1、斜向器定向的方位控制斜向器定向開(kāi)窗具有易施工，周期短，成本低等特點(diǎn)，但斜向器定向影響因素多，定向誤差大。斜向器如何準(zhǔn)確定向是值得關(guān)注和研究的問(wèn)題，合理的定向可減少斜向器定向開(kāi)窗側(cè)鉆井的造斜、糾斜、扭方位井段的長(zhǎng)度，從而減少使用螺桿鉆具、隨鉆測(cè)斜儀器和高泵壓作業(yè)時(shí)間，達(dá)到縮短鉆井周期，降低成本的目的。1. 斜向器裝置角對(duì)井斜和方位的影響斜向器裝置角是斜向器斜面指向方向與斜向器安置處原井眼的方向線之間的夾角。對(duì)于井斜為0°的垂直井眼，斜向器斜面指向方位就是新井眼的方位，斜向器導(dǎo)斜角的角度就是新井眼的井斜。一般開(kāi)窗處的井眼井斜都不為0°。圖1是井斜不為0°時(shí)，任意井眼方

2、向的裝置角示意圖，oo1為井眼軸線，1為原井斜，為斜向器導(dǎo)斜角。當(dāng)斜向器斜面按一定裝置角安放時(shí)，所鉆新井眼方向?yàn)閛1z，井斜為2，zod=。在水平投影圖上，o1o為原井眼方位1，o1z為新井眼方位2。為方位角增量，它是斜向器導(dǎo)斜角的水平投影。根據(jù)空間幾何關(guān)系，可以得到如下公式：（1）（2）（3）將公式（2）進(jìn)行三角恒等變換可得到根據(jù)方圖1 斜向器裝置角與方位角增量投影 位角增量來(lái)計(jì)算斜向器裝置角的計(jì)算公式：（4）公式（4）中有正負(fù)號(hào)，因此同樣的1、和有兩個(gè)不同的值，這是因?yàn)椋ㄏ蚱骺梢匝b成圖1中,oz的位置，也可以裝成oe的狀態(tài)，前者增斜，后者減斜。所以增斜時(shí)，公式用負(fù)號(hào)，減斜時(shí)，公式用正號(hào)。

3、原井斜1和斜向器裝置角都很小，公式（3）和（4）可簡(jiǎn)化為： （5） （6）規(guī)定原井斜方向的裝置角為0°，從原井斜方向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)為正。把斜向器裝置角按順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)依此為、象限，不同象限的斜向器裝置角對(duì)井斜和方位變化的影響情況如圖2所示。2.1 斜向器裝置角對(duì)井斜的影響開(kāi)窗位置和斜向器確定后，原井斜1、斜向器導(dǎo)斜角為一定值，由公式（1）分析得出：新井眼的井斜2的大小，取決于斜向器裝置角的大小。斜向器裝置角由0°向 圖2裝置角在不同象限時(shí)井斜方位變化情況180°增加時(shí)，cos的值由1向-1逐漸減小，cos1的值逐漸增加，新井眼的井斜2逐漸減小。斜向器裝置角在、象限時(shí)，

4、增斜，新井眼的井斜增加，當(dāng)斜向器裝置角=0°時(shí)，新井眼的井斜增量為最大值；斜向器裝置角在、象限時(shí)，降斜，新井眼的井斜減小，當(dāng)=180°時(shí)，新井眼的井斜增量為最小值。2.2 斜向器裝置角對(duì)方位的影響由于原井斜1、斜向器導(dǎo)斜角是確定的已知條件，由公式（2）分析得出：調(diào)整斜向器裝置角的大小，可得到相應(yīng)的方位角增量。斜向器裝置角在、象限，增方位，新井眼的方位2增加，斜向器裝置角在、象限，減方位，新井眼的方位2減少。實(shí)際斜向器定向時(shí)有：原井斜1大于斜向器導(dǎo)斜角；原井斜1等于斜向器導(dǎo)斜角；原井斜1小于斜向器導(dǎo)斜角三種情況。2.2.1 原井斜大于斜向器導(dǎo)斜角時(shí)斜向器裝置角對(duì)方位的影響要公

