定向井的軌跡控制

1、定向井的軌跡控制定向井的軌跡控制定向井軌跡控制基本概念定向井軌跡控制基本概念41. 要求：在實(shí)鉆過(guò)程中，設(shè)法使實(shí)鉆的要求：在實(shí)鉆過(guò)程中，設(shè)法使實(shí)鉆的井眼軌跡井眼軌跡盡可盡可能符合設(shè)計(jì)的能符合設(shè)計(jì)的井眼軌道井眼軌道。42. 實(shí)質(zhì)：井眼軌跡控制，的實(shí)質(zhì)，就是不斷地控制井實(shí)質(zhì)：井眼軌跡控制，的實(shí)質(zhì)，就是不斷地控制井眼的前進(jìn)方向。井眼方向由井眼的井斜角和井斜方位眼的前進(jìn)方向。井眼方向由井眼的井斜角和井斜方位角來(lái)表示的。角來(lái)表示的。43. 井眼方向控制內(nèi)容：井眼方向控制內(nèi)容： 井斜角的控制：增斜、降斜、穩(wěn)斜； 井斜方位角控制：增方位、降方位、穩(wěn)方位；增斜增斜增方位增方位穩(wěn)方位穩(wěn)方位降方位降方位穩(wěn)斜穩(wěn)斜降

2、斜降斜(九種組合九種組合)定向井軌跡控制的主要做法定向井軌跡控制的主要做法4第一階段第一階段: :打好垂直井段打好垂直井段垂直井段打不好，將給造斜帶來(lái)很大的困難。要求實(shí)鉆軌跡盡可能接近鉛垂線，也就是要求井斜角盡可能小。定向井的垂直井段可以按照打直井的方法進(jìn)行軌跡控制，而且比打直井要求更高，因?yàn)槎ㄏ蚓怪本蔚氖┕べ|(zhì)量是以后軌跡控制的基礎(chǔ)。定向井軌跡控制的主要做法定向井軌跡控制的主要做法4 第二階段：把好定向造斜關(guān)第二階段：把好定向造斜關(guān)4 這是增斜井段的一部分，但它是從垂直井段開(kāi)始增斜的。由于垂直井段井斜角等于零，所以稱(chēng)為“造斜”；由于垂直井段沒(méi)有井斜方位角，所以開(kāi)始造斜時(shí)需要“定向”。如果定

3、向造斜段的方位有偏差，則會(huì)給以后的軌跡控制造成巨大困難。所以，定向造斜是關(guān)鍵，一定要把好這一關(guān)。4 現(xiàn)代的定向造斜，除套管開(kāi)窗側(cè)鉆還使用變向器外，幾乎全是使用動(dòng)力鉆具造斜工具。造斜井段的長(zhǎng)度，一般是以井斜角達(dá)到可以使用轉(zhuǎn)盤(pán)鉆的扶正器鉆具組合繼續(xù)增斜為準(zhǔn)。這個(gè)井斜角大約為8 至10。第三階段：跟蹤控制到靶點(diǎn)第三階段：跟蹤控制到靶點(diǎn)4從造斜段結(jié)束，至鉆完全井，都屬于跟蹤控制階段。人們常說(shuō)的軌跡控從造斜段結(jié)束，至鉆完全井，都屬于跟蹤控制階段。人們常說(shuō)的軌跡控制實(shí)際多指這一階段。制實(shí)際多指這一階段。一一. .跟蹤控制的主要工作內(nèi)容：跟蹤控制的主要工作內(nèi)容：1.適時(shí)進(jìn)行軌跡測(cè)量和軌跡計(jì)算： 測(cè)量?jī)x器的選

4、擇；測(cè)量密度和測(cè)點(diǎn)密度的選擇； 根據(jù)軌跡計(jì)算結(jié)果，提出下步軌跡控制要求；2.做好造斜工具的裝置方位計(jì)算： 裝置角的計(jì)算； 動(dòng)力鉆具反扭角的計(jì)算；3.精心選擇、使用造斜工具和下部鉆具組合： 工具或組合的結(jié)構(gòu)選擇； 造斜工具或下部組合的性能預(yù)測(cè)：憑經(jīng)驗(yàn)預(yù)測(cè)；使用軟件預(yù)測(cè)； 造斜工具的井下定向；定向井軌跡控制的主要做法定向井軌跡控制的主要做法定向井軌跡控制的主要做法定向井軌跡控制的主要做法二二. .跟蹤控制需遵循的幾條原則：跟蹤控制需遵循的幾條原則：1.1.既要保證中靶，又要加快鉆速。既要保證中靶，又要加快鉆速。這一階段的任務(wù)是在實(shí)鉆過(guò)程中，不斷了解軌跡的變化發(fā)展情況，不斷地使用各種造斜工具或鉆具組

