第3章井眼轨迹的测量和计算
井眼轨迹的测量和计算是钻井工程中的重要内容，它对于确定井眼位置、计算井深、评估钻井过程中的偏差以及设计水平井等都有着重要的作用。本章将重点介绍井眼轨迹的测量方法和计算原理。
1.井眼轨迹的测量方法
井眼轨迹的测量方法主要包括传统方法和现代方法两种。
（1）传统方法
传统方法主要是通过测量物理量来推算井眼轨迹，主要包括：
a.测深测点法：通过测量井深和钻头位置来确定井眼轨迹。
b.倾斜度测量法：通过倾斜度测量仪器来测量钻柱倾斜度，并根据倾
斜度和井深的关系来计算井眼轨迹。
c.方位角测量法：通过方位角测量仪器来测量钻柱方位角，并根据方
位角和井深的关系来计算井眼轨迹。
（2）现代方法
现代方法主要是通过仪器测量井眼轨迹，主要包括：
a.地磁测斜仪法：通过地磁测斜仪器来直接测量井眼的倾角和方位角，可以实时监测井眼的轨迹。
b.陀螺仪法：通过陀螺仪仪器来直接测量井眼的倾角和方位角，可以
实现高精度的井眼轨迹测量。
2.井眼轨迹的计算原理
井眼轨迹的计算主要依赖于测量的倾角和方位角，根据这两个参数可
以推算出井眼轨迹的路径。
（1）倾角的计算
倾角是指井眼的倾斜程度，可以通过倾斜度测量仪器或者陀螺仪仪器
来测量。一般情况下，倾角的计算可采用如下公式：
倾角=arccos[(D2-D1)/(L2-L1)]
其中，D2和D1是两个测量点之间的井斜深度，L2和L1是两个测量
点之间的井深。
（2）方位角的计算
方位角是指井眼相对于参考方向的偏转角度，一般采用0°-360°的
范围来表示。方位角的计算可采用如下公式：
方位角=方位角1+arcsin[(ΔYsin(方位角2-方位角1))/(L2-L1)]
其中，方位角1和方位角2是两个测量点处的方位角，ΔY是两个测
量点处的北西偏移量，L2和L1是两个测量点之间的井深。
3.井眼轨迹计算的应用
井眼轨迹计算在钻井工程中有着广泛的应用，主要包括以下几个方面：（1）确定井眼位置：通过井眼轨迹的测量和计算，可以准确确定井
眼所在的位置，为后续作业提供基础数据。
（2）计算井深：通过井眼轨迹的测量和计算，可以实时计算井眼深度，为钻井过程提供参考。
（3）评估钻井偏差：通过井眼轨迹的测量和计算，可以评估钻井过程中的偏差，及时调整钻控参数，避免出现副井等情况。
（4）设计水平井：通过井眼轨迹的测量和计算，可以得到井眼的倾角和方位角，为设计水平井提供参考。
总结：
井眼轨迹的测量和计算是钻井工程中的重要环节，传统方法通过测量物理量来推算，现代方法则通过仪器进行测量。测量倾角和方位角后，可以通过相应的计算公式来求解井眼轨迹。井眼轨迹的测量和计算在确定井眼位置、计算井深、评估钻井过程中的偏差以及设计水平井等方面都有着重要的应用。
定向井井身轨迹计算公式 井身轨迹计算公式通常基于方位角和倾角的变化，通过测量这两个参数并施加合适的计算方法，从而获得井身轨迹的实时数据。以下为常见的井身轨迹计算公式的详细介绍。 1.一般井身轨迹计算公式： 在一般情况下，井身轨迹可以通过使用方位角（Azimuth）和倾角（Inclination）来计算。方位角是井身相对于参考轴线的平面角度，倾角是井身相对于参考轴线的垂直角度。 （1）水平井身轨迹计算公式： 对于水平井身，方向角为固定值0度，而倾角根据测量得到。根据勾股定理的公式，可重写为： X=COS(倾角)*MD Y=SIN(倾角)*MD Z=0 其中，X、Y、Z分别是井身在三维空间坐标系中的X、Y、Z轴坐标，MD为测量的累计测深或测距。 （2）非水平井身轨迹计算公式： 对于非水平井身，方向角和倾角都是动态变化的。根据测量得到的方向角和倾角，可以使用三角函数计算井身在三维空间中的坐标位置。 X=COS(方位角)*COS(倾角)*MD
Y=SIN(方位角)*COS(倾角)*MD Z=SIN(倾角)*MD 其中，X、Y、Z分别是井身在三维空间坐标系中的X、Y、Z轴坐标，MD为测量的累计测深或测距。 2.井身轨迹计算方法： 井身轨迹的计算方法有很多，以下是其中两种常见的方法： （1）正演计算法： 正演计算法是一种基于初始位置和起始方向进行连续迭代计算的方法，通过在每个测深点处使用三角函数和向量运算，根据方向角和倾角计算后 面的点的位置。这种方法适用于复杂的三维轨迹计算。 （2）逆演计算法： 逆演计算法是一种从目标位置逆向计算的方法，它通过目标位置和方向，以及前一个点的位置和方向，通过反向的三角函数和向量运算计算前 一个点的位置。这种方法适用于实时测量和校正井身轨迹。 3.计算误差和改进方法： 根据测量过程和仪器的精度，井身轨迹计算可能会引入误差。为了减 小误差，可以采用以下方法： （1）校正误差：在测量过程中，根据测量仪器的精度和标定，进行 误差校正和修正。这样可以提高轨迹计算的准确性。 （2）多点校正：使用多个测量点进行校正和验证。通过在不同的深 度或距离测量井身轨迹，可以检查计算结果是否一致。
井眼轨迹设计 引言 (1) 1井轨道设计依据 (1) 2设计原则 (1) 3设计步骤 (2) 4基础数据 (3) 5井身剖面设计参数 (3) 6参考文献 (10)
