钻井工程井眼轨道设计与控制
井眼轨迹设计.
井眼轨迹设计引言 (1)1井轨道设计依据 (1)2设计原则 (1)3设计步骤 (2)4基础数据 (3)5井身剖面设计参数 (3)6参考文献 (10)引言井眼轨道是指在一口井钻进之前人们预想的该井井眼轴线形状。
井眼轨迹是指一口已钻成的井的实际井眼轴线形状。
按照设计轨道的不同，井可以分为两大类：直井和定向井。
对于直井来说，井眼轴线就是一条铅垂线，不需要进行专门的设计。
定向井是指按照预先设计的井斜方位和井眼的轴线形状进行钻进的井，凡是设计目标偏离井口所在铅垂线的井都属于定向井。
1井轨道设计依据（1）以地质设计给定的入靶点、终止点垂深及大地测量坐标为依据。
（2）根据给定的井口坐标和靶点坐标，完成单井设计。
2设计原则（1）轨道设计应根据油藏特性及地质要求、区域地质资料和工程资料，结合造斜工具的造斜能力、井眼轨迹控制技术水平以及地面、地下条件，选择造斜率、靶前位移、造斜点深度，调整井段长度及位置，并应经过多次循环调整，优选上述参数。
（2）在地层岩性及造斜工具的造斜能力都确定时，增斜段应选择单增斜轨道。
在地层岩性及造斜工具的造斜能力都较稳定时，应选择靶前位移较小、造斜率较高和增斜段较少的轨道。
反之，在确定造斜率、靶前位移和增斜段的数量时要留有充分的控制余地。
（3）造斜点应选可钻性较好，无坍塌、无缩径的地层。
（4）调整井段的位置应放在最后一个增斜段之前。
（5）对确定的井眼轨道，应进行典型钻具组合的摩擦阻力和扭矩计算，并以此为根据进行钻机选型和钻具强度校核。
3设计步骤关键参数计算图1多靶三段式轨道给定t D 、t S 、a D 、a S 、a ∂、z K 、0θ、t ∂、m L ∆、b α，需计算的关键参数为t S 、w L ∆。
由图 可得)sin (sin )cos (cos tan z t a b a t b a z a t R D D R S S ∂-∂--∂-∂--=∂ （3-1）令：a z a t e R D D D ∂+-=sin （3-2） a z t R S S S ∂--=cos a e （3-3）z R R =e （3-4）则得：be e be b R D R S an ∂-∂+=∂sin cos t e （3-5）将 be e be e b R D R S ∂-∂+=∂sin cos sin （3-6）2tan 12tan 1cos 22bbb ∂+∂-=∂ （3-7） 代入式（3-5）中并简化，可得：222w e e e R S D L ++=∆ （3-8）ba b b a t a R D D S S ∂∂-∂--∂-+=cos )cos(1tan )(zt （3-9）4基础数据5井身剖面设计参数根据设计，选定造斜率m 30/391.2︒=K表2 轨迹主要点数据表126 3660 88.73 222.4 2437.83 -1047.95 -1076.33 1502.05 0 127 3690 88.73 222.4 2438.49 -1070.1 -1096.56 1532.01 0 128 3720 88.73 222.4 2439.15 -1092.25 -1116.78 1561.98 0 129 3750 88.73 222.4 2439.81 -1114.4 -1137 1591.94 0 130 3780 88.73 222.4 2440.48 -1136.55 -1157.23 1621.91 0 131 3810 88.73 222.4 2441.14 -1158.7 -1177.45 1651.87 0 132 3840 88.73 222.4 2441.8 -1180.85 -1197.68 1681.84 0 133 3870 88.73 222.4 2442.46 -1203 -1217.9 1711.8 0 134 3900 88.73 222.4 2443.13 -1225.14 -1238.12 1741.77 0 135 3930 88.73 222.4 2443.79 -1247.29 -1258.35 1771.73 0 136 3960 88.73 222.4 2444.45 -1269.44 -1278.57 1801.7 0 137 3990 88.73 222.4 2445.11 -1291.59 -1298.79 1831.66 0 138 4020 88.73 222.4 2445.78 -1313.74 -1319.02 1861.63 0 139 4050 88.73 222.4 2446.44 -1335.89 -1339.24 1891.59 0 140 4080 88.73 222.4 2447.1 -1358.04 -1359.46 1921.56 0 141 4110 88.73 222.4 2447.76 -1380.19 -1379.69 1951.52 0 142 4140 88.73 222.4 2448.42 -1402.33 -1399.91 1981.49 0 143 4170 88.73 222.4 2449.09 -1424.48 -1420.14 2011.45 0 144 4200 88.73 222.4 2449.75 -1446.63 -1440.36 2041.41 0145 4211.3488.73 222.4 2450 -1455 -1448 2052.74 0备注：施工前请地质、监督部门和定向井服务单位认真做好基础数据、包括海拔、钻机补心高的复核工作，以确定实际井深，以确保钻井施工顺利进行。
井眼轨迹设计与控制方法
井眼轨迹设计与控制方法
1.地层条件：在设计井眼轨迹时需要考虑地层的性质、构造、压力等因素，以确定适合的钻井方法和工具。
2.钻井目标：包括井筒垂直深度、水平延伸距离、井眼倾斜角度等，根据具体的钻井目标确定井眼轨迹设计方案。
3.施工能力：包括钻机能力、钻具能力等，确保能够实施设计的井眼轨迹。
静态方法是指在井眼轨迹设计之前，先进行地质勘探和数据分析，结合已有的地层数据、水力地质条件等，通过计算机辅助工具进行模拟和优化设计，得到最优的井眼轨迹。
动态方法是指在钻井过程中，根据实时的地质、钻井工程和测井数据进行调整和优化井眼轨迹。
常用的方法有测井导向、地磁地力导航、地震导向、连续测定和微地震测定。
