一种三维定向井轨迹设计及控制参数判别方法_3

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Zi是圆弧造斜段AB起始点A之上井段对应井深Li的相对地理坐标,单 位是米(m);Xii、Yii、Zi1是井深Li之上相邻井深Li1对应的相对地理坐标,单位是米(m); ALi1,1是井深L11与L1之间井段的长度,单位是米(m) ; 01、a1分别是井深L1处的井斜 角、地理方位角,单位是度(° );011、分别是井深Lii处的井斜角、地理方位角,单位 是度(° ); 阳070] (P2-102)计算图2中D点在W井口为原点、地理北为X轴正向、顺时针旋转90° 为Y轴正向、Z轴铅垂指向地屯、的相对地理坐标系中的地理坐标狂D、Y。、Zd):

[0071] ' (3) 阳07引式中,Xd、Yd、Zd是图2中D点相对地理坐标,单位是米(m);ZE是祀点E相对地理坐 标的Z坐标,单位是米(m) ;Za是圆弧造斜段AB起始点A相对地理坐标的Z坐标,单位是米 (m); ;0,、a,分别是圆弧造斜段AB起始点A处的井斜角、地理方位角,单位是度(° )。 [0073] (P2-103)计算图2中A、D两点的距离,计算公式如下: 剛
,4)
[0075] (P2-104)计算图2中E、D两点的距离,单位是米(m),计算公式如下: 斷6]

[0077] (P2-105)计算图2中A、E两点的距离,单位是米(m),计算公式如下: 隊]