5、合，使實(shí)鉆軌跡離開(kāi)設(shè)計(jì)軌跡使實(shí)鉆軌跡離開(kāi)設(shè)計(jì)軌跡“不要太遠(yuǎn)不要太遠(yuǎn)?！安灰h(yuǎn)”一詞的意義在于，一方面如果“太遠(yuǎn)”就可能造成脫靶，成為不合格井；另一方面如果始終要求實(shí)鉆軌跡與設(shè)計(jì)軌跡誤差很小，勢(shì)必要求非常頻繁地測(cè)斜，頻繁地更換造斜工具，必將大大地拖延時(shí)間，增加成本，而且還有可能造成井下復(fù)雜情況，得不償失。定向井軌跡控制的主要做法定向井軌跡控制的主要做法2.2.盡可能多的使用轉(zhuǎn)盤(pán)鉆的扶正器鉆具組合來(lái)進(jìn)盡可能多的使用轉(zhuǎn)盤(pán)鉆的扶正器鉆具組合來(lái)進(jìn)行控制行控制。這是因?yàn)檗D(zhuǎn)盤(pán)鉆的鉆速比動(dòng)力鉆具要高轉(zhuǎn)盤(pán)鉆的鉆速比動(dòng)力鉆具要高。所以在造斜段結(jié)束之后，一般都換用轉(zhuǎn)盤(pán)鉆繼續(xù)增斜，并在需要穩(wěn)斜和降斜的時(shí)候，仍然使用

6、轉(zhuǎn)盤(pán)鉆來(lái)完成。只有在下列兩種情況下，才使用動(dòng)力鉆具進(jìn)行控制：(1)使用轉(zhuǎn)盤(pán)鉆扶正器組合已難以完成增斜或降斜要求時(shí)，改用動(dòng)力鉆具造斜工具進(jìn)行強(qiáng)力增斜或降斜；(2)轉(zhuǎn)盤(pán)鉆扶正器組合不能控制方位，而且在鉆進(jìn)中常常出現(xiàn)方位偏差。當(dāng)井眼方位有較大偏差，有可能造成脫靶時(shí)，必須使用動(dòng)力鉆具造斜工具來(lái)完成扭方位。定向井軌跡控制的主要做法定向井軌跡控制的主要做法3.3.盡可能利用地層的自然規(guī)律。盡可能利用地層的自然規(guī)律。種種地層因素導(dǎo)致鉆頭的不對(duì)稱(chēng)切削，或引種種地層因素導(dǎo)致鉆頭的不對(duì)稱(chēng)切削，或引起井斜變化，或引起方位漂移：起井斜變化，或引起方位漂移： 地層可鉆性的各向異性：平行層面方向與垂直層地層可鉆性的各向異

7、性：平行層面方向與垂直層面方向，地層可鉆性不同。面方向，地層可鉆性不同。 沿垂直地層層面方向，可鉆性發(fā)生變化；沿垂直地層層面方向，可鉆性發(fā)生變化； 沿平行地層層面方向，可鉆性發(fā)生變化；沿平行地層層面方向，可鉆性發(fā)生變化；在軌道設(shè)計(jì)和軌跡控制過(guò)程中，盡可能利用在軌道設(shè)計(jì)和軌跡控制過(guò)程中，盡可能利用這些自然規(guī)律，減少利用工具進(jìn)行控制的時(shí)這些自然規(guī)律，減少利用工具進(jìn)行控制的時(shí)間。間。造斜工具簡(jiǎn)介造斜工具簡(jiǎn)介動(dòng)力鉆具造斜工具動(dòng)力鉆具造斜工具4動(dòng)力鉆具又稱(chēng)井下馬達(dá)，包括渦輪鉆具、螺桿鉆具、電動(dòng)鉆具三種。常用前兩種。4位置：在鉆鋌和鉆頭之間。鉆井液循環(huán)驅(qū)動(dòng)。4動(dòng)力鉆具以上整個(gè)鉆柱都不旋轉(zhuǎn)，對(duì)定向造斜非常有

8、利。4結(jié)構(gòu)由三種: 動(dòng)力鉆具帶彎接頭；動(dòng)力鉆具帶彎接頭； 彎外殼動(dòng)力鉆具；彎外殼動(dòng)力鉆具； 動(dòng)力鉆具帶偏心墊塊；動(dòng)力鉆具帶偏心墊塊； 造斜工具簡(jiǎn)介造斜工具簡(jiǎn)介轉(zhuǎn)盤(pán)鉆造斜工具轉(zhuǎn)盤(pán)鉆造斜工具4射流鉆頭：射流鉆頭： 工作三部曲： 定向噴射，大水眼沖出“斜窩”；適當(dāng)加壓使鉆頭進(jìn)入“窩”內(nèi)，繼續(xù)噴射； 邊噴射，上下活動(dòng)鉆柱，擴(kuò)大“斜窩”，并對(duì)井底造成沖擊； 旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，鉆出彎曲井眼； 適用地層：軟地層； 需要給大水眼噴嘴定向。造斜工具簡(jiǎn)介造斜工具簡(jiǎn)介轉(zhuǎn)盤(pán)鉆造斜工具轉(zhuǎn)盤(pán)鉆造斜工具4槽式變向器：槽式變向器： 造斜過(guò)程： 定向安置槽式變向器； 加壓剪斷銷(xiāo)釘，旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)鉆出導(dǎo)眼； 起鉆并起出槽式變向器； 更換擴(kuò)眼鉆

