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第一讲 定向井轨迹基本概念

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02 定向井井眼轨迹设计解析

02 定向井井眼轨迹设计解析
K表示曲线偏离直线的程度。
二、井眼曲率及其计算方法
O Δα A B αA
对方位不变的情况 垂直平面上某井段的曲率
R
Δl
KH
l
即只有井斜沿轴线的 变化。也叫井斜变化 率。
α
B
K H K
二、井眼曲率及其计算方法
1.定义
水平投影上的方位变化
Δl
N
O
(叫水平投影曲率） 不等于该段井眼的实际方位变化率， 因该段的水平投影长度一般不等于空 间实际长度。（K为空间实际井眼的 方位变化率）
KA
S
ΔS
KA
K sin
二、井眼曲率及其计算方法
2. 空间曲线法求井眼曲率
依据：
根据微分几何原理，一条空间曲 L dN dE
dH
线的曲率K有公式
d 2H 2 d 2N 2 d 2E 2 K ( 2 ) ( 2 ) ( 2 ) dl dl dl
二、井眼曲率及其计算方法
H
井眼能增加的井斜值
B C D O A
增斜率： 降斜率：
单位长度井眼增加的 井斜值 单位长度井眼降低的 井斜值
E
三、定向井井身剖面设计
（一）名词解释
造斜段（增斜段）： 降斜段： 稳斜段： 靶点：
增加井斜的井段
B C D O A
降低井斜的井段 控制井斜不变的井段 设计规定的，必须钻达的地
层位置，也称目标点
以 c ( c
1 2
2
)
代替，( 1、2)分别为上下测点井斜角
可得井眼曲率
K
2 sin c l l
2
2
二、井眼曲率及其计算方法

定向井水平井轨迹控制技术讲诉

定向井水平井轨迹控制技术讲诉

第二章定向井井眼轨迹控制技术前言定向井是指按照预先设计的井斜方位和井眼轴线形状进行钻进的井，是相对于直井而言的，而且是以设计的井眼轴线形状为依据。

直井的井斜角为零度，没有井斜方位角。

尽管实钻的直井都有一定的井斜角，有的井斜角甚至很大，但仍然属于直井。

定向井又可分为二维定向井和三维定向井。

也是以设计的井眼轴线形状为依据划分的。

凡是井眼轴线形状只在某个铅垂平面上变化的定向井，称为两维定向井，它们的井斜角是变化的，而井斜方位角则是不变的。

三维定向井则是既有井斜角的变化，又有井斜方位角的变化。

实钻的两维定向井，其井眼轴线都是既有井斜角的变化，又有井斜方位角的变化，但它仍然属于两维定向井。

定向井在石油勘探与开发中得到了广泛的应用。

在地面上难以建立或不允许建立井场和安装钻井设备进行钻井的地区，要勘探开发地下的石油，唯一的办法是从该地区附近打定向井，在海洋或湖泊等水域上勘探开发石油，最好是建立固定平台或从岸边打定向井和丛式定向井。

当在钻达油气层所经过的地层中，有难以穿过的复杂地层时，用定向井可以绕过这些复杂地层。

为了扩大勘探效果和增加油井产量，可以打多底井、水平井以及丛式水平井、分支井或径向水平井等。

在发生断钻具、卡钻以及井喷着火等恶性钻井事故的情况下，钻侧钻井、救援井是处理此类事故的有效方法。

我国的定向井钻井开始于1956年，在60年代，曾达到了相当高的水平，钻出了许多高难度的定向井，与当时世界先进水平的差距并不大。

我国是世界上第二个钻成水平井的国家。

但在60年代中期以后，我们与世界先进水平的差距拉大了，直到70年代中后期，开始大力研究和发展定向井，80年代以后，我国积极地学习国外先进技术，二十多年来，国外在定向井钻井技术最主要的进展是随钻测量仪器的出现和发展，螺杆钻具、金刚石钻头、可控弯接头和旋转导向钻井等工具发展，以及近几年来，自动化钻井系统、旋转地质导向钻井系统的出现与发展，都显著地提高了定向井钻井的技术水平。