引言 井眼轨道是指在一口井钻进之前人们预想的该井井眼轴线形状。井眼轨迹是指一口已钻成的井的实际井眼轴线形状。 按照设计轨道的不同，井可以分为两大类：直井和定向井。对于直井来说，井眼轴线就是一条铅垂线，不需要进行专门的设计。定向井是指按照预先设计的井斜方位和井眼的轴线形状进行钻进的井，凡是设计目标偏离井口所在铅垂线的井都属于定向井。 1井轨道设计依据 （1）以地质设计给定的入靶点、终止点垂深及大地测量坐标为依据。 （2）根据给定的井口坐标和靶点坐标，完成单井设计。 2设计原则 （1）轨道设计应根据油藏特性及地质要求、区域地质资料和工程资料，结合造斜工具的造斜能力、井眼轨迹控制技术水平以及地面、地下条件，选择造斜率、靶前位移、造斜点深度，调整井段长度及位置，并应经过多次循环调整，优选上述参数。 （2）在地层岩性及造斜工具的造斜能力都确定时，增斜段应选择单增斜轨道。在地层岩性及造斜工具的造斜能力都较稳定时，应选择靶前位移较小、造斜率较高和增斜段较少的轨道。反之，在确定造斜率、靶前位移和增斜段的数量时要留有充分的控制余地。 （3）造斜点应选可钻性较好，无坍塌、无缩径的地层。 （4）调整井段的位置应放在最后一个增斜段之前。 （5）对确定的井眼轨道，应进行典型钻具组合的摩擦阻力和扭矩计算，并以此为根据进行钻机选型和钻具强度校核。
3设计步骤 关键参数计算 图1 多靶三段式轨道 给定t D 、t S 、a D 、a S 、a ?、z K 、0θ、t ?、m L ?、b α，需计算的关键参数为t S 、 w L ?。 由图 可得 ) sin (sin ) cos (cos tan z t a b a t b a z a t R D D R S S ?-?--?-?--= ? （3-1） 令： a z a t e R D D D ?+-=sin （3-2） a z t R S S S ?--=cos a e （3-3） z R R =e （3-4） 则得： b e e b e b R D R S an ?-?+= ?sin cos t e （3-5） 将 b e e b e e b R D R S ?-?+= ?sin cos sin （3-6）
井眼轨道参数的插值计算 由于实钻井眼轨道的测点与钻柱单元体的划分可能并不一致，因此钻柱单元体边界点对应的井眼轨道参数必须靠插值计算获得。插值结果的准确与否，对钻柱单元体的受力计算有着直接的影响。因此，提高插值计算的精度具有重要意义。 由于测点是离散的，无法知道各测段内井眼轨道的实际形态，所以测段内某点几何参数的计算方法都是建立在一定假设的基础上的。这些计算方法多数是将测段内的井眼轨道假设为直线、折线和曲线等，早期，由于计算机能力的限制，以平均角法和平衡正切法为代表直线或折线假设，因其计算简单快速，曾经被广泛应用，但随着钻井技术的发展，弯曲的井眼轨迹增多，如果仍采用直线或折线假设，则计算精度相对较低。由于计算技术的高速发展，直线或折线假设，目前几乎淘汰，取而代之的是以圆柱螺线和空间圆弧曲线等为代表的曲线假设，大行其道。 在进行插值计算时，各插值点的坐标增量可以采用不同的计算方法，但坐标值的累加形式是相同的，即（X 为东向位移，Y 为北向位移， Z 为垂直向位移，S 为水平位移） ?????????? ??+=?+=?+=?+=?+=?+=φ φφa a αS S S Z Z Z Y Y Y X X X 1212121212 12 所以，在以下的计算方法中将只给出坐标增量的计算式。 典型轨迹模型插值 1、正切法： 正切法又称下切点法，或下点切线法。此法假定两相邻测点之间的孔段为一条直线，长度等于测距，该直线的井斜角和井斜方位角等于下测点的井斜角和井斜方位角，整个钻孔轨迹是直线与直线相连接的空间折线。
正切法井身轨迹计算图 如图1所示，1、2 是孔身轨迹上相邻的两个测点，1′、2′是 1、2 两个测点的水平投影。该测段的井斜角和井斜方位角等于下测点 2 的井斜角和井斜方位角。 对于切线法，上下两个相邻测点间各参数的计算公式如下： 2 2222 2cos sin sin sin sin cos φαφαααL Y L X L S L Z ?=??=??=??=? 式中： Z ?——测段上下测点间垂直深度的分量（增量）（以下同）； L ?——测段上下测点间沿钻孔轴线的距离（以下同）； Y ??X ——分别为测段上下测点间水平位移在 X 轴（西东方向）的分量（增量）；水平位移在 Y 轴（南北方向）的分量（增量）（以下同）； 22 φα——分别为测段下测点的井斜角和井斜方位角。
中国石油大学（钻井工程）实验报告 实验日期：2014 成绩： 班级：石工11 学号：姓名：教师： 同组者： 定向井轨迹测量及方位控制 一、实验目的 1.直观认识井眼轨迹参数（井斜角，井斜方位角）及造斜工具姿态参数（重力工具面角，磁工具角）。 2.了解常用电磁测斜仪的基本结构和测量原理，直观认识磁千扰现象。 3.定向及扭方位操作演示（或井眼轨迹测量操作演示）。 二、实验仪器 （1）电子单多点测斜仪（探管）1套：YSS-32电子单多点测斜仪； （2）测斜仪校准台1台； （3）定向及测斜杆件1套（定向杆，抗压筒，加重杆各1个）； （4）定向接头； （5）计算机1台：预先安装与测斜仪配套的操作软件。 三、实验原理 以北京海蓝科技公司的YSS-32电子单多点测斜仪（以下简称测斜仪)为例，简单介绍常用的电磁测斜仪结构及测量原理。 YSS系列电子单多点测斜仪是类似于国外ESS的测斜仪器，具有使用方便、准确、可靠性高等忧点，是较好的油田钻井测斜仪器设备之一。该测斜仪的技术参数如下：
（1）测量精度见表1 ; （2）工作温度范围：+ 6〜105°C ； （3）预热时间：30min: 3.1测斜仪的结构 测斜仪主要由探管、接口电源箱、计算机、打印机、连接电缆等组成（见图2)。另外，抗压筒、引鞋组件、加长杆等机械部件也是测斜仪下井不可缺少的重要组成之一。 探管是测斜仪的核心部件，由测量头、电子柱和电池筒组成。其中，测星头有引入工具面基准的T形槽头和安装传感器的台体。台体上安装3个加速度计和3个磁通门，可以测堂出重力场和地磁场在探管坐标系上的分量。测斜仪无论处于哪种状态，都可以通过各传感器的测量值计算出井眼参数。 (1)加速度计 加速度计是用来将输人速度变成与之对应的电压（或电流）或脉冲频率的传感器。其中，磁悬浮加速度计抗冲击能力较强、结构简单、精度适中的，在钻井测斜仪上被广泛采用。磁悬浮加速度计由敏感头和伺服电路组成，见图3。 敏感头的结构是在灌满磁性液的圆柱体内放罝圆柱头永久磁铁（磁钢)，在圆柱体的外部绕有2个绕组，圆柱体的两端用端盖密封。磁钢的两端吸附一些磁性液体中的磁性小颗粒，在磁钢两端形成由磁性液体形成的支撺，把磁钢悬浮起来，使磁钢在圆柱体内作轴向自由移动，且摩擦力很小，起到提高灵敏度和保证阻尼参数作用。当圆柱体轴向(称之为加速度计的输入轴)输入加速度时，磁钢受惯性力的作用偏离零位。磁钢的偏移引起2个绕组的电感值变化（一侧变大，另一侧