9、頭，擴(kuò)大導(dǎo)眼； 每安置一次，只能使井斜增加一個(gè)導(dǎo)斜角大小的角度。造斜工具簡(jiǎn)介造斜工具簡(jiǎn)介轉(zhuǎn)盤(pán)鉆造斜工具轉(zhuǎn)盤(pán)鉆造斜工具4對(duì)抗器：對(duì)抗器： 作用：可在小范圍作用：可在小范圍內(nèi)改變井斜方位內(nèi)改變井斜方位 結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)： 體部為一根短鉆鋌；體部為一根短鉆鋌；形狀如圖；形狀如圖； 上下兩個(gè)瓦片，用上下兩個(gè)瓦片，用小軸相連，并被固小軸相連，并被固定在體部的縱向溝定在體部的縱向溝槽內(nèi)。槽內(nèi)。 改變瓦片寬度，可改變瓦片寬度，可以實(shí)現(xiàn)增方位或減以實(shí)現(xiàn)增方位或減方位；方位；造斜工具簡(jiǎn)介造斜工具簡(jiǎn)介轉(zhuǎn)盤(pán)鉆造斜工具轉(zhuǎn)盤(pán)鉆造斜工具4套筒形變向器：套筒形變向器： 只能在小范圍內(nèi)改變井眼方位。 結(jié)構(gòu)： 心軸與鉆頭、鉆鋌連接；

10、 心軸外有套筒；套筒與心軸用小軸連接； 套筒外有上下兩個(gè)“瓦片”； 改變上下瓦片的位置，可以實(shí)現(xiàn)增方位或減方位；造斜工具簡(jiǎn)介造斜工具簡(jiǎn)介轉(zhuǎn)盤(pán)鉆扶正器組合轉(zhuǎn)盤(pán)鉆扶正器組合此類(lèi)工具此類(lèi)工具不能用于改變井眼方位不能用于改變井眼方位，僅能在已有一定斜度的井眼內(nèi)改，僅能在已有一定斜度的井眼內(nèi)改變井斜，即進(jìn)行增斜、降斜或穩(wěn)斜。變井斜，即進(jìn)行增斜、降斜或穩(wěn)斜。此類(lèi)工具是在轉(zhuǎn)盤(pán)鉆的基礎(chǔ)上，利用靠近鉆頭的鉆鋌部分，巧妙地此類(lèi)工具是在轉(zhuǎn)盤(pán)鉆的基礎(chǔ)上，利用靠近鉆頭的鉆鋌部分，巧妙地使用扶正器，得到各種性能的組合。使用扶正器，得到各種性能的組合。 20世紀(jì)世紀(jì)80年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)扶正器鉆具組合的研究逐步深入。運(yùn)年代

11、以來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)扶正器鉆具組合的研究逐步深入。運(yùn)用數(shù)學(xué)、力學(xué)和計(jì)算機(jī)工具，出現(xiàn)了微分方程法、有限元法、縱用數(shù)學(xué)、力學(xué)和計(jì)算機(jī)工具，出現(xiàn)了微分方程法、有限元法、縱橫連續(xù)梁法、加權(quán)余量法等等方法，且都需要使用較復(fù)雜的計(jì)算橫連續(xù)梁法、加權(quán)余量法等等方法，且都需要使用較復(fù)雜的計(jì)算機(jī)程序。機(jī)程序。4在沒(méi)有計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算在情況下，可使用現(xiàn)場(chǎng)常用的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在沒(méi)有計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算在情況下，可使用現(xiàn)場(chǎng)常用的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。轉(zhuǎn)盤(pán)鉆扶正器組合有三種：轉(zhuǎn)盤(pán)鉆扶正器組合有三種：增斜組合；增斜組合；穩(wěn)斜組合；穩(wěn)斜組合；降斜組合；降斜組合；造斜工具簡(jiǎn)介造斜工具簡(jiǎn)介轉(zhuǎn)盤(pán)鉆造斜工具轉(zhuǎn)盤(pán)鉆造斜工具4增斜鉆具組合：增斜鉆具組合：類(lèi)型L1L

12、2L3強(qiáng)增斜組合1.01.8-中增斜組合1.01.818.027.0-弱增斜組合1.01.89.018.09.0按增斜能力分為強(qiáng)、中、弱三種。使用中要注意：使用中要注意： 1. 鉆壓越大，增斜能力越大； 2. L1越長(zhǎng)，增斜能力越小； 3. 近鉆頭扶正器直徑減小，增斜能力也減小。 4. 注意保持低轉(zhuǎn)速。 造斜工具簡(jiǎn)介造斜工具簡(jiǎn)介轉(zhuǎn)盤(pán)鉆造斜工具轉(zhuǎn)盤(pán)鉆造斜工具4穩(wěn)斜鉆具組合穩(wěn)斜鉆具組合類(lèi)型L1L2L3L4L5強(qiáng) 穩(wěn) 斜組合0.81.24.56.09.09.09.0中 穩(wěn) 斜組合1.01.83.06.09 . 0 18.09 . 0 27.0-弱 穩(wěn) 斜組合1.01.84.59.0-按穩(wěn)斜能力分為強(qiáng)