井眼轨迹的控制方法主要包括两个方面：一是井眼测定和测量，二是实时调整和控制。
井眼测定和测量是指通过各种测量工具，如测深、倾斜度、方位角、动力学参数等，对井眼轨迹进行测量和测定，从而获得井眼的实际情况。
实时调整和控制是指根据井眼测量和测定的结果，通过相应的调整控制方法，按照设计要求对井眼轨迹进行调整和控制。
常用的控制方法有钻头定向工具、定向套管、钻井液调整、堵漏、裸眼控制等。
总的来说，井眼轨迹设计与控制方法是一个复杂且关键的过程，需要综合考虑地层条件、钻井目标和施工能力等因素，并结合静态和动态的设
计方法，以及井眼测定和测量、实时调整和控制方法，确保钻井工程的安全和顺利进行。
第三节--定向井轨迹控制技术
第三节--定向井轨迹控制技术井眼轨迹控制的内容包括：优化钻具组合、优选钻井参数、采用先进的井下工具和仪器、利用计算机进行井眼轨迹的检测预测、利用地层的方位漂移规律、避免井下复杂情况等等。
轨迹控制贯穿钻井作业的全过程，它是使实钻井眼沿着设计轨道钻达靶区的综合性技术，也是定向井施工中的关键技术之一。
井眼轨迹控制技术按照定向井的工艺过程，可分为直井段、造斜段、增斜段、稳斜段、降斜段和扭方位井段等控制技术，其中直井段的控制技术见第七章第四节。
一．定向选斜井段初始造斜方法有五类，即井下马达和弯接头定向、喷射法、造斜器法、弯曲导管定向、倾斜钻机定向。
目前，我国海洋定向井一般采用第一种方式，常用造斜钻具组合为：钻头十井下马达十弯接头十非磁钻铤十普通钻铤（0～30米）十挠性接头十震击器十加重钻杆。
这种造斜钻具组合是利用弯接头使下部钻具产生一个弹性力矩，迫使井下动力钻具驱动钻头侧向切削，使钻出的新井眼偏离原井眼轴线，达到定向造斜或扭方位的目的。
造斜钻具的造斜能力主要与弯接头的弯角和动力钻具的长度有关。
弯接头的弯角越大，动力钻具长度越短，造斜率也越高。
弯接头的弯角应根据井眼大小、井下动力钻具的规格和要求造斜率的大小选择。
现场常用弯接头的弯角为1.5～2.25度，一般不大于2.5度。
弯接头在不同条件下的造斜率见第四节。
造斜钻具组合使用的井下动力钻具型号应根据造斜井段或扭方位井段的井深选择。
使用井段在2000米以内，一般采用涡轮钻具或普通螺杆钻具，深层走向造斜或扭方位应使用耐高温的多头螺杆钻具。
造斜钻具组合、钻井参数和钻头水眼应根据厂家推荐的钻井参数设计。
由于井下动力钻具的转速高，要求的钻压小［一般为29.4～78.4千牛（3～8吨）］，因此，使用的钻头不宜采用密封轴承钻头，尤其是在浅层，可钻性好的软地层应使用铣齿滚动轴承钻头或合适的PDC钻头。
根据测斜仪器的种类不同，分为四种定向方式：1．单点定向此方法只适用造斜点较浅的情况，通常井深小于1000米。
定向井钻井轨迹设计与控制技术
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。
井眼轨道设计与控制
方位角ψ ：正北顺时针转至轴 线上某点切线在水平面的投影 的夹角。
井眼曲率Rh：单位长度井段井眼轴线的切线所转过的角度。
井斜变化率Rn：单位长度井段井斜角变化值。 垂深Ｄ：井 眼轴线上某 测点至井口 转盘所在平 面的垂直距 离。 方位变化率Ri：单位长度井段方位角变化值。 测深Ｄm：某测点到转盘补 心的井眼轴线实际长度。 井斜角α i ：轴线切 向方向与垂线的夹角。 井深D Ｗ ：转盘补心到 井底的深度。
第五章
第一节 井眼轨道设计的原则和方法
3. 井眼轨道水平投影 1) 工具弯角（θ ｂ）:在造斜 钻具组合中 , 拐弯处上下两段的 轴线间的夹角。 2) 工具面 : 在造斜钻具组合 中 , 由弯曲工具的两个轴线所决 定的平面。 3) 反扭角（β ｒ）:在使用井 下动力钻具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。反扭角总是使工具 面逆时针转动。
第三章
第一节 井眼轨道设计的原则和方法
一、基本概念
1 .井眼轨道的基本要素
井眼轨道：表示井眼轴线形状的图形。
其它基本要如下图所示：
第五章
第一节 井眼轨道设计的原则和方法
井底水平位移Sh：井口与井底两点 在水平投影面上的直线距离。 井底闭合方位角Ψ h ：从正北方向 顺时针转至井口与井底的水平投影 连线的夹角。
第五章 第一节 井眼轨道设计的原则和方法
第五章 第一节 井眼轨道设计的原则和方法
与整个井眼相比为小量，其长设为dl，B点的定向要素为 DA+dD、EA+dE、 NA+dN、αA+dα、 ShA+dShA 、 φA +dφ。连接AB两点，AB线段水平投影为AˊBˊ 线段。可以近似地认为：AB弧长=AB线段长= dl。 在垂直投影面中：
3.定向井轨迹控制技术
定向井轨迹控制技术钻井四公司一、直井段防斜打直定向井直井段控制原则是防斜打直。
直井段不直，不仅影响定向造斜的顺利完成，还会因上部井段造成的位移影响下步轨迹控制。
负位移会造成实际施工中比设计更大的造斜率和更大的最大井斜，正位移情况相反。
位移向设计方向两侧偏离，就将两维定向井变成三维定向井，造成下步轨迹控制困难。
如果丛式井直井段发生井斜，还会造成两口定向井直井段井眼相碰的施工事故。
1、防斜原理造成井斜的原因为地质因素和钻具弯曲。
控制井斜实质就是控制钻头造斜力，地层造斜力是不可改变的，唯一可控制的是下部钻柱组合和钻井参数，通过改变下部组合和调节钻井参数可抵抗地层造斜力，使井斜控制在一定范围内。
常用组合：钟摆组合、刚性满眼组合、塔式组合、柔性钟摆组合、偏轴接头、双驱复合钻、垂直导向工具（power-V等）2、不同井眼钻具组合及钻进参数选择普通定向井直井段施工中，应采用本地区最不易斜的钻具组合。
A：常规组合12-l／4″井眼一般采用塔式钻具组合：12-1／4″钻头＋9″钻铤＊3根＋8″钻铤＊6根＋6-1／4″钻铤＊9根＋5″钻杆。
8-1／2″井眼通常采用钟摆钻具组合：8-l／2″钻头＋7″钻铤＊2根＋214mm稳定器＋6-l／4″钻铤＊6根＋5″加重钻杆15根+5″钻杆。
钻进参数：钻水泥塞采用轻压吊打方式，12-1／4″井眼，正常钻进钻压常采用180－200KN，吊打时常采用50－80KN；8-1／2″井眼正常钻进钻压常采用120－140KN，吊打时常采用30－50KN。