煤矿井下近水平随钻测量定向钻孔轨迹设计与计算方法 石智军;许超;李泉新 【摘要】On the basis of basic theory of directional drilling and MWD technical characteristic in underground coal mine, design content, computational method and design process of directional borehole trajectory in underground coal mine were studied. By defining the basic parameters of borehole trajectory, building the coordinate system of borehole trajectory design, stipulating representing method of borehole trajectory graph, a method of directional borehole trajec-tory design and calculation, including plane design, section design and check was provided. Practical application proved that the method met the accuracy demands of the directional borehole design and guided drilling.%以定向钻进基础理论为依据，结合煤矿井下近水平随钻测量定向钻进技术特点，研究煤矿井下定向钻孔轨迹设计内容、计算方法及设计流程。通过定义钻孔轨迹基本参数，建立钻孔设计坐标系以及规定钻孔轨迹图形表示方法，形成一套包括钻孔轨迹平面设计、剖面设计及轨迹参数校核等关键环节的钻孔轨迹设计和计算方法。实践证明，该设计和计算方法满足了定向钻孔设计的精度要求，为定向钻孔施工起到了良好的指导作用。【期刊名称】《煤田地质与勘探》 【年(卷),期】2015(000)004 【总页数】5页(P112-116) 【关键词】煤矿井下;近水平定向钻孔;轨迹设计;轨迹计算
井眼轨迹防碰计算模型研究 摘要：井眼防碰是实现安全快速钻进的前提，精确的防碰扫描是避免井眼相碰的基础。本文结合现场实际总结了3D最近距离扫描、法面扫描、水平面扫描的优缺点及适用性，建立了各扫描方式的数学模型，并根据各模型特点给出了模型求解方法，有助于加深现场技术人员对防碰扫描的理解，为现场工作提供帮助。 关键词：3D最近距离法面扫描水平面扫描适用性 1.研究目的意义 随着油田勘探程度的提高，很多老油田进入加密井开发阶段，加密井的不断增多，使井距越来越小，因此导致井眼相碰的事件时有发生。在钻井作业过程中，引起井眼碰撞的原因多种多样,但无论是因哪一种原因导致的井眼相碰，都会带来巨额的经济损失，其主要表现有：需要投资对破损的生产井套管进行修补；正常钻井作业中断，恢复生产需要注水泥封固下部井眼，由此导致进尺的报废以及作业时间的增加；钻井液漏失，造成生产成本增加；若被碰井为生产井，则会影响油井产量甚至导致油井报废。 虽然防碰问题已引起足够的重视，但仍常发生井眼相碰的事件。因此，在可能存在井眼碰撞井的钻进之前或之中，对各井眼的空间关系及运动趋势做出预测，进而采取相应的应对措施，尽量避免因各种原因导致的两井相碰，具有非常重要的现实意义，而对已有井眼轨迹与待钻井眼轨迹进行防碰扫描则是避免井眼相碰的基础，因此展开这方面的研究意义重大。 2.井眼防碰数学模型 常用确定井眼间距离的防碰扫描方法三种，3D最近距离扫描，法面扫描及水平面扫描，正确的进行防碰扫描可在钻井过程中有效的预防井眼碰撞，是进行科学决策的基础。 2.1 扫描方法种类及特点 1）3D最近距离扫描法 最近距离法能够计算得到给定位置处得实际最近距离，如图1所示。由于这种方法正确反映了两井眼在空间位置的对比关系。因此，这种方法在井眼防碰中应用较多。
井眼轨迹控制技术 (1) 三、海洋定向井直井防斜技术 (12) 四、海洋定向井预斜技术 (14) 上图为某平台表层预斜轨迹与内排井直井段轨迹对比图 (15) 五、造斜段、稳斜段、降斜段轨迹控制 (15) 井眼轨迹控制技术 井眼轨迹控制指：按照设计要求（地质设计、钻井工程设计、定向井设计等），利用定向井工艺、技术，完成定向井、水平井、水平分枝井等轨迹控制的过程。 井眼轨迹控制技术按照定向井的工艺过程，可分为直井段、预斜段、造斜段、增斜段、稳斜段、降斜段和扭方位井段等控制技术。 目前海洋定向井轨迹控制使用的是导向钻具，而在陆地油田有的还是用常规钻具组合（增斜、降斜、稳斜、降斜）实现井眼轨迹的控制。 定向井井眼轨迹控制考虑的因素及工作内容包括： 1.造斜点的选择 (1).选择地层均一，可钻性好的地层 (2).KOP在前一层套管鞋以下50米，套以免损坏套管鞋 (3).初始造斜的准确性非常重要 (4).大于25度的定向井方位易控制 2.造斜率选择 (1).大斜度大位移定向井：2～3度/30米 (2).一般丛式井3 ～5度/30米 (3).造斜率要均匀 3.降斜率 (1).对于“S”井眼，通常降斜率1～2度/30米 (2).如降斜后仍然要钻长的井段，降斜率还要小，以免键槽卡钻 4.预测井眼轨迹要考虑的方面 (1).底部钻具组合的受力分析 (2).地层的因素：岩性、均匀性、走向、倾向、倾角 (3).钻头结构、形状 (4).侧向切削模型和轴向切削模型，确定侧向力