定向井轨迹设计计算方法探析

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。

定向井基础知识

定向井基础知识

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。

《物理定向井》PPT课件

《物理定向井》PPT课件

定向井井身剖面
剖面类型
另一种是“悬链 式”剖面，如右图所 示。此类剖面造斜率 由小到大，自然递增 ，能够有效地减少摩 阻，适用于大位移井
三、定向井的井眼轨迹控制
三、定向井的井眼轨迹控制 1、定向井直井段井斜控制
定向井直井段的井造斜点时，如果直井段不直，不仅
会影响造斜的顺利完成，还会因为上部井段的井 斜造成位移影响下一步的井身轨迹控制。
四、定向仪器
四、定向仪器



磁偏角 单点测斜仪 多点测斜仪 有线随钻 MWD 陀螺测斜仪
磁偏角
定义：磁北方位线 与正北方向线之间 的夹角 真方位=磁方位+东 磁偏角 真方位=磁方位-西 磁偏角 高尚堡地区：-6.65 柳瓒地区：-6.35 老爷庙地区：-6.37
定向钻井基础知识
概述
一、定向井的基本概念
二、定向井井身剖面 三、定向井的井斜和方位控制 四、定向仪器 五、井身质量要求 六、定向井监督工作的主要内容
概述
一、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。 定向井最早是在 1895 年的 美国钻成的。我国的定向井 钻井技术 50 年代开始起步的 ， 80 年代有了较大发展，特 别是最近几年无论是从理论 研究上还是现场实际应用上 ，我国已接近发达国家的技 术水平。
三、定向井的井眼轨迹控制
2、定向井造斜段井斜控制
造斜井段一般采用采用单弯螺杆钻具组合：
Φ215.9mmBIT+Φ172mmL+Φ177.8mmNDC+165mmM WD短节+Φ165mmNDC+Φ127mmHDP +Φ127mmDP
钻进参数：钻压2—5T，排量28—32L/S ，泵压 10-14MPa

1.1.2定向井

1.1.2定向井
•井身剖面的基本概念 •井身剖面设计原则 •剖面类型 •设计方法
第二节 定向井井身剖面设计
设计的最终目的：
• 选择满足要求的井身剖面类型 • 设计剖面结构参数
井身剖面：well profile
所钻井眼达到目标点的井眼 路径或轨迹。又叫井眼轨迹 (well trajectory)
井身剖面的构成
井身剖面是由各种不同类 型的单一形状空间直线段或曲 线段光滑连接而成。常用的曲 线段为圆弧段
井斜角 ———测点处井眼方向
线（切线，指前）与重力 线间
的夹角，度。 Inclination,Inc 方位角 ———测点处正北方向
与井眼方向线的水平面投影线间 的夹角，度， Azimuth,direction,head
第一节 定向井的基本概念
一、定向井的基本要素
N
OO
井斜变化率 ——— 井斜角对井深的变化率， 度/30米 (build rate,drop rate)
一、定向井的测量概述
一、定向井的基本要素
N A
A
E O
B
闭合方位角—在水平投影 图上测点处正北方 向与闭合方位线间 的夹 角，度 (closure azimuth)
第一节 定向井的基本概念
一、定向井的基本要素
N坐标、E坐标和TVD坐标—测点在 以井口为原点的NEHO三维坐标系里 的北（N）、东（E）、垂深（TVD） 三个坐标分量，米。 North, east coordinate 垂深 ——测点的垂直深度，米
假设稳斜段的长度为 L
垂深增量
H Lcos
水平位移增量
S Lsin
北坐标增量
E
N S cos Lsin cos
东坐标