B：双驱组合12-1/4″井眼φ311.1mmPDC钻头+φ244.5mm直螺杆+φ228.6mm钻铤*2根+φ203.2mm无磁钻铤*1根+φ203.2mm钻铤*6根+φ177.8mm钻铤*9根+φ127 mm钻杆注:如果使用钻具扶正器,应接在φ228.6mm和φ203.2mm钻铤之间8-1/2″井眼φ215.9mmPDC钻头+φ172mm直螺杆+φ158.8mm钻铤*1根+φ214mm扶正器+φ158.8mm钻铤*6根+φ127mm加重钻杆*15根+φ127mm 钻杆钻压：20-80KN 转盘转速：45-60rpm 排量：40-45l/s 泵压：15-18MPaC：直井段长度影响1）造斜点深度小于500米，采用塔式或钟摆钻具，严格控制钻压、保证井斜角不大于lº。
关于定向井钻井轨迹控制技术的探讨
造斜段完成后，需要进行稳斜段的钻井施工，在稳斜段的钻进中，要选用无线随钻测井仪器对钻头的工作进程进行动态跟踪，实时监测钻头的实际井斜角、方位角偏离情况并与设计值进行对比，确保钻头中靶。在没有无线随钻测井仪器的情况下，需要通过稳斜钻具组合进行钻井，并应用单、多点测斜仪进行定点测斜，从而保证井眼中靶，提高钻井质量。
二、三段制定向井轨迹剖面钻井控制技术
基于三种不同类型轨迹剖面的优缺点，在现实中多应用三段制和五段制井眼轨迹剖面进行定向井钻井设计，而三段制井眼轨迹剖面最为常用，下面就对三段制定向井井眼轨迹钻井控制技术进行研究。
1、直井段的井眼轨迹控制技术
直井段的井眼轨迹控制技术主要是防斜打直，这是定向井轨迹控制的基础，因为地质、工程因素和井眼扩大等原因，直井段钻井中会发生井斜，地质因素无法控制，可通过在施工和井眼扩大两方面采取技术措施进行直井段钻井的轨迹控制，关键要选择满眼钻具和钟摆钻具组合进行直井段钻井，前者可以在钻井中防止倾斜，将扶正器与井壁尽量靠近，就可以有效防止井斜问题出现；钟摆钻具的工作原理是超过一定角度后会产生回复力，具有纠正井斜问题的作用，但要保证钻压适量，因为钻压过大会使钟摆力减小而增斜力增大，妨碍纠斜效果。
2、造斜段的井眼轨迹控制技术
在定向井钻井中，造斜段钻井是关键部位，造斜就是从设计好的造斜点开始，使钻头偏离井口铅垂线而进行倾斜钻进的过程，关键是要让钻头偏离铅垂线开始造斜钻进。要根据设计好的井眼轨迹，综合井斜角、方位偏差来计算造斜率，以此指导造斜钻井施工，通过增加钻铤等措施，调整滑动钻进和复合钻进的比例，从而使钻头按照设计的井眼轨迹进行钻进，指导造斜段完成。
2、定向井钻井的轨道设计
根据定钻井的目的和用途不同，可以将定向井分为常规定向井、丛式井、大位移井等几种类型进行设计，常规定向井一般水平位移不超过1km、垂直深度不超过3km，丛式井可减小井场面积，大位移定向井的轨道一般采用悬链曲线轨道，在井眼轨迹上采用高稳斜角和低造斜率。我国定向井井眼剖面轨迹主要有“直―增―稳”三段制剖面、“直―增―稳―降”四段制剖面和“直―增―稳―降―直”五段制剖面三种类型，在具体设计时根据所在地层地质特征不同进行优化设计。三种井眼轨迹各有优缺点：三段制井眼轨迹造斜段短，设计和施工操作比较方便，在没有其他特殊要求时可以采用三段制轨迹剖面；四段制井眼轨迹剖面起钻操作时容易捋出键槽加大下钻的摩擦力，容易造成卡钻事故，且容易形成岩屑床，一般不会采用，只在特殊情况下使用；五段制井眼轨迹剖面在目的油气储层中处于垂直状态，有利于采油泵安全下摘要：对于石油天然气的开采来说，钻井是其开采的重要手段。然而在庞大的钻井技术体系中，定向钻井技术在钻井技术体系中占有十分重要的地位。由于定向钻井技术可以在复杂的地形的环境条件下进行，因而这一特性决定了定向钻井技术在实际的操作中在保持井眼的稳定，井眼的轨迹控制等方面要做到十分的精确。可以说定向钻井技术的成败在于如何在施工中井眼轨道的设计以及井眼轨迹的控制。本文就定向井钻井轨迹控制技术进行论述。
钻井工程：第五章 井眼轨道设计与轨迹控制
第五章井眼轨道设计与轨迹控制1．井眼轨迹的基本参数有哪些？为什么将它们称为基本参数？08答：井眼轨迹基本参数包括:井深、井斜角、井斜方位角。
这三个参数足够表明井眼中一个测点的具体位置，所以将他们称为基本参数。
2．方位与方向的区别何在?请举例说明。
井斜方位角有哪两种表示方法？二者之间如何换算？答：方位都在某个水平面上，而方向则是在三维空间内(当然也可能在水平面上）。
方位角表示方法：真方位角、象限角。
3．水平投影长度与水平位移有何区别?视平移与水平位移有何区别?答：水平投影长度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。
水平位移是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.在实钻井眼轨迹上，二者有明显区别，水平长度一般为曲线段，而水平位移为直线段。
视平移是水平位移在设计方位上的投影长度.4．狗腿角、狗腿度、狗腿严重度三者的概念有何不同？答：狗腿角是指测段上、下二测点处的井眼方向线之间的夹角（注意是在空间的夹角）.狗腿严重度是指井眼曲率，是井眼轨迹曲线的曲率。
5．垂直投影图与垂直剖面图有何区别？答:垂直投影图相当于机械制造图中的侧视图,即将井眼轨迹投影到铅垂平面上；垂直剖面图是经过井眼轨迹上的每一点做铅垂线所组成的曲面，将此曲面展开就是垂直剖面图.6．为什么要规定一个测段内方位角变化的绝对值不得超过180 ？实际资料中如果超过了怎么办？答：7．测斜计算,对一个测段来说，要计算那些参数？对一个测点来说，需要计算哪些参数？测段计算与测点计算有什么关系？答：测斜时，对一个测段来说,需要计算的参数有五个：垂增、平增、N坐标增量、E坐标增量和井眼曲率;对一个测点来说,需要计算的参数有七个:五个直角坐标值（垂深、水平长度、N坐标、E坐标、视平移）和两个极坐标（水平位移、平移方位角）.轨迹计算时，必须首先算出每个测段的坐标增量,然后才能求得测点的坐标值。
5钻井工程理论与技术_第5章井眼轨道设计与轨迹控制
(7)井眼曲率
井眼曲率：指井眼轨迹曲线的曲率。
有人称作“狗腿严重度”，“全角变化 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。
计算井眼曲率
“狗腿角”：对一个测段(或井段)来说，上、
下二测点处的井眼方向线是不同的，两条方向 线之间的夹角(注意是在空间的夹角)称为“狗 腿角”，也有人称为“全角变化”。