5.钻具组合影响轨迹：底部钻具组合表现不同的效果，是由于不同的钻具有各自的力 学特性，产生钻头侧向力的方向和大小不同。 (1).1#STB和2#STB的距离 (2).（刚度）钻铤内外径、材料 (3).扶正器尺寸 (4).钻头类型和冠部形状 6.井眼方向控制内容： (1).井斜角的控制：增斜、降斜、稳斜； (2).井斜方位角控制：增方位、降方位、稳方位； 7.定向井轨迹控制的主要做法 1)第一阶段：打好垂直井段 (1).垂直井段打不好，将给造斜带来很大的困难。 (2).要求实钻轨迹尽可能接近铅垂线，也就是要求井斜角尽可能小。定向井的 垂直井段可以按照打直井的方法进行轨迹控制，而且比打直井要求更高， 因为定向井垂直井段的施工质量是以后轨迹控制的基础。 2)第二阶段：把好定向造斜关 (1).这是增斜井段的一部分，但它是从垂直井段开始增斜的。由于垂直井段 井斜角等于零，所以称为“造斜”；由于垂直井段没有井斜方位角，所以 开始造斜时需要“定向”。如果定向造斜段的方位有偏差，则会给以后的 轨迹控制造成巨大困难。所以，定向造斜是关键，一定要把好这一关。 (2).现代的定向造斜，除套管开窗侧钻还使用变向器外，几乎全使用动力钻 具造斜工具。造斜井段的长度，一般是以井斜角达到可以使用转盘钻的 扶正器钻具组合继续增斜为准。这个井斜角大约为8°至10°。 3)第三阶段：跟踪控制到靶点 从造斜段结束，至钻完全井，都属于跟踪控制阶段。人们常说的轨迹控制实际多指这一阶段。 跟踪控制井眼轨迹的主要内容： (1).适时进行轨迹测量和轨迹计算： (2).防碰扫描计算及防碰趋势预测 (3).精心选择、使用造斜工具和下部钻具组合： 一、直井段轨迹控制技术 按照设计轨道的不同,井可以分为两大类:直井和定向井。对于直井来说，设计轨道都是一条铅垂线，不需要进行特殊的设计。直井的轨迹控制，就是要防止实钻轨迹偏离设计的铅垂直线。在工程术语中，人们常常把直井的轨迹控制称作直井防斜技术。 对定向井轨迹控制来说，直井段的防斜打直非常重要。钻井实践表明，井斜的原因是多方面的，如地质条件、钻具结构、钻井操作技术措施等。归纳起来,造成井斜的原因主要有
定向井施工中常用计算方法 一、定向井剖面专业术语 1、井深：井眼轴线上任一点，到井口的井眼长度，称为该点的井深，也称该点的测量井深或斜深。 2、垂深：井眼轴线上任一点，到井口所在水平面的距离。 3、水平位移：井眼轨迹上任一点，与井口铅垂线的距离。也称该点的闭合距。 4、井斜角：井眼轴线上任一点的井眼方向，与通过该点的重力线之间的夹角。 5、最大井斜角：全井井斜角的最大值。 6、方位角：在以井眼轨迹上任一点为原点的平面坐标系中，以通过该点的正北方向为始边，按顺时针方向旋转至该点处井眼方向线在水平面上的投影线为终边，其所转过的角度称为该点的方位角。 7、造斜点：在定向井中，开始定向造斜的位置叫造斜点。通常以开始定向造斜的井深来表示。 8、井斜变化率：单位井段内井斜角的变化值。通常以两测点间井斜角的变化量与两测点间的井段的长度的比值表示。 9、方位变化率：单位井段内方位角的变化值。通常以两测点间方位角的变化量与两测点间的井段的长度的比值表示。 10、造斜率：表示造斜工具的造斜能力。 11、全角变化率：在单位井段内井眼前进的方向在三维空间内的角度变化。 12、增斜段：井斜角随井深增加的井段。 13、稳斜段：井斜角保持不变的井段。 14、降斜段：井斜角随井深增加而逐渐减小的井段。 15、目标点：设计规定的必须钻达的地层位置。通常以地面井口为坐标原点的空间坐标系的坐标来表示。 16、靶区半径：允许实钻井眼轨迹偏离设计目标点的水平距离。 17、靶心距：在靶区平面上，实钻井眼轴线与目标点之间的距离。 18、工具面：在造斜钻具组合中，由弯曲工具的两个轴线所决定的那个平面。 19、反扭角：使用井底马达带弯接头进行定向造斜或扭方位时，动力钻具启动前的工具面与启动后且加压钻进时工具面之间的夹角。反扭角总是工具面逆时针转动。 20、高边：定向井的井底是一个呈倾斜状态的圆平面，称为井底圆。井底圆上的最高点称为高边。从井底圆心至高边之间的连线所指的方向，称为井底高边方向。高边方向上的水平投影称为高边方位，即井底方位。 21、工具面角：是表示造斜工具下到井底后，工具面所在的位置参数。有两种表示方法：一种是以高边为基准，一种是以磁北为基准。高边基准工具面，简称高边工具面，是指高边方向线为始边，顺时针转到工具面与井底圆平面的交线上所转过的角度。磁北
《钻井与完井工程》教学大纲 《钻井与完井工程》课建小组 1. 课程性质、目的和任务 《钻井与完井工程》是为石油工程专业本科生讲授的一门专业课程，是一门实践性非常强的学科，也是本科石油工程专业学生必修的一门重要专业课程。《钻井与完井工程》课程教学的目的就是为了培养高素质的从事石油钻井与完井工作，并具有丰富专业技能的石油工程技术人员或科研人员，造就一批合格的从事石油勘探和开发工作的从业者。 本课程总学时为70学时，其中教学64学时，实验6学时。 2．教学内容与要求 第一章绪论 一、本章教学要求 1）通过了解钻井与完井工程的定义及其在石油工业中的地位，明确学习本门功课的重要性； 2）过了解钻井与完井工程的主要内容及其衔接关系，建立钻井与完井工程的整体与系统的概念以及各个环节相互之间的关联关系（重点）； 3）解钻井与完井工程技术的发展过程。 二、教学内容 第一节、钻井与完井工程及其在石油工业中的地位 （一）、石油、天然气在国民经济中的地位 （二）、石油天然气勘探、开发、生产的主要环节
