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Navigator 定向井水平井轨迹设计及计算分析系统，是用于石油钻井行业定向井与水平井轨道设计与计算分析的计算机辅助工程系统。

它可以帮助定向井工程师合理地设计一个井的轨道，并利用先进的定向钻井技术在钻井施工过程中进行实钻计算和轨迹分析，无论何种情况，Navigator软件都会为操作者提供准确、高效、灵活的定向井设计和施工解决方案。

Navigator能做什么
轨道设计
当计划新钻一口定向井或水平井时，首先要进行这口井的轨道设计；在钻井的过程中，由于实钻轨迹会偏离设计轨道，用户会进行待钻（扭方位）设计；在已钻的直井眼或套管井（枯竭井）或落空井上进行侧钻，要考虑进行侧钻井轨道设计，这些问题都可以通过Navigator系统来解决。

该系统按用户选择的设计剖面、输入的靶区的约束条件，计算出轨道的设计剖面数据，描述轨迹的曲线形式，并将数据显示存储，同时可将数据传递给图形子系统和报表子系统进行编辑、输出。

实钻计算
在钻井的过程中，测量仪器的测斜数据需要使用精确的计算方法计算出井眼轨迹数据，本软件将计算这些数据，使用户了解实钻井眼轨迹的变化情况，同时为其它功能提供基础数据。

在实钻轨迹偏离设计轨道后，用户希望知道这种偏离带来的现实和潜在的影响，或希望知道该如何控制才能回到设计轨道附近，准确中靶。

Navigator将提供这些分析计算功能。

Navigator软件的特点
准确可靠的计算结果
●轨道设计数据经过大量的验证，保证了计算的准确
●实钻轨迹计算支持SY/T 5435-2003《定向井轨道设计与轨迹计算》所提出的最小曲率
法与曲率半径法，并经过上百口井的实钻数据验证，保证了计算的正确
高度的稳定性与灵活的扩展性
●后台采用Sybase SQL Anywhere数据库，为用户数据提供安全、可靠、稳定的运行保
证
●经过Windows 98/2000/XP系统的兼容性测试
●基于C/S的架构设计，方便升级为网络版，便于用户数据共享
●模块化的功能设置，便于后续功能的扩充
功能丰富而生动的实时图形显示
●提供设计轨道、实钻轨迹的垂直投影图、水平投影图、三维立体图
●提供缩放、平移、区域选择等图形查看功能，便于用户操作
●提供图形中所有可见图元的属性更改功能。

如轨迹颜色、粗细，靶区的颜色、透明度
等，使用户能够自定义不同的图形风格，满足个性化要求
功能强大的专业级电子图板
●与Navigator软件无缝联接，自动生成轨迹与靶区图形
●用户可在自动图形的基础上随意添加文字、直线、圆弧、图片、表格等各种图元，并
支持无极缩放、平移、区域选择等图形查看功能
●绘制的图形可以以“所见即所得”的方式打印、存储，并粘贴在Word、PowerPoint
等文档中
强大而实用的功能设置
●独特的设计模型分类方法和灵活的组合方式，能够满足任何情况下的定向井、水平井
轨道设计要求
●设计的轨道符合实际、易于施工，并提供关键参数的优选功能，使用户以最快的速度
获得最佳设计结果
●以实钻轨迹计算为基础，提供强大而实用的实钻轨迹分析功能
●彻底解决了不同的坐标系统的转换和定位问题。

可以对全球任何位置的定位数据进行
地理坐标（经纬度）、大地坐标、相对（本地）坐标和极坐标的相互转换
其它特点
●提供测斜数据手动输入和各种方式的自动输入功能，并可以交叉运用，兼顾方便性与
灵活性的要求
●轨道设计参数提供实时图形化提示
●靶区的描述参数提供实时图形化提示，并可以直接查看靶区的三维图形
●提供中英文两种风格的报表输出格式，英文报表的专业术语与国外著名定向井技术服
务公司的术语相同
●三维设计模型和实钻计算的算法符合国际惯例和中国石油行业标准
系统结构
用户使用Navigator系统由计算机、数据库和Navigator 软件构成。