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：过井眼轴线上某测点作井眼轴线的 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。
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。
(5)N坐标和E坐标
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。此 水平面坐标系有两个坐标轴，一是南北坐 标轴，以正北方向为正方向；一是东西坐 标轴，以正东方向为正方向。
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。
ΔΦ＝Φ - Φ
B
A
“方向”与“方位”的区别
方位线是水平面上的矢量，包括：方位、方位 线、方位角。
方向线则是空间的矢量。包括：方向和方向线， 则是在三维空间内(当然也可能在水平面上)
井眼轨迹设计与控制方法
井眼轨迹设计与控制方法井眼轨迹设计与控制方法是指在石油工程领域中，为了实现最佳的钻井效果，需要设计合适的井眼轨迹，并通过控制方法来实施钻进操作。
井眼轨迹设计和控制方法的目的是确保井眼能够贯穿目标层，并达到钻井目标。
以下是井眼轨迹设计和控制方法的一般步骤和原则。
1.收集地质和地下信息：了解地质和地下条件对井眼轨迹设计的影响，包括地层构造、断层、岩性、陷落带等信息。
通过地质勘探技术，如地震勘探、测井等方法获得地下信息。
2.考虑钻进目标：确定钻井目标并制定井眼轨迹设计的目标，包括垂直井、平曲井、S型井、水平井等。
3.选择合适的钻头和井壁稳定措施：根据地层岩性和井眼设计目标，选择适当的钻头和井壁稳定措施，以减少钻井风险。
4.采用合适的井眼轨迹设计软件：使用井眼轨迹设计软件，根据地质和目标要求，进行井眼轨迹设计。
软件可以根据用户的输入参数，提供最佳的井眼轨迹设计方案。
5.优化井眼轨迹设计：根据设计的井眼轨迹，进行优化，以满足目标要求、降低钻井风险和成本。
6.完善设计：进行设计审查并完善井眼轨迹设计。
井眼轨迹控制方法的原则如下：1.根据地质情况进行实时调整：在钻井过程中，根据地质情况和实时测井数据，适时调整井眼轨迹设计。
控制方法可以包括调整钻头类型、调整钻井液密度等。
2.使用工具进行测量和记录：使用相关测量工具，如测井仪器、鱼雷测井等，对井眼轨迹进行实时测量和记录。
这些测量数据可用于分析地层情况和优化井眼轨迹设计。
3.采用适当的工具和技术：选择合适的工具和技术，如导航仪器和测量工具，帮助实施井眼轨迹控制。
这些工具可以提供准确的测量数据和实时导航。
4.数据分析和反馈：通过分析测量数据和井斜数据，对当前井眼轨迹进行评估和反馈。
根据评估结果，进行必要的调整和控制。
5.培训和提高技能：培训钻井工程师和工人，提高其井眼轨迹设计和控制的技能水平。
这样可以确保钻井操作的安全和高效。
总之，井眼轨迹设计和控制方法是确保钻井工程顺利进行的重要环节。
定向钻井井眼轨迹控制
z z e
对于偏差角△φZ，如果按照 井斜方位均匀漂移（即漂移
率不变），那么从当前井底
e钻达目标点T，需要的方位 漂移量为2△φZ。
二、方位扭转角的计算
6. 选择控制井斜方位的方法
选择方法的依据是将△φP与2△φZ进行对比。
若2△φZ ≈ △φP ，使用当前钻具组合的自然漂移率即可 准确钻至目标点（既不用更换钻具组合）。
有算示意图
计算井斜方位漂移率时，利用井身的水平投影图，图4-4； 先挑出用井下动力钻具钻出的井段（图中的oa段）； 再将转盘钻钻出的井段，根据井斜方位变化的趋势，分成几 段，如图4-4中的ab，bc，cd，de段； 最后根据井身测斜计算的数据，分别求出各段的井斜方位变 化率。
第二节 井眼轨迹预测与控制
三、井眼轨迹控制原则（决策）
控制理论中控制的定义：被控制对象中某一（某些）被 控制量，克服干扰影响达到预先要求状 态的手段或操作。 井眼轨迹控制：钻井施工中通过一定的手段使实钻井眼 轨迹尽量能符合设计的井眼轨道最终保 证中靶的过程。 运用控制理论对井眼轨迹控制分析可知，目前的井眼轨 迹控制系统是一个开环的人工控制系统。
二、井眼轨迹控制
轨迹控制的主要内容有以下几方面：
（1）适时进行轨迹监测和轨迹计算 选择合适的监测仪器、监测密度和测点密度。根据轨迹计 算结果，提出下步轨迹控制要求。 （2）精心选择造斜工具和下部钻具组合 造斜工具和钻具组合结构的选择是轨迹控制的关键。 （3）做好造斜工具的装置方位计算 装置角、装置方位角、井下动力钻具反扭角、定向方位角 的计算必须准确无误。 （4）造斜工具的井下定向工艺和钻进 正确选择定向方法，严格执行定向工艺措施；严格执行钻 进过程中制定的工艺措施和技术参数标准。
1 井眼轨道与井眼轨迹
– 井眼曲率计算方法: – 有公式计算法 、查图法、图解法、查表法和尺算法五
种。我国用公式计算法（又分三套，常用第一套）。 – 井眼曲率计算公式：
K
L
第三节 定向井的相关概念及井眼轨道
定向井的井眼轨道设计既是井眼轨迹控制的基础和依据，又是 定向钻井技术中的首要环节。
图1-3 象限角示意图
• 象限角：指井斜方位线与 正北方位线或与 正南方位线之间 的夹角。
• 象限角变化范围： 0～90° • 象限角书写：N67.5°W。
注意：“方位线”与“方向线”是有区别的。
方位线：指水平面上的矢量；只要提到方位、方 位线、方位角存在于某个水平面上；
方向线：空间的矢量；方向、方向线存在于三维 空间内（当α=90°时，二者均在水平面 上）。
一、井眼轨迹的监测参数
• 井斜方位角φ：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，单位(°)。
井口
1-2 井斜方位角及井斜坐标示意图
• 井斜方位角的增量Δφ： 下测点的井斜方位角减 去上测点的井斜方位角。
• 井斜方位角变化范围： 0～360°
一、井眼轨迹的监测参数
• 井斜方位角还可用“象限角”表示。
造斜工具所钻出井段的井眼曲率，但不等于 井斜变化率。
造斜段
造斜点
最大井斜角
4. 增斜段：井斜角随着井深
的增加而增加的井段。
稳斜段
降斜段
5. 稳斜段：井斜角保持不变
的井段。
目标点
6. 降斜段：井斜角随着井深
目标终点 增加而逐渐减小的井段.