5、式（4）有解，必須sin2sin21sin20，由此得的限制條件，也就是方位角最大增量max。sin2sin21sin2max=0 （7）將公式（7）三角函數(shù)恒等變換后得到方位增量計(jì)算公式： （8）將（8）代入（4）得到使方位增量最大的裝置角max計(jì)算公式： （9）由圖3可以看出：斜向器裝置角由0°向±180°轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，新井眼的井斜方位線oz在橢圓上有兩個(gè)切點(diǎn)，在這兩個(gè)切點(diǎn)處的斜向器裝置角可取得增減方位的方位角增量最大值max，這時(shí)的裝置角為max和-max。由此得出井斜大于斜向器導(dǎo)斜角時(shí)，扭方位有最大值，斜向器扭方位受最大方位、圖3 1小于時(shí)與投影圖 角增量的限制

6、，需要的方位增量超出最大值時(shí)，斜向器扭方位不能一次扭成功。2.2.2 原井斜等于斜向器導(dǎo)斜角時(shí)斜向器裝置角對(duì)方位的影響當(dāng)原井斜1等于斜向器導(dǎo)斜角時(shí)，由圖4可以看出：當(dāng)斜向器裝置角由0°向180°趨近時(shí)，逐漸增大趨近90°；當(dāng)斜向器裝置角等于180°時(shí)，新井眼井斜2等于0°，新井眼方位2也等于0°。因此，原井斜等于斜向器裝置角時(shí)，斜向器扭方位最大方位增量趨近90°，但不等于90°；斜向器裝置角等于180°時(shí)，可獲得圖4 1等于時(shí)與投影圖 0°的井斜。井斜為0°或井斜很小的井段適合于螺桿鉆

7、具按要求的方位直接造斜鉆進(jìn)。2.2.3 原井斜小于斜向器導(dǎo)斜角時(shí)斜向器裝置角對(duì)方位的影響由圖5可以看出：當(dāng)斜向器裝置角由0°向180°轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，也逐漸增加由0°向180°增加，由此得出，原井斜小于斜向器導(dǎo)斜角時(shí)方位角最大增量為±180°。也就是說(shuō)當(dāng)原井斜小于斜向器導(dǎo)斜角時(shí)，斜向器可以360°扭方位，方位角有較大的調(diào)整范圍，斜向器扭方位可一次扭至要求方位。圖51小于時(shí)與投影圖 原井斜1、斜向器導(dǎo)斜角確定后，方位角增量由斜向器裝置角來(lái)確定，而斜向器可扭方位的大小與原井斜1斜向器導(dǎo)斜角的大小有關(guān)，決定最大扭方位的可能性。2. 斜向器

8、斜面指向方位定向和斜向器裝置角定向?qū)Ρ确治?.1 定向應(yīng)用的基準(zhǔn)不同斜向器斜面指向方位定向，基準(zhǔn)是地理北極，認(rèn)為斜向器斜面指向方向就是定向方位。斜向器裝置角定向，基準(zhǔn)是原井眼方位，根據(jù)裝置斜向器斜面指向與原井眼方位之間的角度來(lái)確定新井眼方位。3.2 定向應(yīng)用的參數(shù)不同斜向器斜面指向方位定向應(yīng)用的參數(shù)是井內(nèi)固斜封隔器定位鍵的陀螺工具面。斜向器斜面指向方位定向不考慮原井斜、方位和斜向器導(dǎo)斜角對(duì)新井眼方位的影響，定向簡(jiǎn)單，誤差大，是目前常用的一種斜向器定向的方法。斜向器裝置角定向應(yīng)用的參數(shù)，是開(kāi)窗處原井斜、方位和井內(nèi)固斜封隔器定位鍵的高邊工具面（或用陀螺工具面計(jì)算出的高邊工具面）以及斜向器導(dǎo)斜角，應(yīng)

