定向井轨迹控制技术
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。
定向井轨迹控制办法
定向井轨迹控制实施办法一、定向井技术规程1．定向井施工钻机，应按如下公式选择钻机类型，钻机原有能力=井深（斜深）×（1+井斜角/100），以确保安全运行。
2．定向井施工前，必须作出详细的剖面设计，定向段造斜率按3.6°/30米，复合钻近增斜段按4°/100米，最大井斜与原设计最大井斜相符。
7．井斜超过40度，或位移超过500米的井段，钻具在井下静止时间不得超过2分钟。
8．井下钻具的摩阻，应控制在钻机允许范围之内，对大斜度、大位移井特须注意观测，必要时采取各种措施降低摩阻，如加减阻剂等。
9．当定向井位于井位密集的油区或在井的设计方向有一至数口已钻井时，为避免新老井眼相碰，必须参考老井有关资料，作出合理的井深设计；施工中运用防碰技术，严密监视及控制井眼发展趋势，两井轨迹的最小距离不得小于5米。
10．要求定向井各项技术资料及施工记录齐全、准确、及时、并充分利用已有资料进行分析，以提高定向中靶率和降低综合成本。
二、定向井安全施工规定（一）井身轨迹控制1．严格按设计施工。
井身轨迹尽可能接近设计的井身轴线，保持井身轨迹圆滑。
造斜点、最大井斜角均不得随意更改。
定向前直井段之井斜角控制在1°/1000米以内。
2．严格控制全角变化率12°～13°/100米。
一般情况下使用1°单弯螺杆定向。
（二）泥浆1．固控设备必须全功能运转，使用率不低于95%。
泥浆密度1.20以下固含10%，1.60固含25%，含砂量小于0.3%。
2．泥浆要有良好的润滑性，对其润滑性要定深化验。
定向前化验一次，定向后200米或每天化验一次。
泥浆摩阻系数符合设计要求。
3．为了保持良好的润滑性，泥浆中必须加入足量的润滑剂或混入原油。
加润滑剂和混原油可交替使用。
（三、）钻具管理1．入井钻具应有记录，并打钢印号、丈量内外径及长度，计算准确，确保井深无误，为施工提供数据。
2．为保证井下安全，钻具结构要简化。
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。
定向井大井眼轨迹控制技术与应用研究
定向井大井眼轨迹控制技术与应用研究随着石油勘探开发技术的不断发展，定向井钻井技术已经成为了油田勘探开发的重要手段之一。
在定向井工程中，大井眼轨迹控制技术是关键的环节之一，对于提高石油勘探开发效率、降低成本、减少环境污染具有重要意义。
本文将对定向井大井眼轨迹控制技术与应用进行研究探讨。
一、定向井大井眼轨迹控制技术概述定向井是指在一定地层深度范围内，通过调整井眼轨迹，使井眼的水平和竖直段长度适应地层条件进行勘探开发的一种钻井方式。
而大井眼指的是井眼直径较大的定向井。
大井眼轨迹控制技术作为定向井工程的重要组成部分，旨在实现井眼的曲率和方位的精确控制，从而确保井眼能够准确地穿越预定地层，并达到地质勘探开发的目的。
大井眼轨迹控制技术主要包括钻头定向技术、测斜测向技术和井眼轨迹设计技术。
钻头定向技术是指通过选用了具有特殊几何形状或者内部结构的钻井工具，在施加外部磁场或者重力场的作用下，产生相应的钻头方向控制力矩，实现井眼偏转。
测斜测向技术是指通过测量或计算井眼的倾角和方位角，帮助工程技术人员准确地掌握井眼的位置和方向。
而井眼轨迹设计技术则是指根据地质条件和勘探开发需求，为大井眼的设计制定合理的轨迹方案。
二、定向井大井眼轨迹控制技术的关键问题1. 钻头设计与性能在大井眼轨迹控制技术中，钻头的设计与性能是至关重要的。
合理的钻头设计能够保证钻进过程中产生足够的弯曲力矩，实现井眼的曲率控制；而钻头的性能则直接影响到钻进效率和完井质量。
需要钻井工程技术人员充分了解钻头的设计原理和工作特性，选择合适的钻头类型，并加强对钻头性能的监控和评估，以确保大井眼的轨迹控制效果。
2. 测斜测向技术的精度和稳定性测斜测向技术是实现大井眼轨迹控制的关键手段之一。