（三）、钻井与完井工程在石油工业中的作用和地位（勘探、开发、提高采 收率） 第二节、钻井与完井工程的内容 （一）、一口井的钻井流程：钻前工程、钻井工程、完井工程 （二）、钻井工程设计：地质设计、工程设计 （三）、钻井工程设计所包含的内容：井身结构设计、钻机性能、钻井液设计、钻头设计、水力参数和钻井参数设计、钻具组合设计、固井完井设计（四）、钻井过程：旋转钻井系统简介、固井过程、完井方法简介 （五）、井史整理 第三节、钻井与完井工程技术的发展 （一）、深井复杂井钻井技术 （二）、特殊工艺井钻井技术（定向井、丛式井、水平井、大位移井、分枝井）（三）、欠平衡钻井技术 （四）、连续油管钻井技术 （五）、保护油气层的钻井完井技术 （六）、小井眼钻井技术 三、重点、难点 钻井新技术。 第二章井身结构设计 一、本章基本要求 要求掌握地层压力预测的基本原理、方法和井身结构设计的主要内容（设计步骤及相关计算方法）。了解异常压力形成的环境条件，了解生产套管尺寸设计内容及影响因素。 二、教学内容 第一节地层孔隙压力预测方法 （一）、几个基本概念 （二）、异常压力形成原因 （三）、地层孔隙压力预测方法（掌握dc指数法，了解声波时差、地震法）第二节地层破裂压力预测方法 （一）、破裂压力定义、地应力、构造应力系数
井眼轨迹计算方法(一) 井眼轨迹计算 概述 井眼轨迹计算是石油勘探和钻井工程领域中的重要技术之一。它用于确定钻井孔的几何形状，以及记录井眼的位置和方向。本文将介绍井眼轨迹计算的各种方法。 传统方法 传统的井眼轨迹计算方法主要包括： 1.平面梯形法：将井眼轨迹划分为一系列的小梯形，通过计算每个 小梯形的底边和两侧斜边的长度，进而计算出井眼的轨迹。 2.立体三角法：将井眼轨迹划分为一系列的小三角形，通过计算每 个小三角形的三条边的长度和夹角，进而计算出井眼的轨迹。3.公式推导法：通过对井眼轨迹的方程进行推导和求解，得到井眼 的位置和方向。这种方法通常需要复杂的计算和数学推理。 传统方法的优点是可靠且易于理解，但缺点是计算量较大且需要繁琐的手工操作。为了提高计算效率和精度，近年来出现了一些新的方法。
数值模拟方法 数值模拟方法利用计算机对井眼轨迹进行模拟和计算。常见的数值模拟方法包括： 1.有限差分法：将井眼轨迹划分为一系列的井段，在每个井段上进 行有限差分的计算，以得到井段的位置和方向。这种方法可以实现高精度的计算，但需要较高的计算资源。 2.有限元法：将井眼轨迹的计算问题转化为一个边值问题，通过对 问题的离散和求解，得到井眼的位置和方向。有限元法可以适应各种复杂的井眼形状，但需要较长的计算时间。 3.其他方法：还有一些其他的数值模拟方法，如边界元法、神经网 络等，它们采用不同的物理模型和计算算法，以求得更加准确和高效的井眼轨迹计算结果。 数值模拟方法的优点是计算速度快且精度高，但需要具备一定的计算机编程和数值计算的知识。 发展趋势 随着计算机技术的发展和计算资源的提升，井眼轨迹计算方法也在不断演进。未来，我们可以期待以下的发展趋势： 1.算法优化：通过算法的优化和改进，提高计算速度和精度，降低 计算资源的要求。
井眼轨迹计算方法 井眼轨迹计算是石油勘探和钻井过程中的重要工作之一，主要用于确定油井的位置和方向，以指导钻井方案和地层钻井工程的设计。在油井钻进过程中，通过不断记录测量井深、井斜和方位角等参数，可以得到井眼轨迹数据，进而计算得到井眼的轨迹。本篇文章将介绍井眼轨迹计算的一般方法和步骤。 1. 数据导入：首先需要将测井数据导入计算软件中进行处理。通常测量井眼轨迹数据以文本文件或Excel文件的形式存储，可以通过软件进行读取和导入。导入后，可以对数据进行预处理，如去除异常数据、进行缺失值填补等。 2.数据处理：对导入的井眼轨迹数据进行处理，主要包括数据清洗和数据校正两个过程。数据清洗是指去除异常值和不合理值，确保计算结果的准确性。数据校正是指根据实际测量情况对数据进行修正和校正，以提高计算结果的可靠性。 3.参数计算：根据已经导入和处理好的井眼轨迹数据，计算井眼的位置和方向等参数。参数计算的主要方法有勾股定理法、余弦定理法和矩阵法等。勾股定理法是根据井斜角和方位角计算水平位移和垂直位移，进而计算垂直深度和水平投影深度。余弦定理法是根据井斜角和方位角计算井斜深度和水平投影深度，从而得到井眼的位置和方向。矩阵法是将井斜角和方位角表示为矩阵形式，通过矩阵运算求解得到井眼轨迹数据。 4. 数据输出：将计算得到的井眼轨迹数据输出为文本文件或Excel 文件，以便后续使用和分析。输出的数据包括井深、井斜角、方位角、水平位移、垂直位移等参数。
总结起来，井眼轨迹计算是一项复杂的工作，需要进行数据处理和参数计算等多个步骤。不同的计算方法和软件可以根据实际情况选择使用，但是无论采用何种方法，计算过程中都需要注意数据的准确性和计算结果的可靠性，以确保钻井过程的顺利进行和钻探工程的成功完成。
