第1章定向井轨迹计算及评价
石油钻井行业定向钻井井眼轨迹计算
V2 S 2 cos( 0 2 )
§2-2 测斜计算方法
1、正切法 2、平均角法
3、平衡正切法
4、圆柱螺线法 5、校正平均角法 6、最小曲率法 7、弦步法
§2-2 测斜计算方法
1、正切法
正切法又称下切点法。 假设：测段为一直线，方向与 下测点井眼方向一致。 所有方法中最简单的，计算误 差最大的。
定向井井眼轨迹计算
本章内容提要
§2-1 测斜计算概述 §2-2 测斜计算方法 §2-3 定向井轨迹质量评价
§2-1 施工：将计算结果绘图，及时掌握井眼轨迹发展
的趋势，及时采取有效措施；
资料保存：井眼轨迹的数据，是一口井的最重要数据
之一，对钻井、采油、修井、开发，都有重要意义。
H 2 H1 H N 2 N1 N
tg 1 E 2 N 2 90 2 270 1 tg E 2 N 2 180
L p 2 L p1 L p
E2 E1 E
S2
2 2 N2 E2
N 2 0 N 2 0, E 2 0 N 2 0, E 2 0 N 2 0
第1测段：第0测点和第1测点之间的测段。
第０测点：有连接点时以连接点作为第0测 点；没有连接点时，要规定第０测点：α0=0； L0=L1-25；φ0=φ1；N0=0；E0=0；S0=0
§2-1 测斜计算概述
1、对测斜计算数据的规定
用于计算全井轨迹的计算数据必须是多点测 斜仪测得的数据。 磁性测斜仪测得的方位角数据，须根据当地 当年的磁偏角进行校正。 测点中若有一测点井斜角为零，则该点方位
H L cos c L p L sin c N L sin c cosc E L sin c sin c
定向井井身轨迹计算公式
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)*MDY=SIN(倾角)*MDZ=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)*MDY=SIN(方位角)*COS(倾角)*MDZ=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。
定向钻井理论与技术
胜利油田河50井组
2、地下地质条件的要求
断层遮挡油藏：定向井比直井可发现和钻穿更多的油层； 薄油层：定向井和水平井比直井的油层裸露面积要大得多； 垂直裂缝的构造带：打直井很难钻遇裂缝，若钻定向井或水 平井，则钻遇裂缝的机会就大得多。
2、地下地质条件的要求
3、处理井下事故的需要
直井打斜了，也具有井斜角和方位角的变化，但那不是定向井。
定向钻井(directional drilling)：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。
井眼轨道(well trajectory)：钻进之前人们预想的该井井眼轴 线形状。
井眼轨迹(well path)：实际钻出来的井眼轴线形状。
井斜角增量(Δα )：下测点井斜
角与上测点井斜角之差。 Δα＝αB－αA
1、井眼轨迹的基本参数
(3) 井斜方位角（Φ）：某测点处的井眼方向线在水平面上的投影称
为井眼方位线（井斜方位线）；以正北方位线为始边，顺时针方向 旋转到井眼方位线上所转过的角度。也称为井眼方位角、方位角。
井斜方位角增量（ΔΦ）：
第1章 定向钻井技术概述（1学时） 第2章 井眼轨迹计算与评价（5～6学时）
§3-5 坐标系统及转换*
定向钻井理论与技术
第5章 管柱摩阻扭矩计算*（1学时） 第8章 水平井钻井技术（5～6学时） 第6章 定向井专用井下工具（4学时） §6-1 无磁钻铤 §6-2 螺杆钻具 §6-3 其它井下工具 第7章 定向井测量技术（2学时） §7-1 电磁测斜仪 第9章 丛式井技术*（2学时） §9-1 丛式井技术难点及对策 §9-2 井眼轨迹扫描与防碰技术 §8-1 水平井轨道设计方法 §8-2 水平井轨迹控制技术
定向水平井轨迹控制.课件