13、、中、弱三種。在使用中要注意保持正常鉆壓和較高轉(zhuǎn)速。若需要更強(qiáng)的穩(wěn)斜組合，可使用雙扶正器串聯(lián)起來(lái)作為近鉆頭扶正器。 造斜工具簡(jiǎn)介造斜工具簡(jiǎn)介轉(zhuǎn)盤(pán)鉆造斜工具轉(zhuǎn)盤(pán)鉆造斜工具4降斜鉆具組合降斜鉆具組合 類(lèi)型 L1 L2強(qiáng)降斜組合 9.027.0 -弱降斜組合 0.8 18.027.0按降斜能力分為強(qiáng)、弱兩種。使用中要注意：1.保持小鉆壓和較低轉(zhuǎn)速2.對(duì)于強(qiáng)降斜組合來(lái)說(shuō)，L1越長(zhǎng)則降斜能力越強(qiáng)，但不得與井壁有新的接觸點(diǎn)。 造斜工具的定向造斜工具的定向4定向定向就是把造斜工具的工具面擺在預(yù)定的定向方位線上。 4定向定向是定向井的關(guān)鍵技術(shù)。定向方法可分為兩大類(lèi)：地面定向法和井下定向法。 4地面定向法：地面

14、定向法： 在地面井口將造斜工具的工具面擺到預(yù)定的方位線上； 通過(guò)定向下鉆，始終保持工具面預(yù)定方位不變，或者始終知道工具面在井下的實(shí)際方位； 下鉆完后，如果工具面實(shí)際方位與預(yù)定方位不附，可在地面上通過(guò)轉(zhuǎn)盤(pán)將工具面扭到預(yù)定的定向方位上。 這種方法由于工序復(fù)雜，準(zhǔn)確性差，目前已經(jīng)很少應(yīng)用了。4井下定向法：井下定向法： 下鉆前給工具面做好標(biāo)記，正常下鉆，將造斜工具下到井底； 然后從鉆柱內(nèi)下入儀器，根據(jù)工具面的標(biāo)記，測(cè)量工具面在井下的實(shí)際方位； 如果工具面實(shí)際方位與預(yù)定方位不附，可用轉(zhuǎn)盤(pán)調(diào)整； 工序簡(jiǎn)單，準(zhǔn)確性高，但需要先進(jìn)的定向測(cè)量?jī)x器。 關(guān)鍵技術(shù)：工具面的標(biāo)記方法。關(guān)鍵技術(shù)：工具面的標(biāo)記方法。造斜工

15、具的定向造斜工具的定向工具面的標(biāo)記方法工具面的標(biāo)記方法4定向齒刀標(biāo)記法定向齒刀標(biāo)記法： 適用于用氟氫酸測(cè)斜儀進(jìn)行測(cè)量； 齒刀上的齒尖所指方位，標(biāo)志著造斜工具的工具面方位。 測(cè)量時(shí)儀器最下面的鉛模壓在定向齒刀上，留下齒刀的印痕，于是可知道造斜工具的工具面方位； 同時(shí)，氟氫酸液瓶的液面傾斜方位代表著井斜方位。于是知道了工具面方位與井斜方位的關(guān)系。 需在下鉆前在裸眼內(nèi)測(cè)得井斜方位； 造斜工具的定向造斜工具的定向工具面的標(biāo)記方法工具面的標(biāo)記方法4定向磁鐵標(biāo)記法：定向磁鐵標(biāo)記法： 適用于磁性測(cè)斜儀進(jìn)行測(cè)適用于磁性測(cè)斜儀進(jìn)行測(cè)量；量； 緊在造斜工具上面接著一緊在造斜工具上面接著一根專(zhuān)用的無(wú)磁鉆鋌，在該根專(zhuān)

16、用的無(wú)磁鉆鋌，在該無(wú)磁鉆鋌的體部裝著三對(duì)無(wú)磁鉆鋌的體部裝著三對(duì)小磁鐵，其小磁鐵，其N(xiāo) 極方向與工極方向與工具面方向的關(guān)系是已知的。具面方向的關(guān)系是已知的。 測(cè)量?jī)x器中有兩個(gè)磁性羅測(cè)量?jī)x器中有兩個(gè)磁性羅盤(pán)。上羅盤(pán)處在三個(gè)定向盤(pán)。上羅盤(pán)處在三個(gè)定向磁鐵位置，可測(cè)得工具面磁鐵位置，可測(cè)得工具面方位；下羅盤(pán)遠(yuǎn)離定向磁方位；下羅盤(pán)遠(yuǎn)離定向磁鐵，指向正北方位。兩羅鐵，指向正北方位。兩羅盤(pán)面同時(shí)照在一張底片上，盤(pán)面同時(shí)照在一張底片上，于是可知工具面在井下的于是可知工具面在井下的實(shí)際方位。實(shí)際方位。 造斜工具的定向造斜工具的定向工具面的標(biāo)記方法工具面的標(biāo)記方法4定向鍵標(biāo)記法：定向鍵標(biāo)記法：既可用于用磁性測(cè)斜儀