然而在实际应用中，测斜测向仪器的精度和稳定性往往受到诸多限制，如地质条件、井深和井眼倾角等因素的影响。
如何提高测斜测向技术的精度和稳定性，是当前亟待解决的问题。
可以通过引入先进的传感器技术、改进算法和提高数据处理能力等手段，不断提升测斜测向技术的水平。
定向井钻井技术-轨迹控制方法
6.88 Dm ＝ 68.8m Kc 10 / 100
如Δφ=-22°，其它不变，ω＝？ ΔDm＝？ γ= 6.88°，ω=-75.19°=284.19°，ΔDm= 68.8m。
转盘钻进轨迹控制
转盘钻进轨迹控制:
在转盘钻进的基础上,利用靠近钻头的钻铤部
分,合理的使用扶正器,得到各种性能的钻具组合,实
0.75°单扶单弯螺杆钻具＋PDC钻头，在濮7-147井等6口井试 验中，定向造斜率适中，一般为12-14°/100m。双驱复合钻进时增 斜率2-8°/100m。因此，0.75°单弯单扶螺杆比较适合中原油田钻 井的需要。
1、结构弯角对造斜能力的影晌
0.75°单扶单弯螺杆钻具复合钻进试验情况
井号 濮7-147 桥66-23 文279 马68 使用井段 m 2550—2780 2516—2634 2960—3150 2361-2837 造斜率 °/100m 12.6 4.66 -2 2 .5 使用目的 定向 自然增斜 微降斜 自然增斜
类型 强稳斜组合 中稳斜组合 弱稳斜组合
L1/m 0. 8-1.2 1.0-1.8 1.0-1.8
L2/m 4.5-6.0 3.0-6.0 4.5
L3/m 9.0 9.0-18.0 9.0
L4/m 9.0 9.0-27.0 /
L5/m 9.0 / 9
转盘钻进轨迹控制
⑶降斜组合(钟摆原理)
①分为强、弱两种降斜组合。
井号
文279 文23-21 定向井段 m 2080-2900 2440-2960 最大井斜 ° 53 51 造斜率 °/100 3-7 5-8
使用目的
自然造斜 自然造斜
文88-23
文72-125
2910-3555
定向井大井眼轨迹控制技术与应用研究
定向井大井眼轨迹控制技术与应用研究定向井是一种在石油工程中广泛应用的技术，它可以通过控制钻头的运动轨迹, 实现沿着特定角度和方向进行钻井。
定向井有助于提高石油勘探和开发的效率和经济性，因此在石油行业中得到了广泛的应用。
定向井的大井眼轨迹控制技术是一种用于控制井眼轨迹的技术，其主要目的是实现钻井过程中的高效率和精确性。
大井眼轨迹控制是定向井施工过程中的一个重要环节，它涉及到在地下目标层位的垂直方向上进行高精度的控制，以达到一定的角度和方向。
大井眼轨迹控制技术主要包括以下几个方面：1. 方位工具的选择和配置：方位工具是确定井眼方向的关键设备，包括钻头、测量仪器和导向工具等。
在大井眼轨迹控制中，需要选取合适的方位工具，根据目标地层情况和施工要求进行配置，以实现精确的井眼控制。
2. 钻井参数的调整和优化：钻井参数是影响井眼轨迹的关键因素，包括转速、进给速度、钻头撤出速度等。
在大井眼轨迹控制中，需要根据地层条件和施工要求，调整和优化钻井参数，以实现精确的定向效果。
3. 地震测井技术的应用：地震测井技术是一种利用地震波和地层反射特性来进行测量和识别的技术，可以用于确定地层的厚度、性质和构造。
在大井眼轨迹控制中，地震测井技术可以用来提供更准确的地层信息，辅助确定井眼的位置和方向。
4. 数据采集和处理技术的应用：在大井眼轨迹控制过程中，需要进行大量的数据采集和处理工作，包括井斜、方位、地层位移、井眼径向位置等数据。
采用先进的数据采集和处理技术，可以提高数据的准确性和可靠性，保证井眼轨迹的控制效果。
大井眼轨迹控制技术在石油工程中有着广泛的应用。
它可以有效地提高钻井作业的效率和准确性，降低施工成本和风险。
它对于石油勘探和开发具有重要的意义，可以帮助提高石油资源的开采率和利用效率，推动石油工程技术的发展和进步。
