2定向井测斜计算(换底)
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。
定向井施工中常用计算方法
定向井施工中常用计算方法钻井一公司赵相泽编内部资料。
讲课用，错误难免，请误外传一、定向井剖面专业术语1、井深：井眼轴线上任一点，到井口的井眼长度，称为该点的井深，也称该点的测量井深或斜深。
2、垂深：井眼轴线上任一点，到井口所在水平面的距离。
3、水平位移：井眼轨迹上任一点，与井口铅垂线的距离。
也称该点的闭合距。
4、井斜角：井眼轴线上任一点的井眼方向，与通过该点的重力线之间的夹角。
5、最大井斜角：全井井斜角的最大值。
6、方位角：在以井眼轨迹上任一点为原点的平面坐标系中，以通过该点的正北方向为始边，按顺时针方向旋转至该点处井眼方向线在水平面上的投影线为终边，其所转过的角度称为该点的方位角。
7、造斜率：在定向井中，开始定向造斜的位置叫造斜点。
通常以开始定向造斜的井深来表示。
8、井斜变化率：单位井段内井斜角的变化值。
通常以两测点间井斜角的变化量与两测点间的井段的长度的比值表示。
9、方位变化率：单位井段内方位角的变化值。
通常以两测点间方位角的变化量与两测点间的井段的长度的比值表示。
10、造斜率：表示造斜工具的造斜能力。
11、全角变化率：在单位井段内井眼前进的方向在三维空间内的角度变化。
12、增斜率：井斜角随井深增加的井段。
13、稳斜段：井斜角保持不变的井段。
14、降斜段：井斜角随井深增加而逐渐减小的井段。
15、目标点：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来表示。
16、靶区半径：允许实钻井眼轨迹偏离设计目标点的水平距离。
17、靶心距：在靶区平面上，实钻井眼轴线与目标点之间的距离。
18、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那个平面。
19、反扭角：使用井底马达带弯接头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工具面之间的夹角。
反扭角总是工具面逆时针转动。
20、高边：定向井的井底是一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。
石油钻井造斜工具及造斜率分析(换底)
– 井斜角的控制：增斜、降斜、稳斜；
– 井斜方位角控制：增方位、降方位、稳方位；
增斜 稳斜 降斜
增方位 稳方位 降方位
(九种组合)
定向井轨迹控制基本概念
• 4. 井眼方向变化的基本原理： – 钻头对井底的不对称切削 • 近钻头钻柱的弯曲和倾斜。 – 在某个时刻，钻头轴线与井 眼轴线是重合的。但当钻头 前进时，钻头轴线总是与原 井眼轴线不重合。钻头前进 方向总在变化。
定向井轨迹 控制基本概念
• 4. 井眼方向变化的基本原理：
– 钻头对井底的不对称切削 • 地层因素 – 最地层倾斜及可钻性的 各向异性； – 地层可钻性的纵向变化； – 地层可钻性的横向变化： »岩性变化； »溶洞的存在； »破碎带；
定向井轨迹控制基本概念
• 4. 井眼方向变化的基本原理：
– 钻头对井壁的侧向切削
• 侧向切削的根本原因，是在钻头 上存在一个侧向力。钻头上的侧 向力与很多因素有关：
– 钻压； – 钻柱重力：
» 钟摆力； » 杠杆力； – 钻柱弹性力； – 井眼约束条件； – 特殊结构力： » 水力喷射横向力； » 定向支撑横向力；
造斜工具简介
动力钻具造斜工具
• 动力钻具又称井下马达，包括 涡轮钻具、螺杆钻具、电动钻 具三种。常用前两种。
2Vc l Vt
• 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： • 1.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；
2定向井测斜计算(换底)解析
2 2 f A 1 24
2 2 N (1 )L sin c cosc 24
2 2 E (1 )L sin c sin c 24
这就是校正平均角法的计算公式
公式变为平均角法 的形式，但多了两 个系数 fA和fH 。 fA和fH，可以看作 是校正平均角法的 校正系数。
测斜计算方法
圆柱螺线法(曲率半径法)特殊情况处理
• 第二种情况： • α 1 ≠ α2；φ2 = φ1；即Δα ≠ 0；Δφ = 0。