17、測(cè)量，也可用于陀螺測(cè)斜儀測(cè)量；定向接頭內(nèi)有一個(gè)定向鍵。定向鍵所在的母線就標(biāo)志著工具面的方位。測(cè)量?jī)x器的羅盤(pán)面上有一個(gè)“發(fā)線”，在測(cè)量?jī)x器的最下面有一個(gè)“定向鞋”，定向鞋上有一個(gè)“定向槽”，在儀器安裝時(shí)使“發(fā)線”與“定向槽”在同一個(gè)母線上對(duì)齊。儀器下到井底時(shí)，定向鞋的特殊曲線使定向槽自動(dòng)卡在定向鍵上，使羅盤(pán)面上的發(fā)線方位就標(biāo)志了工具面的方位。在照相底片上羅盤(pán)的指針標(biāo)志著井斜方位，發(fā)線標(biāo)志了工具面的方位。所以可求得工具面在井下的實(shí)際方位。 定向井軌跡控制計(jì)算定向井軌跡控制計(jì)算裝置角的概念裝置角的概念4造斜工具得造斜率，既可用于改變井斜方位角，同時(shí)可用于改變井造斜工具得造斜率，既可用于改變井斜方位角

18、，同時(shí)可用于改變井斜角。斜角。4如何按照軌跡發(fā)展的需要去改變井斜角和井斜方位角呢？關(guān)鍵在于如何按照軌跡發(fā)展的需要去改變井斜角和井斜方位角呢？關(guān)鍵在于分配造斜率，其關(guān)鍵有在于裝置角的計(jì)算和安置。分配造斜率，其關(guān)鍵有在于裝置角的計(jì)算和安置。4裝置角的定義裝置角的定義 井斜鉛垂面：井斜鉛垂面： 井眼方向線所在的錢(qián)垂井眼方向線所在的錢(qián)垂平面；平面； 井眼方位線所在的錢(qián)垂井眼方位線所在的錢(qián)垂平面；平面； 井底圓上高邊方向線所井底圓上高邊方向線所在的錢(qián)垂平面；在的錢(qián)垂平面； 造斜工具面：造斜工具面： 造斜工具作用方向線與造斜工具作用方向線與井眼軸線構(gòu)成的平面；井眼軸線構(gòu)成的平面；定向井軌跡控制計(jì)算定向井軌

19、跡控制計(jì)算裝置角的概念裝置角的概念4裝置角的定義裝置角的定義 井斜鉛垂面與造斜工具面井斜鉛垂面與造斜工具面的夾角的夾角(還不夠準(zhǔn)確！還不夠準(zhǔn)確！)； 以井斜鉛垂面為基準(zhǔn)，順以井斜鉛垂面為基準(zhǔn)，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)到造斜工具面上時(shí)針旋轉(zhuǎn)到造斜工具面上所轉(zhuǎn)過(guò)的角度；所轉(zhuǎn)過(guò)的角度； 在井底平面上，以高邊方在井底平面上，以高邊方向線位基準(zhǔn)，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)向線位基準(zhǔn)，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)到工具面與井底圓的交線到工具面與井底圓的交線上所轉(zhuǎn)過(guò)的角度；上所轉(zhuǎn)過(guò)的角度；定向井軌跡定向井軌跡控制計(jì)算控制計(jì)算裝置角有關(guān)公裝置角有關(guān)公式的推導(dǎo)式的推導(dǎo)4這是有關(guān)槽式變向器裝置角計(jì)算公式得推導(dǎo)用圖。4圖中的00與井底圓垂直；4圖中的角，是槽式變

20、向器的導(dǎo)斜角；就是裝置角，是在水平面上的投影；4注意下面四張“圖式”推導(dǎo)圖中，12定向井軌跡定向井軌跡控制計(jì)算控制計(jì)算裝置角有關(guān)公裝置角有關(guān)公式的推導(dǎo)式的推導(dǎo)4這是有關(guān)彎接頭裝置角計(jì)算公式得推導(dǎo)用圖。4圖中的00與井底圓垂直；4圖就是裝置角，是在水平面上的投影；但是要特別注意，圖要特別注意，圖中的中的角，是彎接頭鉆出的井段的角，是彎接頭鉆出的井段的狗腿角，而不是彎接頭的彎曲角；狗腿角，而不是彎接頭的彎曲角；4注意下面四張“圖式”推導(dǎo)圖中，12定向井軌跡控制計(jì)算定向井軌跡控制計(jì)算裝置角有關(guān)計(jì)算公式裝置角有關(guān)計(jì)算公式4匯總上述四個(gè)圖式推導(dǎo)的三個(gè)獨(dú)立的公式：匯總上述四個(gè)圖式推導(dǎo)的三個(gè)獨(dú)立的公式：4還

