3-煤矿井下定向钻孔轨迹设计解析

21我国的油气资源在不断的勘探开发过程中，生产开采条件日益恶化，在这种情况下断层遮挡、复杂地层油田区块的勘探开发受到了高度重视，在针对上述油田区在进行开发的过程中定向井钻井技术得到了广泛应用，使得油田开采效率得到全面提升，钻井成本也得到有效控制。

一、定向井直井段轨迹控制技术分析在定向井钻井施工过程中井眼轨迹剖面设计是非常关键的一个环节，只有针对井眼轨迹进行不断完善优化才能充分保障井眼轨迹设计的科学性和合理性，从而实现定向井钻井施工目标。

具体针对定向井井眼轨迹剖面进行优化设计的时候必须要坚持以下一些原则。

优化设计要以实现定向井钻井地质目标为基本出发点，在定向井钻井施工过程中涉及到了穿越多个油层提升勘探效果、避开断层开采剩余油储层、实现在目的层中大范围延伸井眼轨迹增加油藏裸露面积等一些地质目标[1]，与此同时，在钻井施工过程中一旦发生安全事故会对油井正常开采产生严重影响，充分利用定向井钻井技术可以针对目的性进行侧钻来达到勘探开发目标，而如果在实际开发过程中由于地面存在障碍物而导致正常钻井施工无法正常进行，也可以充分利用定向井来实现勘探开采，为了能够最大程度节约钻井施工成本，可以充分利用丛式定向井钻井平台进行钻井施工，这样就能够最大程度减小平台占地面积；在进行造斜点设计的过程中要保证其尽量避开容易出现坍塌、缩径、漏失等事故的地层，而且要将井斜角严格的控制在15~45°之间，如果井斜角设置过大会进一步增加钻井施工难度，甚至会引发钻井安全事故，而如果井斜角设置过小，又会导致在实际断裂使用过程中钻井方位出现不稳定现象。

2.定向井钻井轨道设计在当前在油田钻井施工过程中定向井可以按照施工目的以及具体用途的不同进一步划分为常规定向井、丛式井以及大位移井等几种类型，通常情况下常规定向井水平位移不会超过1km，而且垂直深度处在3km以内；丛式井在实际应用过程中能够最大程度减小井场面积；大位移井通常情况下采取的都是悬链曲线轨道，井眼轨迹在设计过程中主要采取的是高稳斜看一下角和低造斜率。

刍议煤矿井下定向钻孔施工工艺1、定向钻孔施工的工艺原理煤矿井下定向钻进是采用水力排渣、随钻测量的一种钻孔施工工艺，是利用泥浆泵将静压水通过加压后，通过钻杆内侧供水通道送达孔底，驱动孔底螺杆马达旋转，为钻头旋转切削煤岩提供动力，水沿着钻杆与孔壁之间的间隙排除孔内钻屑。

施工过程中通过随钻测量系统实时测出孔底钻具空间姿态参数（倾角、方位角、工具面向角等），操作人员通过对比施工参数与设计参数，调整孔底钻具工具面向角，进行下一次钻进，依次按照此步骤施工直至实际钻孔轨迹沿着设计轨迹钻进至终孔。

2、定向钻孔的设计定向钻孔施工前必须预先设计好钻孔轨迹，定向钻孔轨迹的设计应考虑到以下因素：钻孔的类型，施工钻孔的个数及预计孔深、钻孔分支孔的数量、孔深及分支位置等，轨迹设计前，尽可能多的收集到能准确反映钻孔布孔平面和空间区域的地质测量资料（包括煤层顶底板等高线图、综合柱状图，采掘工程平面cad 图、局部探眼或钻孔柱状图等），分析布孔区域煤层瓦斯含量及压力、煤层顶底板岩性变化及煤厚变化情况。

