井眼轨道设计与监测.pptx
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1、 1 目目 录录1.井眼轨道优化设计井眼轨道优化设计 2.实钻轨道监测技术实钻轨道监测技术 3.中靶预测及设计中靶预测及设计4.随钻修正轨道设计随钻修正轨道设计 5.安全圆柱与防碰计算安全圆柱与防碰计算6.优化设计与监测软件优化设计与监测软件7.设计与计算实例设计与计算实例专题讨论专题讨论特殊形状的水平井特殊形状的水平井段设计段设计;急需解决的技术问急需解决的技术问题题。2 1.井眼轨道优化设计井眼轨道优化设计基本步骤基本步骤v选择剖面类型;v确定造斜点、造斜率等参数;v求解关键的待定参数;v井眼轨道节点参数计算;v井眼轨道分点参数计算;v设计结果制表及绘图。3 三段制轨道OSO1aDtR1D
2、aStbtDabf1.井眼轨道优化设计井眼轨道优化设计1.1 剖面类型剖面类型 4 1.井眼轨道优化设计井眼轨道优化设计1.1 剖面类型剖面类型 O1O2DtdOSaDaStDtabct五段制轨道bf 5 双增轨道OSO1O2aDtR1DaStR2btDabtdcf1.井眼轨道优化设计井眼轨道优化设计1.1 剖面类型剖面类型 6 1.井眼轨道优化设计井眼轨道优化设计1.2 设计方法设计方法 v图解法(作图法);v查图法(标准图板);v平面解析法(国内外有所差异);传统方法传统方法井眼轨道几何学井眼轨道几何学基于空间解析几何、微分几何原理,进行井眼轨道的描述、设计、计算、监测和分析的一整套科学体
3、系。7 三段式(J型)五段式(S型)双增式(B型)二维定向井的典型剖面二维定向井的典型剖面OSO1O2oHTR1HZHfSTLwR2wfTH1.1 二维定向井设计二维定向井设计 1.井眼轨道优化设计井眼轨道优化设计 8 1.井眼轨道优化设计井眼轨道优化设计1.2 设计方法设计方法 国外方法:国外方法:9 1.井眼轨道优化设计井眼轨道优化设计1.2 设计方法设计方法 国内国内(增降模型增降模型):10 1.井眼轨道优化设计井眼轨道优化设计1.2 设计方法设计方法 国内国内(双增模型双增模型):11 多圆弧组合剖面示意图多圆弧组合剖面示意图OSO1L1HtR1StR32HabtdcL5134O2O
4、3R21.井眼轨道优化设计井眼轨道优化设计1.3 三增剖面三增剖面 12 1.5 三维漂移定向井设计三维漂移定向井设计 YXOT1.井眼轨道优化设计井眼轨道优化设计 13 1.5 三维漂移定向井设计三维漂移定向井设计 漂移轨道设计的优势漂移轨道设计的优势v解放钻压、提高机械钻速v减少扭方位和起下钻次数v减少井眼轨道控制的难度和工作量v提高井身质量,降低钻井成本1.井眼轨道优化设计井眼轨道优化设计 14 1.5 三维漂移定向井设计三维漂移定向井设计基本方程基本方程 1.井眼轨道优化设计井眼轨道优化设计 15 1.5 三维漂移定向井设计三维漂移定向井设计约束方程约束方程 1.井眼轨道优化设计井眼轨
5、道优化设计 16 定向井的漂移轨道示意图定向井的漂移轨道示意图O1O2ZTL3TOS0ZKSTZfZfABCD垂直剖面展开图水平投影图YXO0TTABCDSTVT1.5 三维漂移定向井设计三维漂移定向井设计 1.井眼轨道优化设计井眼轨道优化设计 17 1.6 绕障井设计绕障井设计水平投影图设计水平投影图设计 gRgOTPQVTVgOyX水平投影图设计水平投影图设计DHDVYx1.井眼轨道优化设计井眼轨道优化设计 18 将O-XY坐标系绕井口点顺时针旋转t角度,使X轴通过目标点t而建立新坐标系O-xy,则 1.6 绕障井设计绕障井设计绕障必要性判断绕障必要性判断1.井眼轨道优化设计井眼轨道优化设