21、有一個(gè)重要的公式，這就是狗腿角計(jì)算公式：還有一個(gè)重要的公式，這就是狗腿角計(jì)算公式：cossincoscossinsinsin11tgcossinsincoscoscos112sinsinsinsin2cossinsincoscoscos2121定向井軌跡控制計(jì)算定向井軌跡控制計(jì)算裝置角有關(guān)計(jì)算公式裝置角有關(guān)計(jì)算公式4偏增角問(wèn)題：偏增角問(wèn)題： 觀察到裝置角與井斜角、井斜觀察到裝置角與井斜角、井斜方位角之間的變化關(guān)系：方位角之間的變化關(guān)系： 裝置角在裝置角在、象限，方位均增象限，方位均增加；裝置角在加；裝置角在、象限，方位象限，方位均減??；均減小； 方位角的變化界限很清楚，以方位角的變化界限很清楚

22、，以00和和1800為界。為界。 裝置角在裝置角在 、象限，井斜角象限，井斜角都是增加的；但裝置角在都是增加的；但裝置角在 、 象限，井斜角并非都是減小的。象限，井斜角并非都是減小的。只在綠色區(qū)域是減小，在只在綠色區(qū)域是減小，在粉紅色粉紅色區(qū)域內(nèi)仍然是增大的。區(qū)域內(nèi)仍然是增大的。 粉紅色粉紅色區(qū)域所占的角度，就是區(qū)域所占的角度，就是“偏增角偏增角”，以，以表示表示。定向井軌跡控制計(jì)算定向井軌跡控制計(jì)算裝置角有關(guān)計(jì)算公式裝置角有關(guān)計(jì)算公式4偏增角的影響偏增角的影響 試看一例：設(shè)試看一例：設(shè)=450；=600；=600；求；求=？由公？由公式式 可算得可算得=48.720； 用式：用式： 計(jì)算，計(jì)

23、算， =86.3860； 用式：用式： 計(jì)算，計(jì)算， =93.6140；cossinsincoscoscos2121sinsinsinsin2121cossincoscoscoscos（錯(cuò)誤）（錯(cuò)誤）（正確）（正確）定向井軌跡控制計(jì)算定向井軌跡控制計(jì)算裝置角的有關(guān)計(jì)算裝置角的有關(guān)計(jì)算4最重要、最可靠的兩個(gè)公式最重要、最可靠的兩個(gè)公式 (1)(2)二式中，共有二式中，共有5個(gè)參數(shù)：個(gè)參數(shù)：1，2，；知道其中任意三個(gè)，可以求出另外兩個(gè)知道其中任意三個(gè)，可以求出另外兩個(gè)。 事實(shí)上，巧妙地利用事實(shí)上，巧妙地利用(1)(2)這兩個(gè)公式，就可以完成這兩個(gè)公式，就可以完成所有有關(guān)裝置角的計(jì)算。所有有關(guān)裝置角

24、的計(jì)算。cossinsincoscoscos112cossinsincoscoscos2121(1)(2)定向井軌跡控制計(jì)算定向井軌跡控制計(jì)算裝置角的有關(guān)計(jì)算裝置角的有關(guān)計(jì)算4特殊裝置角扭方位特殊裝置角扭方位 1. 全力增斜全力增斜 =00； =； =00； 2. 全力降斜全力降斜 =1800； =； =00； =?LK 定向井軌跡控制計(jì)算定向井軌跡控制計(jì)算裝置角的有關(guān)計(jì)算裝置角的有關(guān)計(jì)算4特殊裝置角扭方位特殊裝置角扭方位 3. 正負(fù)正負(fù)900扭方位扭方位 這是我國(guó)現(xiàn)場(chǎng)上用的較多的扭方位方式。 =900； 由于偏增角的原因，此時(shí)的井斜角增量不等于零。11sintgtg111coscoscosL

25、K 定向井軌跡控制計(jì)算定向井軌跡控制計(jì)算裝置角的有關(guān)計(jì)算裝置角的有關(guān)計(jì)算4特殊裝置角扭方位特殊裝置角扭方位 4. 穩(wěn)斜扭方位穩(wěn)斜扭方位 = 0 ，并給定 ； 增方位取“+”，減方位取“”cossincoscos121211)2/(costgtgLK 5. 全力扭方位全力扭方位 給定 ； 增方位取“+”，減方位取“”sinsinsin1coscoscos1211costgtg定向井軌跡控制計(jì)算定向井軌跡控制計(jì)算裝置角的有關(guān)計(jì)算裝置角的有關(guān)計(jì)算4裝置角的圖解法裝置角的圖解法(1)選擇一定長(zhǎng)度線段代表單位角度，選擇一定長(zhǎng)度線段代表單位角度，例如，以厘米代表例如，以厘米代表。(2)選一原點(diǎn)，作目前井底