图1-16 井深剖面术语示意图
井眼轨迹控制技术讲义
井眼轨迹控制技术 (1)三、海洋定向井直井防斜技术 (12)四、海洋定向井预斜技术 (14)上图为某平台表层预斜轨迹与内排井直井段轨迹对比图 (15)五、造斜段、稳斜段、降斜段轨迹控制 (15)井眼轨迹控制技术井眼轨迹控制指：按照设计要求（地质设计、钻井工程设计、定向井设计等），利用定向井工艺、技术，完成定向井、水平井、水平分枝井等轨迹控制的过程。
井眼轨迹控制技术按照定向井的工艺过程，可分为直井段、预斜段、造斜段、增斜段、稳斜段、降斜段和扭方位井段等控制技术。
目前海洋定向井轨迹控制使用的是导向钻具，而在陆地油田有的还是用常规钻具组合（增斜、降斜、稳斜、降斜）实现井眼轨迹的控制。
定向井井眼轨迹控制考虑的因素及工作内容包括：1.造斜点的选择(1).选择地层均一，可钻性好的地层(2).KOP在前一层套管鞋以下50米，套以免损坏套管鞋(3).初始造斜的准确性非常重要(4).大于25度的定向井方位易控制2.造斜率选择(1).大斜度大位移定向井：2～3度/30米(2).一般丛式井3 ～5度/30米(3).造斜率要均匀3.降斜率(1).对于“S”井眼，通常降斜率1～2度/30米(2).如降斜后仍然要钻长的井段，降斜率还要小，以免键槽卡钻4.预测井眼轨迹要考虑的方面(1).底部钻具组合的受力分析(2).地层的因素：岩性、均匀性、走向、倾向、倾角(3).钻头结构、形状(4).侧向切削模型和轴向切削模型，确定侧向力5.钻具组合影响轨迹：底部钻具组合表现不同的效果，是由于不同的钻具有各自的力学特性，产生钻头侧向力的方向和大小不同。
(1).1#STB和2#STB的距离(2).（刚度）钻铤内外径、材料(3).扶正器尺寸(4).钻头类型和冠部形状6.井眼方向控制内容：(1).井斜角的控制：增斜、降斜、稳斜；(2).井斜方位角控制：增方位、降方位、稳方位；7.定向井轨迹控制的主要做法1)第一阶段：打好垂直井段(1).垂直井段打不好，将给造斜带来很大的困难。
钻井工程第五章井眼轨道设计及轨迹控制
钻井工程第五章井眼轨道设计及轨 迹控制
钻井工程第五章井眼轨道设计及轨 迹控制
钻井工程第五章井眼轨道设计及轨 迹控制
钻井工程第五章井眼轨道设计及轨 迹控制
钻井工程第五章井眼轨道设计及轨 迹控制
钻井工程第五章井眼轨道设计及轨 迹控制
钻井工程第五章井眼轨道设计及轨 迹控制
钻井工程第五章井眼轨道设计及轨 迹控制
1、水平投影图
投影面：水平面 坐标系：以井口为原点，N坐标轴、E坐标轴 表达的参数：N坐标值、E坐标值、水平位移 S
水平长度Lp 、闭合距、井斜方位角
平移方位角 、闭合方位角。
2、垂直投影图
投影面：过设计方位线的铅垂面，即井口和目标点所在的 铅锤面。
坐标系：原点（井口）、横坐标（视平移）、纵坐标（垂深） 表达的参数：垂深 D ，视平移 V ，井斜的增减趋势
钻井工程第五章井眼轨道设计及轨 迹控制
（7）井眼曲率K （”狗腿严重度”、“全角变化率”）
指井眼轨迹曲线的曲率。平均曲率
Kc30/Dm
“狗腿角”或“全角变化” 上下二测点的两条方向线之间的夹角（空间夹角）。
狗腿角的计算： Lubinski公式：
c o cs A o cs B o ss A i s n B i c n B o A ) s
井眼轨迹：一口井实际钻成后的井眼轴线形状。 轨迹控制： • 直井防斜打直； • 特殊工艺井控制井斜和方位，使轨道和轨迹相一致。
钻井工程第五章井眼轨道设计及轨 迹控制
钻井工程第五章井眼轨道设计及轨 迹控制
直井用途：油田开发和勘探。有井斜限制要求。 定向井用途：
1、地面环境条件的限制 高山、湖泊、沼泽、河流、沟壑、海洋、农田或重要的建筑物等。
2、计算内容：
8第五章井眼轨道设计与轨迹控制
8第五章井眼轨道设计与轨迹控制井眼轨道设计和轨迹控制是钻井领域中至关重要的技术。
井眼轨道设计的目标是在地下达到所需的位置和方向，以满足石油开采的要求。
轨迹控制则是通过从地下检测井眼轨迹的变化，实时调整钻井操作以确保井眼轨迹在设计范围内。
在井眼轨道设计中，首先需要确定所需的位置和方向。
这通常是通过地质勘探和地层分析来确定的。
了解地层特征和油气藏分布对井眼轨道设计至关重要。
然后，可以使用不同的方法来设计合适的井眼轨道。
一种常用的方法是利用曲线半径和转弯的角度来确定井眼轨道。
在钻井过程中，钻井工程师可以根据需要设置不同的曲线半径和转弯的角度，以达到所需的轨道。
这可以通过调整钻井井具的参数来实现。
另一种常见的方法是使用水平井设计。
水平井设计的目标是在垂直方向达到所需的深度，并在水平方向上延伸到特定的距离。
水平井设计可以采用多种方法，如交替控制、连续建模和编码设计。
轨迹控制是指在钻井过程中实时调整井眼轨迹以确保其在设计范围内。
常用的轨迹控制方法包括钻头控制、钻进构件控制和钻进液控制。
钻头控制通过调整钻头的旋转和下压力来控制井眼轨迹。
钻进构件控制使用不同的构件来调整井眼轨迹。
钻进液控制使用特定的钻进液来控制井眼轨迹。
轨迹控制还可以利用实时测量数据来进行。
这些数据可以来自不同的传感器，如压力传感器、位移传感器和倾角传感器。
通过实时监测井眼轨迹的变化，并根据需要进行调整，可以确保井眼轨迹始终在设计范围内。
总之，井眼轨道设计和轨迹控制是钻井过程中至关重要的技术。