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。
定向井轨迹控制刘志强
2、 钻孔轴线空间位置的计算
（1）切线法 （2）平衡切线法 （3）平均角法 （4）曲率半径法 （5）最小曲率法 （6）Mercury
参考书目：
1、 《受控定向钻探技术》 2、 《水平井井眼轨迹控制》 3、 《定向钻井技术》
江天寿 周铁芳 苏义脑 王的基准，所以定义了三种方位角： 真方位角、磁方位角和坐标方位角。
坐标系里的坐标值。 水平位移：是指井眼轨迹上的点至井口所在铅垂线的距离。 井斜变化率：单位长度井段内井斜角的变化值。 方位角变化率：单位长度井段内方位角的变化值。 全角变化值：沿井眼前进方向上，两测点之间的空间角度变 化。也称为“狗腿角” 。
a22sin2ac
全角变化率：单位长度井段内的全角变化值。
－－钻井液密度选择范围变小，容易出现井漏或井塌
随着井斜角的增大，地层破裂压力将减小，而坍塌压力将 增大，另外，随着水平段的延长，井内钻井液的激动压力和抽 吸压力将增大，容易造成井漏或井塌。
－－携带岩屑困难，井眼中容易形成岩屑床
当井斜在45°～ 60°时会成“岩屑床”。严重时会堵塞井眼环空。
－－电缆下入困难
个结构弯角的大小来实现造斜率的调整。 d、动力钻具带偏心垫块
（3）造斜井段施工要求
a、采用随钻跟踪测斜，计算和作图结合预测井眼轨 迹变化趋势，如造斜率达不到要求，及时采取相应措施 进行调整。
b、按照设计的钻进参数钻进，要求司钻送钻均匀， 使井眼曲率变化平缓，井眼轨迹圆滑。
（调整钻进参数改变造斜率；改变近钻头钻具组合） c、控制好井斜方位的变化，因地层等因素造成方位 严重漂移，影响中靶或邻井安全限定区域时，使用造斜 钻具及时对方位角进行调整。
各方位角之间的关系
4、定向井的井眼轨迹设计
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。
定向、水平井轨迹控制
井眼轨迹预测与定向控制方法
井眼轨迹的主要影响因素分析：
–钻头、BHA结构及操作参数的影响（可控制因素） –地层因素的影响（不可改变的客观因素） –井眼几何参数的影响，以及动态因素的影响
井眼轨迹预测方法：
–有效钻力与“平衡曲率法”结合，进行定量预测
定向控制方法：
–底部钻具组合（BHA）和钻头的优选方法 –随钻井眼轨迹监视与操作参数控制方法 –利用地层自然造斜规律进行控制
井下动力钻具组合
转盘钻具组合（BHA）
BHA参数:
•稳定器的安放位置； •稳定器与井眼的间隙； •钻铤的抗弯刚度； •钻铤的每米有效重量； •钻铤的刚柔组合； •钻头的各向异性特性；
•特殊接头等。
转盘旋转钻进与滑动钻进特性
旋转钻进方式：主要有如下两种
–转盘旋转钻进方式（如：ERD偏爱此种）
钻头的各向异性钻井特性
88.9mm 六角方钻杆
侧向力
接触点 低摩阻滚动轴承 侧向位移
Ib
R l ( Fa Fa o ) R a ( Fl Flo )
地层的各向异性钻井特性
ezf eyf Yf
O
Zf
exf Xf
地层倾角
水平面
I r1
Ddip Dn
,
Ir2
Dstr Dn
实钻地层的各向异性划分
磁偏角（Declination）
在某一地区内，其磁北极方向线与地理北 极方向线的夹角。计算方法是以地理北极方向 线为始边，磁北极方向线为终边。顺时针为正 ，逆为负。
定向、水平井的主要用途
在地面上难以建立或不允许建立井场的地区，要勘 探开发地下的石油等资源，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时，最好是建 立固定平台或从岸边打定向井和丛式定向井； 可使用定向井饶过所钻遇的地下复杂地层或障碍物 等； 打定向水平井和复杂结构井，可扩大勘探效果及提 高开发效益和采收率； 在发生卡钻、断钻及井喷着火等恶性钻井事故的情 况下，用侧钻井、救援井来处理这类事故最有效。