[0079] (P2-106)计算图2中《角(ZAD巧,单位是度(° ),计算公式如下:
。-)[0081] (P2-107)计算斜直线稳斜段邸的长度Lw,单位是米(m),计算公式如下:[0082]
(棋
[0080]
[008引 (P2-2)求解圆弧造斜段AB的全弯曲角丫和圆弧造斜段AB的长度Lab,作为一个 实施例,步骤如下:
[0084] (P2-201)计算圆弧造斜段AB的全弯曲角丫,单位是度(° ),计算公式如下:
….巧)'[0086] (P2-202)计算圆弧造斜段AB的长度Lab,单位是米(m),计算公式如下: 阳0化]
[0087] (10)
[0088] (P2-3)求解圆弧造斜段AB终点B的中祀井斜角0 e和中祀方位角a湘对于圆弧 造斜段AB起始点A的方位角aA的中祀方位角改变量Aa,作为一个实施例,步骤如下:
[0089] (P2-301)计算圆弧造斜段AB终点B的中祀井斜角0e,单位是度(° ),计算公式 如下:
[0090] (:扎)
[0091] (P2-302)计算圆弧造斜段AB终点B的中祀方位角a,相对于圆弧造斜段AB起始 点A的方位角aA的中祀方位角改变量Aa,单位是度(° ),计算公式如下:
[0092] (12): 阳09引其中,k为余弦函数的周期系数,取0或1。
[0094] (P3)轨迹中祀方位角改变量Aa的判断取值; 阳09引如图2所示,定义圆弧造斜段AB起始点A的切线与圆弧造斜段AB终点B的切线 的交点C为全曲弯切中点;
[0096]W全曲弯切中点C在祀点E所在水平面I的投影C'为原点、WC'指向造斜段起 始点A的方位为X轴正向、WX轴在水平面I正向顺时针旋转90°为Y轴正向、W铅垂指向 的地屯、方向为Z轴正向建立右旋相对坐标系;W目标祀点E在右旋相对坐标系中相对C' 的坐标AXk和AYk对步骤(P2)计算得出的中祀方位角改变量Aa进行判断取值;
[0097] 其中,Xec、Ye凍用W下公式计算:
[0098] (13)
[0099] 式中,而、Ye分别为目标祀点E相对于井口的X轴、Y轴地理坐标,单位是米(m); Xc、Ye分别为全曲弯切中点C相对于井口的X轴、Y轴地理坐标,单位是米(m) ;aA是造斜起 始点或分支井的起始分支点A的地理方位角,单位是度(° )。
[0100] 采用如下准则对轨迹设计中祀方位角改变量Aa进行判断取值:
[0101]
(14) 阳102] 上式中,Xc、Yc分别是全曲弯切中点C在步骤(P1)建立的相对地理坐标系中的X、 Y坐标。 阳103] 本步骤中的公式(13)和公式(14)还可用其他推导出的公式代替,用W计算中祀 方位角改变量Aa。
[0104] (P4)计算轨迹控制参数:
[0105] 将圆弧造斜段AB起始点A的井斜角0A、步骤任。计算得到的中祀井斜角0e和 步骤(P3)判断选取的中祀方位角改变量Aa,代入斜面法轨迹设计工具面角计算公式,计 算在圆弧造斜段AB起始点A的工具面角0 1; 阳106]如图2和图3所示,作为一个实施例,采用如下公式计算在圆弧造斜段AB起始点A的工具面角P1:
阳107] (15)
[0108] 上式中,01是在圆弧造斜段AB起始点A的工具面角,单位是度(° );Aa是判 断选取的中祀方位角改变量,单位是度(° ) ;k为余切函数的周期系数,可取0或1或2;其 他符号与前述公式中符号的意义相同。 阳109] (P5)工具面角P的判断取值:
[0110] 将圆弧造斜段AB起始点A的井斜角0A和步骤(P2)计算得到的圆弧造斜段AB的 全弯曲角丫、中祀井斜角0e,代入另一个工具面角的函数关系式,计算在圆弧造斜段AB起 始点A的工具面角P 2; 阳11U 采用如下的另一个公式计算在圆弧造斜段AB起始点A的工具面角0 2:
阳112] (1后) 阳113] 式中,0 2是在圆弧造斜段AB起始点A的工具面角,单位是度(° ) ;k为余弦函数 的周期系数,可取0或1。
[0114]将@2与步骤(P4)计算得到的工具面角P1对比,利用W下准则判断选取两个工 具面角公式计算结果重叠的相同数值0 : 阳115] 0 = 0 0 2.........................................(17)
[0116] 本步骤中的公式(17)还可用其他推导出的公式代替,用W进行工具面角P的判 断取值。
[0117] (P6)轨迹的逆向反演及对比:
[0118] (P6-1)逆向反演圆弧造斜段内任意井深L,处(包括圆弧造斜段AB终点B井深Le 处)的井斜角9i和方位角改变量Aai,逆向反演步骤如下: 阳119] (P6-101)圆弧造斜段内任意井深Lj处(包括圆弧造斜段AB终点B井深Lb处)的 井斜角0j的逆向反演,作为一个实施例,逆向反演公式如下: 阳 120] 目j=arcossk〇s目aCos((Xj-L*)Xi)-sin目Asin((Xj-L*)Xi)cosP). . . (18)
[0121] 式中,0 ,是圆弧造斜段内任意井深L,处(包括圆弧造斜段AB终点B井深Lb处) 的井斜角,单位是度(° ) ;L,是圆弧造斜段AB内各对应点(包括圆弧造斜段AB终点B)的 井深,单位是米(m) ;La为圆弧造斜起始点或起始分支点A的井深,单位是米(m) ;i为圆弧 造斜段AB选择的造斜强度,单位是度/米(° /m) 是公式(17)判断选取的工具面角, 单位是度(° )。
[0122] (P6-102)圆弧造斜段内任意井深Lj处(包括圆弧造斜段AB终点B井深Lb处)的 方位角改变量Aai,作为一个实施例,逆向反演公式如下: 阳123]

[0124]式中,Aa,是圆弧造斜段AB内任意井深L,处(包括圆弧造斜段AB终点B井深Lb处)相对于圆弧造斜段AB起始点A的地理方位角aA的方位角改变量,单位是度(° )。 [01巧]如果在圆弧造斜段终点B井深Le处反演得出的井斜角和相对于造斜起始点A方 位角aA的方位角改变量与公式(11)计算得到的中祀井斜角0B和准则(14)判断选取的 Aa完全一致,则进入下一步中祀坐标的逆向反演,否则,回到P2重新设计计算。
[01%] (P6-2)中祀坐标的逆向反演,作为一个实施例,选用石油工程常用的全角半距法 对祀点坐标反演,计算公式如下:
阳127] … 如)
[0128] 式中,XpYpZj是圆弧造斜段AB起始点A之下井段对应井深Li的相对地理坐标, 单位是米(m) ;X.j1、Y.j1、Z.j1是井深L.j之上相邻段点井深L.j拥应的相对地理坐标,单位是 米(m) ;AL,1,,是井深L,1与L,之间井段的长度,单位是米(m) ; 0,、a,分别是井深L,处 的井斜角、地理方位角,单位是度(° );0,1、a,i分别是井深1,1处的井斜角、地理方位 角,单位是度(° )。其中,a.j=曰a+A曰j。
[0129] 此处所述井深L, 1包括圆弧造斜段AB起始点A的井深LA,0 , 1、a, 1包括圆弧造 斜段AB起始点A的井
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