正确设计和控制井眼轨道可以确保钻井过程达到预期的目标，并提高石油开采的效率和产量。
这需要钻井工程师综合考虑地层特征、钻井参数和实时测量数据，采用合适的方法进行设计和控制。
井眼轨迹设计与控制技术
·sin( /2)·sinc]/( ·)
轨迹测量与计算
注意：Δα，Δφ单位为弧度。
轨迹测量与计算
（二）轨迹计算方法
（4）校正平均角法
圆柱螺线法计算公式的分母上有Δα、Δφ，一 旦有一个增量为零就无法计算。 郑基英教授在“圆柱螺线法”基础上，经过数学 处理提出了“校正平均角法”。
15°～30°，小倾角定向井； 30°～60°，中倾角定向井； 大于60°，大倾角定向井。 最大井斜角不得小于15°，否则井斜方位不易稳定。 • 选择合适的造斜点位置； 地层：硬度适中，无坍塌、缩径、高压、易漏。 深度：根据垂深、水平位移、剖面类型等确定。垂深大、位移小，造斜点应深一些，
变向器 射流钻头
扶正器组合
固定扶正器组合 可调扶正器组合
目录
01 井眼轨迹的基本概念 02 轨迹测量与计算 03 直井防斜技术 04 定向井井眼轨道设计 05 造斜工具及轨迹控制
轨迹测量与计算
（一）测斜方法及测斜仪简介
目的：掌握井眼轨迹参数的测量、计算、轨迹绘图方法。
1.测量内容
井深Dm、井斜角α 、方位角φ 2.测斜仪分类
按工作方式分：单点式、多点式、随钻测量（有线、无线） 按工作原理分：磁性测斜仪（罗盘）、陀螺测斜仪（高速陀螺空间指向恒定）。
井眼轨迹的基本概念
（二）轨迹的计算参数
（1）垂直深度（垂深） 轨迹上某点至井口所在水平面的距离（D)。垂深增量称为垂增（ΔＤ）。
（2）水平投影长度（水平长度、平长） 轨迹上某点至井口的长度（井深）在水平面上的投影（LP)，水平长度的增量称
为平增（ΔLP）。
（3）水平位移（平移） 轨迹上某点至井口所在铅垂线的距离（S）。 或轨迹上某点至井口的距离在水平面上的投影。此投影线又称为平移方位线。 国外将水平位移称作闭合距。我国将完钻时的水平位移称为闭合距。
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。
水平井工程设计及轨迹控制.
水平井钻井工程设计及轨迹控制一、水平井的概述：八十年代中期以来，水平井技术在世界范围内取得了突飞猛进的进展，为提高勘探效果，提高单井产量和油层采收率，开辟了一条新的途径，给石油工业的发展带来了新的革命，胜利油田从1990年9月开始，以埕科1井为起点，展开了水平井研究与应用，针对各种类型油藏，如整合油藏、不整合油藏、稠油砾石油藏、低渗透块状砾石油藏、砂岩油藏、石炭系砂岩油藏、古潜山漏失型油藏等进行攻关研究。
“八五”期间组织了六个油田、五个院校，762名科技人员，在水平井钻井的设计技术、轨迹控制技术、钻井液技术、完井技术及测井射孔技术的五个方面共31个专题进行了四年的攻关，在理论研究、实验技术、软件技术、工具仪器研制和工具方法等方面，取得了重大技术突破，包括了16项重大科技成果在内的30项技术成果，形成了一整套水平井钻井、完井技术，截止1995年7月项目提交国家鉴定时，胜利油田完成各类水平井30口。
“八五”攻关计划完成后，水平井技术迅速转化为生产力，很快形成了大规模推广应用的局面。
到1996年底我国陆上已完成水平井94口，推广面积达到13个油田，六种类型的油气藏。
仅投产的47口科学实验水平井增产原油78吨，新增产值9.52亿元, 获直接经济效益6.46亿元。
到98年底全国陆上油田已钻成水平井204口，其中胜利油田所钻井和以技术服务形式在外油田所钻水平井共计119口。
更重要的是，“水平井是增加原油产量、提高采收率和开发特殊油藏最有效的手段之一”这一观点，得到了广大勘探开发工作者的共识，从而带动了与水平井有关的地质、油藏、采油工程等相关技术的发展，推动石油的科技进步。
自项目推广应用以来，应用的油藏类型逐步扩大，完成的水平井类型逐步增多。
除本油田以外，先后应用到塔里木、长庆、吐哈、青海、中原、江汉、河南、大港、玉门、江苏等油田，以及江苏省洪泽县非石油行业的芒硝矿开采，完成了以水平探井、阶梯水平井、连通式水平井等为代表的12种类型水平井，其经济效益十分显著，所完成的开发井稳定产值为同地区直井的3倍，其投资仅为直井投资的1.8倍左右，1997年《石油水平井钻井成套技术》被列为国家”八²五”国民经济贡献巨大的十大攻关成果。
小井眼钻井钻具组合及轨迹控制对策探讨
小井眼钻井钻具组合及轨迹控制对策探讨随着石油勘探开发的不断深入，常规的井眼钻井技术已经无法满足越来越复杂的场地环境和勘探目标。
为了开展高难度的钻井作业，如远距离侧向钻井、多层岩石钻进等，钻井工程师开发了多种新型的井眼钻井钻具组合及轨迹控制对策。
本文将就此方面进行探讨。
一、钻具组合在利用新型井眼钻井钻具进行高难度钻井作业时，合理选择钻具组合非常重要。
而不同的钻具组合适用于不同的场合。
1.平行钻进组合：平行钻进组合适用于在多个目标之间连续平行钻进的场合，通过设置相应的控制点，对井眼进行精确控制，可以确保井眼的运动轨迹位于设计轨道内。
2.减阻组合：减阻组合主要在比较难以打捞的钻井井筒中使用，在钻进时可以减少钻具与井壁之间的摩擦力，减少钻进力的消耗，同时提高钻进效率，缩短钻进时间，降低钻井成本。
