钻井软件的使用技术员课件示范课件.ppt
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1、钻井软件的使用技术员课件钻井软件的使用技术员课件 兰德马克公司开发的兰德马克公司开发的LandmarkLandmark钻井一体化软件,以其操作灵钻井一体化软件,以其操作灵活、功能强大、数据共享便利等特点而成为时下最为流行的综合活、功能强大、数据共享便利等特点而成为时下最为流行的综合性软件,版本分性软件,版本分9696版、版、9898版、版、20002000版、版、20032003版、版、R5000R5000版等;钻版等;钻井模块分井模块分CompassCompass、WellplanWellplan、CasingSeatCasingSeat、StressCheckStressCheck、Pro
2、fileProfile、OpenwellsOpenwells、WellCatWellCat、WellCostWellCost、3D DrillVeiw3D DrillVeiw等等,是是各外资技术服务公司如各外资技术服务公司如HalliburtonHalliburton、SchlumbergerSchlumberger和和Baker Baker HughesHughes等最为常用的一款钻井软件。等最为常用的一款钻井软件。为满足油田水平井公司未来发展需要,加强与国际钻井的接为满足油田水平井公司未来发展需要,加强与国际钻井的接轨力度,进一步提升专业化公司的钻井及设计水平,今年下半年轨力度,进一步提升
3、专业化公司的钻井及设计水平,今年下半年引进了引进了Landmark R5000Landmark R5000版版-Compass-Compass、WellplanWellplan钻井模块。钻井模块。在石油钻井工程中,我们经常会遇到如下定位描述方式:从在石油钻井工程中,我们经常会遇到如下定位描述方式:从井口沿北偏东井口沿北偏东 48.648.6水平距离水平距离 540 540 米的地方;平台中心位于东米的地方;平台中心位于东经经 89892323 2525北纬北纬 89890404 4242;靶区的大地坐标;靶区的大地坐标 X X:3262472.71m 3262472.71m ,Y Y:1860
4、3355.91m 18603355.91m 等。这些定位方式都是等。这些定位方式都是根据不同的需要,采用不同的坐标系所描述的。对于钻井工程的根据不同的需要,采用不同的坐标系所描述的。对于钻井工程的设计人员和现场工程技术人员,正确理解这些坐标系和定位的表设计人员和现场工程技术人员,正确理解这些坐标系和定位的表示方法是非常重要的。示方法是非常重要的。地球是一个椭球体,两极稍扁,中间略鼓。地球自转轴线与地球椭球体地球是一个椭球体,两极稍扁,中间略鼓。地球自转轴线与地球椭球体的短轴相重合,并与地面相交于两点,这两点就是地球的两极,北极和的短轴相重合,并与地面相交于两点,这两点就是地球的两极,北极和南极
5、。南极。设椭球面上有一点设椭球面上有一点 P P(如左图),通过(如左图),通过 P P 点作椭球面的垂线,称之为过点作椭球面的垂线,称之为过 P P 点点的法线。法线与赤道面的交角,叫做的法线。法线与赤道面的交角,叫做 P P 点的地理纬度(简称纬度),以字母点的地理纬度(简称纬度),以字母表示。纬度从赤道起算,在赤道上纬度表示。纬度从赤道起算,在赤道上纬度为为 0 0 度,纬线离赤道愈远,纬度愈大度,纬线离赤道愈远,纬度愈大,至极点纬度为,至极点纬度为 90 90 度。赤道以北叫北度。赤道以北叫北纬、以南叫南纬。纬、以南叫南纬。过过 P P 点的子午面与通过英国格林尼治天文台的子午面所夹的
