定向器工具面装置角对井斜角和方位角的影响.docVIP

斜向器定向的方位控制 斜向器定向开窗具有易施工，周期短，成本低等特点，但斜向器定向影响因素多，定向误差大。斜向器如何准确定向是值得关注和研究的问题，合理的定向可减少斜向器定向开窗侧钻井的造斜、纠斜、扭方位井段的长度，从而减少使用螺杆钻具、随钻测斜仪器和高泵压作业时间，达到缩短钻井周期，降低成本的目的。 斜向器装置角对井斜和方位的影响 斜向器装置角是斜向器斜面指向方向与斜向器安置处原井眼的方向线之间的夹角。对于井斜为0°的垂直井眼，斜向器斜面指向方位就是新井眼的方位，斜向器导斜角的角度就是新井眼的井斜。 一般开窗处的井眼井斜都不为0°。图1是井斜不为0°时，任意井眼方向的装置角示意图，OO1为井眼轴线，α1为原井斜，γ为斜向器导斜角。当斜向器斜面按一定装置角ω安放时，所钻新井眼方向为O1Z，井斜为α2，∠ZOD=－ω。在水平投影图上，O＇1O＇为原井眼方位φ1，O1＇Z＇为新井眼方位φ2。Δφ为方位角增量，它是斜向器导斜角γ的水平投影。根据空间几何关系，可以得到如下公式： （1） （2） （3） 将公式（2）进行三角恒等变换可得到根据方图1 斜向器装置角与方位角增量投影 位角增量Δφ来计算斜向器装置角的计算公式： （4） 公式（4）中有正负号，因此同样的α1、γ和Δφ有两个不同的ω值，这是因为，定向器可以装成图1中,O＇Z＇的位置，也可以装成O＇E＇的状态，前者增斜，后者减斜。所以增斜时，公式用负号，减斜时，公式用正号。 原井斜α1和斜向器装置角γ都很小，公式（3）和（4）可简化为： （5） （6） 规定原井斜方向的装置角为0°，从原井斜方向顺时针旋转为正。把斜向器装置角按顺时针方向旋转依此为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ象限，不同象限的斜向器装置角ω对井斜和方位变化的影响情况如图2所示。 斜向器装置角对井斜的影响 开窗位置和斜向器确定后，原井斜α1、斜向器导斜角γ为一定值，由公式（1）分析得出： 新井眼的井斜α2的大小，取决于斜向器装置角ω的大小。斜向器装置角ω由0°向 图2装置角在不同象限时井斜方位变化情况 180°增加时，cosω的值由1向-1逐渐减小，cosα1的值逐渐增加，新井眼的井斜α2逐渐减小。 斜向器装置角ω在Ⅰ、Ⅳ象限时，增斜，新井眼的井斜增加，当斜向器装置角ω=0°时，新井眼的井斜增量为最大值；斜向器装置角ω在Ⅱ、Ⅲ象限时，降斜，新井眼的井斜减小，当ω=180°时，新井眼的井斜增量为最小值。 斜向器装置角对方位的影响 由于原井斜α1、斜向器导斜角γ是确定的已知条件，由公式（2）分析得出： 调整斜向器装置角ω的大小，可得到相应的方位角增量Δφ。 斜向器装置角ω在Ⅰ、Ⅱ象限，增方位，新井眼的方位φ2增加，斜向器装置角ω在Ⅲ、Ⅳ象限，减方位，新井眼的方位φ2减少。 实际斜向器定向时有：①原井斜α1大于斜向器导斜角γ；②原井斜α1等于斜向器导斜角γ；③原井斜α1小于斜向器导斜角γ三种情况。 原井斜大于斜向器导斜角时斜向器装置角对方位的影响 要公式（4）有解，必须sin2γ—sin2α1sin2Δφ≥0，由此得Δφ的限制条件，也就是方位角最大增量Δφmax。 sin2γ—sin2α1sin2Δφmax=0 （7） 将公式（7）三角函数恒等变换后得到方位增量Δφ计算公式： （8） 将（8）代入（4）得到使方位增量Δφ最大的装置角ωmax计算公式： （9） 由图3可以看出：斜向器装置角ω由0°向±180°转动时，新井眼的井斜方位线OZ′在椭圆上有两个切点，在这两个切点处的斜向器装置角ω可取得增减方位的方位角增量最大值Δφmax，这时的装置角为ωmax和-ωmax。 由此得出井斜大于斜向器导斜角时，扭方位有最大值，斜向器扭方位受最大方位、 图3 α1小于γ时ω与Δφ投影图 角增量的限制，需要的方位增量超出最大值时，斜向器扭方位不能一次扭成功。 原井斜等于斜向器导斜角时斜向器装置角对方位的影响 当原井斜α1等于斜向器导斜角γ时，由图4可以看出：当斜向器装置角ω由0°向180°趋近时，Δφ逐渐增大趋近90°；当斜向器装置角ω等于180°时，新井眼井斜α2等于0°，新井眼方位φ2也等于0°。因此，原井斜等于斜向器装置角时，斜向器扭方位最大方位增量趋近90°，但不等于90°；斜向器装置角ω等于180°时，可获得图4 α1等于γ时ω与Δφ投影图 0°的井斜。 井斜为0°或井斜很小的井段适合于螺杆钻具按要求的方位直接造斜钻进。 原