcVtsin2161TTzzPLLEJPEJz:——刚度LT——涡轮钻具长度1——接头弯角——井斜角第四节井眼轨迹控制第六章井眼轨迹设计与控制各向钻速L——钻柱弹性变形长度PT——涡轮钻具和钻头重量αLVz弯接头定向接头容积式马达钻铤螺杆钻具涡轮钻具第四节井眼轨迹控制第六章井眼轨迹设计与控制锁住转盘定好向（3）喷射钻头第四节井眼轨迹控制第六章井眼轨迹设计与控制使用一个大喷咀和二个小喷咀，先定向，大喷咀方向为造斜方向。用于较软地层冲出1～2m开始旋转钻到7～9m三、方位控制方法不管轨迹设计如何合理、造斜工具如何先进，如果井眼方位控制不当，还是不能钻到预定的层位。造斜工具在井底的安放方位决定井眼的变化：增斜、稳斜、降斜；增方位、稳方位还是减方位第四节井眼轨迹控制第六章井眼轨迹设计与控制例如同样的弯接头（钻具组合）。A增斜、B降斜1、装置角定义基本概念：井斜铅垂面—井底井眼方向线所在的铅垂平面。井底平面—井底与井眼方向线垂直的平面。造斜工具面—造斜工具的作用方向线与井底井眼方向线构成的平面。水平面工具面井底平面井斜铅垂面第四节井眼轨迹控制第六章井眼轨迹设计与控制切线向井眼前进方向延伸的部分为井眼方向线。方向线—是空间的矢量方位线—是水平面上的矢量井眼曲率——狗腿严重度——全角变化率（空间角）全角变化——狗腿角：上下二测点处的井眼方向线不同，其之间的夹角————第四节井眼轨迹控制第六章井眼轨迹设计与控制井斜变化率：方位变化率：装置角ω:井斜铅垂面顺时针与造斜工具面之间的夹角水平面工具面井底平面井斜铅垂面装置方位角φω：当时井底的井斜方位角φ1加上装置角ωωφ1ω第四节井眼轨迹控制第六章井眼轨迹设计与控制高边规定原井斜方向的装置角为0a.直井情况井斜角＝0＋方位角＝0＋ωb.水平井情况井斜角＝90°±，方位角＝原方位±在任意井斜角和方位角装置角处于垂直于原井眼轴线的平面空间内，ω从0～360°，井斜角和方位角将如何变化？第四节井眼轨迹控制第六章井眼轨迹设计与控制造斜角ω第四节井眼轨迹控制第六章井眼轨迹设计与控制2.装置角的计算方法：图是任意井眼方向的装置角图。根据空间几何关系：cossincoscossinsinsin11tgsinsinsinsin2)sin(sinsinsinsincossin212122tg－ωcossinsincoscoscos112第四节井眼轨迹控制第六章井眼轨迹设计与控制1cossinsincoscoscos112γ变向器导斜角cossincoscossinsinsin11tgsinsinsinsin2)sin(sinsinsinsincossin212122tgkL共七个参数，根据实际情况可应用灵活—为变向器的导斜角；1—为原井斜角；—为扭方位的初始装置角。cossinsincoscoscos11212AOZD装置角对井斜的影响：2=f(1、、)第四节井眼轨迹控制第六章井眼轨迹设计与控制＝0──cos2=cos(1+)--2=1+增斜＝180°─cos2=cos(1－)--2=1－降斜＝±90°─cos2≈cos1cos--2=1稳斜cossinsincoscoscos112第四节井眼轨迹控制第六章井眼轨迹设计与控制sinsincoscos)cos(＝f(1、、)已知：1、、，求cossincoscossinsinsin11tg第四节井眼轨迹控制第六章井眼轨迹设计与控制装置角对方位的影响：讨论：、α2一定时，的值随的变化而变化装置角绝对值相同，但符号不同，同样可达到相同的终了井斜角，但方位增量符号相反。2sinsinsinsin第四节井眼轨迹控制第六章井眼轨迹设计与控制sinsinsinsin2第四节井眼轨迹控制第六章井眼轨迹设计与控制同样的1、、有两个不同的)sin(sinsinsinsincossin212122tgO′Z′为增斜用负号O′Z″为减斜用正号=180=90=270=0增方位减方位增斜减斜第四节井眼轨迹控制第六章井眼轨迹设计与控制ⅠⅡⅢⅣΔαminΔαmax归纳装置角对井斜角和方位角的分析和讨论结果：3.井斜变化对扭方位的影响对于给定的、1，有max1maxsinsinarcsinmax随的增大而增大，随1的增大而减小第四节井眼轨迹控制第六章井眼轨迹设计与控制max100=3纠方位和控制井斜角应在井斜角较小时进行。第四节井眼轨迹控制第六章井眼轨迹设计与控制100=1100=2K__结论:①要改变方位最好在小井斜（1）时进行、相同的在小井斜时仅需一小段，在大斜度段要钻很长的井段。②小井斜时，井眼方位不稳定，而井斜达到某一角度时，方位趋于稳定。③方位角太大时需逐步纠斜。第四节井眼轨迹控制第六章井眼轨迹设计与控制4.