6、二面角,叫点的子午面与通过英国格林尼治天文台的子午面所夹的二面角,叫做做 P P 点的地理经度(简称经度),用字母点的地理经度(简称经度),用字母表示。国际规定通过英国格表示。国际规定通过英国格林尼治天文台的子午线为本初子午线(或叫首子午线),作为计算经度林尼治天文台的子午线为本初子午线(或叫首子午线),作为计算经度的起点,该线的经度为的起点,该线的经度为 0 0 度,向东度,向东 0-180 0-180 度叫东经,向西度叫东经,向西 0-180 0-180 度度叫西经。叫西经。地面上任一点的位置,通常由经度和纬地面上任一点的位置,通常由经度和纬度来确定。经线和纬线是地球表面上两度来确定。经线
7、和纬线是地球表面上两组正交(相交为组正交(相交为 90 90 度)的曲线,这两度)的曲线,这两组正交的曲线构成的坐标,称为地理坐组正交的曲线构成的坐标,称为地理坐标系。例如北京在地球上的位置可由北标系。例如北京在地球上的位置可由北纬纬 39395656和东经和东经 1161162424来确定。来确定。地理坐标是一种球面坐标。由于地球表面是不可展开的曲面,也就地理坐标是一种球面坐标。由于地球表面是不可展开的曲面,也就是说曲面上的各点不能直接表示在平面上,因此必须运用地图投影的方是说曲面上的各点不能直接表示在平面上,因此必须运用地图投影的方法,建立地球表面和平面上点的函数关系,使地球表面上任一点由
8、地理法,建立地球表面和平面上点的函数关系,使地球表面上任一点由地理坐标(坐标(,)确定的点,在平面上必有一个与它相对应的点()确定的点,在平面上必有一个与它相对应的点(X,YX,Y),),投影在平面上的点,就用大地坐标表示。投影在平面上的点,就用大地坐标表示。地图投影的方法很多,在中国国内,目前主要使用高斯地图投影的方法很多,在中国国内,目前主要使用高斯-克吕格投影克吕格投影(横轴墨卡托投影),而国外用的最多的是(横轴墨卡托投影),而国外用的最多的是 UTMUTM投影(全球横轴墨卡托投影(全球横轴墨卡托投影),除此之外,还有兰勃特投影、墨卡托投影等。投影),除此之外,还有兰勃特投影、墨卡托投影
9、等。目前的各种投影方法,普遍采用等角投目前的各种投影方法,普遍采用等角投影换算,因此将球面坐标投影到平面以后,影换算,因此将球面坐标投影到平面以后,网格线在南北两极收敛于极点,如图。这样网格线在南北两极收敛于极点,如图。这样就导致了在该坐标上的不同的位置,真北与就导致了在该坐标上的不同的位置,真北与网格北(网格北(Grid NorthGrid North)存在夹角,即子午线)存在夹角,即子午线收敛角;在地图投影中,经纬线长度并非都收敛角;在地图投影中,经纬线长度并非都是按照同一比例缩小的,这表明地图上的长是按照同一比例缩小的,这表明地图上的长度会发生变形。因此即使在同一个投影带,度会发生变形。
10、因此即使在同一个投影带,不同的位置,子午线收敛角不同,变形比例不同的位置,子午线收敛角不同,变形比例系数也不同。系数也不同。在钻井工程中,出于使用方便的考虑在钻井工程中,出于使用方便的考虑,经常要使用以井口为原点的相对坐标,经常要使用以井口为原点的相对坐标,即以井口为原点的笛卡尔坐标。即以井口为原点的笛卡尔坐标。X X 轴为北轴为北坐标,方向与方位参考基准相同,一般为坐标,方向与方位参考基准相同,一般为网格北(网格北(Grid NorthGrid North,即大地坐标的北),即大地坐标的北)或真北(或真北(Trun NorthTrun North););Y Y轴为东坐标,指轴为东坐标,指向东