下面以顶板瓦斯抽放钻孔设计为例说明如何进行定向钻孔轨迹设计：2.1钻孔方位角设计。

设计钻孔方位角时，必须先明确工作面顶底板等高线图的真方位角a，然后再确定钻孔施工的主方位角b，顶板瓦斯抽采钻孔距离回风巷平距一般为10～30m，可以设计2～5个定向主孔，开孔间距控制在0.5～1m，再确定分支钻孔的个数及开孔位置，分支钻孔开孔位置均布置在工作面收作线以内，这样可减少无效孔段的施工，钻孔设计孔深在300～600m为宜，主孔方位在进入收作线后保持平行轨道顺槽延伸，主孔方位角确定后，再设计分支孔的方位，使钻孔终孔在平面上等间距分布，平均间距5～7m。

2.2钻孔倾角设计。

倾角的设计应兼顾到两个方面，一是高位钻孔最佳抽采高度，二是岩性情况。

钻孔的终孔垂高应分布在煤层顶板裂隙带内，淮南矿区高位钻孔最佳终孔高度一般控制在煤层顶板垂距15～25m范围内。

定向井钻井轨迹设计与控制技术近年来，中国发展迅速，石油在经济快速发展中的重要作用已经显现。

石油不仅可以提炼汽油和柴油，维持汽车和机器的运转，还可以将天然气作为人们生活和工业的重要燃料。

因此，石油勘探开发逐渐增多，石油钻井技术也得到很大发展。

19世纪中后期，石油钻井中定向井钻井技术的首次正式应用。

在工程建设过程中，井眼轨迹控制技术可视为定向井钻井的关键技术。

直井、斜井和稳定斜井段的井眼轨迹控制技术也不同。

总的来说，随着井眼轨迹控制技术的不断改进和完善，定向井轨迹控制水平有了很大的提高。

定向井；轨迹；控制技术引言在油气开采中，定向钻井技术是一种应用广泛的技术，其开采效率和施工质量直接影响油气开采的整体质量。

它在提高天然气和石油开采效率方面发挥着重要作用。

由于使用的地形复杂多变，决定了定向井建设项目对轨道设计和控制的要求更加严格。

影响整个施工过程的最重要因素是轨迹控制的准确性，轨迹设计和轨迹控制对钻井的整体质量起着至关重要的作用。

在石油钻井工程中，在整个定向井施工过程中，轨迹控制技术对整个工程的整体质量具有重要的现实意义。

1 定向井轨迹设计1.1 设计原则第一，实现地质目标是建设的原则。

定向钻井时，钻井的主要目的是使钻井穿过地层中的多个油层，防止井下复杂，地层易坍塌、易漏，或提取井间难以到达的死油气，或钻应急救援井，或在平台上钻定向井，节省占用空间，达到后期管理的目的。

无论哪种定向井，井眼轨迹设计都要首先考虑地质设计。

对于地质设计，如果不能满足设计要求，就无法设计出完美的钻孔轨迹。

第二，是达到安全、优质、高效钻井的目的。

在定向井轨道的设计中，地质目标有望实现。

因此，要实现这一地质目标，需要各种轨道形式。

选择最有利于现场施工难度、最小摩擦力矩和井眼轨迹控制的轨道形式，才能实现安全、优质、高效的定向钻进。

因此，在设计定向井轨迹和确定偏移点时，需要选择地层稳定、易偏移的层位。

第三，满足后期生产的要求。

第三个原则对于满足后期采油的要求至关重要，尽管这两个原则在定向井轨道设计中更为重要。

煤矿井下近水平定向钻孔轨迹描述与计算方法孙荣军【摘要】摘要:本文在分析地面与井下钻孔轨迹描述习惯不同的基础上,结合煤矿井下定向钻孔施工的特点建立了钻孔轨迹描述体系,提出了描述钻孔轨迹空间位置的主要几何参数的定义和表示方法。

通过分析常用钻孔轨迹坐标计算方法的适用性,提出适合煤矿井下施工特点的最佳计算方法模型,为井下定向钻孔轨迹设计和控制提供了理论依据。

【期刊名称】中国煤层气【年(卷),期】2010(007)004【总页数】5【关键词】关键词:煤矿井下定向钻孔轨迹描述坐标计算1 前言随着煤矿综合机械化采煤技术的发展,煤矿安全生产对井下勘探孔、放水孔、瓦斯抽采孔等施工装备和技术的要求也不断提高,不但要求钻孔施工装备具有较高的钻进效率,同时要能够实现对钻孔轨迹的精确控制[1]。

