6.1 定向井的基本概念在线视频

今天我们讲解

定向井的基本概念

大家知道

定向钻井

是按照预定的设计轨迹

钻达目的层的一种

钻井技术

要学好定向钻井技术

首先要了解

定向井的基本概念

定向井的基本概念

我们首先看看

定向井钻井实际上

它是一个三维的一个过程

我们要表现它

是用两个平面来表示的

这是一个定向井的一个示意图

我们看看它首先

是有一个垂直平面

一个是水平平面

然后通过这两个平面

我们可以反映一个

定向井的基本的形态

后面我们讲的

很多的这个知识和概念

都跟这两个平面有关系

这个是定向井

水平投影中的一个曲面

投影的水平面上的一个形式

我们看看定向井

它的基本要素

第一个概念就是经常用到的井深

所谓井深

就是从井口到测点的

井眼的实际的长度

英文的是Depth

然后与这个相关的

就是井斜角

井斜角就是

测点处的井眼的方向线

就是切线

与重力线之间的夹角

下面我们看看

就是方位角

方位角是

井眼轨迹再水平面的投影

与它的某个测点的切线

在水平面投影

与正北方向之间的夹角

我们通常说的定向井的三要素

就指的是

井深

井斜角

和方位角

从井深

井斜角

和方位角

我们可以推导出

后面的大约10个参数

但是

在这之前我们要了解

什么是井深

什么是侧深

因为在定向井钻井过程中

我们要对定向井进行测量

我们刚才说的井深是从井口

到井身上给定的

某一点实际井眼的长度

而侧深

指从井口到

井身上任意测点的

实际井眼长度

这个测点是

我们定向井钻井过程中

传感器的位置

通常情况之下

它会和钻头后面

10米到13米左右的一些

一个位置

所以说

井深和侧深

是有一个差异的

我们看看接下来

就是定向井中的

北坐标

东坐标

和垂深

有了刚才说的

井深

井斜角

和方位角

这三个基本概念

我们就可以计算出

定向井任意一点的

任意一个测点处的

北坐标

东坐标

和垂深

所谓的这个

北坐标

东坐标

和垂深

指的是在以井口为原点的

坐标体系下的

它的一个衡量的一个值

就像我们笛卡尔坐标的

三维坐标XYZ是一样的

这个O北坐标

东坐标

和垂深

也是遵从

这个右手螺旋法则的

你们自己可以看看

北坐标

东坐标

和垂深

我们笛卡尔坐标的时候

X坐标是

XYZ这三个方向的

我们只要确定

北坐标

东坐标

和垂深

我们就可以

任意的

了解到这一点的

它的具体位置

比如说

所谓垂深就是

这一点到这一点的一个长度

这是所谓Surxey Station侧点

然后呢

这个测点投影到水平面上

就有一个点

那么在这个地方

在水平面上

我们可以衡量它

北坐标就是

这一点到东轴的距离

而东坐标呢

是指的这一点到北轴的直线距离

我们看看水平位移

所谓水平位移是

轨迹上任意一点

在水平面上投影的长度

严格上讲

应该是称为水平投影长度

就是在这个后面这个红颜色

这个图中

它的这个OA这个直线

这个曲线段的长度

这是水平位移

对于二维井来说

水平位移

为轨迹上的点到

经过井眼垂线的距离

这个注意

实算轨迹

设计轨迹

它的水平位移

和水平投影长度是不一样的

然后有了这几个点

知道了任意测点的

北坐标

东坐标

我们可以算出这一测点的闭合距

所谓闭合距就是

测点到井口铅垂线的一个距离

从这个图上就是OA这一段长度

刚才已经说过了

OA这个曲线的长度

是代表这个井眼轨迹

在水平面上的投影

就是水平投影长度

OA就是这直线段的长度

就是我们所说的闭合距

这个闭合方位

就是OA这条直线

与正北方向之间的夹角

就是我们图中所表示的这个θA

这个角度

同样的

在B点的这个闭合距

就是OB的长度

如果要去算出

B点的OB的

闭合方位角的话

那么就是

OB这条直线

与ON这个北坐标之间的夹角

接下来就是这个视平移

这个视平移在我们之前

轨迹设计中

或者在作图的时候

是要使用的一个重要的指标

它指的是刚才

给大家所讲的

OA这个闭合距在设计方位上的投影

我们通常知道设计方位

如果是二维的

二维的井眼轨迹

它设计方位就是一个

一个给定的

比如说你是45度

或者是90度

不管你是多少度

这个设计方位在设计之前

是给定的

在实钻轨迹

或者三维轨迹过程中

如果知道A点的闭合距

我把OA这一段

投影到这个设计方位线上

那么这个投影的这个长度

就是闭合距

就是VERTICAL SECTION

这个地方要注意

视平移和水平位移的差异

通常情况之下

水平位移

视平移

还有水平投影长度

如果是个二维井眼轨迹

它们之间是一致的

在我们学习定向井的过程中

经常对水平位移

闭合距离