11、向,与北坐标垂直。以井口为起点,向东向,与北坐标垂直。以井口为起点,北为正,南为负;东为正,西为负。北为正,南为负;东为正,西为负。相对井口的极坐标原点也为井口,同相相对井口的极坐标原点也为井口,同相对坐标的定义类似,只是用极坐标(闭合距对坐标的定义类似,只是用极坐标(闭合距和闭合方位)的形式描述空间坐标点。相对和闭合方位)的形式描述空间坐标点。相对坐标和极坐标的方位参考是相同的,因此,坐标和极坐标的方位参考是相同的,因此,如果系统中所采用的方位参考为大地坐标北如果系统中所采用的方位参考为大地坐标北(Grid NorthGrid North),北坐标即指向该方向,极),北坐标即指向该方向,极坐
12、标的方位也为大地坐标方位。坐标的方位也为大地坐标方位。在数学中,投影的含义是指建立两个点集间一一对应的映射关在数学中,投影的含义是指建立两个点集间一一对应的映射关系。同样,在地图学中,地图投影就是指建立地球表面上的点与投系。同样,在地图学中,地图投影就是指建立地球表面上的点与投影平面上点之间的一一对应关系。地图投影的基本问题就是利用一影平面上点之间的一一对应关系。地图投影的基本问题就是利用一定的数学法则把地球表面上的经纬线网表示到平面上。地图投影的定的数学法则把地球表面上的经纬线网表示到平面上。地图投影的方法很多,用不同的投影方法得到的经纬线网形式不同。在中国陆方法很多,用不同的投影方法得到的
13、经纬线网形式不同。在中国陆上,目前主要使用高斯上,目前主要使用高斯-克吕格投影(横轴墨卡托投影),而国外克吕格投影(横轴墨卡托投影),而国外用的最多的是用的最多的是 UTM UTM 投影(全球横轴墨卡托投影),除此之外,还投影(全球横轴墨卡托投影),除此之外,还有兰勃特投影、墨卡托投影等。有兰勃特投影、墨卡托投影等。高斯高斯-克吕格投影,在英美国家称为横轴墨卡托投影。高斯克吕格投克吕格投影,在英美国家称为横轴墨卡托投影。高斯克吕格投影的中央经线长度比等于影的中央经线长度比等于1 1,在,在 6 6 度带内最大长度变形不超过度带内最大长度变形不超过 0.14%0.14%,子,子午线收敛角在午线收
14、敛角在3 3 度内。美国所采用的全球横轴墨卡托投影(度内。美国所采用的全球横轴墨卡托投影(UTMUTM)是横)是横轴墨卡托投影的一种变型。轴墨卡托投影的一种变型。6 6 度带,是从度带,是从 0 0 度子午线起,自西向东每隔经差度子午线起,自西向东每隔经差 6 6 为一投影带,全为一投影带,全球分为球分为 60 60 带,各带的带号用自然序数带,各带的带号用自然序数 1 1,2 2,3 3,60 60 表示。即以东经表示。即以东经 0-6 0-6 为第为第 1 1 带,其中央经线为带,其中央经线为 3E3E,东经,东经6-12 6-12 为第为第 2 2 带,其中央经线为带,其中央经线为 9E
15、9E,其余类推;,其余类推;3 3 度带,是从东经度带,是从东经 1 1 度度 30 30 分的经线开始,每隔分的经线开始,每隔 3 3 度为一带,全球度为一带,全球划分为划分为 120 120 个投影带。个投影带。中央经线为中央经线为 X X 轴,赤道为轴,赤道为 Y Y 轴,两轴的交点为坐标原点,轴,两轴的交点为坐标原点,X X 坐标值在坐标值在赤道以北为正,以南为负;赤道以北为正,以南为负;Y Y 坐标值在中央经线以东为正,以西为负;坐标值在中央经线以东为正,以西为负;Y Y 坐坐标在中央经线以西为负值,运用起来很不方便。为了避免标在中央经线以西为负值,运用起来很不方便。为了避免 Y Y