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。
定向井水平井井身轨迹控制技术#
第三章定向井、水平井井身轨迹控制技术第一节定向井、水平井井眼轨迹控制理论无论是定向井，还是水平井，控制井眼轨迹的最终目的都是要按设计要求中靶。
但因水平井的井身剖面特点、目的层靶区的要求等与普通定向井和多目标井不同，在井眼轨迹控制方面具有许多与定向井、多目标井不同的新概念，需要建立一套新的概念和理论体系来作为水平井井眼轨迹控制的理论依据和指导思想。
我们在长、中半径水平井的井眼轨迹控制模式的形成和验证过程中，针对不断出现的轨迹控制问题，建立了适应于水平井轨迹控制特点的几个新概念。
一、水平井的中靶概念地质给出的水平井靶区通常是一个在目的层内以设计的水平井眼轨道为轴线的柱状靶，其横截面多为矩形或圆。
我们可以把这个柱状靶看成是由无数个相互平行的法面平面组成，因此，控制水平井井眼轨迹中靶，与普通定向井、多目标井是个截然不同的新概念，主要体现是:井眼轨迹中靶时进入的平面是一个法平面（也称目标窗口），但中靶的靶区不是一个平面，而是一个柱状体，因此，不仅要求实钻轨迹点在窗口平面的设计范围内，而且要求点的矢量方向符合设计，使实钻轨迹点在进入目标窗口平面后的每一个点都处于靶柱所限制的范围内。
也就是说，控制水平井井眼轨迹中靶的要素是实钻轨迹在靶柱内的每一点的位置要到位（即入靶点的井斜角、方位角、垂深和位移在设计要求的范围内），也就是我们所讲的矢量中靶。
二、水平井增斜井段井眼轨迹控制的特点及影响因素对一口实钻水平井，从造斜点到目的层入靶点的设计垂深增量和水平位移增量是一定的，如果实钻轨迹点的位置和矢量方向偏离设计轨道，势必改变待钻井眼的垂深增量和位移增量的关系，也直接影响到待钻井眼轨迹的中靶精度。
水平井钻井项目设计中所给定的钻具组合是在一定的理论计算和实践经验的基础上得出的，随着理性认识的深化和实践经验总结，设计的钻具组合钻出实际井眼轨迹与设计轨道曲线的符合程度会不断提高。
但是，因为井下条件的复杂性和多变性，这个符合程度总是相对的。
定向井眼轨迹
马达弯角调为1.50，充分保证马达的造斜能力。
井眼轨迹控制技术
井眼轨迹现场控制技术
---有效的定向工艺措施
l 槽口的布置和钻井顺序的制定 严格按照定向井的原则进行槽口的布置和钻井顺序的制定，最大 限度的降低稳斜井段的井斜角，以降低作业难度。
井眼轨迹控制技术
基本公式计算
公式法预测井斜、方位变化：
沙泥金作图法：
例:沙泥金作图法(图解法)扭方位是一种 近似计算工具面的方法，使用简单，求 解迅速，是现场常用的方法。造斜工具 的工具面方向决定使用这种造斜工具钻 出的新井眼是增斜、降斜还是稳斜，是 增方位还是减方位。工具面大小也决定 着造斜工具的造斜能力用于井斜和方位 上的分配比例。工具面对井斜和方位的 影响，如图9－16所示。
井眼轨迹控制技术
井眼轨迹控制技术
由上图可知： 0°＜TF＜90°时，装置角位于第一象限，增斜，增方位。 90° ＜TF＜180°时，装置角位于第二象限，减斜，增方位。 180° ＜TF＜270°（－90°）时，装置角位于第三象限，减斜，
减方位。 270°＜TF＜360°时，装置角位于第四象限，增斜，减方位。 图9－16是一个扭方位的示意图。图中，OM所示为原井眼方位
井眼轨迹控制技术
基本概念
闭合方位：闭合距的方位角就叫闭合方位角。 井斜（方位）变化率：指单位长度内井斜角（方位角）
的变化值。 狗腿度：是描述井眼弯曲的情况，一般规定以每钻30米
井眼的角度变化（度/30米）。 高边：过井眼轴线的铅垂面与横截面交线的上倾方向。 装置角：造斜工具弯曲方向的平面与原井斜方向所在平
（六）有效的定向工艺措施