–钻头：特殊结构，侧切特性，各向异性 –地层：岩性，可钻性，各向异性，几何产状 –钻头作用力：钻压，侧向力，钻头转角，扭矩 –高压射流作用：清洗碎屑，辅助轴向破岩
2、钻柱及其底部钻具组合（BHA）分析
– 确定钻头对地层的机械作用力：井斜力和方位力 – 确定钻头指向：转角 – 确定钻压及钻头扭矩 – 确定钻柱或BHA任一点内力和挠度
井下动力滑动钻进目前存在的缺点：
✓ 钻柱滑动，受到较大的轴向阻力，不利于施 加钻压及大位移延伸
✓ 受井下马达排量限制，洗井效果不佳 ✓ 没有钻柱旋转，不利于修整井壁 ✓ 在有些情况下，机械钻速较慢
井下马达性能的不断改进 井下动力滑动钻进系统的改进
智能钻井系统的概念
（英国）Inglis T A. ：定向钻井，石油工业出版社，1995
Ir1<Ir2<1 (Ddip<Dstr<Dn) Ir1=Ir2<1 (Ddip=Dstr<Dn) Ir1=Ir2>1 (Ddip=Dstr>Dn) Ir1>Ir2>1 (Ddip>Dstr>Dn) Ir2<Ir1<1 (Dstr<Ddip<Dn) Ir1<1<Ir2 (Ddip<Dn<Dstr) Ir1<Ir2=1 (Ddip<Dstr=Dn) Ir2>Ir1>1 (Dstr>Ddip>Dn) Ir2<1<Ir1 (Dstr<Dn<Ddip) Ir1>Ir2=1 (Ddip>Dstr=Dn) Ir1=1>Ir2 (Ddip=Dn>Dstr) Ir1=1<Ir2 (Ddip=Dn<Dstr)
定向井轨迹控制计算
……
总计偏差
……
∑+
……
∑－
井底定向法：工具面的标记
• 定向齿刀标记法：
– 适用于用氟氢酸测斜仪进 行测量； – 齿刀上的齿尖所指方位， 标志着造斜工具的工具面 方位。 – 测量时仪器最下面的铅模 压在定向齿刀上，留下齿 刀的印痕，于是可知道造 斜工具的工具面方位； – 同时，氟氢酸液瓶的液面 倾斜方位代表着井斜方位。 于是知道了工具面方位与 井斜方位的关系。 – 需在下钻前在裸眼内测得 井斜方位；
井底定向法• 方法5(间源自定向法之二)：– 组成：氟氢酸测斜仪+定向齿 刀标记； – 使用条件： • 下钻前，先在裸眼井内进行测斜； • 无严重“井铁”磁性干扰；地区或地层 磁场无异常； • 井斜角不能等于零（>30）； • 没有无磁钻铤； – 评价：这是早期既没有无磁钻铤，也没有 照相测斜仪条件下的定向方法。
– 组成：磁罗盘测斜仪+定向 键标记；
– 使用条件： • 下钻前，先在裸眼井内进行测斜； • 无严重“井铁”磁性干扰；地区或 地层磁场无异常； • 井斜角不能等于零（>30）； • 没有无磁钻铤； – 评价：这是在没有无磁钻铤条件下用的 最多的定向方法。
井底定向法
• 照像测斜仪底片上定向方位角的阅 读方法 – 当井斜角较大时，照相底片上井 斜角的刻度圆，将变成椭圆，使 方位刻度线（放射线）失真； – 所以不能从底片上直接阅读定向 方位角 – 由于井斜方位线是高边，所以该 刻度线不失真； – 定向方位角要用阅读器阅读： • 先从底片上阅读井斜方位角； • 使底片上的高边方位线，对准 阅读器上的井斜方位角读值； • 从阅读器的方位刻度，读取定 向方位角；
骡鞋展开图
井底定向法：
一井定向计算
一井定向计算在石油钻井过程中，定向钻井技术是一项重要的技术手段，它能够使钻井井眼偏离垂直方向，实现井眼在地层中的定向探测或钻取。
而在定向钻井中，一井定向计算是至关重要的一环，它通过数学模型和计算方法，来确定钻井井身的位置和姿态，为钻井操作提供准确的指导。
本文将围绕一井定向计算展开讨论。
一、一井定向计算的基本原理一井定向计算的基本原理是基于三角测量的方法，借助陀螺仪测向仪等测量工具，通过测量井身内各方向的角度信息，以及地磁场和重力加速度等环境参数，来推算井身的位置和姿态。
在定向计算中，通常采用右手法则来表示坐标系，其中X轴表示东北方向，Y轴表示东北方向的垂直方向，Z轴表示竖直向上方向。
通过坐标系的定义，可以推算出井身在空间中的位置和方位。
二、一井定向计算的工具和数据在一井定向计算过程中，常用的工具是陀螺仪测向仪和测深仪。
陀螺仪测向仪是通过测量地磁场和重力加速度的方向，来得到井身相对于地球坐标系的方向信息；而测深仪则是通过测量钻井井深，来确定井身在空间中的位置。
