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定向井及水平井基础知识介绍概述在石油勘探与开发中，为了更有效地获取地下资源，定向井和水平井技术日益被广泛应用。
本文将介绍定向井和水平井的基础知识，包括定义、优势、应用领域和技术特点等内容。
定向井的定义和优势定向井是指在垂直井的基础上，在一定深度范围内以一定倾角钻孔，旨在钻探具有特定目标的井筒。
与传统垂直井相比，定向井有以下优势： - 可钻入地下难以进入的地质层； - 可减少钻井长度，降低成本； - 可提高油井产能； - 可通过改变井眼轨迹实现水平产量。
定向井的应用领域定向井技术在石油勘探与生产中有着广泛的应用，主要包括以下几个领域： 1.增产：通过定向井技术，可达到增加油井产能的目的，提高石油开采效率。
2. 增储：将定向井开入储层可增加有效储集层面积，提高储层有效厚度。
3. 保护环境：通过定向井技术可以减少地表受到的损害，降低对环境的影响。
定向井的技术特点定向井技术具有以下技术特点： 1. 井眼轨迹可以根据地质条件和开采需求调整，灵活性高。
2. 需要精准的测量和导向技术，以确保井眼轨迹的准确性。
3. 钻井难度较大，需要高级的钻井设备和技术支持。
4. 通常需要配合水平井技术，实现更有效的油井开采。
水平井的定义和优势水平井是指在总长度相对较长、倾角相对较小的井筒中的一段呈水平或近水平方向前行的油气井。
与垂直井相比，水平井有以下优势： - 可以在储层中水平方向上穿过多个裂缝或孔隙，提高采收率。
- 可以减缓井底流体速度，减少持液力，降低油井产能。
- 可以有效控制油井生产，避免地层压力过快下降。
水平井的应用领域水平井技术主要应用于以下几个领域： 1. 大垂深气藏开发：通过水平井技术，可以有效提高气藏的采收率。
2. 高含水期油田的开发：水平井技术有助于提高油田的开发效率。
3. 多重边际储层的解决：适用于有多层油气藏交错分布的地质构造。
水平井的技术特点水平井技术具有以下技术特点： 1. 需要精确的测量和控制技术，以确保水平段的准确布置和有效开发。
定向井基础知识定向井基础知识一、概念部分1定向井：一口井的设计目标点，按照人为的需要，在一个既定的方向上与井口垂线偏离一定的距离的井，统称为定向井。
2井深（米：井眼轴线上任一点，到井口的井眼长度，称为该点的井深，单位为米3垂深《m》：井眼轴线上任一点，到井口所在水平面的距离，称为该点的垂深，单位为《米》4 水平位移（M）：井眼轨迹上任一点，与井口铅直线的距离，称为该点的水平位移，也称为该点的闭合距，单位为《米》严格意义上水平位移为闭合距在设计井眼轨迹上的投影位移闭合距井眼轨迹投影于水平面与设计轨迹投影于水平面的夹角井底与井口连线在水平面上的投影线的长为总闭合距（习惯叫闭合距又叫总水平位移），5、视位移（m）：水平位移在设计方位线上的投影长度，称为视位移，是绘制垂直投影图的重要参数，单位为“米”。
6、井斜角《°）：井眼轴线上任一点的井眼方向线与通过该点的重力线之间的夹角，称为该点的井斜角，单位为“度”。
7/方位角（°）：在以井眼轴线上任一点为原点的平面坐标系中，以通过该点的正北方向线为始边，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，单位为“度”。
8、磁偏角：在某一地区内，其磁北极方向线与地理北极方位线之间的夹角，称为该地区的“磁偏角”，顺时针为正，逆时针为负。
磁方位校正为磁方位角加上该地区的磁偏角。
9、造斜点（KOP）：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。
10、造斜率：表示造斜工具的造斜能力，常用“°/100m”表示。
11、井斜变化率：单位井段内井斜角的变化速度称为“井斜变化率”，常用“°/100m”表示。
12，方位变化率：单位井段内方位角的变化速度称为“方位变化率”，常用“°/100m”表示。
13、全角变化率K（狗腿度）：指的是单位井段内井眼钻进的方向在三维空间内的角度变化，它既包含了井斜角的变化又包含着方位角的变化。
The directional well1. 定向井的基本概念：定向井是钻井专业术语，是指按照事先设计的具有井斜和方位变化的轨道钻进的井。
其剖面主要有三类：(1)两段型：垂直段+造斜段；(2)三段型：垂直段+造斜段+稳斜段；(3)五段型：上部垂直段+造斜段+稳斜段+降斜段+下部垂直段。
