第3章 井眼轨迹的测量和计算

式中：
c
1 2
2 1 2 c 2
3.3 测斜计算方法
6. 平衡正切法 • 假设：一个测段由两段组成，每段等于 测段长度的一半，方向分别为上、下测 点的井眼方向。 • 这种方法在国外用的比较多。
1 D L(cos1 cos 2 ) 2 1 S L(sin 1 sin 2 ) 2 1 N L(sin 1 cos1 sin 2 cos 2 ) 2 1 E L(sin 1 sin 1 sin 2 sin 2 ) 2
2. 测量数据的传输方式
– 无线测斜仪传输数据的方式---电磁波方式
3.3 测斜计算方法
1. 测斜计算概述
• 计算的依据：
– 测斜数据（α，φ，L）
• 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。
– 无线测斜仪传输数据的方式主要有四种：
» » » » 连续波方式 正脉冲方式 负脉冲方式 电磁波方式
3.2 测量数据的记录和传输
2. 测量数据的传输方式
– 无线测斜仪传输数据的方式---连续波方式
泥 浆 立管压力 叶片连续转动，波形连续变化
时间
3.2 测量数据的记录和传输
2. 测量数据的传输方式
– 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，有七种。
• 计算的内容：
– 测段计算：ΔD， Δ S， Δ N， Δ E，K，共计五项。
2 2 arccos Hy 0 Hx Hx Hy 2 2 Hx Hx Hy Hy 0 arccos
井斜方 位角
H x sin H y cos arctan H x cos H y sin cos H z sin
电 子 单 多 点 测 斜Leabharlann 仪有 线 随 钻 测 斜 仪
无 线 随 钻 测 斜 仪
照 相 陀 螺 测 斜 仪
电 子 陀 螺 测 斜 仪
速 率 陀 螺 测 斜 仪
3.1 常用测斜仪的测量原理
1. 磁罗盘类照相测斜仪原理
– 仪器中的罗盘靠一顶尖支撑， 可在仪器中灵活转动，不管 仪器的外壳如何转动，罗盘 的S极始终指北。
3.3 测斜计算方法
7. 圆柱螺线法（曲率半径法）
• 曲率半径法的来源： • 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：两测点间的测段是 一条等变螺旋角的圆柱螺线， 螺线在两端点处与上、下二 测点处的井眼方向相切。 – 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 – 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式 与曲率半径法不同，但公式 实质上是相同的。 – 1968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。 – Wilson最初发表的公式使用了许多绝对值符 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，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 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。
3.3 测斜计算方法
5. 平均角法
• 平均角法又称角平均法。
• 假设：测段为一直线，其方向的井斜角和方
位角分别为上、下两测点的平均井斜角和平 均方位角。
D L cos c S L sin c N L sin c cos c E L sin c sin c
重力工 具面角 (>5)
2 2 arccos Gx Gx G y Gy 0 2 2 Gx Gx G y Gy 0 arccos
–
3.1 常用测斜仪的测量原理
2. 电磁类测斜仪原理
磁性工 具面角 (<5)
– 在仪器的中心悬挂着一个 “十”字锤，不管仪器外壳 如何倾斜，重锤始终指向重 力方向。 – 当仪器在井内某深度处静止 测量时，照相机对着罗盘面 照相，由于罗盘面是透明的， 所以“十”字图形也被照在 底片上。
3.1 常用测斜仪的测量原理
1. 磁罗盘类照相测斜仪原理
– 罗盘面上的同心圆代表了不 同的井斜角， “十”字锤所 在的同心圆就是该井深处的 井斜角。
需要无磁环境，可用于套管内、丛式井或没有无 磁钻铤的情况，但存在陀螺漂移的问题，且仪器 本身比较娇贵。
3.2 测量数据的记录和传输
1. 测量数据的记录方式
– – 测量数据的记录方式主要有两种：照相底片记录和电子数 字式； 照相底片记录的如：磁罗盘单、多点照相测斜仪，照相陀 螺测斜仪，这些仪器井斜角和高边工具面角是采用机械测 角装置测量, 其测量的角度投影到陀螺仪刻度盘或罗盘上, 由照相机拍摄胶片或胶卷记录下来。