Navigator软件是运行于Windows操作系统上的一个MDI（多文档界面）应用程序，用户可以在不同的窗口中
输入数据、对数据进行分析计算、查看图形、报表。

所有数据存储于数据库中，用户使用Navigator软件对数据库中的数据进行操作。

数据层次结构
Navigator系统中所有的数据存储于数据库中，数据的最高级别是“井”，对应于现实中的一个钻井工程或工程。

Navigator可以创建多口井，每口井拥有自己的基本信息、靶区数据、设计轨道数据，实钻轨迹数据、井身结构数据和BHA钻具组合数据，只要数据库的容量允许，理论上可以创建任意多口井。

每口井有自己的基本信息、靶区、设计轨道、实钻轨迹、井身结构、BHA钻具组合数据。

每口井可以定义多个靶区，每个靶区都有自己的位置与形状数据，有关靶区的内容，请参考建立井。

在一口井内，设计轨道数据是以“设计轨道”的形式存储的，用户可以在井内创建多条设计轨道，相互之间独立。

有关设计轨道的具体内容，请参考靶区设置。

在一口井内，实钻轨迹数据是以“实钻轨迹”的形式存储的，在井内可以创建多条实钻轨迹。

有关实钻轨迹的具体内容，请参考实钻计算。

在一口井内可以定义多个井身结构和BHA钻具组合，详细内容请参考NDS（Navigator Drilling Studio）系统的相关文档
数据的导入导出
系统的所有数据存储于一个数据库中，该数据库被安装在用户的系统上。

Navigator提供了对各级数据丰富的数据导入和导出功能，便于用户数据的互相交换。

系统之间的数据交换解决的是这样一个问题：当两个或多个计算机分别运行自己的Navigator软件，每个系统都拥有自己的数据库，当这些系统之间要相互交换数据时，可使用Navigator方便的数据导入导出功能。

●井一级的数据交换，用户可将系统1中的一口井的全部数据导出为井数据文件，再导
入到系统2的数据库中，有关井的数据的导入导出，请参考井数据的导入。

●设计轨道数据的交换，当系统1和系统2都建立了一口井，用户只是希望将系统1当
前井的一套设计轨道数据导出给系统2，可使用设计轨道数据的导入导出，请详见设计数据的管理。

●实钻轨迹数据的交换，当系统1和系统2都建立了一口井，用户只是希望将系统1当
前井的一套实钻轨迹数据导出给系统2，可使用实钻轨迹数据的导入导出，详见实钻轨迹列表。