定向井基本概念

定向井基本概念

定向井基本概念1.定向钻井是使井眼沿预先设计的井眼轴线（井眼轨迹）钻达预定目标的钻井过程。

2.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。

3.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。

4.井眼方向线与重力线之间的夹角就是井斜角5.某测点处的井眼方向线投影到水平面上，称为井眼方位线，或井斜方位线。

以正北方位线为始边，顺时针方向旋转到井眼方位线上所转过的角度，即井眼方位角。

6井斜角和井斜方位角是在随着井深而不断变化的。

既然在变化，就有变化快慢之分。

变化率就是变化的快慢。

7井斜变化率：是指井斜角随井深变化的程度，8垂直深度：简称垂深，是指轨迹上某点至井口所在水平面的距离。

垂深的增量称为垂增。

9.水平投影长度：简称水平长度或平长，是指井眼轨迹上某点至井口的长度在水平面上的投影，即井深在水平面上的投影长度。

10水平位移：简称平移，指轨迹上某点至井口所在铅垂线的距离，或指轨迹上某点至井口的距离在水平面上的投影。

此投影线称为平移方位线。

11.井眼曲率也称为全角变化率，又称狗腿严重度(简称为狗腿度)，都是同一个概念，是指单位长度井段内狗腿角的大小。

12.从一点到另一点，井眼前进方向变化的角度（两点处井眼前进方向线之间的夹角），既反映了井斜角的变化，又反映了井斜方位角的变化。

人们将此角度称为全角变化值，或称为狗腿角，定向井常用工具一、马达（PDM）旁通阀总成（by-pass valve assembly）马达总成（motor assembly）万向轴总成（cardan shaft）传动轴总成(drive shaft assembly)马达是一种螺杆钻具（SCREW DRILLS），它是以泥浆作为动力的一种井下动力钻具。

马达工作原理：泥浆泵产生的高压泥浆流，经旁通阀进入马达时，转子在压力泥浆的驱动下，绕定子的轴线旋转，马达产生的扭矩和转速，通过万向轴和传动轴传递给钻头，来实现钻井作业。

第一章 定向井的基本概念

第一章 定向井的基本概念

第一章定向井的基本概念第一节井身的要素一、井身的基本要素1、测深（Measured depth）：井身轴线任意一点到井的井身长度。

通常用字母L表示，单位米或英尺。

2、井斜角（Hole Inclination or Hole Angle）：某测点处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。

通常用希腊字母α表示。

3、井斜方位角（Hole Direction）：是以正北方位线为始边，顺时针旋转至井斜方位线所转过的角度。

通常以Ø表示，单位度。

它还可以用象限值表示，是指它与正方位线或与正南方位线之间的夹角，象限值在0-90°之间变化，并要注明象限。

二、井斜变化率和方位变化率1、斜变化率：单位井段内井斜角的绝对变化值。

通用的单位是：度/10米，度/30米和度/100米。

计算公式：Kα=（△α/△L）*1002、井斜方位变化率：单位井段内井井斜方位角的绝对变化值。

通用的单位是：度/10米，度/30米和度/100米。

计算公式：KØ=（△Ø/△L）*100三、其它井身参数1、垂深：（Vertical Depth Or True Vertical Depth）即测点的垂直深度。

通常用H表示，如A、B点的垂深分别表示为H A、H B。

2、水平长度：是指自井口至测点的井眼长度在水平面上的投影长度。

用S表示，如A点的水平长度表示为S A。

3、水平位移：（Displacement or Closure Distance）即井眼轴线某一点在水平面上的投影至井口的距离也称闭合距。

用A表示，如A点的水平位移表示为A A。

4、闭合方位角或总方位：（Closure Azimuth）是指以正北方位线为始边顺时针转至闭合距方位线上所转过的角度。

用θ表示，如A点的闭合方位角表示为θA。

5、N（北）坐标和E（东）坐标：是指测点在以井口为原点的水平面坐标系里的坐标值。

6、视平移：（Vertical Section）是井身上某点在某一垂直投影面上的水平位移，它不是真实的水平位移，所以称之为视平移。

定向井的基本概念

定向井的基本概念

定向井的基本概念第一节井身要素实钻的井眼轴线都是一条空间曲线。

为了了解这些空间曲线的形状，需要借助于井身要素来表示。

目前唯一的办法就是沿井身进行测斜，在每个测点上有三项数据，即测深、井斜角、井斜方位角称为井身要素。

一、井身要素：1．测深：L 单位：米井眼轴线上任一点到井口的井身长度称为该点的测深。

2．井斜角：α单位：度某测点处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。

3．井斜方位角：Φ单位：度在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，顺时针旋转至该点处井眼方向线在水平面上的投影线，所转过的角度称为该点的方位角。