井眼轨迹计算方法 井眼轨迹是指油井在地下的钻井过程中所形成的路径。钻井工程师需 要准确地预测井眼轨迹，以确保钻井操作的安全和高效性。在钻井过程中，井眼轨迹计算方法可以通过多种方式实现，下面将介绍其中的几种常用方法。 1.理论计算方法： 理论计算方法是基于地质规律和物理原理，通过数学模型进行预测计 算的方法。这种方法需要准确了解井眼的初始位置、地质结构和钻探参数 等信息，并将其作为输入，通过逐步迭代的计算过程来预测井眼轨迹。 在理论计算方法中，最常用的是连续方位距离法和连续方位角法。 -连续方位距离法（TVD法）：该方法使用三角函数计算相邻测深点 的位置，即通过垂直深度（TVD）和距井口的水平距离（MD）来确定下一 点的坐标。这种方法适用于计算井眼轨迹中的直线段。 -连续方位角法（HD法）：该方法使用平面几何原理，通过已知点的 坐标和测深点之间的连续方位角来计算井眼轨迹。这种方法适用于井眼中 存在弯曲或曲线段的情况。 2.统计计算方法： 统计计算方法是基于实际测量数据进行分析和计算的方法。在钻井过 程中，工程师可以通过现场测量仪器来获取井眼轨迹中的各种参数数据， 如倾角、方位角、测深等，然后利用这些数据进行统计和分析，从而预测 井眼轨迹。
统计计算方法通常涉及到数据的处理和模型的拟合。常见的统计计算方法有线性回归、非线性回归、多元分析等。 3.数值模拟方法： 数值模拟方法是通过计算机模拟真实井眼轨迹的方法。这种方法基于钻井过程中涉及的物理方程和流体力学原理，将区域内各种参数设定为初始条件和边界条件，然后使用数值计算方法求解这些方程，从而得到井眼轨迹。 数值模拟方法可以提供较为准确和全面的井眼轨迹预测结果，但也需要针对具体情况建立适当的数学模型，并进行合理的假设和参数设定。 总结来说，井眼轨迹计算方法可以使用理论计算方法、统计计算方法和数值模拟方法等多种方式。不同的方法适用于不同的场景和需求，工程师可以根据具体情况选择合适的方法进行井眼轨迹的预测计算。
一井定向内业平差计算方法讨论 以一井定向内业平差计算方法讨论为标题，本文将探讨一井定向内业平差计算的方法和过程。 一井定向内业平差计算是指在井眼轨迹测量中，通过对测量数据进行处理和分析，确定井眼轨迹的平差结果。在石油勘探和生产过程中，定向井是非常重要的工具，通过定向井可以准确地控制钻井方向和位置，从而实现油气的开采。而一井定向内业平差计算则是确定定向井轨迹的关键步骤。 一井定向内业平差计算的方法主要包括以下几个步骤： 1. 数据准备：首先，需要收集和整理与定向井测量相关的数据，包括测量仪器的校准数据、测量点的坐标数据、方位角和倾角测量数据等。确保数据的准确性和完整性对于后续的计算结果至关重要。 2. 数据处理：在收集到数据后，需要对数据进行预处理。首先，需要对测量仪器的校准数据进行处理，消除仪器误差。然后，对测量点的坐标数据进行清理和筛选，去除异常值和重复数据。最后，对方位角和倾角测量数据进行处理，根据测量方法和仪器特性进行校正和修正。 3. 轨迹计算：在数据处理完成后，可以开始进行井眼轨迹的计算。一般情况下，使用三角测量法或坐标法进行计算。三角测量法是通
过已知点和测量点的方位角和倾角，利用三角函数计算出测量点的坐标。坐标法是通过已知点和测量点的坐标，利用平差原理计算出测量点的坐标。根据具体情况选择合适的计算方法。 4. 平差处理：计算出井眼轨迹后，需要进行平差处理，以提高测量结果的精度和可靠性。平差处理主要是通过最小二乘法进行计算，根据观测值的误差和权重，对测量结果进行修正和调整，使得平差结果更加符合实际情况。 5. 结果评估：最后，对平差结果进行评估和分析。评估主要包括计算精度、测量精度和可靠性等方面的评估。根据评估结果，可以对定向井的测量数据进行优化和改进，提高测量精度和可靠性。 一井定向内业平差计算是确定定向井轨迹的重要步骤。通过对测量数据的处理和分析，可以得到准确的井眼轨迹结果。在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的计算方法和处理步骤，以提高测量结果的精度和可靠性。同时，对于定向井测量数据的准确性和完整性也需要高度重视，以确保计算结果的准确性和可靠性。
定向井井眼轨迹控制及造斜井段施工技术探究 定向井钻井工艺是指按照预先设计的钻井轨迹，通过钻井仪器与经验控制，使钻头按预先设计的特定方向进行钻头的一种工艺。定向井钻井工艺技术是当今油气勘探开发最先进的钻井技术之一，能够明显降低钻井成本，具有显著的经济效益，其中定向井主要有井眼轨迹控制设计、保持井眼稳定、保护油气层、与安全施工五大任务. 标签：定向井；钻井工艺；井眼轨迹；造斜段施工 定向井施工本身是—个较为复杂的多学科的系统工程，随着近些年钻井工艺得到突飞猛进的发展，定向井施工从起初只是简单的定向井发展，再到现今的大位移水平井、多分支井，定向井施工技术已被越来越多的运用在油气钻井工程中。 1 定向井概述 定向井适用于各种复杂的环境，如钻井目标工区存在着高山湖泊，水面、建筑物等影响地面之间钻井的条件；其次是在常规钻井的直井钻井过程中，遇到了坚硬的难以穿越的特殊地质条件的岩层；第三是在遭遇了卡钻，掉钻头等井下作业事故时，一直无法解决，而甲方要求很紧，可以使用定向井技术；最后是某些特殊类型的油气藏勘探开发需要也可以应用定向井技术。 2定向井井眼轨迹控制 2.1 基本概念 井眼轨迹控制技术是定向井全井施工中的技术关键。它是一项使实钻井眼沿着预先设计的轴线钻达目标靶区的综合性技术。它是通过不断地控制井眼的前进方向，井眼方向由井眼的井斜角和井斜方位角来表示的，它要求在实钻过程中，设法使实钻的井眼轨迹尽可能符合设计的井眼轨道。 2.2 轨迹控制的几条原则 井眼轨道控制主要遵循以下四个方面的原则第一是既要在保证中靶的前提下，又要加快钻进效率，如果频繁地更换钻具和测斜将增加钻井成本和导致井下出现复杂情况；其次是尽可能多地使用转盘钻的扶正器钻具组合来进行控制；第三是尽可能要符合钻井工区实际的地质条件，充分利用地层的自然规律，从而减少利用工具进行控制的时间，因为地层因素导致钻头的不对称切削，或引起井斜方位的变化。 2.3 轨迹控制的主要内容
