定向井井眼轨迹计算方法探究

刘志强

（中石化华北石油工程有限公司五普钻井分公司 河南新乡 453000）

定向井井眼轨迹计算方法探究

刘志强

（中石化华北石油工程有限公司五普钻井分公司 河南新乡 453000）

定向井井眼轨迹计算设计是钻井工程的重要环节，如何实现对井眼轨迹的科学计算是设计人员必须要考虑的一个问题。对于这个问题应该引起高度重视，对此应该采取专门措施来提升其实际工作水平。本文将重点分析定向井井眼轨迹的计算方法，通过对不同方法的分析来了解当前如何实现科学计算。

井眼轨迹；计算方法；定向井

从当前油井钻井情况来看，近些年来钻井深度越来越大。随着钻井深度的不断增加，对于钻井技术的要求也越来越高，井眼轨迹出现了多样化趋势。在这样的背景下如何实现定向井井眼轨迹的科学计算就成为今后工作中应该充分考虑的一个问题。从实际情况来看，当前定向井井眼轨迹计算方法是非常多的。对于这些方法进行科学分析就非常重要。

1 定向井基本参数

了解定向井基本参数进行深入分析地重要前提，通过对这些重要参数的分析将能够使得人们进一步了解定向井。井斜变化率和方位变化率是两个重要指标，对这两个指标进行科学分析有重要意义，从实际情况来看井斜角和井斜方位角是会随着井深的不断变化而变化的，这里的变化率主要指的是变化地快慢。具体而言井斜变化率主要指的是井斜角随井深变化的程度，方位变化率主要指的是井斜方位角随井深变化程度。

井斜角和井斜方位角是最典型的参数，对于这些参数应该引起重视。所谓井斜角主要指的是过井眼轴线上的某点来做井眼轴线的切线，这一切线向井眼前进方向延伸部分就是井眼方向线。井眼方向线同重力线之间的夹角实际上就成为井斜角。人们通常用井斜角来表示井身轨迹在该测点处倾斜大小。

井斜方位线主要指的是：在测点处的井眼方向线投影到水平面上的线称之为井眼方位线，此时以正北方位线为始边，顺时针方向旋转到井眼方位线上所转过的角度，这就是井斜方位角。通常情况下正北方位线实际上就是地理子午线沿着正北方向延伸的线段。这里应该注意到方位与方向是有明显区别的。方位线实际上就指的是水平面上的矢量，方向线则是空间矢量。

2 常用计算方法

近些年来人们对于定向井轨迹计算方法的研究取得了一定进展，在实际工作中逐渐总结出了一系列计算方法。对于这些常用方法进行科学分析有重要意义。下面本文就来对当前常用计算方法进行科学分析：

2.1 平均角法

这是一种比价典型的方法，这样一种方法又可以叫作均角全距法，在实际测量过程中这种方法往往是重复使用测段上下两点井斜角和方位角，在实际计算过程中往往是要把上下两点角度的简单平均值要假设成整个侧段的井斜角和方位角。此时铅孔轴线同井斜角和方位角就是成一切线，这样实际上将能够覆盖测段全长。

在实际测量过程中应该看到，如果某测点井斜角等于0，此时并不代表没有井斜方位角，也就是说井斜方位角等于0和没有井斜方位角是不一样。这一点是人们在工作中应该引起注意的。

2.2 正切法

正切法本身又可以叫作下点切线法。这种方法在计算过程中往往是要假定两相邻测点之间孔段是一条直线，此时长度又等于测距。这样直线井斜角和井斜方位角就能够等同于下侧点井斜角和井斜方位角，在实际计算过程中应该看到直线同直线相连接的空间折线就是整个钻孔轨迹。

切线法实际上是当前应用最为广泛地一种方法，计算简单、便于手算是这种方法的典型特征，同时也应该看到这种方法本身也是存在着较大误差的。在实际增斜段计算过程中水平位移偏大、垂直深度偏小，降斜段计算过程中却是恰好相反。从这一点中可以看出切线法也是存在着不少问题的。这种方法的简化也不符合实际情况。因此实际计算结果也是最不精确的。正因为如此这种方法也不推荐使用。