定向钻进技术以其钻进速度快、定向精度高、“一孔多分支”等优点,已成为高产高效煤矿井下钻孔施工急需的技术手段。

要进行定向钻孔轨迹设计,除根据实际情况建立相应的空间坐标系外,还要搞清楚表征钻孔轨迹空间位置的点、线、面和角之间的关系以及钻孔轨迹的描述方法和计算方法,这些都是进行钻孔轨迹设计和计算的理论基础。

2 钻孔轨迹描述坐标系的建立2.1 地面与井下钻孔轨迹描述体系的不同煤矿井下水平定向钻孔轨迹和地面近水平定向钻孔轨迹一样都是由若干空间直线或曲线组成的,所不同的是地面近水平定向钻孔轨迹都是以地面为参照物建立相应的空间坐标系,而煤矿井下水平定向钻孔则必须以井下钻场为参照物建立空间坐标系。

要进行钻孔轨迹设计,除根据实际情况建立相应的空间坐标系外,还要搞清楚表征钻孔轨迹空间位置的点、线、面和角之间的关系以及钻孔轨迹的描述方法和计算方法,这些都是进行钻孔轨迹设计和计算的理论基础。

地面石油钻井和非开挖导向钻进都有相应的轨迹描述方法体系,而井下随钻测量技术由于尚处于起步阶段,钻孔轨迹描述体系尚不系统。

根据地面与井下钻孔形式和表述习惯不同,其坐标系的建立应有以下不同: (1)参照系不同,地面钻孔一般都以地表平面为参照,而井下习惯以开孔端面为参照;(2)垂直轴(Z)正方向不同,地面一般以垂直向下为正方向,而井下习惯以垂直向上为正方向;(3)井斜描述主参数不同,地面一般以钻孔当前轴线与垂直轴的夹角(即顶角)作为主参数,而井下习惯以钻孔当前轴线与水平轴的夹角 (即倾角)作为主参数; (4)所遵循的坐标系螺旋法则不同,地面一般符合右手螺旋,而井下一般符合左手螺旋,其主要原因是Z轴方向发生了变化。