井眼轨迹精准定位技术探讨 就目前而言，石油钻井井眼轨迹定位中，采用的多是以网格北作为指北基准，于靶点以及井口范围内，将参考的椭球面近似看做水平面，明确定位靶点相对于井口的具体位置。但是这种方法在实际应用中，并没有将测点位置磁偏角随时间空间的变化情况考虑在内，导致定位结果存在较大误差。本文就井眼轨迹精准定位技术进行了分析和探讨，希望能够保证井眼轨迹定位的精确性及可靠性。 标签：井眼轨迹;精准定位;技术 前言：在石油钻井中，井眼轨迹定位非常关键，为了能够满足作业需求，一般都会将井口作为原点，构建空间直角坐标系，沿正东、正北以及垂直方向设置三个坐标轴，形成相应的井口坐标系。井眼轨迹的监测及控制要求技术人员必须能够随时对井眼轨迹各个测点的空间位置进行明确，想要保证定位的准确性，需要就现有的定位技术进行更新和优化。 1 地球椭球定位技术 地球椭球是一个经过适当选择的旋转椭球，属于椭圆绕自身短轴旋转后得到的几何体。 地球椭球定位是对地球椭球中心位置的确定，在实践中可以分为两种，一种是地心定位，要求在全球范围内，椭球面能够与大地水准面存在最佳吻合，椭球中心与地球质心一致;另一种是局部定位，要求在一定范围内，椭球面与大地水准面存在最佳吻合，不过对于椭球的中心位置并没有特殊要求。地球椭球定向同样非常关键，主要是对地球椭球旋转轴的方向进行明确，而无论是地心定位还是局部定位，都必须能够同时满足两个条件，第一，橢球短轴与地球自转轴平行，第二，大地起始子午面与天文起始子午面平行。 固定在地球上，随地球自转运动的坐标系被称为地固坐标系，将旋转椭球作为参考体，能够对地球上物体的位置以及运动轨迹等进行研究。在忽略潮汐运动和板块运动的情况下，地面上存在的所有点的位置在地固坐标系中时固定不变的，能够对地球表面点的空间位置进行描述。依照坐标系原点位置的差异性，地固坐标系又可以分为两种，一是参心坐标系，将椭球面作为参考面，坐标系的原点位于参考椭球的中心;二是地心坐标系，其参考面是总地球椭球，坐标系原点为地球质心。两种坐标系在实际应用中可以表现为空间直角坐标系和大地坐标系。 2 设计井眼轨道定位 在对井眼轨道进行设计的过程中，需要先确定好靶点相对于井口的具体位置，换言之就是靶点坐标在井口坐标系中的具体位置。现行方法中，通常都是将大地基准面看做近似的水平面，基于地图投影坐标进行定位，但是这种方法存在
第三章 中子测井 概述 中子测井利用中子与地层物质相互作用的各种效应，测量地层特性的测井方法的总称。 根据中子测井仪器记录的对象不同可以分为： ⎪⎪⎩⎪⎪ ⎨ ⎧—伽马能谱测井 —中子—伽马测井—中子—超热中子测井—中子—热中子测井—中子 按仪器结构特征的不同，可以分为普通中子测井，贴井壁中子测井，补偿中子测井等。 从中子源发出的高能中子与地层物质的原子核发生各种作用，其结果是高能中子逐步减弱为超热中子和热中子，或被原子核吸收，发生核反应。中子与物质相互作用的类型有：非弹性散射；弹性散射；核俘获引起的核反应等。 探测仪器记录的低能中子的数量或原子核俘获中子发出的伽马射线的强度与地层对中子的减速能力和吸收特性有关。中子测井正是利用了这些特性对地层进行探测的。 1）中子测井测量地层孔隙度的原理 氢核与中子的质量几乎相等，是最强的减速物质。因此，中子测井的结果将反映地层的含氢量。在油层或水层中，储集空间中被含氢核的油或水充填，这样储集体中含氢量的多少反映岩石孔隙度的大小。因此，中子测井是一种孔隙度测井方法。 2）油层和气层对中子的减速能力的差异非常明显，因此中子测井也是一种指示油气层的测井方法。 3）氯是地层中重要的中子吸收物质，氯是大多数地层水的主要离子成分，可见中子测井对于划分油水层也有重要作用。 4）中子与地层中的原子核发生非弹性散射，使原子核处于激发态，在退激时发出伽马射线。这些伽马射线的能量，反映靶原子核的能级结构。因不同的原子核其能级结构是不同的，因此发出的伽马射线的能量也是不同的。我们把这种不同原子核发生的伽马射线称为特征伽马射线。测量地层发射的伽马射线的能谱，就可以分析地层中元素的成分。 例如：碳核的特征伽马射线为 Mev Er 43.4= 氧核的特征伽马射线为 Mev Er 13.6= 对于给定的中子源，中子与地层中的碳核和氧核发生非弹性散射次数的多少，取决于地层中相应核素的多少，取决于地层中相应的核素的丰度。即特征伽马射线的强度取决于地层中碳核、氧核的数目。显然，油层与水层单位体积中的碳核和氧核的数目是不同的。 我们通过探测 c r E ,与 o r E ,的强度比，就可以定性判断地层是水层还是油层。这是碳氧比测井的原理。 §1中子测井基本原理 普通中子测井是利用地层中氢核对快中子的减速能力测量地层的含氢指数，进而确定地层孔隙度的测井方法。 一、地层的含氢指数 自然界中，对中子减速能力最强的核素是氢核，岩石中的氢核的多少就决定了地层对中子的主要减速能力。为了度量地层对中子的减速能力，引入几个概念。 1．含氢量，含氢指数 ①含氢量：单位体积中氢核的数目。