同时，还需要准备井身方位和测深的初始值，以及其他环境参数，如地磁场的强度、倾角和方位角等。
三、一井定向计算的计算方法一井定向计算通常采用数学模型和计算方法，来推算井身的位置和姿态。
常用的计算方法有井斜方向统计法、最小二乘法、加权最小二乘法等。
在计算过程中，需要根据测量数据，运用三角学、向量运算和解析几何等数学知识，进行角度转换、距离计算、坐标变换等。
通过计算，可以得到井身在空间中的坐标值和姿态角度。
四、一井定向计算的应用一井定向计算在油气勘探与开发中有着广泛的应用。
首先，它可以帮助工程师确定井眼的位置和姿态，通过井斜和方位的控制，实现垂直钻井、水平钻井和定向钻井等不同钻井方式。
其次，定向计算还可以用于地质勘探中，通过记录井身的轨迹和方位信息，来确定地层的形状、厚度和分布等。
此外，一井定向计算也可以用于测量工程中，如隧道、管道和电缆的铺设等。
五、一井定向计算的精度和影响因素一井定向计算结果的精度受到多种因素的影响。
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。
第一讲 定向井轨迹基本概念
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。
常规定向井的轨迹控制研究
定向井轨迹控制摘要: 定向井是目前所钻采油井的主要井型之一。
井眼轨迹的各项技术指标是影响后续测井、试油、修井、采油等作业的重要技术指标。
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。
井眼轨迹控制技术的主要内容包括:优化钻具结构;优选钻井参数;井眼轨迹的检测及预测;利用地层对井眼轨迹的影响规律等。
定向井井眼轨迹一般设计为“直—增—稳”三段制剖面。
井眼轨迹控制技术就是指直井段防斜打直、造斜段定向、斜井段井眼轨迹控制、井眼轨迹的及时调整等技术。
防斜造斜稳斜一、直井段防斜打直根据直井段长度和井眼尺寸合理选择钻具结构及钻井参数,严格控制井斜,是直井段钻井的重中之重。
控制直井段井斜主要是1)防止两井相碰;2)便于定向造斜施工;3)便于斜井段井眼轨迹控制。
目前直井段防斜效果好的钻具结构主要有满眼钻具(加2~3个扶正器);塔式钻具(加1柱7″钻铤);钟摆钻具(加单扶正器)。
通过大量的钻井实践证明,满眼钻具、钟摆钻具和塔式钻具是直井段防斜打直的三种较为合理的钻具结构。
钟摆钻具的特点是结构简单,但只有纠斜力,没有防斜力。
因此,钟摆钻具在直井段防斜钻井要保证足够的钻铤长度,根据地层特性,优选钻井参数。
塔式钻具是较为理想的一种防斜钻具,其随大尺寸钻铤长度的增加,防斜效果越好,并可适当加大钻压快速钻井,提高钻井速度。
由于现场多为Ф165mm 无磁钻铤,无磁钻铤与钻头距离相对较远,不能适时检测,当测点井斜接近3°时,井底井斜可能大于3°,必须引起重视,可通过改变钻井参数轻压吊打严格控制井斜,使直井段井斜不超过规定标准。
使用塔式钻具结构的目的是以控制井斜为主,通过测斜而获取井眼轨迹参数,计算实际井眼剖面。
满眼钻具是最好的防斜钻具,可加大钻压快速钻进,提高钻进速度。
环河、华池组不易产生井斜,钻井参数可适当放宽,采用全压、高转速钻进;洛河、宜君组地层较厚,容易产生井斜,是全井防斜、防碰的重点层段,特别是华池与洛河、洛河与安定组的两交界面最易产生大井斜的井段,要把钻压控制在100~120千牛,转速在90转/分为宜。
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
解悉定向井井眼轨迹最优化设计方法
解悉定向井井眼轨迹最优化设计方法现如今我国的定向井已经越来越发达，井眼轨迹的变化也非常的多，定向井侧钻井挖的越来越深，对于我们方便了许多，为祖国做出了非常大的贡献，但其中的过程是非常复杂的，艰难的，还需要做出许多的改变，使定向井变得越来越完美，能更好的利用在我们的生活中，我们需要克服更多的困难，提高定向井的效率，使它变得越来越方便。