sin 2 sin 1 D L cos1 cos 2 S L cos1 cos 2 N L cos 2 cos 1 cos 2 E L sin 2
定向井的测斜计算
1. 2. 3. 4. 5. 6. 测斜计算概述； 关于测斜计算问题的若干规定； 测斜计算方法； 测斜计算方法的对比与选择； 测斜计算结果的常规绘图； 井眼轨迹质量的评定；
韩志勇
测斜计算概述
• 计算的依据：
– 测斜数据（α，φ，L）
• 计算的内容：
– 测段计算：ΔD， Δ S， Δ N， Δ E，K，共计五项。 – 测点计算：D，S，N，E，A，θ，V，共计七项。
D L cos 2 S L sin 2 N L sin 2 cos 2 E L sin 2 sin 2
测斜计算方法—平均角法
• 平均角法又称角平均法。 • 假设：测段为一直线，其方向为上下 两侧点处井眼方向的“和方向”，即 方向的矢量和。
D L cos c S L sin c N L sin c cosc E L sin c sin c
测斜计算方法
圆柱螺线法(曲率半径法)特殊情况处理
定向井施工中常用计算方法
定向井施工中常用计算方法一、方位角计算在定向井施工中，方位角是指井眼对准目标方向所需要的角度。
1.使用正弦定理计算方位角：若知道当前位置与下一目标位置的距离d，当前方位角Φ和井斜角I，以及投影角度A，可以使用正弦定理计算出目标方位角B。
B = Φ - arcsin(sin(A) * sin(I) / sin(d))二、井斜角计算在定向井施工中，井斜角是指井斜的角度。
1.使用三角函数计算井斜角：若知道当前位置与下一目标位置的距离d和目标方位角B，可以使用三角函数计算出井斜角I。
I = arcsin(sin(B - Φ) * sin(d))三、井斜距计算在定向井施工中，井斜距是指井眼移动的水平距离。
1.使用三角函数计算井斜距：若知道井斜角I和距离d，可以使用三角函数计算出井斜距T。
T = d * cos(I)四、投影距离计算在定向井施工中，投影距离是指井眼投射到垂直平面的水平距离。
1.使用三角函数计算投影距离：若知道井斜角I和距离d，可以使用三角函数计算出投影距离H。
H = d * sin(I)五、井身长度计算在定向井施工中，井身长度是指井身的长度。
1.使用勾股定理计算井身长度：若知道井斜距T、投影距离H和当前深度d，可以使用勾股定理计算出井身长度L。
L = sqrt(H² + T²) + d综上所述，定向井施工中常用的计算方法包括方位角计算、井斜角计算、井斜距计算、投影距离计算和井身长度计算等。
这些计算方法可以帮助工程师在实际施工中准确地控制井眼的方向和位置，保证井眼穿越目标地层，并实现成功的定向井施工。
钻井工程-10-测斜与计算
2. 投影图示法 垂直投影图
轨迹在过井口和 目标点的铅垂面上 的投影。 原点：井口
纵坐标：
+
水平投影图
V
V
轨迹在水平面 上的投影。 原点：井口
坐标轴： D 视平移 V N θ S α’
目标点
横坐标：
φ
缺点：垂直投影图不能真实地反映井深L
和井斜角α等轨迹参数。
LP E
设计 方位线
3. 柱面展开图示法（二图法） 垂直剖面图 + 水平投影图
（３）井斜方位角 井斜方位角的另一种表示方式： 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。 象限角的变化范围：
0 ~ 90 之间。
磁偏角： 磁北方位与正北方位之间的夹角。 磁偏角校正： 真方位角= 磁方位角 + 东磁偏角
真方位角= 磁方位角 - 西磁偏角
二、轨迹的计算参数
由基本参数计算得到的参数。
（1）垂直深度 D （垂深）：轨迹上某点至井口所在水 平面的距离。垂深增量称为垂增 （ D ）。
（2）水平投影长度 Lp （水平长度、平长）：
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 （ L ）
（3）水平位移 S （平移）：轨迹上某点至井口所在 的铅垂线的距离，（或：在水平投影面上，轨迹 上某点至井口的距离）。 平移方位线：在水平投影面上，井口至轨迹上某 点的连线。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 （4）平移方位角 ： 平移方位线所在的方位角。 国外：将平移方位角称作闭合方位角。 国内：指完钻时的平移方位角为闭合方位角。
表达的参数：垂深 D, 水平长度Lp ,井深 Dm ,井斜角 a .