基础理论
本章介绍与Navigator系统相关的术语、定义与基础理论知识，目的是帮助用户更清楚地了解Navigator的运行机制与计算方法。

对于使用过其它定向井软件的用户，可以跨过本章继续下面的内容，但仔细阅读本章会有利于对Navigator的使用。

术语定义与概念
坐标系
测斜计算方法
术语定义与概念
通用名词定义
·轨道Wellpath：设计的井眼轴线。

·轨迹Wellpath：实钻的井眼轴线。

·二维设计2D Plan：设计轨道在同一铅垂平面内的定向井、水平井设计。

·三维设计3D Plan：设计轨道不在同一铅垂平面内的定向井、水平井设计。

·靶区Target：地质师给出的油气储集区，要求轨迹在目的层中的控制范围。

·节点Key Point：设计轨道上不同曲线的分界点。

·详细点Interpolation Point：设计轨道上相邻节点间的按指定段长的计算点。

·插值点Interpolated Point：设计轨道或实钻轨迹上指定测深或垂深的计算点。

·测点Survey Station：测量仪器在实钻轨迹上的测量点。

·入靶点Landing point：实钻轨迹与靶区的交点。

轨道节点与轨迹测点的描述
以下解释以实钻轨迹测点为例。

·测深Measured Depth（MD）：从井口到测点轨迹所经过的实际曲线长度，单位：M m。

·井斜Inclination（Inc）：测点井眼切线方向与重力线之间的夹角，单位：度°。

·方位Azimuth（Az）：以真北方位线为始边，顺时针旋转至测点方位线所转过的角度，单位：度°。

·垂深True Vertical Depth（TVD）：测点距离井口的垂直深度，单位：M m。

·闭合距Displacement：测点与井口在水平投影面上的距离，单位：M m。

·视平移Vertical Section（VS）：闭合距在垂直投影（一般为设计方位面）上的投影长度，单位：M m。

·N坐标和E坐标：是指测点在以井口为原点的水平坐标系里的坐标值。

·狗腿度Dog leg（DLS）：即全角变化率。

单位：度/100M、度/30M可调
·工具面角Tool face（TF）：即装置角，本软件指重力高边工具面角。

·井斜变化率Build-up rate：钻过单位测深井斜的变化，单位：同狗腿度。

·方位变化率Turn rate（Walk rate）：钻过单位测深方位的变化，单位：同狗腿度。

·闭合角（闭合方位角）：测点相对于井口的方位角，单位：度。

坐标系
本节介绍Navigator中所采用的坐标系，并解释各坐标系之间的相互关系。

地理坐标
大地坐标
相对坐标
相对井口的极坐标
高度基准
方位参考
地理坐标
地球是一个椭球体，两极稍扁，中间略鼓。

地球自转轴线与地球椭球体的短轴相重合，并与地面相交于两点，这两点就是地球的两极，北极和南极。

设椭球面上有一点P（如上图），通过P点作椭球面的垂线，称之为过P点的法线。

法线与赤道面的交角，叫做P点的地理纬度（简称纬度），以字母φ表示。

纬度从赤道起算，在赤道上纬度为0度，纬线离赤道愈远，纬度愈大，至极点纬度为90度。

赤道以北叫北纬、以南叫南纬。

过P点的子午面与通过英国格林尼治天文台的子午面所夹的二面角，叫做P点的地理经度（简称经度），用字母λ表示。

国际规定通过英国格林尼治天文台的子午线为本初子午线（或叫首子午线），作为计算经度的起点，该线的经度为0度，向东0-180度叫东经，向西0-180度叫西经。

地面上任一点的位置，通常用经度和纬度来决定。

经线和纬线是地球表面上两组正交（相交为90度）的曲线，这两组正交的曲线构成的坐标，称为地理坐标系。

例如北京在地球上的位置可由北纬39°56'和东经116°24'来确定。

大地坐标
地理坐标是一种球面坐标。

由于地球表面是不可展开的曲面，也就是说曲面上的各点不
能直接表示在平面上，因此必须运用地图投影的方法，建立地
球表面和平面上点的函数关系，使地球表面上任一点由地理坐
标（φ,λ）确定的点，在平面上必有一个与它相对应的点（X,Y），
投影在平面上的点，就用大地坐标表示。

大地坐标，也称为网格坐标（Grid Coordinate），是地理
坐标（经纬度）经过地图投影换算而得出的坐标系统。

一般情
况下，大地坐标X对应北向，Y对应东向。

地图投影的方法很多，在中国国内，目前主要使用高斯-克吕格投影（横轴墨卡托投影），而国外用的最多的是UTM投影（全球横轴墨卡托投影），除此之外，还有兰勃特投影、墨卡托投影等。

目前的各种投影方法，普遍采用等角投影换算，因此将球面坐标投影到平面以后，网格线在南北两极收敛于极点，如右图。

这样就导致了在该坐标上的不同的位置，真北与网格北（Grid North）存在夹角，即子午线收敛角；在地图投影中，经纬线长度并非都是按照同一比例缩小的，这表明地图上的长度会发生变形。

因此即使在同一个投影带，不同的位置，子午线收敛角不同，变形比例系数也不同。

相对坐标
在钻井工程中，出于使用方便的考虑，经常要使用以井口为原点的相对坐标，即以井口为原点的笛卡尔坐标。

X轴为北坐标，方向与方位参考基准（有关“方位参考”的内容，详见方位参考）相同，一般为网格北（Grid North，即大地坐标的北）或真北（True North）；Y轴为东坐标，指向东向，与北坐标垂直。