标签：优化方法;定向井轨迹;定向井研究定向井是近百年来最常用的一种方法。
我们的油田开采大多都需要定向井钻井技术，使用定向井解决的困难也越来越多，定向井是一种非常有技术含量的钻井方法，它完成了许多普通钻井技术不能完成的工作。
定向井需要测量与科学技术的协调来完成开采工作，并不简单，但随着我国不断发展，人才越来越多，对于定向井的钻井技术投入的也越来越多，因此定向井更有效的帮助了我们对于地下的开采与探索。
定向井技术对于我们来说非常的重要，所以需要不断地改造以及提升。
一：定向井的轨迹和研究1.1井眼轨迹定向井是开采地下的工具，而这个工具需要测量仪器的辅助，在地下开采过程的演变中，定向井的钻井技术有了很大的提高，方便了许多，而井眼的轨迹有许多种，有水平位移的，有可以绕开地面障碍的，有各种开采方式的轨道。
有了定向井后地下开采就方便了许多，以前不能开采的路线通过定向井又可以重新开始开采。
定向井井眼轨迹在地下行动起来，可以减少地面的井场占地面积，节省了部分资金，可以说是方便了许多，还适用于地下的条件，节省了许多开采的時间，更方便于开采到更多的矿物质资源，实用技术高超。
1.2 定向井的作用现如今，定向井的钻井技术适用于我国的多数地下矿物以及油田开采，要开发地下的油田和地下矿物资源，唯一的办法就是在开发地下附近打定向井。
我国对定向井钻井技术有了更多的投入，对于定向井的优化也很努力，所以定向井钻井技术发展得越来越快，世界上的定向井最大水平位移超过了5000米，水平井最大水平位移超过了10000米。
定向井的轨迹控制 教学PPT课件
–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：
定向井技术(第一章第二章)
靶体的前端面称为靶窗，靶底是指水平井靶体的后端面。入靶点是 指水平井设计轨道或实钻轨迹与靶窗的交点，水平井设计轨道 或实钻轨迹与靶底的交点称为终止点。
第十六页，共40页。
A
o
a
靶窗
a
a b
<300 m
b
~1500 m
b
c
~2400 m
第十七页，共40页。
➢由于受当时的技术条件限制，60年代末至70年代末，水 平井技术发展迟缓，经济因素受技术约束，低成本的压裂 技术。
➢80年代以来，加速发展：多种类型油气藏钻水平井开发试 验取得显著成效；现代水平井钻井技术、测试技术，提高了 成功率，降低了成本。
➢1988年，钻水平井近200口。
第九页，共40页。
第一章 绪 论
第二章 水平井的类型和用途
分支水平井：从主井筒侧钻的水平或近似水平的井筒。
➢ 先钻成大斜度主井筒（有时钻成水平井），然后从适当位置 侧钻分支井筒。 ➢ 先钻垂直主井筒至生产层底部，再从井底以上适当位置向四周钻
若干个分支井筒。
➢ 或者，钻垂直井至生产层顶部或稍高处，然后分岔。亦可利用旧 井侧钻分支水平井筒。
• 苏义脑著，水平井井眼轨道控制；
• 韩志勇，定向井设计与计算；
• 刘希圣主编，钻井工艺原理《中册》；
• 闫 铁，李士斌，深部井眼岩石力学理论与实践
第一页，共40页。
第一章 绪 论
1.1 井眼轨道 按井眼轨道分类： 垂直井：设计井眼轴线为一铅垂线，其井斜角、井底水
平位移和全角变化率均在限定范围。
定向井：沿着预先设计的井眼轨道，按既定方向 偏离井口垂线一定距离，钻达一定目标的井。
一井定向计算
一井定向计算一、井定向计算的概念与意义井定向计算是指在石油、天然气等矿产资源勘探开发过程中，利用地球物理勘探方法，对地下岩层进行空间定向分析，以确定储层位置、储层性质和油气分布规律的一种技术。
井定向计算在油气勘探开发中具有重要意义，有助于提高钻井成功率、降低钻井风险、优化井筒结构、提高采收率等。
二、井定向计算的方法与步骤1.数据采集：通过地震、测井、钻井等多种地球物理勘探方法，获取地下岩层的地质、地球物理特征数据。
2.数据处理：对采集到的数据进行去噪、滤波、增强等处理，提高数据质量，为后续计算分析奠定基础。
3.井定向建模：根据处理后的数据，利用地质统计学、机器学习等方法建立地下岩层的空间分布模型。
4.井定向预测：基于建立的模型，对储层位置、储层性质等进行预测。