1.1.2定向井
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
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)
一、定向井的测量概述
一、定向井的基本要素
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
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
定向井施工中常用计算方法
定向井施工中常用计算方法钻井一公司赵相泽编内部资料。
讲课用，错误难免，请误外传一、定向井剖面专业术语1、井深：井眼轴线上任一点，到井口的井眼长度，称为该点的井深，也称该点的测量井深或斜深。
2、垂深：井眼轴线上任一点，到井口所在水平面的距离。
3、水平位移：井眼轨迹上任一点，与井口铅垂线的距离。
也称该点的闭合距。
4、井斜角：井眼轴线上任一点的井眼方向，与通过该点的重力线之间的夹角。
5、最大井斜角：全井井斜角的最大值。
6、方位角：在以井眼轨迹上任一点为原点的平面坐标系中，以通过该点的正北方向为始边，按顺时针方向旋转至该点处井眼方向线在水平面上的投影线为终边，其所转过的角度称为该点的方位角。
7、造斜率：在定向井中，开始定向造斜的位置叫造斜点。
通常以开始定向造斜的井深来表示。
8、井斜变化率：单位井段内井斜角的变化值。
通常以两测点间井斜角的变化量与两测点间的井段的长度的比值表示。
9、方位变化率：单位井段内方位角的变化值。
通常以两测点间方位角的变化量与两测点间的井段的长度的比值表示。
10、造斜率：表示造斜工具的造斜能力。
11、全角变化率：在单位井段内井眼前进的方向在三维空间内的角度变化。
12、增斜率：井斜角随井深增加的井段。
13、稳斜段：井斜角保持不变的井段。
14、降斜段：井斜角随井深增加而逐渐减小的井段。
15、目标点：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来表示。
16、靶区半径：允许实钻井眼轨迹偏离设计目标点的水平距离。
17、靶心距：在靶区平面上，实钻井眼轴线与目标点之间的距离。
18、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那个平面。
19、反扭角：使用井底马达带弯接头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工具面之间的夹角。
反扭角总是工具面逆时针转动。
20、高边：定向井的井底是一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。
定向井中常用计算方法
定向井施工中常用计算方法钻井一公司赵相泽编内部资料..讲课用,错误难免,请误外传一.定向井剖面专业术语1.井深：井眼轴线上任一点,到井口地井眼长度,称为该点地井深,也称该点地测量井深或斜深.2.垂深：井眼轴线上任一点,到井口所在水平面地距离.3.水平位移：井眼轨迹上任一点,与井口铅垂线地距离.也称该点地闭合距.4.井斜角：井眼轴线上任一点地井眼方向,与通过该点地重力线之间地夹角.5.最大井斜角：全井井斜角地最大值.6.方位角：在以井眼轨迹上任一点为原点地平面坐标系中,以通过该点地正北方向为始边,按顺时针方向旋转至该点处井眼方向线在水平面上地投影线为终边,其所转过地角度称为该点地方位角.7.造斜率：在定向井中,开始定向造斜地位置叫造斜点.通常以开始定向造斜地井深来表示.8.井斜变化率：单位井段内井斜角地变化值.通常以两测点间井斜角地变化量与两测点间地井段地长度地比值表示.9.方位变化率：单位井段内方位角地变化值.通常以两测点间方位角地变化量与两测点间地井段地长度地比值表示.10.造斜率：表示造斜工具地造斜能力.11.全角变化率：在单位井段内井眼前进地方向在三维空间内地角度变化.12.增斜率：井斜角随井深增加地井段.13.稳斜段：井斜角保持不变地井段.14.降斜段：井斜角随井深增加而逐渐减小地井段.15.目标点：设计规定地必须钻达地地层位置.通常以地面井口为坐标原点地空间坐标系地坐标来表示.16.靶区半径：允许实钻井眼轨迹偏离设计目标点地水平距离.17.