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大位移井轨道设计 韩志勇 2002年9月 大位移井轨道设计 一. 大位移井轨道形状选择和设计原则； 二. 增斜段曲线形状的优选； 三. 介绍7种特殊曲线轨道设计 1. 悬链线轨道的设计方法； 2. 二次抛物线轨道的设计； 3. 修正悬链线轨道设计； 4. 恒变曲率曲线轨道设计； 5. 侧位悬链线轨道设计； 6. 侧位修正悬链线轨道设计； 7. 侧位二次抛物线轨道设计； 大位移井轨道设计轨道形状选择和设计原则 大位移井轨道设计应考虑: 钻机和顶部驱动的能力； 考虑摩阻摩扭的大小； 施工的难易程度； 考虑钻柱的强度； 套管磨损等因素。 大位移井的轨道设计，绝不是简单的几何曲线的计算，而是与钻柱力学，钻井作业密切相关的一个系统工程。 大位移井轨道形状选择： 原则：消耗较少垂深，得到较多位移；三段式形状最适合； 轨道优化设计原则： 摩阻、摩扭最小；井段长度最小；考虑最难度最大的工况； 大位移井轨道设计增斜段曲线形状 曲率不变： 圆弧曲线； 大位移井轨道设计 大位移井轨道设计 大位移井轨道设计 大位移井轨道设计给定设计条件 大位移井轨道设计1. 悬链线轨道 悬链线的数学方程 大位移井轨道设计1. 悬链线轨道 悬链线方程的无因次化 令： 则得： 大位移井轨道设计1. 悬链线轨道 消除双曲函数后的悬链线基本方程式 大位移井轨道设计1. 悬链线轨道 悬链线轨道有关计算公式 大位移井轨道设计1. 悬链线轨道 求得a常数后，由下二式联立可求得LW和αb 大位移井轨道设计1. 悬链线轨道 分点计算： 大位移井轨道设计2. 二次抛物线轨道 二次抛物线的基本公式： 大位移井轨道设计2. 二次抛物线轨道 二次抛物线轨道公式： 大位移井轨道设计2. 二次抛物线轨道 求得a常数后，由下二式联立可求得LW和αb 大位移井轨道设计2. 二次抛物线轨道 分点计算： 令 大位移井轨道设计悬链线与抛物线轨道的比较 大位移井轨道设计3. 修正悬链线轨道 修正悬链线的基本思想 悬链线轨道的曲率公式是： 考虑到悬链线两端点处的曲率相差太大，人为地将该曲率公式进行修正，为： 然后按照该曲率公式，反过来推导公式，即可得到修正悬链线的设计公式。 设：a点井斜角100，b点井斜角750，则悬链线轨道的曲率为： ka=（sin2αa）/a kb=（sin2αb）/a 大位移井轨道设计3. 修正悬链线轨道 主要计算公式： 大位移井轨道设计3. 修正悬链线轨道 用下二式联立求得Lw和αb 。 大位移井轨道设计3. 修正悬链线轨道 分点计算： 大位移井轨道设计4. 恒变增(降)曲率曲线轨道 恒变曲率曲线的基本思想： 90年代以来，英国Wytch Farm油田采用的设计曲线。初始造斜率为1.0～1.5°／30m ，按照每400m增加0.5°/30m，逐渐增加到最大造斜率2.5°／30m 。英国人称作“准悬链线”轨道。 此种曲线实际上是：曲线的曲率是变化的，变化率是个常数，称作恒变曲率曲线。曲率变化率，可以是正值（曲率增加）；也可以是负值（曲率减小）。 大位移井轨道设计4. 恒变增(降)曲率曲线轨道 已知条件：曲率变化率G为常数。 对于曲线上任一点，其曲率为： 设计给定的条件： 1. 给定b点的井眼曲率Kb ； 2. 给定c点的井眼曲率Kc ； 3. 给定c点井斜角αc ； 设计要求计算变曲率曲线的长度Lx ，垂深增量Dx ，水平增量Sx ，等。 大位移井轨道设计4. 恒变增(降)曲率曲线轨道 设计思路： 大位移井轨道设计4. 恒变增(降)曲率曲线轨道 主要计算公式 计算G和Lx ： 给定αb ，由上二式联立，可以求出曲率变化率G和恒变曲率曲线的长度Lx ； 式中的正负号取法：增曲率取正；降曲率取负； 大位移井轨道设计4. 恒变增(降)曲率曲线轨道 主要计算公式 由下二式计算变曲率曲线的D增量和S增量： 这一步是整个计算的关键，这是典型的不可积分的函数式。要求解，必须用数值法计算。 大位移井轨道设计4. 恒变增(降)曲率曲线轨道 求得稳斜段的长度Lw 由上二式求得的Lw1和Lw2应该相等。 如果相等了，则所求的Lw ，就是合格值，就可以转到下一步； 如果不相等，应该返回去，重新调整Kb，重新进行计算，直到二者相差在容许的范围之内为止。 大位移井轨道设计4. 恒变增(降)曲率曲线轨道 分点计算： 给定任意点M的LM长度，即可求得：M点的曲率KM ，井斜角αM ，以及增量DM和SM 。 大位移井轨道设计5. 侧位悬链线轨道 侧位悬链线的形成： 将正位悬链线顺时针方向旋转900 ，即可得到侧位悬链线。 正位悬链线无因次方