井斜方位角的值可用0°--360°表示，也可以用象限值表示。

象限角是指井眼的井斜方位线与正北方向线或正南方向线之间的夹角。

其值在0°--90°之间变化并需要注明象限。

正北ΦBNN WN E W E OS WS E S二、井眼轴线形状的图示法：实钻的井眼轴线都是一条空间曲线。

怎样把这条空间曲线画出来，让别人了解它的空间形状呢？首先要选择某种图示方法。

1．三维坐标图示法这种图示法相当于工程制图中轴侧图。

轴侧图应该给人以明显的立体感可以直接看出物体的空间形状。

可是对于井眼轴线来说，轴侧图却不能给人以立体感。

如图所示，从图示难以想象出它的空间形状。

这是因为井眼轴线仅仅是空间随机变化的一条线，而不象机器零件那样有楞有角。

如果在三维坐标系中增加一些辅助平面，则可以看出井眼轴线的空间形状但很麻烦，而且三维坐标图不能表示出井身基本要素的真实值，所以这种图示法通常不用。

2．投影图示法：这种图示法相当于机械制图中的视图表示法，它包括两张图：一张是水平投影图，一张是垂直投影图。

其投影面选在原设计方位线所在的铅垂平面上。

这种图可以在垂直投影图上看出是需要增斜还是需要降斜，在水平投影图可以看出是需要增方位还是需要减方位。

而且可以根据这两张图想象出井眼轴线空间形状。

《物理定向井》PPT课件

《物理定向井》PPT课件

三、定向井的井眼轨迹控制
2、定向井造斜段井斜控制
造斜井段一般采用采用单弯螺杆钻具组合：
Φ215.9mmBIT+Φ172mmL+Φ177.8mmNDC+165mmM WD短节+Φ165mmNDC+Φ127mmHDP +Φ127mmDP
钻进参数：钻压2—5T，排量28—32L/S ，泵压 10-14MPa
E O B
一、定向井的基本概念
定向井的其他井身参数
N A 视 平 移———测点水平位 设计/投影方位 移在设计方位线上的投影， 米 B VS O E 水平投影长度：测点与井口之 间的井眼长度在水平面的投影 长度 井眼的曲率K：井眼切线的 方向相对于井深的变化率二、定向Leabharlann 井身剖面二、定向井井身剖面
三、定向井的井眼轨迹控制
3、定向井稳斜段井斜控制
1）螺杆钻具组合 2）如果钻进过程中托压严重也可以采用常规钻具组合： φ 215mmBIT+φ １５９mmDC+φ 198mmSST＋ φ 159mmNDC*2+φ 198mmSST＋φ １５９mmDC＋ φ 198mmSST＋φ １５９mmDC+φ １２７mmDP 钻 进 参 数 ： 钻 压 12—14T ， 排 量 28—32L/S 100r/min
井身剖面：
所钻井眼达到目标点 的井眼路径或轨迹。 井身剖面是由各种不 同类型的单一形状空间 直线或曲线组成的。
二、定向井井身剖面
名词解释
直井段: 井斜角为0度 造斜点：开始定向造斜的位置 增斜段：井斜角随井深增加的井段 定向造斜段：造斜点以下的增斜段
B C D O A
稳斜段：井斜不变的井段
降斜段：井斜角随井深增加而减小

第1章 定向井井眼轨迹计算

第1章 定向井井眼轨迹计算

方位角变化，在一个测段内不超过180°。 若方位角变化的绝对值大于180°,应按反转 方向计算。
23
三、测斜计算方法
2.对测斜计算数据的规定
[例1-2]计算以下两测段的方位角增量和平均井斜方位角： （1）上测点井斜方位角350，下测点井斜方位角2550；
（2）上测点井斜方位角3350，下测点井斜方位角250；
2 2
17
二、井眼曲率的计算
4.第三套计算公式（证明）
• 代入后则有：
1 2
2
2
2 21 2 1 2 sin 2
1 2 21 2 cos
2 2
18
二、井眼曲率的计算
5.计算方法的选择
•
第一套公式，数学推导严密，适用于各种形状的井眼， 具有普遍性。 第二套公式是建立在假设井段是平面曲线，而且是平面 圆弧曲线的前提下推导，适用于平面曲线的井眼，例如， 用弯曲动力钻具定向钻进钻出的井眼。
3.第二套计算公式（证明1）
• 由△CDE和△C’DE得：
DE 2 CD 2 CE 2 2CD CE cos DE 2 C ' D 2 C ' E 2 2C ' D C ' E cos
• 二式联立可得：
CD 2 CE 2 2CD CE cos C ' D 2 C ' E 2 2C ' D C ' E cos
定向钻井理论与技术
石油工程学院
黄根炉
1
主要内容
第1章 定向井井眼轨迹计算 第2章 定向井井眼轨道设计 第3章 井眼轨迹预测方法
第4章 定向钻井中的几个问题