26、方位線選一原點(diǎn)，作目前井底方位線OQ，并量取，并量取OA = 1，注意是以長(zhǎng)，注意是以長(zhǎng)度代表角度。度代表角度。(3)以點(diǎn)為園心，以以點(diǎn)為園心，以為半徑（注意以長(zhǎng)度代表角度）畫(huà)園。為半徑（注意以長(zhǎng)度代表角度）畫(huà)園。 (4)作線段作線段OB，使，使AOB = ，交園于，交園于B、B，聯(lián)結(jié)，聯(lián)結(jié)AB和和AB。應(yīng)當(dāng)注。應(yīng)當(dāng)注意意是有正負(fù)之分的。是有正負(fù)之分的。為正時(shí)，為正時(shí)，OB線在線在OA線的下方；線的下方；為負(fù)時(shí)，為負(fù)時(shí)，OB線在線在 OA線的上方。線的上方。 (5)用量角器量用量角器量QAB即為增斜扭方位的裝置角即為增斜扭方位的裝置角，量，量QAB 即為降即為降斜扭方位的裝置角斜扭方位的裝置角

27、。 (6)用直尺量用直尺量OB長(zhǎng)度（換算成角度），即為增斜扭方位之后的井斜角長(zhǎng)度（換算成角度），即為增斜扭方位之后的井斜角2；量量OB長(zhǎng)度（換算成角度），即為降斜扭方位之后的井斜角長(zhǎng)度（換算成角度），即為降斜扭方位之后的井斜角2。 定向井軌跡控制計(jì)算定向井軌跡控制計(jì)算裝置角的有關(guān)計(jì)算裝置角的有關(guān)計(jì)算4裝置角的圖解法裝置角的圖解法4限長(zhǎng)扭方位限長(zhǎng)扭方位 給定條件：給定條件：1=220；1=1000；工具造斜率工具造斜率90/100m ；現(xiàn)要求；現(xiàn)要求鉆進(jìn)鉆進(jìn)150m將井斜方位角減小將井斜方位角減小到到2=700；請(qǐng)用；請(qǐng)用限長(zhǎng)扭方位限長(zhǎng)扭方位方式，并求：方式，并求： 1. 裝置角裝置角； 2.

28、扭方位段的狗腿角扭方位段的狗腿角； 3. 扭彎方位后的井斜角扭彎方位后的井斜角2 ； 4. 扭方位段的段長(zhǎng)扭方位段的段長(zhǎng)L；L=150m定向井軌跡控制計(jì)算定向井軌跡控制計(jì)算裝置角的有關(guān)計(jì)算裝置角的有關(guān)計(jì)算4裝置角的圖解法裝置角的圖解法4900扭方位扭方位 給定條件：給定條件：1=220；1=1000；工具造斜率工具造斜率90/100m ；限要求；限要求將井斜方位角減小到將井斜方位角減小到2=700；請(qǐng)用請(qǐng)用900 扭方位扭方位方式，并求：方式，并求： 1. 裝置角裝置角； 2. 扭方位段的狗腿角扭方位段的狗腿角； 3. 扭彎方位后的井斜角扭彎方位后的井斜角2 ； 4. 扭方位段的段長(zhǎng)扭方位段的

29、段長(zhǎng)L；L=141m定向井軌跡控制計(jì)算定向井軌跡控制計(jì)算裝置角的有關(guān)計(jì)算裝置角的有關(guān)計(jì)算4裝置角的圖解法裝置角的圖解法 穩(wěn)斜扭方位穩(wěn)斜扭方位 給定條件：給定條件：1=220；1=1000；工具造斜率；工具造斜率90/100m ；限要求將井斜方；限要求將井斜方位角減小到位角減小到2=700；請(qǐng)用；請(qǐng)用穩(wěn)穩(wěn)斜斜 扭方位扭方位方式，并求：方式，并求： 1. 裝置角裝置角； 2. 扭方位段的狗腿角扭方位段的狗腿角； 3. 扭彎方位后的井斜角扭彎方位后的井斜角2 ； 4. 扭方位段的段長(zhǎng)扭方位段的段長(zhǎng)L；L=127m定向井軌跡控制計(jì)算定向井軌跡控制計(jì)算裝置角的有關(guān)計(jì)算裝置角的有關(guān)計(jì)算4裝置角的圖解法裝置

30、角的圖解法 全力扭方位全力扭方位 給定條件：給定條件：1=220；1=1000；工具造斜率工具造斜率90/100m ；限要；限要求將井斜方位角減小到求將井斜方位角減小到2=700；請(qǐng)用；請(qǐng)用全力全力 扭方位扭方位方方式，并求：式，并求： 1. 裝置角裝置角； 2. 扭方位段的狗腿角扭方位段的狗腿角； 3. 扭彎方位后的井斜角扭彎方位后的井斜角2 ； 4. 扭方位段的段長(zhǎng)扭方位段的段長(zhǎng)L；L=122m定向井軌跡控制計(jì)算定向井軌跡控制計(jì)算裝置角的有關(guān)計(jì)算裝置角的有關(guān)計(jì)算4四種扭方位方式的比較：四種扭方位方式的比較：參數(shù)參數(shù)限長(zhǎng)扭方位限長(zhǎng)扭方位900 扭方位扭方位穩(wěn)斜扭方位穩(wěn)斜扭方位全力扭方位全力扭