以井口为起点，北为正，南为负；东为正，西为负。

相对井口的极坐标
相对井口的极坐标原点也为井口，同相对坐标的定义类似，只是用极坐标（闭合距和闭合方位）的形式描述空间坐标点。

相对坐标和极坐标的方位参考是相同的，因此，如果系统中所采用的方位参考为大地坐标北（Grid North），北坐标即指向该方向，极坐标的方位也为大地坐标方位。

高度基准
钻井工程所需要的几个高度基准面分别为：转盘面、地面和
海平面。

转盘面与地面的高度差为补心高（图示A）；地面与海
平面的高度差为地面海拔（图示B）。

在Navigator中，采用转盘面作为高度基准面。

因此在轨迹计算中，垂深的0点是从钻机转盘面开始算起的。

方位参考
针对不同的方位参考，方位角表示的意义是不同的。

例如，磁性测斜仪测出的方位为磁方位，方位参考为磁北；陀螺测斜仪测出的方位为真方位，方位参考为真北；而在钻井地质设计和工程设计中，经常会采用大地坐标的纵轴方向作为方位参考，一般称为“大地坐标北”，也称“网格北（Grid North）”。

三个方位角的相互关系如图所示：井口位于A点，对于空间任意一点B，在水平投影图上，从真北方向开始，顺时针方向量至该AB连线的水平角，称为真方位角，用A表示；从磁北方向开始，顺时针方向量至该AB连线的水平角，称为磁方位角，用Am表示；从大地坐标纵轴方向开始，顺时针量到该AB连线的夹角，称为网格方位角，以α表示。

图中，真北与磁北的夹角δ即为磁偏角；真北与网格北的夹角γ即为子午线收敛角。

根据磁偏角的定义，相对于真北，磁北东偏，磁偏角为“+”，西偏为“-”；根据子午线收敛角的定义，相对于真北，网格北东偏，子午线收敛角为“+”，西偏为“-”；因此，当采用
网格北作为方位参考，磁方位－>网格方位的修正公式为：；真方位－>网格方位的修正公式为：。

测斜计算方法
Navigator软件提供三种测斜计算方法用于实钻轨迹测斜数据的计算：最小曲率法、曲率半径法和平均角法。

其中前两种方法是目前国内外应用最普遍的方法，也是SY/T 5435-2003《定向井轨道设计与轨迹计算》所推荐的两种方法。

最小曲率法
又称空间圆弧法，该方法假定实钻轨迹两测点间为一段空间圆弧，因此测段的狗腿度保持不变，两测点的井斜角和方位角决定了圆弧的起点和终点的方向向量。

最小曲率法是国际上使用最广泛的一种方法，SPE（国际石油工程师学会）推荐其为实钻计算的基本方法。

最小曲率法的测段计算公式如下：
曲率半径法
又称圆柱螺线法，该方法假定轨迹两测点间为一段圆柱面上的螺旋线，在水平投影图上它是一段圆弧，将柱面展开也是一段圆弧，因此测段的井斜变化率和方位变化率都相等。

该方法是目前国内陆上钻井使用最多的一种方法，其计算结果与最小曲率法非常接近。

曲率半径法的测段计算公式如下：
平均角法
又称角平均法，该方法假定轨迹两测点间为一段直线，该直线的方向为上下两测点处井眼方向的矢量和方向。

平均角法的测段计算公式如下：
快速入门
系统简介
井和靶区
设计轨道
实钻计算
高级操作
系统简介
Navigator——定向井水平井轨迹设计及计算分析系统，是用于石油钻井行业定向井与水平井轨迹设计与计算分析的计算机辅助工程系统。

它可以帮助定向井工程师合理地设计一个井的轨迹，并利用先进的定向钻井技术在钻井施工过程中进行实钻计算和轨迹分析，无论何种情况，Navigator软件都会为操作者提供准确、高效、灵活的解决方案。