16、 坐标出现负值,坐标出现负值,将各带的坐标纵轴西移将各带的坐标纵轴西移 500 500 公里,即将所有公里,即将所有Y Y值都加值都加 500 500 公里。公里。由于采用了分带方法,各带的投影完全相同,因此在每个带中都存在相由于采用了分带方法,各带的投影完全相同,因此在每个带中都存在相同的大地坐标值,为使用方便规定,在同的大地坐标值,为使用方便规定,在Y Y值前,需冠以带号。如大地坐标值前,需冠以带号。如大地坐标X X:3262472.71m3262472.71m,Y Y:18603355.91m18603355.91m,1818即为带号。正因为高斯即为带号。正因为高斯-克吕格投影的坐克吕格
17、投影的坐标值中包含了带号,因此在全球范围内坐标值是唯一的,用户在使用时可以标值中包含了带号,因此在全球范围内坐标值是唯一的,用户在使用时可以无需指定该坐标所处的坐标带和中央经度。在国外采用的横轴墨卡托投影坐无需指定该坐标所处的坐标带和中央经度。在国外采用的横轴墨卡托投影坐标中,一般不将带号加到标中,一般不将带号加到Y Y值前,因此用户在进行转换的时候,必须指定该坐值前,因此用户在进行转换的时候,必须指定该坐标所处的投影带。标所处的投影带。二、Compass坐标系统与定位二、Compass坐标系统与定位相对井口的极坐标原点也为井口,同相对坐标的定义类似,只是用极坐标(闭合距和闭合方位)的形式描述
18、空间坐标点。X 轴为北坐标,方向与方位参考基准相同,一般为网格北(Grid North,即大地坐标的北)或真北(Trun North);Best Fit Line设计时按最佳(最短)曲线计算。三、Compass钻井模块的应用轨迹处理Survey 建立公司New Company过 P 点的子午面与通过英国格林尼治天文台的子午面所夹的二面角,叫做 P 点的地理经度(简称经度),用字母表示。点击INC按钮,输入井斜、方位变化率及所需井斜值;纬度从赤道起算,在赤道上纬度为 0 度,纬线离赤道愈远,纬度愈大,至极点纬度为 90 度。Y 坐标在中央经线以西为负值,运用起来很不方便。3D 分段设计(工具面、
19、狗腿变化率)若计算出的狗腿值大于确定的最大狗腿值时被显示为红色。三、Compass钻井模块的应用 建立公司New CompanyPolar:输入闭合距和投影方位三、Compass钻井模块的应用二、Compass坐标系统与定位在井斜角较大时,对于同方向井,用法面扫描法,对于异方向的井,用水平面扫描法。UTM UTM 投影全称为投影全称为“通用横轴墨卡托投影通用横轴墨卡托投影”,美国于,美国于 1948 1948 年完成这种年完成这种通用投影系统的计算。与高斯通用投影系统的计算。与高斯-克吕格投影相似,该投影角度没有变形,克吕格投影相似,该投影角度没有变形,中央经线为直线,且为投影的对称轴,在中央
20、经线为直线,且为投影的对称轴,在 6 6 度带内最大长度变形不超过度带内最大长度变形不超过 0.04%0.04%。UTM UTM 投影分带方法与高斯投影分带方法与高斯-克吕格投影相似,不过是自西经克吕格投影相似,不过是自西经 180180起起每隔经差每隔经差6 6 度自西向东分带,将地球划分为度自西向东分带,将地球划分为 60 60 个投影带。高斯个投影带。高斯-克吕格克吕格投影的第投影的第 1 1 带是带是 UTM UTM 的第的第 31 31 带。带。UTM UTM 投影按分带方法各自进行投影,故各带坐标成独立系统。以中央经投影按分带方法各自进行投影,故各带坐标成独立系统。以中央经线(线(