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。

煤矿井下定向钻孔轨迹计算方法
煤矿井下定向钻孔轨迹的计算主要依赖于方位角和倾角。

方位角是井身相对于参考轴线的平面角度，而倾角则是井身相对于参考轴线的垂直角度。

一般来说，井身轨迹可以通过以下步骤进行计算：
确定起始点和目标点的坐标。

计算起始点和目标点之间的方位角和倾角。

根据方位角和倾角，利用三角函数计算出每一段轨迹的坐标变化。

将每一段轨迹的坐标变化累加，得到整个钻孔轨迹的坐标。

以上步骤可以根据具体的矿井情况和钻孔要求进行适当的调整和优化。

需要注意的是，煤矿井下定向钻孔轨迹的计算涉及到多个因素和变量，因此在实际操作中需要根据具体情况进行综合考虑和分析。

此外，还有一些专业的轨迹计算软件可以用于煤矿井下定向钻孔轨迹的计算，这些软件可以根据输入的参数和条件，自动计算出钻孔轨迹的坐标和参数，提高计算精度和效率。

煤矿井下水平定向钻孔轨迹设计
煤矿井下水平定向钻孔轨迹设计是指将水平定向钻机在煤矿井下的工作过程中，根据实际工作需要，从而确定其运动轨迹。

它由多条定向钻孔轨迹组成，可以满足煤矿井下的不同工作需求。

一般来说，煤矿井下水平定向钻孔轨迹设计包括三个基本步骤：选择合适的钻孔轨迹、计算每一条轨迹的长度和方向、确定钻孔机的运行位置。

1、选择合适的钻孔轨迹：在煤矿井下，由于断层的存在，因此需要选择合理的钻孔轨迹，使得钻孔机能够在安全的情况下，顺利地走出轨迹。

2、计算轨迹的长度和方向：在设计轨迹时，必须根据实际情况，确定钻孔机运行的距离和方向，以保证钻孔机能够顺利完成任务，避免发生意外情况。

3、确定钻孔机的运行位置：钻孔机的运行位置也是非常重要的。

钻孔机在煤矿井下的安全性是关键，因此，必须确定好钻孔机的运行位置，以保证钻孔机的运行安全。

此外，煤矿井下水平定向钻孔轨迹的设计还需要考虑一些特殊的问题，比如：煤矿井下的无人钻孔机在运行时会受到一定的噪声影响，因此还需要对钻孔机的噪声控制进行相应的设计；另外，在煤矿井下的定向钻孔轨迹设计
过程中，也需要考虑井壁支护的问题，以保证定向钻孔机能够安全地顺利完成任务。

综上所述，煤矿井下水平定向钻孔轨迹设计是一项十分复杂的工作，需要结合实际情况，合理设计钻孔轨迹，同时考虑噪声控制和井壁支护等问题，以保证定向钻孔机能够安全、顺利地完成任务。

定向井轨迹设计计算方法探析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)。

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ΔＬ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α表示，单位为度(°)。

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Δα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θ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Δθ表示。

定向井轨道设计及其轨迹控制技术分析【摘要】定向井钻井技术是指按照事先设计好的方位和井斜进行钻进而到达目的储层的钻井方法，它对分布在河流湖泊、沼泽海洋、高山森林、城镇等复杂地形中的油气藏具有很大的优势。

正是定向井适用地形地貌复杂多变的特征决定了定向井的轨道设计和轨道控制的准确性和具有非常重要的意义。

很多专家学者以及油气田现场施工人员都对此进行了大量的研究，得出了很多具有参考价值的理论和成果。

但现有的研究大多倾向于一种具体的计算方法或者特定的油田，缺乏对于定向井井眼轨道设计及井眼轨迹控制的整体性描述和认识。

基于此，笔者在认真研究定向井轨迹控制相关文献的基础上，对定向井的井眼轨道设计以及井眼轨迹控制进行了系统的研究而总结，为相关人员正确认识定向井井眼轨迹控制问题提供指导和参考。

【关键词】定向井轨道设计轨迹控制1 引言钻井是石油天然气开采的重要手段，它具有隐蔽性强、高风险、高投入、高回报等特点。

在不断地石油天然气开发实践中，我国石油天然气开采行业已经形成了一系列的钻井技术，其中定向井钻井技术占有重要的地位。

它是指按照事先设计好的方位和井斜进行钻进而到达目的储层的钻井方法，它对分布在河流湖泊、沼泽海洋、高山森林、城镇等复杂地形中的油气藏具有很大的优势。

正是定向井适用地形地貌复杂多变的特征决定了定向井的轨道设计和轨道控制的准确性和具有非常重要的意义。

在保持井眼稳定、井眼轨迹控制、提高机械钻速、保护油气层以及施工管理等钻定向井的五大任务中井眼轨道设计和轨迹控制直接关系到钻井措施的成败。

由此可见，加强对定向井井眼轨道设计方法和井眼轨迹控制技术的研究具有重要的理论意义和现实意义。

很多专家学者以及油气田现场施工人员都对其进过研究，得出了很多具有参考价值的理论和成果。

刘乃震从定向井井眼轨道的设计方法入手对定向井井眼轨道设计方法的优化问题进行了研究，得出了能够降低成本、提高钻速、促使油气开发安全生产的优化方法[1]；魏微、范海洲等人通过分析西峰油田定向井轨迹控制现场实施情况，提出了直井防斜技术、钻具组合技术以及防碰绕障技术等有利于定向井轨迹控制的技术，并指出了单弯复合钻具组合有利于调整井斜和方位、稳定器钻具组合会对钻井参数、地层因素、钻具尺寸造成影响等现场实施经验规律[2]；王清江、毛建华等人认为影响井眼轨迹的因素主要有钻具组合结构、地质特性、钻井工艺参数、井眼轨迹几何形状等。