定向井测斜计算解析课件.ppt
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1、定向井的测斜计算定向井的测斜计算韩志勇韩志勇1.测斜计算概述;测斜计算概述;2.关于测斜计算问题的若干规定;关于测斜计算问题的若干规定;3.测斜计算方法;测斜计算方法;4.测斜计算方法的对比与选择;测斜计算方法的对比与选择;5.测斜计算结果的常规绘图;测斜计算结果的常规绘图;6.井眼轨迹质量的评定;井眼轨迹质量的评定;测斜计算概述测斜计算概述u计算的依据:计算的依据:测斜数据(,L)u计算的内容:计算的内容:测段计算:D,S,N,E,K,共计五项。测点计算:D,S,N,E,A,V,共计七项。u计算的意义:计算的意义:指导施工:将计算结果绘图,及时掌握轨迹发展的趋势,及时采取有效措施;资料保存:
2、井眼轨迹的数据,是一口井的最重要数据之一,对钻井、采油、修井、开发,都有重要意义。u计算方法的多样性计算方法的多样性来源于测段形状的不确定性。经过测斜,人们只知道一个测段的两个端点处的有关参数(井斜角、井斜方位角和井深),对两端点之间的测段形状则一无所知。一无所知,无法计算,要计算,只好假设。假设不同,则计算方法不同。假设相同时,对数据的处理不同,也形成不同计算方法;有人将别的方法进行某种简化,也会得到新的计算方法;常见的、基本的、有价值的计算方法,有八种有八种。以下讲课种,以下讲课种,S代表水平投影长度,代表水平投影长度,A代表水平位移;代表水平位移;关于测斜计算问题的若干规定关于测斜计算问
3、题的若干规定u测斜计算方法测斜计算方法:我国钻井专业标准化委员会制定的标准规定,使用平均角法或校正平均角法。u对测斜计算数据的规定:对测斜计算数据的规定:1.测点编号:自上而下,第一个井斜角不 为零的测点为第1 测点,i=1,2,3,至n 2.测段编号:自上而下编号,第i-1个测点与第i 个测点之间所夹的测段为第i 个测段3.第1测段,应该是第0测点和第1测点之间的测段4.第测点:没有连接点连接点时,要规定第测点:0=0;L0=L1-25m;0=1;关于测斜计算问题的若干规定关于测斜计算问题的若干规定5.用于计算全井轨迹的计算数据必须是多点测斜仪测得的数据6.磁性测斜仪测得的方位角数据,须根据
4、当地当年的磁偏角,进行校正7.测点中若有一测点井斜角为零,则该点方位角等于相邻测点的方位角8.方位角变化,在一个测段内不超过180。若方位角增量大于180,应按反转方向计算。关于测斜计算问题的若干规定关于测斜计算问题的若干规定u9.还有一种更特殊的情况:一个测还有一种更特殊的情况:一个测段内,方位角增量正好等于段内,方位角增量正好等于180。这种情况应该按照+180o,还是-180o,这牵扯到井眼轨迹的旋转方向问题,需要规定。但标准化委员会尚未对此做出规定。做出规定的必要性:例如:1=45o,2=225o。若=1800,则c=1350;若=-1800,则c=3150;本人提出:应根据上测段的方
5、位角变化趋势判断其符号:上测段若是顺时针旋转,则本测段也按照顺时针处理;上测段若是反时针旋转,则本测段也按照反时针处理;测斜计算的一般过程:测斜计算的一般过程:u先进行测段计算:算出先进行测段计算:算出D,S,N,E,K,。,。由于井眼曲率K的计算,所有方法均采用同一公式,所以方法不同,只是D,S,N,E四个参数的计算公式不同。在测段计算的基础上,进行测点计算。不管那种方法,不管那种方法,测点测点计算所用计算所用公式都是一样的。公式都是一样的。测点计算的其他公式:EEENNNSSSDDD121212122212NEtg02212180NEtg(N20)22222ENA)cos(2022 AV以
6、下各种不同方法,仅仅在于以下各种不同方法,仅仅在于D,S,N,E四个参数的计算公式不同。四个参数的计算公式不同。式中的0是该井原设计方位角。测斜计算方法测斜计算方法正切法正切法u正切法又称下切点法,下点切线正切法又称下切点法,下点切线法。法。u假设:测段为一直线,方向与下假设:测段为一直线,方向与下测点井眼方向一致。测点井眼方向一致。u所有方法中最简单的,计算误差所有方法中最简单的,计算误差最大的。最大的。222222sinsincossinsincosLELNLSLD测斜计算方法测斜计算方法平均角法平均角法u平均角法又称角平均法。平均角法又称角平均法。u假设:测段为一直线,其方向为上下两侧点