定向钻井轨迹控制一般方法课件

定向钻井轨迹控制一般方法课件
• 在轨道设计和轨迹控制过程中，尽可能利用这些自然规律， 减少利用工具进行控制的时间。
定向钻井轨迹控制一般方法
定向井轨迹控制的主要工作内容
1.适时进行轨迹测量和轨迹 3.做好造斜工具的装置方
计算：
位计算：
• 测量仪器的选择；测量密度 和测点密度的选择；
• 根据轨迹计算结果，提出下 步轨迹控制要求；
定向井的轨迹控制理 论与技术
1. 定向井轨迹控制的基本概念； 2. 定向井轨迹控制的主要做法；
定向钻井轨迹控制一般方法
定向井轨迹控制基本概念
• 1. 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. 实质：井眼轨迹控制的实质，就是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。
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定向钻井轨迹控制一般方法
• 一.跟踪控制需遵循的几条原则：
• 1.既要保证中靶，又要加快钻速。
• 这一阶段的任务是在实钻过程中，不断了解轨迹的变化发 展情况，不断地使用各种造斜工具或钻具组合，使实钻轨 迹离开设计轨迹“不要太远。“不要太远”一词的意义在于， 一方面如果“太远”就可能造成脱靶，成为不合格井；另一 方面如果始终要求实钻轨迹与设计轨迹误差很小，势必要 求非常频繁地测斜，频繁地更换造斜工具，必将大大地拖 延时间，增加成本，而且还有可能造成井下复杂情况，得 不偿失。
定向钻井轨迹控制一般方法
定向井轨迹控制的主要做法
• 第三阶段：跟踪控制到靶点
• 二.跟踪控制需遵循的几条原则： • 2.尽可能多的使用转盘钻扶正器钻具组合来进行控制。
• 这是因为转盘钻的钻速比动力钻具要高。所以在造斜段结 束之后，一般都换用转盘钻继续增斜，并在需要稳斜和降 斜的时候，仍然使用转盘钻来完角 的计算；

定向井的轨迹控制 教学PPT课件

定向井的轨迹控制 教学PPT课件
二.跟踪控制需遵循的几条原则： 3.尽可能利用地层的自然规律。
–种种地层因素导致钻头的不对称切削，或引起井斜 变化，或引起方位漂移：
• 地层可钻性的各向异性：平行层面方向与垂直层面方向， 地层可钻性不同。
• 沿垂直地层层面方向，可钻性发生变化； • 沿平行地层层面方向，可钻性发生变化；
–在轨道设计和轨迹控制过程中，尽可能利用这些自 然规律，减少利用工具进行控制的时间。
– 2. 钻进速度的影响：
K
DW DT l2
2Vc l Vt
• K与侧向钻速VC 成正比；
• K与机械钻速Vt 成反比；
• K与动力钻具直径和井径
之差(DW-DT) 成正比；
• 动力钻具长度影响很大，
采用短动力钻具可显著
增大造斜率；
造斜工具简介
转盘钻造斜工具
射流钻头：
– 工作三部曲：
• 定向喷射，大水眼冲出 “斜窝”；适当加压使钻 头进入“窝”内，继续喷 射；
L1越长则降斜能力越强， 但不得与井壁有新的接 触点。
L2
-------
18.0～27.0
造斜工具的定向
定向就是把造斜工具的工具面摆在预定的定向方位线上。
定向是定向井的关键技术。定向方法可分为两大类：地面定向法和 井下定向法。 地面定向法：
– 在地面井口将造斜工具的工具面摆到预定的方位线上； – 通过定向下钻，始终保持工具面预定方位不变，或者始终知道工具面
定向井轨迹控制基本概念
1. 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. 实质：井眼轨迹控制，的实质，就是不断地控制井 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。
3. 井眼方向控制内容：