Navigator的主界面
菜单与工具栏
状态栏介绍
Navigator的主界面
在该界面内，用户可以使用系统所提供的所有功能。

系统默认打开一口井作为当前井，井的信息显示在“基本信息”窗口中，用户可以在当前井内新建一个设计轨道，建立一个实钻轨迹，将测斜数据一个一个输进去，以当前井的设计轨道或实钻轨迹作为基准，挑选一个邻井与之进行防碰计算。

菜单与工具栏
“文件”菜单
“轨道设计”菜单
“实钻计算”菜单
“防碰扫描”菜单
“选项”菜单
“视图”菜单
“工具”菜单
“NDS组件”菜单
“窗口”菜单
“帮助”菜单
状态栏介绍
状态栏显示当前系统的状态信息：
“狗腿度单位”显示当前系统使用的狗腿度单位；
“投影方位”显示了当前打开井的投影方位；
“登录时间”显示了用户登陆Navigator系统的时间；
“登录用户”显示用户名。

井和靶区
新建井
新建靶区
井列表的操作
靶区列表的操作
井基本信息的修改
新建井
点击工具栏上该按钮，在弹出的“井列表”窗口中单击“新建”按钮，弹出如下“新建井”窗口：
依次填入上述信息：
“井名称”：井的名称，是必填内容；
“所属公司”：公司名称；
“构造”：井所在的地质构造名称；
“地面海拔”：井口所在位置的地面海拔高度；
“补心高”：为转盘面到地面的高度；
“坐标系统”：应向甲方地质部门咨询，采用相同的内容，国内用户也可按上图选择；
“井口坐标”：井口的大地坐标或者经纬度坐标，在施工等不关心井口绝对位置的情况下可以选择只使用相对坐标；
“收敛角”：井口位置的子午线收敛角，系统自动计算的数值；
“比例系数”：井口位置的比例系数，系统自动计算的数值；
“收敛角”和“比例系数”是复选框，用户可以根据应用习惯选择在坐标变换计算中是否考虑投影变形比例，若取消复选框则系统强制将收敛角设置为0度，比例系数设置为1，如没有特殊情况，建议选中该复选框；
“日期”和“磁偏角”：填入计算磁偏角的日期，在输入井口坐标后，点可自动计算磁偏角，用户也可以手动输入磁偏角；
“地磁模型”“日期”和“磁偏角”：选择对应年份的WMM地磁模型，并填入计算磁偏角的日期，在输入井口坐标后，点可自动计算磁偏角，用户也可以手动输入磁偏角；
“磁场强度”和“磁倾角”：井口位置处的磁场相关参数，点可自动计算；
“测斜计算方法”：本井实钻计算所采用的测斜计算方法，通常选择默认的最小曲率法；
“投影方位”：由于新建井时还没有靶区，因此投影方位暂时只能使用自定义输入方式；如果已经建立了靶区，则此时可以将投影方位选中在某个靶区上；投影方位可以是网格方位、磁方位或者真方位。

输入完成后单击“确定”按钮完成新建井；或者单击“取消”按钮终止新建该井的操作。

新建靶区
新建井后，选择，在弹出的靶区列表窗口中单击“新建”按钮即可弹出“靶区编辑”对话框。

下面以建立一个长方体靶为例进行新建靶区的介绍：
靶区名称：靶区的名称，必填项；
靶区形状：分别是点靶、圆形靶、扇形靶、长方体靶、圆柱体靶和扇环体靶；
坐标类型：可以是相对坐标、极坐标和大地坐标，系统记录用户输入时采用的坐标；
A和B点位置：靶点的坐标值；
靶点形状描述：即靶区的定型参数，长方体靶为两个靶点的上下左右各四个偏移量。