方位控制计算（根据已知条件，选用不同计算公式）例1：已知扭方位前井斜角为10，方位角为40。扭方位后井斜角为12，方位角为50。造斜工具的造斜率为3/30m。求：扭方位初始装置角和扭方位井段长。解：（1）求出扭方位井段狗腿角：D76.2)]4050cos(12sin10sin12cos10[coscos1（2）求出扭方位井段长度：)(6.2730376.2mkL57.4876.2sin)4050sin(12sinsin1（3）求出装置角度数：第四节井眼轨迹控制第六章井眼轨迹设计与控制)]cos(sinsincos[coscos1ABBABAsinsinsinsin2例2：已知扭方位前井斜角为5，方位角为30。造斜工具的造斜率为3/30m，扭方位井段长30m。要求扭方位后方位角为45。求：扭方位初始装置角和扭方位后井斜角度数解：（1）求出扭方位井段狗腿角：330303Lk（2）求出装置角度数：45.40,44.169)35sin()3045sin()3045(sin5sin3sin)3045cos(3sin22221tg第四节井眼轨迹控制第六章井眼轨迹设计与控制)sin(sinsinsinsincossin212122tg（3）当=169.44时，求出扭方位后井斜角度数：D（4）当=40.45时，求出扭方位后井斜角度数：12.244.169cos3sin5sin3cos5coscos12）（54.745.40cos3sin5sin3cos5coscos12）（第四节井眼轨迹控制第六章井眼轨迹设计与控制cossinsincoscoscos112=180=90=270=0增方位减方位增斜减斜ⅠⅡⅢⅣΔαminΔαmax例3：已知扭方位前井斜角为8，方位角为70。造斜工具的造斜率为3/30m，扭方位井段长25m。要求扭方位后井斜角为10。求：扭方位初始装置角和扭方位后方位角度数。解：（1）求出扭方位井段狗腿角：（2）求出装置角度数：5.225303Lk91.415.2sin8sin10cos5.2cos8cossinsincoscoscoscos121166.7966.97066.910sin5.2sin91.41sinsinsinsinsinsin12121（3）求出扭方位后方位角度数：第四节井眼轨迹控制第六章井眼轨迹设计与控制cossinsincoscoscos112sinsinsinsin2oAB1B12DN例：原井斜角12，方位角210，使用2槽式变向器，方位角增量8。试求装置角。OA=121=1cmAD=2BOA=8测量：OB=13DAB=64第四节井眼轨迹控制第六章井眼轨迹设计与控制图解法介绍C据上图有比较可见作了如下近似处理当很小时；sin=，cos=1当1很小时；sin1=1，cos1=1图解法的应用条件：、很小；1很小。图解法原理:cossincossin1ABOAABOCBCtgcossincoscossinsinsin11tg第四节井眼轨迹控制第六章井眼轨迹设计与控制4.反扭角及其计算反扭角--在反扭矩作用下紧靠动力钻具处钻柱截面的扭转角。n定向井方位角--装置角、方位角加上动力钻具反扭角。sns1第四节井眼轨迹控制第六章井眼轨迹设计与控制动力钻具：液流—转子产生扭矩—带动钻头。同时定子受到反扭矩使钻柱有旋转的趋势，转盘锁定，只能扭转一定角度。Φ1—原井眼的方位角资料反算法确定反扭角据从1点到2点的实际钻进资料，1、1、s、2、2、L，由实际装置角反算出实际反扭角。步骤如下：（1）准备计算所需资料：钻进前的井斜角、方位角、造斜工具的定向方位角、钻进后的井斜角、方位角和钻进井段长度；第四节井眼轨迹控制第六章井眼轨迹设计与控制（2）计算该井段的狗腿角：)]cos(sinsincos[coscos1221211（3）计算造斜工具的实际装置角：增斜时：sinsin)sin(sin2121实第四节井眼轨迹控制第六章井眼轨迹设计与控制降斜时：sinsin)sin(sin1802121实（4）计算实际反扭角：实实1sn第四节井眼轨迹控制第六章井眼轨迹设计与控制ns1例：某定向井井深已达2400米，井底井斜角为2840，方位角为165。现打算用螺杆钻具带2弯接头扭方位，弯接头的定向方位角位143。钻进180米以后，测斜得井底井斜角为3115’，方位角为137。试求这种工具的实际造斜率及动力钻具的实际反扭角。第四节井眼轨迹控制第六章井眼轨迹设计与控制解：求所钻井段的狗腿角：10.14)]165137cos(5131sin0428sin5131cos0428[coscos1求造斜工具的造斜率：mmLk100/83.718010.14