和视平移它们之间的一个差异

会有些不太清楚

对于

简单的说

对于二维井眼轨迹来说

他们之间是一样的

对三维轨迹来说

他们是有差异的

接下来我们看看

定向井的井斜变化率

和方位变化率

所谓井斜变化率

是定向井中

井斜角对井深的

变化的一个程度

它的单位是

度每30米

相当于

如果用计算公式的话

就是两个测点之间的

井斜角的差值

除上这个测段的长度

而方位变化率是

方位角对井深的一个变化率

这个是方位角

两个测点的方位角

下测点的方位角

减去上测点的方位角

除以两个测点之间

测段的长度

ΔL

这就得到了

井斜变化率和方位变化率

由井斜变化率

和方位变化率

我们可以算出

井眼的曲率

大家注意

这个井眼的曲率对于

三维井来说

或者是对实钻井来说

是两个点的

比如说

刚才我这个图上

A点和B的

这个图上

这是A点

这是B点

他们之间

A点有一个切线方向

B点也有一切线方向

这个两个切线方向

对三维井来说

在空中

是不相交的

因为它不在一个平面

我们再算两个方位之间的

夹角的时候

我们要把A点的

A1点的曲线

平移到A2点

或者把

A2点的曲线

平移到A1点

然后算出这个所谓的前角

有了这个前角以后

就是可以计算出

这个测段的

井眼曲率

实际上

测段的井眼曲率是

刚才所讲的井斜变化率

和方位变化率

的一个综合的反映

下面我们看一看

如何去计算

假如说已经知道

上测点的井斜方位

和侧深

下侧点的井斜方位

和侧深

如何去计算

这一段的井眼的曲率

我们看看

就是在这个图中

上一个测点的

井斜方位

α1和Φ1

是知道的

然后这一点的侧深MD1是知道的

然后下一测点的

井斜角和方位角是知道的

这个它所对应的侧深

也是知道的

这这种情况下

我们如何去计算

井眼的曲率

或者是算出这个前角的

两个空间的切线

之间的夹角

我们学过空间解析几何的

我们就知道

如何去算出两个点之间的

两个线段的

就是两个矢量之间的夹角

我们在学解析几何的时候

我们知道

矢量有个差乘

有个点乘

我们在要计算两个矢量之间

夹角的时候

比如说A点的矢量AC

和B的矢量AD

就是可以通过井斜角和方位角

A点的方向矢量

就是这个表达式

B点的方向矢量

就是下面这个表达式

同学们如果

有兴趣的话

就可以去推导一下

这个方向矢量是怎么得到的

然后

这两个方向矢量知道以后

我们可以算出

通过点乘的方法算出

这两个矢量之间的夹角

AC和BD之间的

这个夹角

就是所谓的前角

后面我们有一个计算公式

在这个公式中

因为

AC和BD是方向矢量

按照点集的计算方法

我们可以通过这个公式

就算出这个前角

也就是说已经知道

上一个测点的井斜方位

下一个测点的井斜方位

同学们可以看看这个公式

如果这个公式中

A点的方位

和B点的方位相等

就是说明它在同一个平面之内

在同一个平面之内的话

我们可以根据这个三角的

相当于差角公式

得到了

如果是同一个平面只内

这个前角的话就等于

αD减去αA

然后我们知道

这个测段

AB的这个测段的长度

知道这个AB测段的前角

我们就可以通过

最底下这个公式

算出这个测段的井眼曲率

这个测段的井眼曲率的话

我们要转化成

我们工程中

常用的公式

就是度每30米

我们给一个例子

就是然后计算这个前角

因为在整个定向井

钻井过程中

这个公式是应该要大家记忆的

而且是用到非常多的一个公式

假如说我们已知

A点的井斜角是4.3度

方位角是89度

然后B点的倾斜角是7.1度

方位角是100度

这个测段的长度是26度

然后根据刚才的计算公式

我们就可以算出这个前角

是2.99度

因为刚才已经说过了

这个测算长度是26度

然后按照刚才的公式

就可以算出

井眼的曲率是3.45度每30米

对于

井眼曲率和曲率半径之间的关系

因为我们以后在轨迹设计过程中

经常会用到

已知井眼曲率

求曲率半径

或已知

曲率半径

求井眼曲率的问题

我们首先看看

这些简单的情况

对于二维的井眼轨迹

就是方位角保持不变的这种井眼

根据数学的关系

井眼曲率

和曲率半径是成导数关系

就是这个公式

但是

无论是二维井眼

还是三维井眼轨迹

前面这个公式

是成立的

只不过说

如果是二维井眼轨迹

是井斜变化率

如果是三维井眼轨迹

就是这个测段的

井眼曲率

假如说我已经知道

这个测段的井眼曲率

它的单位是度每30米

我们通过这个公式

就可以算出

它的曲率半径

有了这个曲率半径

将来我们在

实算轨迹计算的时候

或者定向井轨迹设计过程中

都能够算出

设计轨迹

或者是实算轨迹的

井深的剖面参数

这一讲就讲到这

谢谢大家