定向井钻井轨迹设计与控制技术研究

定向井钻井轨迹设计与控制技术研究

定向井钻井轨迹设计与控制技术研究摘要：在定向井钻井过程中，井眼轨迹的设计和控制至关重要，它可以决定定向井施工的成败。

因此，有必要进一步探索定向井井眼轨迹的设计和控制技术，以实现安全、优质、高效的定向井施工。

定向井轨迹的选择对钻井施工的安全、高效、低成本起着重要作用。

关键词：定向井；钻井轨迹；设计；轨迹控制前言近年来，随着钻井工程技术和钻井设备的不断改进，钻井技术得到了快速发展。

定向钻井作为一种非常重要和实用的钻井方法，受到了人们的极大关注。

井眼轨迹设计技术是一整套钻井技术中的第一个关键环节。

定向井是指根据预先设计的井斜方向和井筒轴线形状钻探的井。

换句话说，任何设计目标偏离井口所在垂直线的井都属于定向井。

定向井是相对于垂直井而言的，根据设计的井筒轴线分为二维定向井和三维定向井。

由于油气资源短缺以及当前油气生产中遇到的问题，为定向井轨迹设计提供了广阔的发展前景和空间。

定向井轨迹的设计方法和实际钻井偏移测量理论将是研究的重要趋势。

现在，进入计算机快速发展时期，将现有和更成熟的工程模型计算机化，以提高现场施工人员的工作效率；另一方面，准确及时地将现场数据输入计算机，为未来的数据统计和科研分析提供第一手现场真实数据。

因此，利用定向井轨迹设计的软件实现和强大的计算机编程功能，实现了定向井轨迹优化设计软件的研究。

通过不断的实验和改进，设计的轨迹不仅满足了施工现场条件的限制，而且是满足各种设计条件的理想轨迹。

1.定向井轨迹概念井眼轨迹可分为两类：设计轨迹和实际钻井轨迹。

其中，设计轨迹可分为钻孔前设计的轨迹和钻孔过程中钻孔时修改或调整的轨迹。

设计轨迹通常由一些分段的特殊曲线组成，具有很强的规律性。

设计轨迹和实际钻井轨迹都是连续光滑的空间曲线，只有一条线，在三维空间中随机变化，没有任何规则可循。

为了表达这样的曲线，可以使用图形来显示井轨迹的形状，或者使用几何参数来描述井轨迹的形式。

这两种方法相互补充，并且通常以一种既考虑到图形方法的视觉和直观特性，又考虑到精确和灵活的分析参数的优势的方式应用。

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计算井眼曲率
井眼从一个点到另一个点，井眼前进 方向变化的大小，称为方向变化角，用符 号γ表示：
K