水平井是定向井的一种，一般的油井是垂直或倾斜贯穿油层，通过油层的井段比较短。
而水平井是在垂直或倾斜地钻达油层后，井筒转达接近于水平，以与油层保持平行，得以长井段的在油层中钻进直到完井。
Advantage: 有利于多采油，油层中流体流入井中的流动阻力减小，生产能力比普通直井、斜井生产能力提高几倍。
2.定向井的基本应用：地面限制：油田埋藏在高山、城镇、森林、沼泽海洋、湖泊、河流等地貌复杂的地下，或井场设置和搬家安装碰到障碍时，通常在他们附近钻定向井。
地下地质条件要求：用直井难以穿过的复杂层、盐丘和断层等，常采用定向井。
如：安718段块的井漏、二连地区巴音区块的井，自然方位120-150度。
钻井技术需要：遇到井下事故无法处理或不易处理时，常采用定向井技术。
如：掉钻头、断钻具、卡钻等。
经济有效的勘探开发油气藏的需要：ⅰ原井钻探落空，或钻通油水边界和气顶时，可在原井眼内侧钻定向井。
ⅱ遇多层系或断层断开的油气藏，可用一口定向井钻穿多组油气层。
ⅲ对于裂缝性油气藏可钻水平井穿遇更多裂缝、低渗透性地层、薄油层都可钻水平井，提高单井产量和采收率。
ⅳ在高寒、沙漠、海洋等地区，可用丛式井开采油气。
3. 定向井基本分类：按设计井眼轴线形状分：ⅰ两维定向井：井眼轴线在某个铅垂平面上变化的定向井，井斜变化，方位不变化。
ⅱ三维定向井：井眼轴线在三维空间变化的定向井，井斜变化，方位变化。
可分为：三维纠偏井和三维绕障井。
按设计最大井斜角分：ⅰ低斜度定向井：井斜小于15度，钻井时井斜、方位不易控制，钻井难度大。
ⅱ中斜度定向井：井斜在15-45度之间，钻井时井斜、方位易控制，钻井难度相对较小，是使用最多的一种。
定向井知识基本概念1.定向井——根据人类需求，其设计目标点在给定方向偏离井口垂直线的井。
2、井深――井眼轴线上任一点，到井口的井眼长度，称为该点井深或斜深。
3、垂深――井眼轴线上任一点，到井口所在水平面的距离，称为该点垂深。
4.水平位移——井眼轴线上任意一点与井口直线之间的距离称为该点的水平位移，也称为该点的闭合距离。
5、视位移――水平位移在设计方位线上投影长度，称为视位移。
6.井斜角——钻孔轴线任意点的钻孔方向线与通过该点的重力线之间的角度。
7、方位角――以井眼轴线上任一点为原点的平面坐标系中，以通过该点的正北方向线为始边，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。
8.构建坡度-表示构建坡度工具的构建坡度能力。
其值等于使用偏转工具钻取的井段的钻孔曲率。
9、全角变化率――“狗腿严重度”，“井眼曲率”都是相同的意义。
指的是在单位井段内前进的方向在三维空间内的角度变化。
10.目标点是指根据设计必须钻探的地层位置，称为目标点。
它通常由空间坐标表示，以地面井口为坐标原点。
11、靶区及靶区半径（定向井）――在目标点所在的水平面上，以目标点为圆心，以靶区半径为半径的一个圆面积。
允许实钻井眼轨迹偏离设计目标点之间的距离，称为靶区半径。
12、靶心距――在靶区平面上，实钻井眼轨迹与目标点之间的距离，称为靶心距。
13、反扭角――使用井底马达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的工具面之间的夹角，称为反扭角。
反扭角总是使工具面逆时针转动。
14、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，称为工具面。
15、高边――定向井的井底是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，称为井底的“高边方向”。
高边方向上的水平投影称为高边方位。
即井底的方位。
16.工具面角度是指偏转工具降到井底后，指示工具面位置的参数。
定向井和水平井钻井技术第一节 定向井井身参数和测斜计算一．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： 一、专业名词1．定向井（Directional Well ） 一口井的设计目标点，按照人为的需要，在一个既定的方向上与井口垂线偏离一定的距离的井，称为定向井。
2．井深（Measure Depth ）井眼轴线上任一点，到井口的井眼长度，称为该点的井深，也称为该点的测量井深，或斜深。
单位为“m ”。
3．垂深（Vertical Depth or True Vertical Depth ）井眼轴线上任一点，到井口所在水平面的距离，称为该点的垂深。