靶心距：在靶区平面上,实钻井眼轴线与目标点之间地距离.18.工具面：在造斜钻具组合中,由弯曲工具地两个轴线所决定地那个平面.19.反扭角：使用井底马达带弯接头进行定向造斜或扭方位时,动力钻具启动前地工具面与启动后且加压钻进时工具面之间地夹角.反扭角总是工具面逆时针转动.20.高边：定向井地井底是一个呈倾斜状态地圆平面,称为井底圆.井底圆上地最高点称为高边.从井底圆心至高边之间地连线所指地方向,称为井底高边方向.高边方向上地水平投影称为高边方位,即井底方位.21.工具面角：是表示造斜工具下到井底后,工具面所在地位置参数.有两种表示方法：一种是以高边为基准,一种是以磁北为基准.高边基准工具面,简称高边工具面,是指高边方向线为始边,顺时针转到工具面与井底圆平面地交线上所转过地角度.磁北基准工具面等于高边工具面角加上井底方位角.1 / 9,示角表,用工具面,工具面所处地位置之角地简称.在定向造斜时,当启动井下马达后22.定向角：是定向工具面.示角表北工具面面角表示,也可用磁可即为定向工具面角.定向角用高边工具.表示工具面角,工具安置地位置以定向时,当启动井下动力钻具之前,将具23.安置角：是安置工面角地简称.在.扭角向角加反角在数值上等于定即为安置工具面角.安置处理二.数据. 现场适用于确度较高,特别角角法,平均法计算简单,并且准测1.根据规定,斜数据计算方法为平均法：计算方平均角法；井斜角平平均值,称均是1点井斜角与2点井斜角地式中：αc；方位角值,称为平均方位角与2点方位角地平均是1点φc）；（M长（斜深）L是1.2点间地段）（M；长（垂深）H 是1.2点间地垂）（M平位移；S是1.2点间地水）（M上地投影；N是S在北轴）（M地投影；E是S在东轴上为：别方位φ分故闭合距Se和闭合e(?N)2?(??) =S e??1－φ=tg N?1ΔN.ΔE分别为每一小段位移（S）在北轴.东轴上投影地迭加值.实例：已知井深140M时,井斜0.18?,方位359,在井深170m,200m,230m和260m时,井斜和方位分别是0.37?,250?。
定向井剖面设计计算
2D "S L A N T " T Y P E已知条件，如图。
1．目标垂深：AB 。
2．目标位移：BT 。
3．造斜点深：AK 。
4．造斜率：B(B 度/30)。
则造斜阶段的曲率半径R 为:π18030⨯=B R1． 解析法：在三角形∆CBT 中，令：H O ＝AB －AK ，则：由此式变换得：在定向井的具体条件下，上式根号前的符号应取负号，于是得：2.作图法：1．选择合适的比例，作AB ＝目标垂深，；BT ＝目标位移；并找到造斜点K ； 2．过K 点作AB 的垂线KO 1，截KO 1＝R ，并以R 为半径以O 1为圆心划弧KJ ；3．连接O 1T ，并以O 1T 为直径划弧交于KJ 弧于E 点；连接ET 即可。
)2()(H H I tg R AK AB BTCBBT I tg ⨯--==)2()(H O H I tg R H BTI tg ⨯-=)2(2)2()2(2=+⨯⨯-⨯-⨯BT I tg H I tg BT R H O H BTR BT BT R H H I tg O O H ⨯⨯+⨯⨯-±=22)2(22BTR BT BT R H H I tg O O H -⨯+⨯⨯--=22)2(22)22(2221BTR BT BT R H H tgI O O H -⨯+⨯⨯--⨯=-2D双增剖面(双增水平井剖面)已知条件：入口点垂深：A B；入口点位移：B T；入口点井斜角：I；水平井段长度：T F；造斜深度：A K；第一造斜率：B1(B1︒/30)；第二造斜率：B2(B2︒/30)；则：造斜曲率半径R 1＝(30/B 1)∙(180/π)；R 2＝(30/B 2)∙(180/π)。
1．解析法：根据所给定向井的条件，未知的是E 和S 点的位置，E 点的位置取决于稳斜井段的井斜角I h ，S 点的位置则取决于E 点的位置及稳斜井段的长度E S 。
因此，该剖面的计算的重要计算在于求得稳斜井段的长度E S 和稳斜井段的角度I h 。
石油钻井定向钻井斜面法控制有关计算
cos cos1 cos 2 sin 1 sin 2 cos
cos 2 cos1 cos sin 1 sin cos