L
目前，在国内外定向钻井工程中，有两 种表示井眼曲率的方法
一种是全角变化率：全角变化值γ
sin c
2 2 2
一种是狗腿严重度：狗腿角γ
cos cos1 cos 2 sin 1 sin 2 cos
另一种情况是根据内插的难易程度进 行选择。曲线内插的计算公式比直线内插 的公式要复杂得多。当内插工作量很大、 需要简化计算时，或者要求的内插精度不 很高时，可以选用直线法进行内插。
4)轨迹内插给定的条件
在一个测段(井段)内进行内插，需要
首先知道该测段两端点的基本参数(井深L、
井斜角a和井斜方位角Ф)和坐标值(垂深D、
给定的内插条件有两种情况：一是给定插 入点i的井深Li；二是给定插入点的垂深Di。则 可求得插入点距离上端点的井段长度△Li。和 垂增△Di。 如图1—4—2所示，可以得到一个通用的 计算公式：
(6)视平移
视平移：亦称投影位移，是水平位移在设 计方位线上的投影长度。视平移以字母V表 示。如图5—5所示，A、B二点的视平移分 别为VA、VB。 所谓设计方位线，是指在水平面上，井口 指向目标点的直线。 当实钻轨迹与设计轨迹偏差很大时甚至背 道而驰时，视平移可能成为负值。
(7)井眼曲率
井眼曲率：指井眼轨迹曲线的曲率。。 由于实钻井眼轨迹是任意的空间曲线， 其曲率是不断变化的，所以在工程上常常 计算井段的平均曲率。
垂深的增量称为垂增，垂增以ΔD表示 。 垂增ΔD＝ΔDB—ΔDA
(2)水平投影长度
水平投影长度：简称水平长度或平长， 是指井眼轨迹上某点至井口的长度在水 平面上的投影，即井深在水平面上的投 影长度。 水平长度的增量：称为平增。平长以字 母上表Lp示，平增以Δ Lp表示。 平长和平增在图 5—4中是指曲线的长度。
对一个测段来说，需要计算的参数有5个，即4 个坐标增量(△D，△S，△N，△E)和井眼曲率 K。 对一个测点来说，需要计算的参数有7个， 即5个直角坐标值(D，S，N，E，V)和两个极 坐标值(C，θ)。 显然，测点计算是目的，测段计算是关键。
所有计算方法对测点的计算都是一样的，它们的 区别仅仅在于测段的计算方法不同。所以我们在 给出不同计算方法的测段计算公式之前，先给出 统一的测点计算有关公式。 测点的称平移，指轨迹上某点至 井口所在铅垂线的距离，或指轨迹上某点 至井口的距离在水平面上的投影。此投影 线称为平移方位线。水平位移常以字母S表 示。如图5—5所示。
(4)平移方位角
平移方位角：指平移方位线所在的方位角， 即以正北方位为始边顺时针转至平移线上 所转过的角度，常以字母θ表示。如图5—5 所示。 在国外将平移方位角称作闭合方位角。而 我国油田现场常特指完钻时的平移方位角 为闭合方位角。
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)，井深常以 字母Dm或L表示，单位为米(m)。
井深的增量称为井段，以ΔDm表示。 二测点之间的井段称为测段。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。
(2)井斜角： 定义：某测点的井斜角等于该测点处的井 眼方向线与重力线之间夹角。显然，井 眼方向线与重力线都是有向线段。井斜 角表示了井眼轨迹在该测点处倾斜的大 小。
井斜角：α表示， 单位为度(º )。 井斜角的增量：以 Δα表示。 AB井段井斜角增量 为Δα＝αA-αB。
(3)井斜方位角： 定义：某测点处的 井眼方向线投影 到水平面上，称 为井眼方位线， 或井斜方位线。 以正北方位线为 始边，顺时针方 向旋转到井眼方 位线上所转过的 角度，即井眼方 位角。
2．测段计算方法的多样性
我国钻井行业标准规定： • 手工计算时用平均角法； • 计算机计算时用校正平均角法。
1．平均角法 平均角法假设测段是一条直线，该直线的方向是上、 下两测点平均方向线。如图1—3—8所示，根据这种 假设，测段计算公式为：
2．校正平均角法
校正平均角法假设测段形状为一条圆柱螺线。 如图 5—11 所示，圆柱螺线在水平投影图上是圆弧。 圆柱螺线在圆柱面展平平面上也是圆弧，即垂直 剖面图是圆弧。根据这个假设推导的计算方法， 称为“圆柱螺线法”。这是我国著名学者郑基英 教授首先提出的。这种方法与美国人提出的“曲 率半径法”的公式表达不同，但计算结果是完全 相同的。
第一讲
定向井轨迹基本概念
第一节 井眼轨迹的基本概念
一、定向钻井定义 定义：使井身沿着预先设计的方向和轨迹钻达 目的层的钻井工艺方法。
二、轨迹的基本参数
(1)井深（Dm），又称斜深 (2)井斜角（α），单位为度
(3)井斜方位角（Φ）
(1)井深 （Dm） (1)井深 （Dm）： 井深定义：指井口(通常以转盘面为基准)至
三、轨迹的图示法
目前，国内外工程上常用的图示法有两种： 1、投影图表示法：包括两张图：一张是水平 投影图，一张是垂直投影图 2、柱面图表示法：包括两张图：一张是水平 投影图，一张是垂直剖面图。
