定向井

指某井段两端点处切线矢量间的夹
2
角。又称为用γ表示，单位：度
井眼的曲率K的定义：
（hole curvature)
井眼切线的方向相对于井深的变化率 井眼曲率也称为全角变化率，又称 狗腿严重度/狗腿度．即单位长度井 段内狗腿角的大小，度/30m
K dl
第一节 定向井的基本概念
二、井眼曲率
曲率越大，井眼弯曲程度越大
•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
第二节 定向井井身剖面设计
落鱼侧钻： 避开落鱼、一定水平位移
整块油藏： 按开发井网布置要求
第二节 定向井井身剖面设计
2、考虑地面条件限制 地面条件是确定定向井井位和丛式井
平台位置的重要依据，还需考虑交通、采 油、油气集输等方面的需要。
第二节 定向井井身剖面设计
3、正确选择造斜点、井眼曲率、和最大 井斜角
垂直平面上：
每一点的井深与空 间井眼的井深一样,每 一点的井斜角与与空间 井眼对应的井斜角一致 。（不是直接投影）
第一节 定向井的基本概念
N A A B 水平面上：
B
为空间井眼的水平投
S
影
E O
第一节 定向井的基本概念
一、定向井基本要素
测深 ———井口至测点处的井
眼实长，米。 Measured depth（ MD)
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
E S sin Lsin sin
每一段末端坐标
O
S
Hz a R1
K
He
b c
H H0 m
g
m f
e d j O2 Ao h e
累加每一段的坐标增量 得到每一段末端坐标
O
A
B C D
E
第二节 定向井井身剖面设计
二、定向井井身剖面设计的原则
1、保证实现钻定向井的目的
根据不同的定向井钻井目的对定向井井身剖面进行合理 设计
例如：
裂缝性油藏：横穿裂缝 薄油层：大斜度或水平井 低渗块状油层：多底井
第二节 定向井井身剖面设计
1、保证实现钻定向井的目的
救援：目标层位、靶区半径、简单 （快速、经济）
C
特点：
D
难度较三段制剖面大，主要
原因是有降斜段。降斜段会增大
扭矩、摩阻（如小水平位移深定
向井采用三段制剖面轨迹难控制
）。
第二节 定向井井身剖面设计
O
2、特殊二维剖面
为了减少摩阻 2.1 悬线剖面 2.2 抛物线剖面
第二节
定向井井身剖面设计
3、三维定向井剖面
三维定向井剖面指在设计 的井身剖面上既有井斜角的 变化又有方位角的变化。
间位置。
O
靶 区：实钻轨迹允许偏离的区域。
有多种形状，如圆、椭圆、 球
靶区半径：允许实钻轨迹偏离设计目
标点的水平距离。
A
B C D
靶心距：实钻井眼轨迹与靶区平面的
交点与靶点间的距离。
E
第二节 定向井井身剖面设计
一、名词解释
工具造斜率：造斜工具在单位长度井
眼能增加的井斜值.
增斜率：单位长度井眼增加的井斜值 降斜率：单位长度井眼降低的井斜值
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)
方位变化率 ———方位角 对井深的变化率，度/30米 walk rate
第一节 定向井的基本概念
一、定向井的基本要素
水平位移—测点至井口所在的垂 线的距离，米 departure, horizontal displacement
闭 合 距—井底的水平位移，米 closure
第一节 定向井的基本概念
最常用和最简单的井身剖面。
特点：
A
造斜点较浅（可减少最大井斜角）
使用范围：
B
靶点较浅、水平位移较大时常采用。
因造斜段完成后井斜角和方位角
变化不大，轨迹控制容易，一般井斜
角为15o-55o。
第二节 定向井井身剖面设计
O
1.2 直、增、稳、降、稳
五段制剖面（S型）
A B
应用范围：
常用于靶点较深，水平位移 较小的定向井、多目标井等。
第三节
实际井眼轴线的计算和绘制
第三节 实际井眼轴线的计算和绘制
第三节 实际井眼轴线的计算和绘制
一、定向井的测量简介
对井眼轨迹参数 的测量主要是测量不 同井身位置处的井斜 角、方位角，有时为 了定向操作还需测和 工具面角，是通过在 井眼中下入某种仪器 来完成的。
第三节 实际井眼轴线的计算和绘制
Φ：方位角
H: 垂深增量,m
井段长度
L (1 2) r
垂深增量
H r(sin 1 sin 2)
水平位移增量
S R(cos2 cos1)
北坐标增量
N S cos r(cos2 cos1)cos
东坐标增量
S: 水平位移增量, m
E S sin r(cos2 cos1)sin
第二节 定向井井身剖面设计
一、名词解释
直井段: 井斜角为0 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 稳斜段：井斜不变的井段 降斜段：井斜角随井深增加而减小
O
A
B C D
的井段
E
第二节 定向井井身剖面设计
一、名词解释
目标点：设计规定必须钻达的地下空
关键步骤为2与3、4步。
2 设计方法有：查图法、作图法、解析法。国内目前均
用解析法。
第二节 定向井井身剖面设计
3 设计计算的参数 剖面是由直井段、增斜段、降斜段、稳斜段 构成，每个剖面分段的计算参数包括:井深 、井斜角、方位角、垂深、水平位移、北坐 标、东坐标 设计时分别计算每一段的坐标增量（△N, △ E, △ TVD）和井深增量。 累计每一段的坐标增量（ △ N, △ E, △ TVD ）和井深增量△D，得到每一段末端的坐标 （N,E,TVD）和井深Depth
控制原则： 常规定向井中控制井眼曲率在 5o-16o/100m
比较好。
第二节 定向井井身剖面设计
4、剖面设计应有利于安全、快速钻进， 降低钻井成本