第一节定向井井身参数和测斜计算 方位线-一．定向井的剖面类型及其应用 定向钻井就是“使井眼按预定方向偏斜，钻达地下预定目标的一门科学技术”。定向钻井的应用范围很广，可归纳如图9－l所示。 定向井的剖面类型共有十多种，但是，大多数常规定向井的剖面是三种基本剖面类型，见图9－2，称为“J”型、“S”型和连续增斜型。按井斜角的大小范围定向井又可分为： 常规定向井井斜角＜55° 大斜度井井斜角55～85° 水平井井斜角＞85°（有水平延伸段） 方位线-二．定向井井身参数 实际钻井的定向井井眼轴线是一条空间曲线。钻进一定的井段后，要进行测斜，被测的点叫测点。两个测点之间的距离称为测段长度。每个测点的基本参数有三项：井斜角、方位角和井深，这三项称为井身基本参数，也叫井身三要素。 1．测量井深：指井口至测点间的井眼实际长度。 2．井斜角：测点处的井眼方向线与重力线之间的夹角。 3．方位角：以正北方向线为始边，顺时针旋转至方位线所转过的角度，该方向线是指在水平面上，方位角可在0—360°之间变化。 目前，广泛使用的各种磁力测斜仪测得的方位值是以地球磁北方位线为准的，称为磁方位角。磁北方向线与正北方向线之间有一个夹角，称磁偏角，磁偏角有东、西之分，称为东或西磁偏角，真方位的计算式如下： 真方位＝磁方位角十东磁偏角 或真方位＝磁方位角一西磁偏角 公式可概括为“东加西减”四个字。 方位角也有以象限表示的，以南（S）北（N）方向向东（E）西（W）方向的偏斜表示，如 N10°E，S20°W。在进行磁方位校正时，必须注意磁偏角在各个象限里是“加上”还是“减去”，如图9－3所示。 4．造斜点：从垂直井段开始倾斜的起点。 5．垂直井深：通过井眼轨迹上某点的水平面到井口的距离。 6．闭合距和闭合方位 （l）闭合距：指水平投影面上测点到井口的距离，通常指靶点或井底的位移，而其他测点的闭合距离可称为水平位移。 （2）闭合方位：指水平投影响图上，从正北方向顺时针转至测点与井口连线之间的夹角。
1.井眼轨迹的基本概念1.1定向井的定义 定向井是按预先设计的井斜角、方位角及井眼轴线形状进行钻进的井。(井斜控制是使井眼按规定的井斜、狗腿严重度、水平位移等限制条件的钻井过程)。 1.2井眼轨迹的基本参数 所谓井眼轨迹，实指井眼轴线。 测斜：一口实钻井的井眼轴线乃是一条空间曲线。为了进行轨迹控制，就要了解这条空间曲线的形状，就要进行轨迹测量，这就是“测斜 测点与测段：目前常用的测斜方法并不是连续测斜，而是每隔一定长度的井段测一个点。这些井段被称为“测段”，这些点被称为“测点 基本参数：测斜仪器在每个点上测得的参数有三个，即井深、井斜角和井斜方位角。这三个参数就是轨迹的基本参数。 井深：指井口(通常以转盘面为基准)至测点的井眼长度，也有人称之为斜深，国外称为测量井深(Measure Depth)0井深是以钻柱或电缆的长度来量测。井深既是测点的基本参数之一，又是表明测点位置的标志。 井深常以字母L表示，单位为米(m)。井深的增量称为井段，以小L表示。二测点之间的井段长度称为段长。一个测段的两个测点中，井深小的称为上测点，井深大的称为下测点。井深的增量总是下测点井深减去上测点井深。 井斜角：井眼轴线上每一点都有自己的井眼前进方向。过井眼轴线上的某点作井眼轴线的切线，该切线向井眼前进方向延伸的部分称为井眼方向线。井眼方向线与重力线之间的夹角就是井斜角。 井斜角常以希腊字母Q表示，单位为度(° )o 一个测段内井斜角的增量总是下测点井斜角减去上测点井斜角，以表示。 井斜方位角：井眼轴线上每一点，都有其井眼方位线；称为井眼方位线，或井斜方位线。井眼轴线上某点处的井眼方向线投影到水平面上，即为该点的井眼方位线(井斜方位线)以正北方位线为始边，顺时针方向旋转到井眼方位线(井斜方位线)上所转过的角度, 即井眼方位角。井斜方位角常以字母。表示，单位为度(° )。井斜方位角的增量是下测点的井斜方位角减去上测点的井斜方位角，以△()表示。井斜方位角的值可以在0〜360°范围内变化。 min(Z| +2Ra/k + L BC) = min L Qmm JZ\〈D’max Dbmin - ^2 - Rmax
定向井施工中常用计算方法 钻井一公司赵相泽编 内部资料..讲课用,错误难免,请误外传 一.定向井剖面专业术语 1.井深：井眼轴线上任一点,到井口地井眼长度,称为该点地井深,也称该点地测量井深或斜深. 2.垂深：井眼轴线上任一点,到井口所在水平面地距离. 3.水平位移：井眼轨迹上任一点,与井口铅垂线地距离.也称该点地闭合距. 4.井斜角：井眼轴线上任一点地井眼方向,与通过该点地重力线之间地夹角. 5.最大井斜角：全井井斜角地最大值. 6.方位角：在以井眼轨迹上任一点为原点地平面坐标系中,以通过该点地正北方向为始边,按顺时针方向旋转至该点处井眼方向线在水平面上地投影线为终边,其所转过地角度称为该点地方位角. 7.造斜率：在定向井中,开始定向造斜地位置叫造斜点.通常以开始定向造斜地井深来表示. 8.井斜变化率：单位井段内井斜角地变化值.通常以两测点间井斜角地变化量与两测点间地井段地长度地比值表示. 9.方位变化率：单位井段内方位角地变化值.通常以两测点间方位角地变化量与两测点间地井段地长度地比值表示. 10.造斜率：表示造斜工具地造斜能力. 11.全角变化率：在单位井段内井眼前进地方向在三维空间内地角度变化. 12.增斜率：井斜角随井深增加地井段. 13.稳斜段：井斜角保持不变地井段. 14.降斜段：井斜角随井深增加而逐渐减小地井段. 15.目标点：设计规定地必须钻达地地层位置.通常以地面井口为坐标原点地空间坐标系地坐标来表示. 16.靶区半径：允许实钻井眼轨迹偏离设计目标点地水平距离. 17.靶心距：在靶区平面上,实钻井眼轴线与目标点之间地距离. 18.工具面：在造斜钻具组合中,由弯曲工具地两个轴线所决定地那个平面. 19.反扭角：使用井底马达带弯接头进行定向造斜或扭方位时,动力钻具启动前地工具面与启动后且加压钻进时工具面之间地夹角.反扭角总是工具面逆时针转动. 20.高边：定向井地井底是一个呈倾斜状态地圆平面,称为井底圆.井底圆上地最高点称为高边.从井底圆心至高边之间地连线所指地方向,称为井底高边方向.高边方向上地水平投影称为高边方位,即井底方位. 21.工具面角：是表示造斜工具下到井底后,工具面所在地位置参数.有两种表示方法：一种是以高边为基准,一种是以磁北为基准.高边基准工具面,简称高边工具面,是指高边方向线为始边,顺时针转到工具面与井底圆平面地交线上所转过地角度.磁北基准工具面等于高边工具面角加上井底方位角.