9、用的參數(shù)多，考慮因素多，定向準(zhǔn)確。3.3 定向誤差分析在斜向器導(dǎo)斜角為2.5°、井眼方位為120°和原井斜分別為0.5°、1.5°、2°、3.5°情況下，按斜向器指向不同方位定向計(jì)算出相應(yīng)的誤差，見(jiàn)下表：斜向器斜面指向定向誤差計(jì)算表項(xiàng)目原井眼方位120°、斜向器導(dǎo)斜角2.5°，單位,°斜向器斜面指向方位0306090120150180210240270300330裝置角-120-90-60-300306090120150180210井斜0.5°計(jì)算方位1141699512014517119922

10、9263300337誤差1111950-5-9-11-11-707井斜1.5°計(jì)算方位3761821011201391581792032383002誤差373122110-11-22-31-37-32032井斜2°計(jì)算方位49708610312013715417019121730022誤差494026130-13-26-40-49-53053井斜2.5°計(jì)算方位607590105120135150165180195045誤差604530150-15-30-45-60-756075井斜3.5°計(jì)算方位7685951081201321451551641631

11、2077誤差765535180-18-35-55-76-107-180107從表中可以看出：按斜向器斜面指向方位定向時(shí)，原井斜越小，方位誤差越小，原井斜越大，方位誤差越大。按斜向器斜面指向方位定向的方位誤差大小與斜向器裝置角有關(guān)，如斜向器導(dǎo)斜角為2.5°、井斜為3.5°時(shí)，斜向器裝置角在330°30°范圍內(nèi)，定向方位誤差在18°0°之間；斜向器裝置角在150°210°范圍，定向方位誤差在107°180°之間。由圖1可以看出：按斜向器斜面指向方位定向時(shí)，由于原井斜、方位和斜向器導(dǎo)斜角的影響斜向器斜

12、面指向方位不是新井眼的方位，原井斜越大斜向器斜面指向方位與新井眼的方位誤差越大。斜向器裝置角定向，因?yàn)榭紤]了原井斜、方位和斜向器導(dǎo)斜角的影響，所以定向更準(zhǔn)確。圖6中固斜封隔器定位鍵的陀螺工具面218°、井斜2°、方位270°、斜向器導(dǎo)斜角2.5°，將斜向器斜面反向轉(zhuǎn)動(dòng)48°這時(shí)斜向器斜面指向方位170°由于受原井斜、方位和斜向器導(dǎo)斜角的影響新井眼的方位是212°，這時(shí)的斜向器裝置角是-101°。斜向器按斜面指向方位定向，在保證有固斜封隔器定位鍵的準(zhǔn)確測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)，仍有較大定向誤差。斜向器按裝圖6斜向器定向井斜投影 置

13、角定向，原井斜、方位和定位鍵的測(cè)量數(shù)據(jù)必須準(zhǔn)確，否則也會(huì)產(chǎn)生較大的定向誤差。3. 鉆井測(cè)斜數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性4.1 井測(cè)斜數(shù)據(jù)存在人為誤差由于進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)管理，井斜數(shù)據(jù)的輸入和調(diào)出是否正確，是不是原井測(cè)斜實(shí)際數(shù)據(jù)，甲方表示懷疑。c2133井施工時(shí)，用陀螺在套管內(nèi)測(cè)量的井斜數(shù)據(jù)與鉆井測(cè)斜數(shù)據(jù)相差較大。4.2 裸眼測(cè)斜數(shù)據(jù)和套管內(nèi)實(shí)際數(shù)據(jù)存在偏差鉆井測(cè)斜數(shù)據(jù)是在不規(guī)則的裸眼中測(cè)得的，下套管后的井眼變得規(guī)則平滑，所以套管內(nèi)的井斜、方位也會(huì)發(fā)生變化，因此套管內(nèi)的井斜、方位與鉆井測(cè)斜數(shù)據(jù)有差別。4. 陀螺測(cè)斜數(shù)據(jù)的選用5.1 陀螺測(cè)斜輸出的主要參數(shù)陀螺測(cè)量的主要數(shù)據(jù)是方位、陀螺工具面、高邊工具面和井斜。它們相互