输入完成后，单击“保存”按钮保存靶区数据到数据库；单击“关闭”按钮退出“靶区编辑”窗口。

井列表的操作
在井列表窗口中，显示了当前系统中保存的全部井的列表。

用鼠标点击或用键盘↑ ↓ 键，也可通过搜索功能快速定位来查看每口井的数据内容，包括设计轨道、实钻轨迹、井身结构和BHA钻具组合。

“新建”按钮：新建一口井，具体操作见3.2.1节；
“打开”按钮：打开选中的井，该井即打开为当前井；
“删除”按钮：删除选中的井，包括该井下的设计轨道、实钻轨迹、井身结构和钻具组合等全部数据；
“导入”按钮：将.xwl井文件导入到系统数据库中；
“导出”按钮：将系统数据库中的井导出为.xwl井文件；
“关闭”按钮：关闭当前“井列表”窗口。

在搜索栏中输入井名称的全部或者部分文字，列表窗口将自动显示对应的查找结果。

靶区列表的操作
在“编辑靶区”窗口中，显示了当前井中的全部靶区的列表。

用鼠标点击或用键盘↑ ↓ 键选中数据行。

“新建”按钮：新建一个靶区，参考新建靶区；
“打开”按钮：打开选中的靶区进入靶区编辑，参考新建靶区；
“删除”按钮：删除选中的靶区；
“关闭”按钮：关闭当前“靶区列表”窗口。

井基本信息的修改
当前井的信息显示在井的“基本信息”窗口中。

当用户需要修改当前井的基本信息时，单击菜单“文件->编辑井”出现“编辑井”窗口，该窗口的操作与“新建井”窗口的操作完全一致，具体操作细节请参考新建井。

设计轨道
新建设计轨道
设计结果的输出
设计轨道绘图
新建设计轨道
点击工具栏上该按钮，在弹出“设计轨道列表”窗口，单击“新建”按钮弹出“新建轨道设计”窗口。

操作如下：
轨道名称：设计轨道名称，必填项；
描述：设计轨道的描述信息，选填项；
设计类型：从井口、自定义、侧钻点；
设计起点：轨道起点参数。

完成后单击“下一步”进行轨道设计，下面以从井口开始的设计为例，进入“轨道设计”窗口：
下面以常见的三段制“直-增-稳”轨道设计为例，选择“三段制”设计模型。

输入需要的参数后单击“确定”按钮，则在轨道设计窗口的数据列表中列出计算好的设计轨道剖面数据，模型组合也切换到从空间点开始设计的模型组合状态，用户可继续进行靶后段的设计。

以靶后段增加一个稳斜段（三维）为例，选择，钻达井深5800M，则确认后，系统维持备选模型组合为从空间点开始设计的模型组合状态，允许用户继续进行后继设计。

“设置”按钮：用于修改该设计轨道的基本信息，包括轨道名称，起点参数等；
“标志点”按钮：用于在设计剖面中插入地层、套管等信息标识点；
“输出”按钮：打开“设计轨道报表配置”对话框，设置完成后可生成Word或者Txt 两种格式的报表，具体说明请参考设计结果的输出；
“保存”按钮：将设计数据保存到系统数据库中；
“另存为”按钮：将设计数据用别的名称保存到系统数据库中；
“关闭”按钮：退出当前的轨道设计窗口，若用户没有保存设计轨道数据，则系统将给出提示信息。

设计结果的输出
Navigator提供了丰富的设计数据输出功能，可以方便地将设计轨道数据输出为Word 或Txt文件。

在轨道设计窗口中单击“输出”按钮弹出“设计轨道报表配置”对话框，在该窗口中用户可以完成全部的数据输出设定及输出操作。

设计轨道绘图
在设计窗口打开的状态下，单击工具栏三个绘图按钮：
绘制当前设计轨道的垂直投影图，图中包含系统默认图形数据；
绘制当前设计轨道的水平投影图，图中包含系统默认图形数据；
绘制当前设计轨道的三维立体图，图中包含系统默认图形数据。

系统提供了默认图形自定义配置，从菜单“选项” “图形设置”即可打开如下图所示对话框，配置轨迹的颜色和是否显示两个属性。

垂直投影图
属性设置：为用户提供个性化的图形属性设置功能；
直角坐标：将图形切换为直角坐标显示；
全井图：在图形区域内显示完整的轨迹和靶区；。