通常以“m ”为单位。
4．水平位移（Displacement or Closure Distance ）井眼轨迹上任一点，与井口铅直线的距离，谓之该点的“水平位移”。
也称该点的闭合距。
其计量单位为“m ”。
5．视平移（Vertical section ）水平位移在设计方位线上的投影长度，称为视平移。
如图10—1所示，OQ 为设计方位线，T O曲线为实钻井眼轴线在水平面上的投影，其上任一点P 的水平位移为OP ，以 A P表示。
P 点的视平移为OK ，其长度以V P 表示。
当OK 与OQ 同向时V P 为正值，反向时为负值。
视平移是绘制垂直投影图的重要参数。
单位为m 。
6．井斜角（Hole Inclination or Hole Angle ）井眼轴线上任一点的井眼方向线，与通过该点的重力线之间的夹角，称为该点处的“井斜角”。
以度为单位。
7．最大的井斜角（MaxinumHoleAngle）“最大井斜角”有两种不同的意义。
对已钻成的实际井眼来说，全井所有的各个测点中，井斜角的最大值称为该点的“最大井斜角”。
在定向井的设计剖面中，其增斜井段的终止点处，井斜角值应该最大。
这就是通常所说的“最大井斜角”。
以“度”表示。
综上，无论设计剖面，还是实钻剖面，全井井斜角的最大值，称为该井的最大井斜角。
8．方位角（Hole Direction）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线为始边，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。
以“度”表示。
见图10—2（a）。
方位角还有另外一种表示方法。
即：在井眼轨迹上任一点建立一个以该点为原点的水平面直角坐标系。
该点处井眼方位线与正北方位线或正南方位线的夹角、称为该点的“方位角”，也称“井斜方位角”。
这种表示方法，井斜方位角均不大于90℃，如图10—2（b）所示。
9．磁偏角（Declination）在某一地区内，其磁北极方向线与地理北极方位线之间的夹角，称为该地区的“磁偏角”。
磁偏角的计量方法是以地理北极方向线为始边，以磁北极方向线为终边，顺时针为正值，逆时针为负值，转过的角度值即为磁偏角的数值。
磁偏角的正值为东磁偏角，负值为西磁偏角。
10．磁方位校正用磁性测斜仪测得的方位角称为磁方位角。
它是以磁北方位线为基准的。
由于大地磁场随着地理位置和时间在不断变化，所以需要以地理真北方位线为基准进行校正。
这种校正称为磁方位校正。
校正后的磁偏角计算方法是：磁方位角值加上该地区的磁偏角。
11．造斜点（Kick Off Point）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。
12．井斜变化率单位井段内井斜角的改变速度称为“井斜变化率”。
通常以两测点间井斜角的变化量与两测点间井段的长度的比值表示。
常用单位是：°／10m，°／25m和°／100 m。
井斜变化率的公式如下：13．方位变化率单位井段内方位角的变化值，称为方位变化率。
通常以两测点间方位角的变化量与两测点间井段长度的比值表示。
常用单位有：°／10m，°／25m和°／100m。
其计算公式如下：14．造斜率造斜率表示了造斜工具的造斜能力。
其值等于用该造斜工具所钻出的井段的井眼曲率。
不等于井眼变化率。
15．增（降）斜率指的是增（降）斜井段的井斜变化率。
其井斜变化为正值时为增斜率。
负值为降斜率。
16．全角变化率（Dogleg Seventy）“全角变化率”，“狗腿严重度”，“井眼曲率”，都是相同的意义。
指的是在单位井段内井眼前进的方向在三维空间内的角度变化。
它即包含了井斜角的变化又包含着方位角的变化。
其计量单位为：°／25m。
17．增斜段井斜角随井深增加的井段，称增斜段。
如图10—3所示。
18．稳斜段井斜角保持不变的井段，称为稳斜段。
19．降斜段井斜角随着井深的增加而逐渐减小的井段称为降斜段。
20．目标点（Target）设计规定的、必须钻达的地层位置，称为目标点。
通常是以地面井口为坐标原点的空间坐标系的坐标值来表示。
21．靶区半径允许实钻井眼轨迹偏离设计目标点的水平距离，称为靶区半径。
所谓靶区，就是在目标点所在的水平面上，以目标点为圆心，以靶区半径为半径的一个圆面积。
靶区半径的大小，根据勘探开发的需要或钻井的目的而定。