对于70O左右的大斜度井，9 7/8”井眼的造斜没有问题，但是 12 1/4”井眼所遇到的困难却是我们始料未及的，如F16井， 具 体 情 况 如 下 ： 直 井 段 钻 至 267m ， MWD 测 斜 ， BTOTAOL VALUE：56 此时，基本无磁干扰，MWD直接定向，造斜至596 米时，最低钻时几乎降为零，但旋转钻进时，有较高的机械钻速 （70-100m/h），直至造斜结束（其间，钻压加至15吨，几乎无进 尺，旋转2－3米，具有较好的机械钻速时再滑动，如此反复多 次）。其间进行防碰计算防碰结果表明，无防碰危险；检查马达， 正常；估计地层异常或泥浆携砂不好。 造斜时，根据实测数据随时模拟优化设计轨迹，于711米，造斜结 束。造斜井段平均造斜率为4.640/30m。
定向井轨迹控制技术(课件)
半定量阶段。由于地下情况异常复杂，地层力的分析目前
暂局限于具有一定规律性的地层，其目的在于确定出地层 反作用在钻头上的侧向力。
地层因素对井眼轨迹的影响
①钻头通过软、硬交错的地层，通常倾向于垂直地层层面 钻进； ② 如果层状地层倾角大于45°，通常钻头倾向与地层层 面钻进； ③ 如果预计钻进方向同于地层上倾方向，方位将按钻头 自然漂移趋势漂移，而井斜将增加很快；如果预计钻进方 向在地层上倾方向的左边，钻头将向右漂移；如果预计钻 进方向在地层上倾方向的右边，钻头将向左漂移。 ④ 一般来说，上部地层倾角不大，比较疏松，方位漂移 不大；而下部地层有一定倾角，且结构致密，方位漂移较 大。钻头钻遇砾石层，方位漂移较严重。 总而言之，对地层因素对钻头漂移的影响的认识，还很不 充分。一般来说，对某一地区地层自然漂移影响的认识有 一个摸索的过程，只有多实践、勤思考、善总结，才能做 到较好地利用地层因素为轨迹控制服务。
一、直井段轨迹控制技术
6、多点测斜如果存在下列情况须坚持不 测斜：
（1）悬重不对。 （2）泵压不对。 （3）井下不正常。（4）设备不正常。
一、直井段轨迹控制技术
7、测多点时应注意以下几点：
投测前，检查杆件是否弯曲，丝扣、台阶面是否完好，密 封圈有无毛刺或磨损，如有损坏应及早更换。落实好测斜 挡板的位臵及测量井深。 落实好测斜挡板的位臵及测量井深。 在地面再检测一次仪器是否工作正常，重新设臵好仪器， 在装入外筒之前，一定要启动仪器；要把杆件的各道丝扣 用专用管钳上紧，以防进泥浆。 测量仪器上下钻台用绳套系好，防止仪器脱落及横向碰撞。 把测斜杆投入钻杆后，活动钻具几分钟后，确保仪器到井 底后，静止钻具两分钟，开始起钻，每起一柱钻具，定向 工程师记录下时间及相应的井深。 快起完钻时，技术员应提前上钻台，监督井队工人取仪器 时要先卸仪器后卸钻头，防止仪器掉入井眼。
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
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
– 3.精心选择、使用造斜工具和下部钻具组合：
• 工具或组合的结构选择； • 造斜工具或下部组合的性能预测：
– 凭经验预测； – 使用软件预测；
• 造斜工具的井下定向；
定向井轨迹控制的主要做法
二.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。
造斜工具简介
转盘钻造斜工具
增斜钻具组合：
按增斜能力分为强、中、 弱三种。 使用中要注意：
1. 钻压越大，增斜能力越 大；
2. L1越长，增斜能力越小； 3. 近钻头扶正器直径减小， 增斜能力也减小。 4. 注意保持低转速。
类型 强增斜组合 中增斜组合 弱增斜组合
L1 1.0～1.8 1.0～1.8 1.0～1.8
这是有关槽式变向器装置角计算公
式得推导用图。 图中的0‘0与井底圆垂直； 图中的γ角，是槽式变向器的导斜 角；ω就是装置角，ω’是ω在水平面 上的投影； 注意下面四张“图式”推导图中，
1
2
定向井轨迹 控制计算
装置角有关公 式的推导
这是有关弯接头装置角计算公式
– 改变上下瓦片的位置，可 以实现增方位或减方位；
造斜工具简介
转盘钻扶正器组合