14、關(guān)系見(jiàn)圖6、圖7。方位：對(duì)某測(cè)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，這個(gè)角表示該井段的井眼方向。這個(gè)角等于陀螺儀工具面讀數(shù)減去高邊工具面讀數(shù)。 圖7 某一參照物為基準(zhǔn)的測(cè)點(diǎn)水平投影圖 圖8 地理北極為基準(zhǔn)的測(cè)點(diǎn)水平投影圖陀螺工具面：以陀螺的縱軸為基準(zhǔn)，探管轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。高邊工具面：以井眼高邊為始邊，轉(zhuǎn)動(dòng)到探管基準(zhǔn)標(biāo)志的角度。5.2 陀螺測(cè)量的數(shù)據(jù)是否能用，取決于測(cè)斜方法通常斜向器定向時(shí)，將固斜封隔器下入井下座封后，從套管內(nèi)或鉆桿內(nèi)下陀螺探管測(cè)固斜封隔器定位鍵所在位置的陀螺工具面和其它相關(guān)數(shù)據(jù)。5.2.1 套管內(nèi)測(cè)量的定向數(shù)據(jù)下入井下的固斜封隔器座封后在井眼中是居中的，用雙扶正器扶正陀螺探管，可準(zhǔn)確測(cè)井斜、方位和定位鍵的陀螺工

15、具面。這些測(cè)量數(shù)據(jù)可作為斜向器定向的計(jì)算依據(jù)。用雙扶正器扶正陀螺探管測(cè)斜，如果在陀螺探管筆尖還沒(méi)插入井下封隔器時(shí)測(cè)得的井斜、方位數(shù)據(jù)，與插上固斜封隔器定位鍵時(shí)測(cè)得數(shù)據(jù)基本一致，這時(shí)的陀螺測(cè)得的高邊工具面可作為斜向器定向的依據(jù)，因?yàn)檫@時(shí)的高邊工具面就是封隔器定位鍵在這個(gè)位置的裝置角。由于扶正器的作用陀螺探管轉(zhuǎn)動(dòng)摩阻大，筆尖不易插到封隔器的定位鍵上。5.2.2 鉆桿內(nèi)測(cè)量的定向數(shù)據(jù)下鉆桿并使鉆桿公扣對(duì)入固斜封隔器的母扣內(nèi)，陀螺探管從鉆桿中下入固斜封隔器測(cè)定位鍵的陀螺工具面時(shí)，由于鉆桿傾斜方向由井眼特性和鉆桿受力狀態(tài)決定，陀螺測(cè)得的井斜、方位一般不是井眼實(shí)際的井斜、方位，高邊工具面不是實(shí)際的井眼方位為基準(zhǔn)的高邊工具面，所以上述數(shù)據(jù)不能作為斜向器定向的依據(jù)。而陀螺工具面的測(cè)斜基準(zhǔn)是固定的（除漂移影響），固斜封隔器定位鍵的陀螺工具面方位（誤差修正后）測(cè)量的數(shù)據(jù)是準(zhǔn)確的，可以作為斜向器定向的依據(jù)。5. 結(jié)論7.1 陀螺測(cè)斜要考慮各種影響因素，做好漂移檢查，準(zhǔn)確地輸入?yún)?shù)和修正誤差，排除羅盤(pán)找基準(zhǔn)時(shí)的磁干擾是準(zhǔn)確測(cè)量定向數(shù)據(jù)的關(guān)鍵。7.2 斜向器定向可扭方位的大小與原井斜和斜向器導(dǎo)斜角大小有關(guān)。斜向器導(dǎo)斜角小于原井斜時(shí)，扭方位有最大值，需扭方位大于最大值時(shí)，不