6、计如果 则需要进行绕障设计。否则,不必考虑障碍物,进行常规的二维设计即可。19 1.6 绕障井设计绕障井设计绕障方向判断,绕障方向判断,并求初始设计方位并求初始设计方位 1.井眼轨道优化设计井眼轨道优化设计 20 1.6 绕障井设计绕障井设计求方位扭转角求方位扭转角 1.井眼轨道优化设计井眼轨道优化设计其中 其中 其中 21 垂直剖面图垂直剖面图OSO1oHTRHZSTLwwTHPABQ1.6 绕障井设计绕障井设计垂直剖面图设计垂直剖面图设计1.井眼轨道优化设计井眼轨道优化设计关键参数的求法同二关键参数的求法同二维设计维设计(用水平位移用水平位移)难点:难点:P、Q点的位置判别,点的位置判别,
7、及相关计算及相关计算 22 v靶区轨道设计靶区轨道设计 选择靶段的剖面类型 确定合理的入靶方向v靶前轨道设计靶前轨道设计 需要考虑进入首靶的井眼方向1.7 多目标井设计多目标井设计 1.井眼轨道优化设计井眼轨道优化设计 23 直线模型直线模型 1.7 多目标井设计多目标井设计 入靶方向入靶方向1.井眼轨道优化设计井眼轨道优化设计 24 空间圆弧模型空间圆弧模型RijTiijTj空间圆弧模型示意图空间圆弧模型示意图1.7 多目标井设计多目标井设计入靶方向入靶方向 1.井眼轨道优化设计井眼轨道优化设计 25 三点定圆模型三点定圆模型TitTkTj三点定圆模型示意图三点定圆模型示意图1.7 多目标井
8、设计多目标井设计入靶方向入靶方向 1.井眼轨道优化设计井眼轨道优化设计 26 自适应模型自适应模型1.7 多目标井设计多目标井设计入靶方向入靶方向 1.井眼轨道优化设计井眼轨道优化设计 27 2.实钻轨道监测技术实钻轨道监测技术 2.1 井眼轨道的挠曲形态井眼轨道的挠曲形态Frenet标架标架法面密切面从切面TMbnt 28 例子:(500m,4,357)(530m,6,2)假设:直线段2.实钻轨道监测技术实钻轨道监测技术 2.2 平均角法平均角法 29 2.实钻轨道监测技术实钻轨道监测技术 2.3 平衡正切法平衡正切法假设:折线段 30 2.实钻轨道监测技术实钻轨道监测技术 2.4 圆柱螺线
9、法圆柱螺线法假设:垂直剖面图和水平投影图上均为圆弧 RL2S1122OH(Z)(a)垂直剖面图1rS2Y1122X(b)水平投影图1O 31 2.实钻轨道监测技术实钻轨道监测技术 32 2.实钻轨道监测技术实钻轨道监测技术 2.5 校正平均角法校正平均角法假设:圆柱螺线法的简化算法 33 假设:空间圆弧2.实钻轨道监测技术实钻轨道监测技术 2.6 最小曲率法最小曲率法YXOZ21 空间圆弧模型空间圆弧模型 34 2.实钻轨道监测技术实钻轨道监测技术 35 2.实钻轨道监测技术实钻轨道监测技术 2.7 弦步法弦步法假设:空间圆弧,但测段为弦长 36 2.实钻轨道监测技术实钻轨道监测技术 2.8
10、自然曲线法自然曲线法假设:井斜率和方位率分别保持为常数 37 2.实钻轨道监测技术实钻轨道监测技术 2.9 曲线结构法曲线结构法=常数=0=(L)=0法面密切面从切面TMbnt=(L)=(L)38 2.实钻轨道监测技术实钻轨道监测技术 假设:测点的结构参数决定测段的曲线形态OXAB 曲线结构法的原理曲线结构法的原理YZrALrBrAB 39 没有将井眼轨道假设为特定的形状2.实钻轨道监测技术实钻轨道监测技术 40 2.实钻轨道监测技术实钻轨道监测技术 2.10 数值积分法数值积分法1946年,美国数学家I.J.Schoenberg提出样条函数的概念,其后在力学、数学以及许多工程问题中得到广泛的
11、应用。样条原是一种简单的描曲线装置,它是由一根细木条或其它的弹性材料制成。力学分析表明,样条函数的方程表述了弹性细梁在集中力系作用下的弯曲。样条函数的概念样条函数的概念 41 2.实钻轨道监测技术实钻轨道监测技术 数学上,要讨论由实验、观测等所确定的函数表的某些性质,首先需要构造出它的近似函数。而样条函数是一种有效的方法。井内钻柱就是一种弹性样条,并且测斜数据是一种通过测量而得到的数据表。42 2.实钻轨道监测技术实钻轨道监测技术 样条曲线过每个测点(数据点),且为分段的三次多项式。43 2.实钻轨道监测技术实钻轨道监测技术 2.10 数值积分法数值积分法 44 2.实钻轨道监测技术实钻轨道监