22．靶心距在靶区平面上，实钻井眼轴线与目标点之间的距离，称为靶心距。
23．工具面（Tool Face）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，称为工具面。
24．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的工具面之间的夹角，称为反扭角。
反扭角总是使工具面逆时针转动。
24．高边（High Side）定向井的井底是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，称为井底的“高边方向”。
高边方向上的水平投影称为高边方位。
即井底的方位。
26．工具面角（Tool Face Angle）工具面角是表示造斜工具下到井底后，工具面所在的位置的参数。
工具面角有两种表示方法：一种是以高边为基准（High Side Mode），一种是以磁北为基准（Magnetic Mode）。
高边基准工具面角，简称高边工具角。
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。
由于高边方向线在水平面上的投影，即为井底方位线，所以，若以正北方位线为始边，顺时针转到井底方位线上所转过的角度，即为井底方位角。
磁北基准工具面角（简称磁北工具面角），等于高边工具面角加上井底方位角。
27．定向角定向角是定向工具面角的简称。
在定向造斜或扭方位钻进时，当启动井下马达之后，工具面所处的位置，用工具面角表示，即为定向工具面角。
定向角可用高边工具面角表示。
也可用磁北工具面角表示。
定向角与我国的现场常用的“装置角”词，意义和计算方法均相同。
在定向造斜或扭方位之前，根据定向造斜或扭方位的要求，计算出所需要的定向角，这是预计的定向角。
在实钻的过程中，由于各种因素的影响，实际的定向角与预计的定向角不一定完全相符。
在使用随钻测斜仪器的情况下，可以调整工具面，使实钻定向角与预计定向角基本相符。
28．安置角（Too1 Face Setting）安置角是安置工具面角的简称。
在定向造斜和扭方位钻进时，当启动井下动力钻具之前，将工具面安置的位置，以工具面角表示，即为安置工具面角。
安置角在数值上，等于定向角加反扭角。
安置角、定向角、反扭角以及井底方位角之间的关系可用图10—4所示。
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）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2．井斜角3．方位角目前，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。
7．井斜变化率和方位变化率：井斜变化率是指单位长度内的井斜角度变化情况，方位变化率是指单位长度内的方位角变化情况，均以度／100米来表示（也可使用度／30米或度／100英尺等）。
8．方位提前角（或导角）：预计造斜时方位线与靶点方向线之间的夹角。
三．狗腿严重度狗腿严重是用来测量井眼弯曲程度或变化快慢的参数（以度／100英尺表示）。
可用解析法、图解法、查表法、尺算法等来计算狗腿严重度k。
1．第一套公式2．第二套公式cosγ＝cosα1cosα2＋sinα1sinα2 cosΔϕ………………………………………（9－3）本式是由鲁宾斯基推导出来的，使用非常普遍。
美国人按上式计算出不同的α1、α2和Δϕ值下的狗腿角γ值，并列成表格，形成了查表法。
3．第三套公式γ——两测点间的狗腿角。
若将三套公式作比较，第一套公式具有普遍性，适合于多种形状的井眼，第二套只适用于平面曲线的井眼（即二维井型），第三套是近似公式，用于井斜和方位变化较小的情况。
四．测斜计算的主要方法测斜计算的方法可分为两大类二十多种。
一类是把井眼轴线视为由很多直线段组成，另一类则视其为不同曲率半径的圆弧组成。
计算方法多种多样，从计算精度来讲，最高的是曲率半径法和最小曲率法。
曲率半径法（圆柱螺线法）此法假设两测点间的测段是条等变螺旋角的圆柱螺线，螺线在两端点处与上、下二测点处的井眼方向相切。
如图9－7，测段的计算公式有三种表达形式。
（1）第一种表达形式（9－13）～（9－16）式中：这四个公式是最常用的计算公式：曲率半径法的特殊情况处理③第三种特殊情况，α1≠α2，且其中之一等于零。
此时，按二测点方位角相等来处理，然后代入第二种特殊情况的计算式中。