1．水平投影图
相当于机械制图中的俯视图，也相当于 将井眼轨迹这条空间曲线投影到井口所在 的水平面上。图中的坐标为 N 坐标和 E 坐 标，以井口为坐标原点。所以只要知道一 口井轨迹上所有各点的 N 、 E 坐标值就可 以很容易画出该井轨迹的水平投影图。
选择哪一种计算井眼曲率的方法： 美国等西方国家多采用狗腿严重度，而我国2000年 前的行来标准都规定采用全角变化率，2003年行业 标准则是狗腿严重度。 当转盘钻钻进的井眼轨迹接近于圆柱螺线，采用全角 变化率计算 扭方位钻进的井眼轨迹接近于斜面圆弧曲线，采用狗 腿严重度 井眼曲率的计算方法，应该与轨迹计算方法相匹配。
北南位移N和东西位移E)。
如图1-4-1所示，给定插入点的条件
有两种情况：
一种是给定Li，或△Li；
另一种是给定Di，或△Di
2．直线法内插 把一个测段假设为一条直线，已知该测 段两端点的坐标值为： 上端点：井深L1，、垂深D1、北南位移 N1、东西位移E1； 下端点：井深L2、垂深D2、北南位移N2、 东西位移E2。
(7)在一个测段内，井斜方位角的变化的绝对值不 得超过180o。在具体计算时，还要特别注意平 均井斜方位角Φc的计算方法。
二、轨迹计算的方法
1．轨迹计算的顺序 轨迹计算的最终要求是算出每个测点的 坐标值。为此必须首先算出每个测段的坐标 增量，然后累加才能求得测点的坐标值。所 以轨迹计算分为测段计算和测点计算两部分 。
第二讲 定向井轨迹的测斜计算
一口井钻完后，我们需要知道井眼轨 迹的形状，需要知道是否打中了预计的目 标层。在实钻过程中，也需要及时了解已 钻井眼的轨迹形状，以便判断其发展趋势， 及时采取措施，进行轨迹控制。这就需要 进行轨迹测量，并根据测量数据进行轨迹 计算。这种轨迹测量，在工程术语中称作 测斜。 根据测斜数据计算井眼轨迹，称为 测斜计算。
所有的计算方法，具体计算都是从第1测段开 始，逐段向下进行的。由于第1测段的上测点 (第0测点)的坐标值是已知的，即D。＝L。，S。 ＝0，N。＝O，E。＝0。这样，在算出第1测 段的坐标增量之后就可算出第1测点的坐标值。 第1测点既是第1测段的下测点，又是第2测段 的上测点。在求得第2测段的坐标增量之后，即 可计算第2测点的坐标值。
方法一： 郑基英教授
方法二： 美国
校正平均角法
三、定向井轨迹的内插和外推
（一）、井眼轨迹内插法 1．轨迹内插概述 1)轨迹内插的概念 前面我们讲过，在轨迹测量时(如图1—4—1)， 只能测量每个测段两个端点(1，2)的基本参数， 而对两个端点之间的无数个点，我们是一无所知 的。当我们需要知道这些点的基本参数或坐标位 置时，可以用轨迹内插法求得。
目前广泛使用的磁力测斜仪器测得的井 斜方位角是以地球磁北方位线为基准的， 称为磁方位角。 磁北方位线与正北方位线并不重合，两 者之间的夹角，称为磁偏角。所以测斜 仪器测得的井斜方位角还需进行校正， 换算成真方位角。
校正井斜方位角
真方位与磁方位的换 算： 真方位角＝磁方位角 ＋东磁偏角 真方位角＝磁方位角 －西磁偏角
四、轨迹的计算参数
(1)垂直深度，简称垂深； (2)水平投影长度，简称水平长度或平长； (3)水平位移，简称平移； (4)平移方位角； (5) N坐标和E坐标； (6)视平移，亦称投影位移； (7)井眼曲率，狗腿严重度、全角变化率。
(1)垂直深度
垂直深度：简称垂深，是指轨迹上某 点至井口所在水平面的距离，垂深常以字 母D表示 ；
2．垂直剖面图
垂直剖面图的形式原理： 参看图5—7，设想经过井眼轨迹上每一 个点作一条铅垂线，所有这些铅垂线就构成了 一个曲面。这种曲面在数学上称作柱面。此曲 面有一个显著的特点，就是可以展平到一个平 面上。当此柱面展平时就形成了垂直剖面图。 实际的垂直剖面图并不是按照先作柱面然后展 平的办法得到。垂直剖面图的两个坐标是垂深 D 和水平长度上 Lp 或 S 。实际上，只要计算出 一口井轨迹上所有各点的垂深和水平长度就可 以很容易画出该井轨迹的垂直剖面图。
注意，正北方位线是指地理 子午线沿正北方向延伸的线段。 所以正北方位线和井眼方位线也 都是有向线段，都可以用矢量表 示。
• 井斜方位角常以字母Φ表示，单位为 度(º )； • 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 ΔΦ由表示。 Δ Φ ＝ Φ A- Φ B
“方向”与“方位”的区别
2)轨迹内插的用途 (1)在所有轨道设计中，当完成了测段计算 之后，需要进行分点计算时，可以根据内插原 理很快地完成分点计算； (2)一口井完钻并完成了全井轨迹测量计算 之后，需要进行中靶计算，在计算靶心距时， 需要根据内插原理求得中靶点的坐标； (3)在进行邻井距离扫描和丛式井防碰扫描计 算中，每一步扫描计算都可能用到轨迹内插来 求得扫描点的基本参数和坐标。