12、测技术 2.11 测斜计算方法评价测斜计算方法评价计算方法计算方法精度次序精度次序结论结论数值积分法1优秀曲线结构法2自然曲线法3良好圆柱螺线法 4最小曲率法4校正平均角法5较好弦步法6平均角法7可用平衡正切法7 45 3.中靶预测及设计中靶预测及设计 3.1 靶的形态靶的形态基本形状基本形状摆放姿态摆放姿态水平、垂直、法面水平、垂直、法面圆形、长方形圆形、长方形 46 XYZOxzyTxyTPP设计轨道实钻轨迹xPyP高边高边右边右边A预测轨道3.中靶预测及设计中靶预测及设计 3.2 中靶分析中靶分析 47 3.中靶预测及设计中靶预测及设计 3.3 中靶预测模型中靶预测模型空间圆弧空间圆弧曲
13、率、初始装置角曲率、初始装置角(工具面角工具面角)圆柱螺线圆柱螺线自然曲线自然曲线垂直曲率、水平曲率垂直曲率、水平曲率井斜变化率、方位变化率井斜变化率、方位变化率 48 3.中靶预测及设计中靶预测及设计 3.4 中靶预测的计算方法中靶预测的计算方法以法面靶为例以法面靶为例其中其中根据上述方程,可确定出根据上述方程,可确定出LP。49 XYZOxzyQP实钻轨迹TBQTBxyTQPxPyP3.中靶预测及设计中靶预测及设计 3.5 中靶设计中靶设计 50 j-1tkjtk(纵向)(横向)HWJ铅垂靶的靶心距计算3.中靶预测及设计中靶预测及设计 3.6 靶心距靶心距设进入点为k,且位于第j测段内。5
14、1 3.中靶预测及设计中靶预测及设计 3.6 靶心距靶心距水平靶水平靶 其中其中 52 3.中靶预测及设计中靶预测及设计 3.6 靶心距靶心距铅垂靶铅垂靶 其中其中所以所以 53 4.随钻修正轨道设计随钻修正轨道设计 4.1 中靶轨道设计中靶轨道设计ENODcbt空间圆弧法示意图空间圆弧法示意图坐标系转换 节点数据的计算 分点数据的计算 54 当前井底b点的井眼切线与靶点t构成了一个空间斜平面。在这个斜平面上设计井眼轨道,就将三维问题转化成了二维问题。如图所示。以b点为原点,建立右手直角坐标系b-。轴指向轨道的前进方向,轴在斜平面内指向圆弧段的内法线方向(即垂直于轴且指向靶点一侧),轴由右手法
15、则确定,它指向斜平面的法线方向。4.随钻修正轨道设计随钻修正轨道设计 4.1 中靶轨道设计中靶轨道设计坐标系转换坐标系转换 55 4.随钻修正轨道设计随钻修正轨道设计 4.1 中靶轨道设计中靶轨道设计坐标系的转换关系坐标系的转换关系 关键参数关键参数 56 稳斜井段的井斜角和方位角稳斜井段的井斜角和方位角 4.随钻修正轨道设计随钻修正轨道设计 4.1 中靶轨道设计中靶轨道设计节点数据的计算节点数据的计算圆弧井段的初始装置角圆弧井段的初始装置角 57 圆弧段终点参数圆弧段终点参数4.随钻修正轨道设计随钻修正轨道设计 4.1 中靶轨道设计中靶轨道设计节点数据的计算节点数据的计算其中其中 58 4.
16、随钻修正轨道设计随钻修正轨道设计 4.1 中靶轨道设计中靶轨道设计分点数据的计算分点数据的计算按空间圆弧和斜直线模型分别计算按空间圆弧和斜直线模型分别计算 59 4.随钻修正轨道设计随钻修正轨道设计 4.2 软着陆轨道设计软着陆轨道设计(a)飞机着陆(b)水平井入靶 60 软着陆轨道的数学模型软着陆轨道的数学模型YXOZTu1ADCBL2LWEu2u3L1 61 XYZOxzyTP设计轨道实钻轨迹高边右边AB5.安全圆柱与防碰计算安全圆柱与防碰计算 5.1 安全圆柱及监测方法安全圆柱及监测方法 62 5.安全圆柱与防碰计算安全圆柱与防碰计算 5.1 安全圆柱及监测方法安全圆柱及监测方法xyTP
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