7、假设:测段为一直线,其方向为上下两侧点处井眼方向的处井眼方向的“和方向和方向”,即方向的矢量和。,即方向的矢量和。ccccccLELNLSLDsinsincossinsincos222121cc式中:式中:测斜计算方法测斜计算方法平衡正切法平衡正切法u假设:一个测段分为两段,各等于测段假设:一个测段分为两段,各等于测段长度一半的直线构成的折线。长度一半的直线构成的折线。u这种方法在国外用的比较多。这种方法在国外用的比较多。)sinsinsin(sin21)cossincos(sin21)sin(sin21)cos(cos21221122112121LELNLSLD测斜计算方法测斜计算方法圆柱螺
8、线法圆柱螺线法(曲率半径法曲率半径法)u曲率半径法的来源:曲率半径法的来源:1968年年,美国人G.J.Wilson提出了曲率半径法。假设测段为一圆滑曲线,该曲线与上下二测点处的井眼方向相切,而且该曲线的垂直投影图和水平投影图,都是圆弧垂直投影图和水平投影图,都是圆弧。Wilson最初发表的公式使用了许多绝对值符绝对值符号号,使测段的坐标增量计算值全为正值,在计算测点坐标时却要判断是加还是减,所以不便于使用。1976年年,美国人J.T.CRAIG和B.V.RANDALL对曲率半径法做了进一步描述,说曲率半径法的测段形状是一“空间曲线”,是“特殊的曲线”,并说此曲线曲线是一个球或圆的一部分,即乃
9、是圆弧。是一个球或圆的一部分,即乃是圆弧。另外,还对公式的形式做了修正,取消了绝对值号,使之便于使用。于是应用更为广泛了。曲率半径法存在一个明显的缺点,就是它的概念是含糊的,甚至可以说是错误的概念是含糊的,甚至可以说是错误的。u圆柱螺线法的来源:圆柱螺线法的来源:1975年,我国郑基英教授提出了圆柱螺线法。他的假设条件是:两测点间的:两测点间的测段是一条等变螺旋角的测段是一条等变螺旋角的圆柱螺线,螺线在两端点圆柱螺线,螺线在两端点处与上、下二测点处的井处与上、下二测点处的井眼方向相切。眼方向相切。圆柱螺线的水平投影图乃是圆弧,垂直剖面图也正好是圆弧。这样就与曲率半径法推导公式的假设条件完全相同
10、 由于圆柱螺线法概念清晰、明确,而且推导出的公式的表达形式也比较好。圆柱螺线法的公式表达形圆柱螺线法的公式表达形式与曲率半径法不同,但式与曲率半径法不同,但公式实质上是相同的。公式实质上是相同的。测斜计算方法测斜计算方法曲率半径法计算公式曲率半径法计算公式)cos(cos)sin(sin2112LSLD)sin)(sincos(cos1221LN)cos)(coscos(cos2121LE测斜计算方法测斜计算方法圆柱螺线法计算公式圆柱螺线法计算公式cLDcos2sin2cLSsin2sin2ccLNcossin2sin2sin4ccLEsinsin2sin2sin4测斜计算方法测斜计算方法圆柱
11、螺线法圆柱螺线法(曲率半径法曲率半径法)的特述情况处理的特述情况处理u第一种情况:第一种情况:1=2;21;即;即=0;0。21212222coscossinsinsinsinsincosLELNLSLD测斜计算方法测斜计算方法圆柱螺线法圆柱螺线法(曲率半径法曲率半径法)的述情况处理的述情况处理u第二种情况:第二种情况:1 2;2=1;即;即 0;=0。2212112coscoscoscoscossinsinLNLSLD221sincoscosLEu第三种情况:第三种情况:u 1=2;2=1;即即=0;=0。222222sinsincossinsincosLELNLSLD测斜计算方法测斜计算方
12、法校正平均角法校正平均角法u三角函数三角函数sinx可以展开成马克劳林无穷级数的形式:可以展开成马克劳林无穷级数的形式:u此级数收敛很快,可近似取前两项,即:此级数收敛很快,可近似取前两项,即:u将此式代入到圆柱螺线法的计算公式中,可得:将此式代入到圆柱螺线法的计算公式中,可得:!9!7!5!3sin9753xxxxxx6!3sin33xxxxx)241(22sin2)241(22sin2测斜计算方法测斜计算方法校正平均角法校正平均角法将此二式代入到圆柱螺线法公式中,可得:将此二式代入到圆柱螺线法公式中,可得:cLDcos)241(2cLSsin)241(2ccLNcossin)241(22c