21、L0L0)投影为纵轴)投影为纵轴 X,X,赤道投影为横轴赤道投影为横轴 Y Y,两轴交点即为各带的坐标原点,两轴交点即为各带的坐标原点。为了避免横坐标出现负值,。为了避免横坐标出现负值,UTM UTM 北半球投影中规定将坐标纵轴西移北半球投影中规定将坐标纵轴西移 500 500 公公里当作起始轴,而里当作起始轴,而 UTM UTM 南半球投影除了将纵轴西移南半球投影除了将纵轴西移 500 500 公里外,横轴南移公里外,横轴南移 10000 10000 公里。公里。正因为如此,不但在每个带中都存在相同的大地坐标值,而且在同一带正因为如此,不但在每个带中都存在相同的大地坐标值,而且在同一带中的南
22、北半球,也存在相同的大地坐标值。因此,在进行中的南北半球,也存在相同的大地坐标值。因此,在进行 UTM UTM 投影计算时,投影计算时,必须指定坐标所在投影带和南北半球,或者换个角度考虑,将南北半球也分必须指定坐标所在投影带和南北半球,或者换个角度考虑,将南北半球也分算为不同的投影带,全球就有算为不同的投影带,全球就有 120 120 个个 UTM UTM 投影带。投影带。“方位角方位角”在定向井设计中是个基本概念,在定向井设计中是个基本概念,“在以井眼轨迹上任一点为在以井眼轨迹上任一点为原点的平面坐标系中,以通过该点的正北方向线为始边,按顺时针方向旋转原点的平面坐标系中,以通过该点的正北方向
23、线为始边,按顺时针方向旋转至该点处井眼方向线在水平面上的投影线为终边,其所转过的角度称为该点至该点处井眼方向线在水平面上的投影线为终边,其所转过的角度称为该点的方位角的方位角 根据定义,方位角表示的应是如图所根据定义,方位角表示的应是如图所示的角度,很明显,当采用不同的示的角度,很明显,当采用不同的“北北”的时候,方位角是不同的。因此,如果要的时候,方位角是不同的。因此,如果要唯一确定某一点的方位角的值,必须要指唯一确定某一点的方位角的值,必须要指明所采用的明所采用的“北北”是哪个是哪个“北北”目前在石油工程领域,用到的目前在石油工程领域,用到的“北北”有:真北、磁北有:真北、磁北和坐标北。真
24、北,为地理北极的方向,在地球表面的任和坐标北。真北,为地理北极的方向,在地球表面的任何一点,与北极点连线的方向即为真北方向;磁北,为何一点,与北极点连线的方向即为真北方向;磁北,为地磁北极的方向,即地球表面的任何一点磁罗盘所指的地磁北极的方向,即地球表面的任何一点磁罗盘所指的方向;坐标北,即大地坐标纵轴方向,也称方向;坐标北,即大地坐标纵轴方向,也称“地图北地图北”或或“网格北网格北”是地图投影平面的纵轴方向,因此这个是地图投影平面的纵轴方向,因此这个“北北”是根据不同的地图投影方式而确定的。是根据不同的地图投影方式而确定的。左图所示的仅为三个左图所示的仅为三个“北北”向之间关系的一种情况向之
25、间关系的一种情况,但可以完整地表示三者之间的关系:磁北与真北之间,但可以完整地表示三者之间的关系:磁北与真北之间的夹角为磁偏角,真北与坐标北之间的夹角为子午线收的夹角为磁偏角,真北与坐标北之间的夹角为子午线收敛角,磁北与坐标北之间的夹角,有定义为磁坐偏角,敛角,磁北与坐标北之间的夹角,有定义为磁坐偏角,可以通过磁偏角和子午线收敛角计算出来。可以通过磁偏角和子午线收敛角计算出来。方位参考采用不同的方位参考采用不同的“北北”,方位角表示的意义,方位角表示的意义是不同的。例如,磁性测斜仪的方位参考为磁北,是不同的。例如,磁性测斜仪的方位参考为磁北,因此测出的为磁方位;陀螺测斜仪的方位参考为真因此测出
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