3.快速下传组合：快速下传组合用于在钻进时需要进行快速下装井下工具或管柱的场合。
利用此种组合可以省去插锤跨接等繁琐的操作手续，提高井下工具装柱和管理的效率。
4.方向控制组合：方向控制组合适用于需要在特定区域、特定角度或油气层钻探的场合。
在钻进过程中，利用钻底方位仪等设备，对钻井方向进行精确控制，确保钻进目标的技术要求和测量要求的精度。
二、轨迹控制井下作业环境复杂，不同作业所需的井眼路径也不同。
因此，为了使钻井作业更加精确、高效、安全，钻井工程师将钻井控制质量提升到更高的水平，使用了更有效的钻井轨迹控制技术。
1.模块化形象化控制法：该方法主要基于有理函数理论，将钻进路径分段控制。
将完整的井眼路径分成若干个互不重叠的轨迹段，每段轨迹设置相应的控制点，通过实时对控制点的控制，实现井眼运动轨迹的精确控制。
2.被动型钻井轨迹控制法：该方法主要是利用钻井钻具的滑动、转向、扭曲等特性，较为自然地对钻井路径进行控制，减少对井眼削弱或扭曲的影响。
3.主动型钻井轨迹控制法：该方法主要是通过井下无线电通讯系统和计算机软件预测井眼运动轨迹，根据实际情况对钻井钻具进行主动调整，使其能够在预定的路径内高效地前进和抵达目标层位。
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实践证明，井斜角＜15°，方位不稳定，容易漂移；井斜角＞45°，测井和完井难度大，扭方 位困难，扭矩大，易发生井壁坍塌等问题。因此，常规定向井的最大井斜角应尽可能控制在 15°～45°范围内。
3.
井眼曲率过大会给钻井、采油和修井作业造成困难。因此，定向钻井的井眼曲率一般取5°～ 12°/100m，最大不超过16°/100m。
一点的切线 （钻进方向）在水平面上的投影线的夹角
K Ｌ B Ｌ A
Ｅ
BA
方位变化率Ｋ ：单位井段的方位变化
水平位移、闭合距、闭合方位角的概念
Ｎ 闭合方位角
水平位移：井身轨迹某点与井口位置的水平距离
E
Ａ点水平位移：ＳA＝OA Ａ
E(完井井底)
闭合距：SE＝OE
Ｏ
闭合距 SE:完井井底水平位移
闭合方位角:从正北方向顺时针转至闭
水平井眼轨道类型的选择
直井段 造斜段
稳斜段 造斜段 水平段
直井段
造斜段
水平段
常规水平井
侧钻水平井
井眼轨道设计方法－－图版法 作图法 解析法
（五）二维定向井井眼轨道设计方法
定向井和水平井井眼轨道设计一定要认真执行井眼轨道设计原则，选择 合理的井眼轨道类型，结合本井情况，设计出良好的井眼轨道。
(1)掌握原始资料主要是该地区的地质剖面，地表对井位的限制条件， 目的层位的垂直井深和总水平位移，自然造斜规律，工具造斜能力，钻井技
ON－正北方向线 OE－正东方位线 OA－井底井斜方位线－高边方位线 OB－造斜工具定向方位线 OC－造斜工具的安置方位线
6）装置角（β）：在启动钻具后且加压钻进时，工 具面所处的角度，与工具面角一样，既可用高边工具 面表示，也可用磁工具面表示。 7) 安置角（βs）：在启动钻具前，工具面所处的角 度。与工具面角一样，既可用高边工具面表示，也可 用磁工具面表示。
目标点和误差椭球 o
实钻井眼
设计井眼 目标点 油气层
靶心距
误差椭球
直井和定向井的靶区和控制圆锥
井口
控制圆锥
靶区半径 靶区
油气层
水平井的靶区
井眼轨道 水平范围
水平段长度 垂直范围
草古100-平5井
完钻井深 1427m
水平水水位平平移位位移移 7377633.566m..55米米
高难度三 靶点
（三）井眼轨道水平投影
无论原设计是二维还是三维井眼轨道，修正设计往往都是三维的。现有的几种随钻修正设计方法 大多数是把三维设计问题转化成二维设计。
（七）井眼轨道绕障和防碰设计
在地面井位和目标点所在的铅垂平面内,如果存在着不可 逾越的障碍物（如已钻井眼、复杂地层）要绕过障碍物钻 达目标点的定向井称为绕障井。
从理论上讲，如果不受井眼曲率、最大井斜角、井口位 置、目标点位置、经济因素和施工水平的限制，就不必进 行三维设计。但在实际工作中，进行三维轨道设计更经济、
一、 基本概念
（一）井眼轨道的基本要素
井眼轨道：是指在一口井钻进之前人们预想的该井 的井眼轴线形状。
井眼轨迹：是指一口已钻成的井的实际井眼轴线形 状，也就是井眼轴线（井眼中心线）。
垂深、测深、井斜角的概念 Ｏ
B点垂直井深 HB
垂直井深(TVD)H:转盘面至井底 的垂直距离
井深（ well Depth ）:转盘面至井底 的井眼轨迹长度
（四）井眼轨道类型的选择
设计井眼轨道时，一般选择简单的二维轨道。二维轨道由垂直井段、造斜井段、稳斜井段、 降斜井段组合而成，最常用的有四种类型。
直井
三段制
五段制
S型
侧钻水平井技术是指使用专门井下工具，从老井套管内侧钻而成的水平井。它是在侧钻井技术、 水平井技术和小井眼技术的基础上发展起来的代表九十年代钻井水平的新技术，不仅能使老井复活， 而且可以大幅度提高单井产量和采收率。来自直井段 造斜点 增斜段
amax 稳斜段 增斜段 水平段
降斜段
直井段
水平位移
精度控制