13、cLEsinsin)241(22这就是校正平均角法的计算公式这就是校正平均角法的计算公式24122Af2412Hf令:令:公式变为平均角法公式变为平均角法的形式,但多了两的形式,但多了两个系数个系数 fA和和fH。fA和和fH,可以看作,可以看作是校正平均角法的是校正平均角法的校正系数。校正系数。测斜计算方法测斜计算方法校正平均角法校正平均角法u校正平均角法的优点校正平均角法的优点:校正平均角法是从圆柱螺线法公式经过简化校正平均角法是从圆柱螺线法公式经过简化而推导出来的。校正平均角法的计算精度,而推导出来的。校正平均角法的计算精度,几乎与圆柱螺线法完全相同。几乎与圆柱螺线法完全相同。最大优点:
14、方法简单,不存在特殊情况处理最大优点:方法简单,不存在特殊情况处理问题。问题。当式中的括弧等于当式中的括弧等于1 时,公式变为平均角法。时,公式变为平均角法。所以,我国定向井标准化委员会规定,当使所以,我国定向井标准化委员会规定,当使用手算进行测斜计算时,要使用校正平均角用手算进行测斜计算时,要使用校正平均角法。法。测斜计算方法测斜计算方法最小曲率法最小曲率法u假设两测点间的井段是一段平面上的假设两测点间的井段是一段平面上的圆弧,圆弧在两端点处与上下二测点圆弧,圆弧在两端点处与上下二测点处的井眼方向相切。处的井眼方向相切。u测段是一段圆弧,那么它的水平投影测段是一段圆弧,那么它的水平投影图和垂
15、直剖面图一般来说不是圆弧。图和垂直剖面图一般来说不是圆弧。2)sinsinsin(sin2)cossincos(sin2)sin(sin2)cos(cos2211221121,21tgLEtgLNtgLStgLD)2/sin(2,SS对于需要计算水平投影长度的,可用如下近似公式:测斜计算方法测斜计算方法斜面圆弧法斜面圆弧法u1973年,美国人首先提出圆弧法,并推导出了计算公式。年,美国人首先提出圆弧法,并推导出了计算公式。可是这套计算公式太复杂了,计算一个测点需要可是这套计算公式太复杂了,计算一个测点需要15个步个步骤的运算,而且公式中尚有错误之处。骤的运算,而且公式中尚有错误之处。u1976
16、年,美国又有人提出最小曲率法,其假设与圆弧法年,美国又有人提出最小曲率法,其假设与圆弧法完全相同。但在推导公式时采取了完全不同的思路,得完全相同。但在推导公式时采取了完全不同的思路,得出了一套相当简单的计算公式,并得到了较广泛的应用。出了一套相当简单的计算公式,并得到了较广泛的应用。u石油大学(华东)韩志勇教授系统地推导了圆弧法公式,石油大学(华东)韩志勇教授系统地推导了圆弧法公式,改正了原作者公式的错误,将方法定名为改正了原作者公式的错误,将方法定名为“斜面圆弧斜面圆弧法法”。u斜面圆弧法虽然没有在测斜计算中广泛应用,斜面圆弧法虽然没有在测斜计算中广泛应用,但但推导的推导的有关关系式,在定向
17、井的其他方面,得到深入地应用有关关系式,在定向井的其他方面,得到深入地应用。测斜计算方法测斜计算方法斜面圆弧法斜面圆弧法u先处理特殊情况:当出先处理特殊情况:当出现如下三种特殊情况时,现如下三种特殊情况时,1.=0且且0;2.1=0且且2 0;3.2=0且且1 0;使用如下计算公式:进行上述计算之后,在按下述13,14,15,16四式完成全部计算。221)(21cc1c2sin2,LL或或测斜计算方法测斜计算方法斜面圆弧法斜面圆弧法u1.u2.2121,1sinsincostgtgtg02121,1180sinsincostgtgtg当1900时,当900时,,10,1,1360,1,2当90
18、0时,应用下式:当1900时,应用下式:0,202180)(sintgtg当20时,2=2+3600测斜计算方法测斜计算方法斜面圆弧法斜面圆弧法u6.u7.u8.12当1800时,=36002sin2,LL)(2121c211c或用或用当当c900且c900且c900时,,c0,360cc测斜计算方法测斜计算方法斜面圆弧法斜面圆弧法u11.u12.u13.u14.u15.u16.,1,cccc1ccccSESNLSLDsincossincos,测斜计算方法测斜计算方法弦步法弦步法u弦步法是我国刘福齐同志首先提出弦步法是我国刘福齐同志首先提出来的,并且给出了准确实用的计算来的,并且给出了准确实用
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