2.3 平衡正切法

这种方法是认为井斜角和方位角在侧段开始和末尾全部切线补偿，在实际工作中对于测量的井斜角和方位角，通常也是要利用三角函数平均值来确定钻孔轴线坐标值的。平衡正切法实际上也是把小段钻孔轴线来作为折线进行处理。

2.4 校正平均角法

这种方法从本质意义上来看是属于曲线法，这种方法也是从别的方法中推演出来的。校正平均角法从形式上来看虽然是直线法，但是实际上是曲线法。它的假设更接近真实井身。正因为如此，这种方法同直线法相比更为准确。

2.5 曲率半径法

曲率半径法又可以叫作圆柱螺线法，在实际计算过程中把角的切线在每一测段开始同末尾经常被描述成为一曲线，在实际工作中重点是要能够代表钻孔真实轴线。这一曲线通常有着球面圆弧形状平滑，这样就能够利用圆周或者是球面的一部分来表示。此时圆弧精确度通常是两个方向矢量或者是已知两测点间的距离给定的。

误差小是这种方法的典型特征。之所以误差小是因为测点间的距离比较大。正因为如此，这种方法能够称为钻孔空间坐标计算最为精确的一种方法。

2.6 最小曲率法

最小曲率法实际上是假设两测点间的井段通常是一段平面上的圆弧，圆弧在两端点处则是同上下两测点处的精神方向线相切，这样在实际工作中就能够在上下两侧点井身方向一定的情况下，能够把测段看成是圆弧曲线，这条曲线通常是曲率最小的曲线。正因为如此才被叫做最小曲率法。同曲率半径法类似，这种方法中圆弧的精确通常是由测段开始同末尾两个方向的矢量和已知的两测点间的距离给定的。

2.7 弦步法

这一方法也是要假设相邻两侧点间井身轴线是一空间平面上的圆弧曲线。与上述方法不同，这种方法在实际计算过程中往往是不能够测出圆弧长度的，主要是要测量圆弧弦的长度。

3 几种方法的比较

对这几种方法进行科学比较能够真正了解优点和缺点，在对这些方法进行详细分析之后实际上能够把它们分成三类，直线法、折线法和曲线法这三种情况。直线法包含了正切法和平均角法、折线法则是平衡正切法、曲线法内容较多，曲率半径法、最小曲率法、校正平均角法、弦步法都是其中主要方法。

从实际对比情况来看，可以从不同角度来进行分析。从假设合理性的角度来看，直线法和折线法都是不如曲线法的。从计算难易程度的角度来看曲线法公式比较繁琐，直线法和折现法计算起来比较容易。如果是现场工作还是要手算，此时还是选用平均角法和校正平均角法合适；在工作中如果利用计算机来进行计算，此时就可以充分利用曲线法来进行有效计算。不同井段所适用的方法也不同，对于那些用转盘钻钻出的井段通常是要利用曲率半径法或者校正平均角法来进行科学计算。如果是利用井下动力钻具造斜或者是扭方位的井段，利用弦步法和最小曲率法效果是最好的。在实际工作中可以从实际出发来进行科学选择。

在工作中如果采用手算方式，就应该选择平均角法，这是因为平均角法计算值是介于曲率半径法和最小曲率法计算结果之间的，这是最接近曲线法计算结果的。相反平衡正切法计算值距曲线法计算值相差就比较大。

从实际计算结果来看，校正平均角法和曲率半径法计算值相差较小，因此在条件允许的情况下就能够利用校正平均角法来代替曲率半径法。同时还应该看到为了能够有效提升准确性，在工作中还要进一步提升测点测斜数据的精度，同时还应该进一步加密测点，要有效缩短测段长度。这样做将能够有效提升计算准确性。对于测点测斜数据的精度往往是要使用较高测斜仪器来进行测量，同时要保证仪器轴线要能够同井身轴线相平行。这样做是为了能够更好地实现科学测量。

定向井井眼轨迹计算是一项非常重要地工作，对于这项工作应该进一步加强研究。从当前的分析中就可以看出曲线法是一种比较准确的方法，采用曲线法将能够得到真实结果。

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TE21

A

1004-7344（2016）07-0197-02

2016-1-28

刘志强（1985-），男，助理工程师，本科，主要从事石油工程工作。