31、方位1220220220220-300-300-300-300279027002550240013.5012.7011.4011.10227.4025.4022019.10L150m141m127m122m隨著扭方位長(zhǎng)度的減小，裝置角、狗腿角、扭完方位的隨著扭方位長(zhǎng)度的減小，裝置角、狗腿角、扭完方位的井斜角，都在減小。井斜角，都在減小。定向井軌跡控制計(jì)算定向井軌跡控制計(jì)算裝置角的有關(guān)計(jì)算裝置角的有關(guān)計(jì)算4與與、1 的關(guān)系：的關(guān)系：解析法公式解析法公式三種圖解法三種圖解法圖解法公式圖解法公式1sintgtg1tg1sin)2/sin2sin（12/2sin1sinsinsin1sin對(duì)比可見(jiàn)：隨

32、著對(duì)比可見(jiàn)：隨著增大，增大，也增大；但隨著也增大；但隨著1增大，增大，將減小。將減小。這就是井斜角大時(shí)扭方為難的原因這就是井斜角大時(shí)扭方為難的原因。定向井軌跡控制計(jì)算定向井軌跡控制計(jì)算動(dòng)力鉆具反扭角動(dòng)力鉆具反扭角4裝置方位角的概念裝置方位角的概念 注意到裝置角是以井斜高邊為基準(zhǔn)的。而高邊有是隨著井斜方位的變化而變化的。 變化的基準(zhǔn)在使用中是不方便的，于是提出裝置方位角。 裝置方位角是以正北方位為基準(zhǔn)，等于井斜方位角加上裝置角。1需要特別注意，需要特別注意，1 和和時(shí)不再一個(gè)平面上的。時(shí)不再一個(gè)平面上的。定向井軌跡控制計(jì)算定向井軌跡控制計(jì)算動(dòng)力鉆具反扭角動(dòng)力鉆具反扭角4反扭角的存在：反扭角的存在

33、： 當(dāng)我們將動(dòng)力鉆具帶彎接頭下到井底，并將工具面擺到裝置方位線上，然后啟動(dòng)，工具面將要向反時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)反時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)一個(gè)角度，此角度稱(chēng)為反扭角。4反扭角的產(chǎn)生：反扭角的產(chǎn)生： 動(dòng)力鉆具啟動(dòng)后，轉(zhuǎn)子受到一個(gè)順時(shí)針?lè)较虻呐ぞ兀蚨槙r(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)； 定子受到一個(gè)反時(shí)針?lè)较虻呐ぞ?，因而反時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)；由于鉆柱在井口被轉(zhuǎn)盤(pán)鎖住鉆柱在井口被轉(zhuǎn)盤(pán)鎖住，不能自由旋轉(zhuǎn)，最終只能扭轉(zhuǎn)一定角度，即反扭角。 反扭角以n 表示。定向井軌跡控制計(jì)算定向井軌跡控制計(jì)算動(dòng)力鉆具反扭角動(dòng)力鉆具反扭角4影響反扭角的因素：影響反扭角的因素： 1. 動(dòng)力鉆具扭矩的大小：動(dòng)力鉆具扭矩的大?。?扭矩越大，反扭角越大； 扭矩與鉆具結(jié)構(gòu)、泥

34、漿排量、鉆壓、地層等因素有關(guān)； 2. 鉆柱尺寸和鋼材性能：鉆柱尺寸和鋼材性能： 反扭角與鉆柱長(zhǎng)度成正比；與鉆柱斷面的極慣性矩成反比；與鉆柱鋼材的彈性模量成反比； 3. 鉆柱與井壁摩阻系數(shù)：鉆柱與井壁摩阻系數(shù)： 摩阻系數(shù)越大，摩擦扭矩就越大，反扭角就越小； 摩阻系數(shù)與泥漿性能、井壁光滑程度有關(guān)； 4. 裝置角的影響：裝置角的影響： 裝置角在001800 范圍內(nèi)，將使反扭角減??； 裝置角在18003600 范圍內(nèi)，將使反扭角增大； 裝置角在“偏增角”附近，對(duì)反扭角影響達(dá)到最大； 裝置角在00 和1800 附近，對(duì)反扭角影響達(dá)到最?。欢ㄏ蚓壽E控制計(jì)算定向井軌跡控制計(jì)算動(dòng)力鉆具反扭角動(dòng)力鉆具反扭角4定向方位角的概念定向方位角的概念 考慮到動(dòng)力鉆具反扭角的影響，在給造斜工具定向時(shí)，不能將工具面對(duì)準(zhǔn)裝置方位線，而應(yīng)超過(guò)裝置方位線一個(gè)“反扭角”，即對(duì)準(zhǔn)定向方位線。 定向方位線的方位角稱(chēng)為定向方位角。nS1n定向井軌跡控制計(jì)算定向井軌跡控制計(jì)算動(dòng)力鉆具反扭角動(dòng)力鉆具反扭角4反扭角的確定方法反扭角的確定方法 計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算法：計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算法：近年來(lái)出現(xiàn)的新方法。近年來(lái)出現(xiàn)的新方法。需要建立計(jì)算模型。影響精確性的主要因需要建立計(jì)算模型。影響