目标点：即设计规定的、必须钻达的地层位置通常以地面井口为坐标原点的空间坐标系的坐 标值来表示。 靶区及靶区半径（ｒｔ）:包含目标点在内的一个区域称为靶区。在一般油气井中，靶区半径 为允许实钻井眼轨迹偏离设计目标点的水平距离,靶区为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。 安全控制圆锥（柱）:以设计井眼轴线为中心,所限定的圆锥（柱）空间。 靶心距（ｓｔ）:在靶区平面上,实钻井眼轴线与目标点之间的距离。 误差椭球:由测量和计算误差引起的井底位置不确定性所构成的以井底为中心的椭球体。
•
d 2 ro d l2
n
( d ro dl
,
d 2 ro
d l2
2 b
,
d 3 ro d l3
)
t,n,b分别为切线、主法线和副法线方向的单位矢量 κb,κn为r0点的曲率和挠率
三、井眼轨道设计的原则和方法
（一）井眼轨道的类型 按设计井眼轨道在空间直角坐标系中的形状, 可分为二维井眼轨道和三维井眼轨道。 二维井眼轨道是指设计井眼轴线仅在设计方
磁偏角示意图
假设井眼轨迹是一条空间曲线，则可以用空间直角坐标系来描述。选取笛 卡尔坐标系ＯＮＥＤ。原点Ｏ选在井口处；Ｎ轴指向正北,单位矢量为ｉ； Ｅ轴指向正东，单位矢量为ｊ；Ｄ轴垂直向下，单位矢量为ｋ。
roNiEjD k
N(i) Sh
o E(j)
北坐标（Ｎ）：从井口至井眼轴线上某一点在 北坐标轴上的投影的距离。
(2) (3)根据原始资料选定造斜点的位置，并确定造斜率大小。 (4) (5) (6)核算井眼曲率，使其满足对它的各种限制条件，并作出井身的控 制圆柱，即误差范围。 (7)绘制井眼轨道图，标出安全圆柱。
（六）井眼轨道随钻修正设计
实际钻进过程中，要使实钻轨道与设计轨道完全吻合是不可能的，二者之间总会有一定的偏差。 很小的偏差是允许的，只要对钻进参数或钻具组合作些适当调整，便可继续钻进。 若偏差较大，则必须对待钻井眼做出新的设计；若因地质勘探等原因，需要中途改变靶区的位置
之间的夹角
E
合距
A
E A
井眼曲率K：在单位井段内井眼前进的方 向在三维空间内的角度变化，它既包含了井 斜角的变化又包含了方位角的变化。
井眼曲率的概念和计算
狗腿严重度（狗腿度） 全角变化率
狗腿角：
A K
(BA)2(BA)2si2 nc
井眼曲率：
B
KK2K2sin2c
c
A
B
2
磁偏角的概念及其校正方法
方位角
定义：地球正北方位线 实测：地球磁北方位线
两线不重合形成夹角－磁偏角
若磁北方位线在正北方位线以东－东磁偏角（C） 我国西部地区
若磁北方位线在正北方位线以西－西磁偏角（A） 我国东部地区
磁偏角的确定
实测 由等偏地磁图查得 用该地区的经纬度计算 由当地地质部门提供
磁偏角的校正方法：若为东磁偏角，与磁方位角相加； 反之相减，即为井斜方位角。
1）工具弯角:在造斜钻具组合中，拐弯处上下 两段的轴线间的夹角。 2）工具面：在造斜钻具组合中，由弯曲工具的 两个轴线所决定的平面。
ON－正北方向线 OE－正东方位线 OA－井底井斜方位线－高边方位线 OB－造斜工具定向方位线 OC－造斜工具的安置方位线
3）反扭角（βr ）：在使用井下动力钻具进行定向 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。 4）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高边方向； 从正北方向线顺时针转至高边方向在水平面上的投 影所转过的角度称为高边方位角。
井深：Ｌ＝ＯB
Ａ点井斜角
测量井深(MD)L:井口至井眼某点的轨迹长 度
Ａ点测量井深：Ｌ＝ＯＡ
A
井斜角 :井身轨迹某点切线与铅垂线
的夹角
B
A
井斜变化率的概念和计算 Ｏ
井斜变化率Ｋ ：单位井段的井斜变化
A
Ｂ A
KＬBＬA
B
A
Ｂ
方位角、方位变化率的概念和计算
Ｎ
A
Ａ Ｏ
B
Ｂ
方位角 ：从正北方向顺时针转至井眼轴线上某
ON－正北方向线 OE－正东方位线 OA－井底井斜方位线－高边方位线 OB－造斜工具定向方位线 OC－造斜工具的安置方位线
5）工具面角（βt）：造斜工具下到井底以后，工具面所 在的角度。它有两种表示方法：高边工具面角和磁工具 面角。高边工具面角是以高边方向线为始边，顺时针转 到工具面与井底圆平面的交线所转过的角度；磁工具面 角为以正北方向线为始边，顺时针转到工具面与井底圆 平面的交线在水平面上的投影线所转过的角度。
设计师井
（二）、设计井眼轨道的原则
（1）根据油气田勘探开发要求,保证实现钻井目的。 （2）根据油气田的构造特征、油气产状，有利于提高油气产量和采收率，改善投资效益。 （3）在选择造斜点、井眼曲率、最大井斜角等参数时，有利于钻井、采油和修井作业。 （4）在满足钻井目的的前提下，应尽可能选择比较简单的剖面类型，力求使设计的测深最
（八）丛式井总体设计的原则
就丛式钻井中每一单井而言，就是一口定向井；井数不多的丛式井与 一般定向井的设计基本相同；但就丛式井簇而言，尤其是多井密集的丛 式钻井，还应该考虑以下几个关键技术。
1.丛 无论是海上或是陆地，丛式钻井首先遇到的就是丛式井场(或海上平 台)的数量和位置以及各井场的井数分配问题。解决这些问题，必须：一 是要满足油田开发的要求，这是丛式井网布置的依据；二是要从地面实 际条件出发，井场必须设在指定的位置。但无论哪种情况，所设置的丛 式井场数量和所钻井数的总成本都必须最低。当然，在丛式井场布井时， 还需满足地质、采油和钻井工程方面提出的限制条件，如井眼轨道的最 大井斜角、“狗腿”严重度等。