5.井定向验证：通过实际钻井成果对比，评估井定向计算的准确性和可靠性。
三、井定向计算的应用与案例1.储层勘探：在油气勘探阶段，井定向计算有助于圈定有利勘探区域，提高钻井成功率。
2.储层评价：在油气开发阶段，井定向计算可以评价储层性质、储量和生产潜力，为井筒优化和产能提高提供依据。
3.钻井工程：井定向计算可以为钻井工程提供储层位置、井壁稳定性、钻井风险等信息，降低钻井事故风险。
4.采收率优化：通过井定向计算，可以识别剩余油分布，为采收率优化提供支持。
四、井定向计算的优缺点分析优点：1.提高钻井成功率：井定向计算有助于确定储层位置，降低钻井风险。
2.优化井筒结构：根据井定向计算结果，可优化井筒设计，提高储层钻遇率。
3.提高采收率：井定向计算有助于识别剩余油分布，优化生产策略。
缺点：1.数据依赖：井定向计算结果的准确性受限于数据质量。
2.计算复杂度：井定向计算涉及多学科知识，计算过程较为复杂。
五、未来发展趋势与展望1.数据采集与处理技术：随着遥感、无人机等技术的发展，未来数据采集将更加高效、全面。
2.井定向计算方法：地质统计学、机器学习等方法将在井定向计算中发挥更大作用，提高计算准确性。
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。
一井定向.
O1
A A
O1 a
O2
O2 O2
不能大于 （ 1 ）两垂线之间距离尽可能远。 （2 3）应为伸展形状， ）b/a的数值应大约等于 1.5。 3°。
(5)联系三角形的最有利形状
b A
c
O1
a
c sin sin a
O2
b sin sin a
m
mS b2 b 2 2 ( tg ) (1 2 ) (m ) a a a
AB BA 360
A
b
O1
a O2
b sin sin a
(5)联系三角形的最有利形状
2 m b b 2 2 S m ( tg ) (1 2 ) (m ) a a a
测距精度的影响 b
测角精度的影响 O1
一井定向
目的：将地面点坐标和方位角传递到地下 (1)投点及连接测量方法 联系三角形
B
b c
O1
a
O2
A
O1 a′
O2
c′ b′
B′ A′
(2)联系三角形平差计算
b A
c
O1
a
O2
（1）计算两吊垂线间距。 2 a算 b2 c2 2bccos （2）检核计算。 a a算 a测 2mm （3）计算三角形边长改正数。 a （4）计算β角和γ角。 v a v b v c c3 b （5）求闭合差并进行改正。 sin sin sin sin
f 算 算 180
a
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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。
1.1 定向井轨迹的基本概念
一． 轨迹基本参数
③ 井斜方位角：
第1章定向井轨迹计算及评价
A：井眼轴线上每一点，都有其方位线，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）
⑦ 视平移：有人称为投影位移，英文称Vertical Section，视平移可以定 义为水平位移在设计方位线上的投影。视平移以字母Ｖ表示。
1.2 井斜方位角的校正
第1章定向井轨迹计算及评价
1.2 井斜方位角的校正
一．子午线收敛角的概念
和计算
第1章定向井轨迹计算及评价
1. 子午线收敛角的概念
① 地理坐标系
B：井眼轴线投影到水平面上以后，过其上每一点作投影线的切线， 该切线向井眼前进方向延伸部分，即为该点的井眼方位线，或称井 斜方位线。
上述A和B两个定义，是相同的，都是正确的。
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。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。
求得的乃是该测段的平本概念