在满足钻井目的前提下，尽量选用比较简单的剖面 类型；
尽量利用地层自然造斜规律； 尽量利用拥有的造斜工具造斜能力； 尽量使井身轨迹短，尽可能保持较长的直井段。
地质要求，地面限制、地质剖面、地层造斜 规律、工具能力，钻井技术、故障提示、井口及井 底坐标；
第二节 定向井井身剖面设计
（2）确定剖面类型； （3）确定造斜点、造斜率； （4）计算最大井斜角； （5）计算剖面上各井段井斜角、方位角、垂深、
水平位移、段长； （6）校核曲率。 （7）画轨迹图，主要是垂直剖面图和水平投影图
一、定向井的基本要素
wenku.baidu.com
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
True vertical depth(TVD)
第一节 定向井的基本概念
一、定向井的基本要素
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 视 平 移———测点水 平位移在设计方位线上 的投影，米vertical section
第一节 定向井的基本概念
二、井眼曲率
1
全角/狗腿角 （dog leg angle） ：
（2）最大井斜角： <15o方位不稳， >45o测井、完井施工难度大、扭方位困 难、扭矩大、井壁不稳
一般15o－45o。
第二节 定向井井身剖面设计
（3）井眼曲率 井眼曲率变化的影响： 过小：造斜井段过长，增加轨迹控制工作量 过大：造成钻具偏磨、摩阻过大、键槽、其
它井下作业（如测井、固井、射孔、采油等）的困 难。
1
r
α1 α2
H
L r
α1
2 α2
S
BUR：增斜率，°/30m r: 曲率半径, m α1: 1点井斜角, rad α2: 2点井斜角, rad
Φ：方位角
H: 垂深增量,m
S: 水平位移增量, m
增斜段坐标增量计算
井深增量
L (2 1) r
垂深增量
H r(sin 2 sin 1)
水平位移增量
……
An example for profile plan
Vertical view
horizontal view
An example for profile plan
3D View
第二节 定向井井身剖面设计
优质的井身剖面：
至少满足： （1）曲线光滑连续， 没有曲率突变 （2）曲线满足造斜点 和目标点的约束条件 及其他的地质约束 （3）便于钻井施工组 织和操作 （4）起下钻柱时的摩 阻较小，转动钻柱时 的摩阻力矩较小
第一章 定向钻井
概述 第一节 定向井的基本概念 第二节 定向井井身剖面设计 第三节 实际井眼轴线的计算和绘制 第四节 定向井的井斜和方位控制 第五节 定向仪器及定向工具
第一节 定向井的基本概念
第一节 定向井的基本概念
井眼曲线的表示方法：垂直平面与水平平面
第一节 定向井的基本概念
O Δα
αA αB
Comparing parameters of BUILD and DROP, setting rd=-rb, all expressions are the same.
S S
稳斜段坐标增量计算
L
α
H
H
N E
Φ
N
S
α: 稳斜段井斜角, rad
Φ：稳斜段方位角
H: 稳斜段垂深增量,m S: 稳斜段水平位移增量, m
原则：
上述参数的选择应有利于采油、修 井作业和钻井施工。
第二节 定向井井身剖面设计
（1）造斜点的选择
原则：
•选在比较稳定、均匀的地层 尽量在软——中硬地层造斜，并考虑钻 头类型
•尽量在方位漂移不大的地层造斜 •应考虑垂深、水平位移、与最大井斜的要求，
造斜点高则水平位移大，井斜小、低则相反。
第二节 定向井井身剖面设计
S R(cos1 cos2)
北坐标增量
N S cos r(cos1 cos2)cos
东坐标增量
E S sin r(cos1 cos2)sin
1
降斜段坐标增量计算
α1
r L
H
α1 α2
2
S α2
BUR：降斜率，°/30m
r: 曲率半径, m
α1: 1点井斜角, rad α2: 2点井斜角, rad
研究井眼曲率的工程意义 曲率大
优点：可以在较短的弯曲井段 获得所需的较大的井斜角，从 而节省造斜进尺和施工费用
缺点： （1）加剧钻具磨损，甚至造成断钻具事故 （2）使钻具和其他下井工具通过困难 （3）给后期的完井作业和采油工程增加麻烦
第二节 定向井井身剖面设计
第二节 定向井井身剖面设计
主要内容：
常用于在地面井口位置 与设计目标点之间的铅垂平 面内，存在井眼难以通过的 障碍物（如：已钻的井眼、 盐丘等），设计井需要绕过 障碍钻达目标点
纠编三维设计 三维绕障设计 地质导向
Desinger hole
第二节 定向井井身剖面设计
四、定向井井身剖面的设计内容和方法
1、内容和步骤 （1）掌握原始资料：
一、定向井的测量概述
第二节 定向井井身剖面设计
三、井身剖面类型的选择
组成许多种 井身剖面形 状：
二维剖面 三维剖面
第二节 定向井井身剖面设计
三、井身剖面类型的选择
1、常规二维剖面 二维定向井剖面指设计
井眼轴线仅在设计方位线所 在铅垂平面上变化的定向井 剖面。
第二节 定向井井身剖面设计
1.1 直、增、稳三段制剖面
O
累每一段的的长度得到 每一段末端井深
总井深（TD）是所有井 段的长度的总和。
每一段末端的井斜和方 位对轨迹剖面而言都是 至关重要的。
H
A
e
O
S
Hz a R1
K
He
b c
H H0 m
g
m f
e d j O2 Ao h e
H
A
e
按上述方法，将计算点以上 井段参数增量累加，可得到 任意点的 井深 井斜角 方位角 垂深 北坐标 东坐标 水平位移 水平投影长度 视平移