3.3 测斜计算方法
3. 测斜计算的一般过程 • 先进行测段计算：算出 ΔD，ΔS， ΔN，ΔE，K。 • 在测段计算的基础上，进 行测点计算。不管那种 方法，测点计算所用公 式都是一样的。
D2 D1 D S 2 S1 S N 2 N 1 N E2 E1 E
3.3 测斜计算方法
2. 关于测斜计算问题的若干规定
课堂练习：
计算以下两测段的方位角增量和平均井斜方位角： （1）上测点井斜方位角350，下测点井斜方位角2550；
（2）上测点井斜方位角3350，下测点井斜方位角250；
第一小题： 140 ；c 35


第二小题： 50 ；c 0
3.1 常用测斜仪的测量原理
3. 陀螺类测斜仪原理
– 高速运转的陀螺具 有抵抗干扰力矩而 保持其自转轴相对 于惯性空间方位稳 定的特性, 称作陀螺 自转轴的方位稳定 性或定轴性； – 陀螺类测斜仪正是 利用陀螺的定轴性 来进行井斜方位的 测量；
3.1 常用测斜仪的测量原理
3. 陀螺类测斜仪原理
– 陀螺在干扰力矩作 用下产生的自转轴 空间方位的漂移现 象称作陀螺的进动 性；
罗盘面上的径向放射线代表 了不同的方位，罗盘边缘有 方位的刻度值， “十”字锤 所在的放射线就是该井深处 的井斜方位线的反方向。 将罗盘盘面上的N、S互换， E、W互换，就可以直接从 照相底片上直接读出井斜方 位角。
–
–
3.1 常用测斜仪的测量原理
2. 电磁类测斜仪原理
将3个重力加速度计和 3个磁通门分别安装在 井眼轴线方向Z、工 具面所在半径方向X 和与其垂直的另外一 个半径方向Y上。 2 2 2 G G G G x y z 井斜角 arccosGz G
3.3 测斜计算方法
7. 圆柱螺线法（曲率半径法） 圆柱螺线法计算公式
cos c 2 D L 2 sin sin c 2 S L 4 sin sin sin c cosc 2 2 N L 4 sin sin sin c sin c 2 2 E L 2 sin
– 无线测斜仪传输数据的方式---正脉冲方式
泥 浆 泥 浆 立管压力
针阀上升，立管压力升高
时间 针阀不动 针阀上升
3.2 测量数据的记录和传输
2. 测量数据的传输方式
– 无线测斜仪传输数据的方式---负脉冲方式
泥浆 泥浆 立管压力 阀门关，立管压力不变
阀门开，立管压力降低
时间 阀门关 阀门开
3.2 测量数据的记录和传输
第3章 井眼轨迹的测量和计算
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3.1 常用测斜仪的测量原理
3.2 测量数据的记录和传输 3.3 测斜计算方法 3.4 测斜计算结果的常规绘图 3.5 定向井水平井中靶计算
3.1 常用测斜仪的测量原理
常用测斜仪 器 罗盘类 电磁类 陀螺类
罗 盘 单 点 照 相 测 斜 仪
罗 盘 多 点 照 相 测 斜 仪
• 测点计算的其他公式：
E2 2 arctan N2
(N2>0)
2 arctan
E2 180 0 (N2<0) N2
2 2 A2 N 2 E2
V2 A2 cos( 0 2 )
式中的θ0是该井原设计方位角。
以下各种不同方法，仅仅在于ΔD， Δ S， Δ N， Δ E四个参数的计算公式不同。
– 测点计算：D，S，N，E，A，θ， V，共计七项。
• 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：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。
3.3 测斜计算方法
2. 关于测斜计算问题的若干规定
– 陀螺在冲击力距作 用下，自转轴将在 原来的空间方位附 近作高频微幅的锥 形振荡运动, 称作陀 螺的章动性 。
3.1 常用测斜仪的测量原理
4. 不同原理的测斜仪适用范围
– 利用磁罗盘或磁通门来测量井斜方位角的仪器均 要求测量点附近地磁场正常，且为无磁环境；
– 陀螺类测斜仪是利用其自身的定轴性来测量，不