三．轨迹的其它参数 第1章定向井轨迹计算及评价 垂深 水平投影长度，或称水平长度 • Ｎ坐标和Ｅ坐标 水平位移 平移方位角 闭合距和闭合方位 视平移
1.1 定向井轨迹的基本概念
三． 轨迹的其它参数
第1章定向井轨迹计算及评价
• 使用经度和纬度来 表示某点的位置；
• 地理坐标系可以准 确地表示一个点的 地理位置，但不能 表达地表上两点间 的距离和长度。
① 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。垂深常以字母Ｄ表示，垂增以ΔＤ表 示。
② 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Ｐ 表示，平增以ΔＰ表示。
1.1 定向井轨迹的基本概念
二．井斜变化率和方位变化率 第1章定向井轨迹计算及评价 • 井斜变化率 是指井斜角随井深变化的快慢程度，以Ｋα表示。严格地讲， 井斜变化率是井斜角α对井深Ｌ的一阶导数，可写为： da K dL 以增量代替微分，以相邻二测点间的井斜角变化值（Δα）与 二测点间井段长度（ΔL）的比值来表示井斜变化率的。 求得的乃是该测段的平均井斜变化率：
1.1 定向井轨迹的基本概念
一． 轨迹基本参数
② 井斜角：
第1章定向井轨迹计算及评价
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。
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。
1.1 定向井轨迹的基本概念
一．轨迹基本参数
③ 井斜方位角
第1章定向井轨迹计算及评价
井斜方位角常以字母φ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Δφ表 示。井斜方位角的值可以在0～360° 范围内变化
注意“方向”与“方位”的区别。方位线则是水平面上的矢 量，而方向线乃是空间的矢量。只要讲到方位，方位线，方 位角，都是在某个水平面上；而方向，方向线和狗腿角，则 是在三维空间内(当然也可能在水平面上)。井眼方向线是指 井眼轴线上某一点处井眼前进的方向线。该点的井眼方位线 则指该点井眼方向线在水平面上的投影。
K L
1.1 定向井轨迹的基本概念
二．井斜变化率和方位变化率 第1章定向井轨迹计算及评价 • 方位变化率
指井斜方位角随井深变化的快慢程度，以Ｋφ表示。严格地 讲，井斜方位变化率是井斜方位角φ 对井深Ｌ的一阶导数，
可写为：
d
K dL
以增量代替微分，以相邻二测点间的井斜方位角变化值 （Δφ ）与二测点间井段长度（ΔL）的比值来表示井斜方位 变化率的。
1.1 定向井轨迹的基本概念
一．轨迹基本参数
• 所谓井眼轨迹，实第1章指定井向井眼轨迹轴计线算及。评价 • 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”。 • 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”。 • 测斜仪器在每个点上测得的参数有三个，即、和井 斜方位角。这三个参数就是轨迹的基本参数。
⑤ 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。
⑥ 闭合距与闭合方位：国外将水平位移称作 闭合距(Closure Distance)， 将平移方位角称作闭合方位角(Closure Azimuth)。我国现场常特指完 钻时的水平位移为闭合距，平移方位角为闭合方位角。
③ Ｎ坐标和Ｅ坐标：是指轨迹上某点在以井 口为原点的水平面坐标系里的坐标值。
1.1 定向井轨迹的基本概念
三． 轨迹的其它参数
第1章定向井轨迹计算及评价
④ 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。水平位移常以字母Ｓ表示。
1.1 定向井轨迹的基本概念
一．轨迹基本参数
① 井深：
第1章定向井轨迹计算及评价
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。