此类工具不能用于改变井眼方位，仅能在已有一定斜度的井眼内改 变井斜，即进行增斜、降斜或稳斜。 此类工具是在转盘钻的基础上，利用靠近钻头的钻铤部分，巧妙地 使用扶正器，得到各种性能的组合。 20世纪80年代以来，国内外对扶正器钻具组合的研究逐步深入。运 用数学、力学和计算机工具，出现了微分方程法、有限元法、纵 横连续梁法、加权余量法等等方法，且都需要使用较复杂的计算 机程序。 在没有计算机软件计算在情况下，可使用现场常用的经验数据。 转盘钻扶正器组合有三种： 增斜组合； 稳斜组合； 降斜组合；
定向井钻井轨迹控制
新文38-33 F1924C
新濮3-402
濮6-122 文79-131
GP545
GP545 GP545
2732-2960
3643-3860 3080-3351
40-60
60-80 40-50
58
58 58
28
28 28
17
18 16
40↓39
37.5↓33 29↓28.5
285
295↓292 310↑312
定向钻井技术
轨迹控制方法
第七节 定向井轨迹控制技术
直井段 (防斜打直)
转盘钻+防斜钻具组合 复合钻进(直螺杆/小弯角螺杆)
概念:从垂直井段的造斜点开始,使井眼沿一 定的方位
轨 迹 控 制
偏斜的作业
定向 造斜
沿一定方位造斜至一定角度,用 直螺杆+弯接头 增斜组合增斜至要求的井斜角
方法
弯螺杆+直接头 沿一定方位造斜至一定角度,复
Dm
6.88 ＝ 68.8m Kc 10 / 100
如Δφ=-22°，其它不变，ω＝？ ΔDm＝？ γ= 6.88°，ω=-75.19°=284.19°，ΔDm= 68.8m。
转盘钻进轨迹控制
转盘钻进轨迹控制:
在转盘钻进的基础上,利用靠近钻头的钻铤部
分,合理的使用扶正器,得到各种性能的钻具组合,实
的横断面是呈倾斜状态的圆平
面，若干个这样的圆平面上最
高点的连线称为高边。
定向井的井斜与方位控制
2、工具面：造斜工具弯曲方
向的平面。
井底平面
3、装置角(重力工具面角)： 从井眼高边方向线顺时针旋
工具面 工具面角 井斜铅垂面
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定向井轨迹控制技术
定向井的井眼轨迹控制技术是定向井钻井成套技术中的关键环节。
文章介绍了轨迹剖面优化设计，对直井段、增斜段、稳斜段轨迹控制技术进行了详细的阐述，同时对轨迹预测方法和轨迹修正设计技术进行了论述，对现场施工具有一定的指导作用。
标签：轨迹控制;轨迹预测;剖面设计;定向井
定向井的井眼轨迹控制技术是定向井钻井成套技术中的关键环节。
定向井施工成败的关键是能否控制井眼轨迹的变化。
1 轨迹剖面优化设计
定向井井身剖面的选择对于钻井施工的安全、高效、降低成本起着至关重要，四段制轨迹剖面易形成键槽，岩屑床，起下钻和钻井过程中摩阻扭矩大，易卡钻，给井下安全带来极大隐患。
经过理论计算分析，并结合大庆地质情况，三段制或者五段制井眼轨迹剖面成为大庆定向井施工的首选对象，这两种轨迹剖面具有轨迹短、投资少、效益高、利于井眼轨迹控制等特点。
2 井眼轨迹控制技术
2.1 直井段轨迹控制
定向井直井段的井眼轨迹控制原则是防斜打直。
有人认为常规定向井（指单口定向井）直井段钻不直影响不大，通过后续的调整最终也可中靶，这种想法是不对的。
因为当钻至造斜点，如果直井段不直，造斜点处不仅因为有一定的井斜角而影响定向造斜的顺利完成，还会因为这个井斜角形成一定的水平位移而影响下一步钻进的井眼轨迹控制。
所以在直井段施工中，采用塔式钻具组合或钟摆钻具组合，配以合理的钻进参数，每钻进100-120米测斜一次，及时监测井斜的变化趋势，如发现井斜有增大趋势，及时调整钻井参数，加密测斜，必要情况下进行螺杆钻具纠斜。
造斜点前100m采取轻压吊打，严格控制钻进参数，保证造斜点处的井斜不超过0.5°。
2.2 造斜段轨迹控制
造斜就是从造斜点开始强制钻头偏离垂直方向增斜钻进的过程。
由于大位移水平井直井段多数存在井斜方位，且方位与新设计方位不一致，所以必须利用定向井计算软件计算出直井段各点轨迹参数，同时根据最后几个测点趋势，预测出井底的井斜角和方位角，计算出井底水平位移、垂深、闭合方位、视位移、视垂距等参数。
对靶点重新进行修正设计，计算出各段的造斜率大小。
在定向造斜过程中，摸索出螺杆的实际造斜率大小，计算好滑动钻进与复合钻进的比例，尽可能使实钻轨迹逼近设计轨道。
根据视位移大小、正负、井斜角大小以及井底闭合
方位与设计方位的偏差，确定采用复合钻进、扭方位或定向钻进来进行施工。
由于无线随钻测量仪器测点长度的限制以及螺杆造斜率在深层硬地层造斜能力的不确定性，开始定向钻进时一般采用连续定向2个单根，以确定螺杆在该地层的实际造斜率。
若已知螺杆的实际造斜率K实，设计造斜率K设，单根长度为L，则可用下列公式计算每个单根需要定向长度L定：
2.3稳斜段轨迹控制
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斜脱靶，成为不合格井;另一方面如果始终要求实钻轨迹与设计误差很小，势必要求非常频繁的测斜，频繁的更好造斜工具，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，得不尝失。
稳斜段主要采用三扶正器刚性稳斜钻具组合或者MWD随钻跟踪，若采用稳斜钻具组合，在下入稳斜钻具组合钻进50米进行测斜校验井斜方位数据，以后每钻进100-150米定点测斜一次，并把测斜数据输入定向井计算软件进行计算分析，保证中靶。
3 井底井斜方位预测技术
井底预测技术是实现井眼轨迹定量预测与控制的基础。
由于测量仪器距井底有一段距离，如果预测不准井底处井斜方位，则易造成大的施工误差，因此对大位移水平井而言，井底预测显得更为重要。
3.1 力学预测
井底预测的方法很多，可分为两大类，一类是力学法。
力学法考虑了钻具的受力状态、钻头与地层相互作用等因素，更为真实的反映了井眼轨迹形成过程，从理论上讲，力学法比较准确。
但由于井下是一个复杂的多元系统，而系统中某些参数（如地层性质等）又不易掌握，这一定程度上影响了力学预测方法的预测精度，兼之力学预测方法准备变量多，计算复杂，现场施工已较少采用。
3.2 几何预测
另一类是几何方法，对于给定的钻具组合和钻井参数，由于在一定的井段范围内地层岩石的性质变化不大，所以井眼轨迹往往呈现出特定的变化规律。
因此采用几何方法预测，也能达到相当高的精度。
几何预测方法很多，要严格评价各种井底预测方法的优劣是比较困难的。
井底预测的这些几何方法主要是依据各种曲率的变化规律进行选择，并且需要紧密结合钻井过程的实际工况。
使用时，应根据实际的钻井工况，进行分析判断和预测。
从根本上讲，要提高井底预测的精度，应从以下两个方面入手：一是在工艺技术条件允许的前提下，尽可能缩短测点至井底的距离;二是提高测斜资料的精
度。
4 井眼轨迹修正设计
定向井待钻井眼设计是井眼轨迹控制技术的重要组成部分，他可为现场施工提供最重要的依据。
在进行待钻设计时，必须考虑所钻地层对造斜工具造斜能力的影响。
在进行待钻设计时，应考虑地层倾向、走向及各向异性对井眼轨迹的影响，以保证设计出的待钻井眼能充分利用地层的井斜方位作用。
在进行待钻设计时，应首先考虑目前已有的井下工具实际造斜能力，并为施工留有余地。
在实际施工中从造斜点开始直到完钻的施工中，每钻完一个根，用单弧剖面进行一次待钻井眼设计，选择合适钻进参数，并以此作为下趟钻选择钻具组合的重要依据。
在造斜过程中，每次都以入靶点为目标，应用可变曲率井眼轨迹设计技术优化待钻井眼设计。
5 结论
总之，严格按照技术参数及措施打好直井段，保证井斜角不超标，优化轨迹剖面设计，选用合适的造斜工具，把好定向造斜关;在稳斜段三扶正器刚性稳斜钻具组合，在下入稳斜钻具组合钻进50米进行测斜校验井斜方位數据，以后每钻进100-150米定点测斜一次，跟踪控制到靶点，保证井眼轨迹精确控制。
参考文献：
[1]王清江毛建华等定向钻井技术2009.08。