装置角的有关计算（例题3）
• 给定条件：α1=220；φ1=1000；现给定装置角ω=1500， 要求钻进180m将井斜方位角增加到φ2=1600 。求： 1. 需要的工具造斜率K=?； 2. 扭完方位后的井斜角 α2= ？； 用补充公式计算例题3
1
6
cos 1 cos1 2 2 2 cos sin cos 1 1
γ的计算结果取 绝对值。
装置角有关计算公式
• 实际上，前两套公式是完全独立的，仅靠前两 套公式就可以完成全部扭方位计算。后三套公 式是前两套公式的补充。 • 扭方位计算，共有5个参数。必须知道其中3个， 然后计算出另外2个。因为两个方程式只能求 得两个未知数。 • 利用第一套公式，计算Δφ之前，必须先求得ω， 从而根据ω判别Δφ的正负 。 • 利用第二套公式，计算 ω之前，必须先知道 Δφ ，从而根据Δφ判别ω的正负 。
2
装置角的有关计算
• 最重要、最可靠的两套公式
1
cos cos1 cos 2 sin 1 sin 2 cos
(1) ω=00～1800，
2
cos cos1 cos 2 cos sin 1 sin 2
1
取“+”
装置角的有关计算
定向井施工中常用计算方法
定向井施工中常用计算方法钻井一公司赵相泽编内部资料..讲课用,错误难免,请误外传一.定向井剖面专业术语1.井深：井眼轴线上任一点,到井口地井眼长度,称为该点地井深,也称该点地测量井深或斜深.2.垂深：井眼轴线上任一点,到井口所在水平面地距离.3.水平位移：井眼轨迹上任一点,与井口铅垂线地距离.也称该点地闭合距.4.井斜角：井眼轴线上任一点地井眼方向,与通过该点地重力线之间地夹角.5.最大井斜角：全井井斜角地最大值.6.方位角：在以井眼轨迹上任一点为原点地平面坐标系中,以通过该点地正北方向为始边,按顺时针方向旋转至该点处井眼方向线在水平面上地投影线为终边,其所转过地角度称为该点地方位角.7.造斜率：在定向井中,开始定向造斜地位置叫造斜点.通常以开始定向造斜地井深来表示.8.井斜变化率：单位井段内井斜角地变化值.通常以两测点间井斜角地变化量与两测点间地井段地长度地比值表示.9.方位变化率：单位井段内方位角地变化值.通常以两测点间方位角地变化量与两测点间地井段地长度地比值表示.10.造斜率：表示造斜工具地造斜能力.11.全角变化率：在单位井段内井眼前进地方向在三维空间内地角度变化.12.增斜率：井斜角随井深增加地井段.13.稳斜段：井斜角保持不变地井段.14.降斜段：井斜角随井深增加而逐渐减小地井段.15.目标点：设计规定地必须钻达地地层位置.通常以地面井口为坐标原点地空间坐标系地坐标来表示.16.靶区半径：允许实钻井眼轨迹偏离设计目标点地水平距离.17.靶心距：在靶区平面上,实钻井眼轴线与目标点之间地距离.18.工具面：在造斜钻具组合中,由弯曲工具地两个轴线所决定地那个平面.19.反扭角：使用井底马达带弯接头进行定向造斜或扭方位时,动力钻具启动前地工具面与启动后且加压钻进时工具面之间地夹角.反扭角总是工具面逆时针转动.20.高边：定向井地井底是一个呈倾斜状态地圆平面,称为井底圆.井底圆上地最高点称为高边.从井底圆心至高边之间地连线所指地方向,称为井底高边方向.高边方向上地水平投影称为高边方位,即井底方位.21.工具面角：是表示造斜工具下到井底后,工具面所在地位置参数.有两种表示方法：一种是以高边为基准,一种是以磁北为基准.高边基准工具面,简称高边工具面,是指高边方向线为始边,顺时针转到工具面与井底圆平面地交线上所转过地角度.磁北基准工具面等于高边工具面角加上井底方位角.22.定向角：是定向工具面角地简称.在定向造斜时,当启动井下马达之后,工具面所处地位置,用工具面角表示,即为定向工具面角.定向角可用高边工具面角表示,也可用磁北工具面角表示.23.安置角：是安置工具面角地简称.在定向时,当启动井下动力钻具之前,将工具安置地位置,以工具面角表示.即为安置工具面角.安置角在数值上等于定向角加反扭角.二.数据处理1.根据规定,测斜数据计算方法为平均角法,平均角法计算简单,并且准确度较高,特别适用于现场. 平均角法计算方法：式中：αc 是1点井斜角与2点井斜角地平均值,称平均井斜角； φc 是1点方位角与2点方位角地平均值,称为平均方位角；L 是1.2点间地段长（斜深）；（米） H 是1.2点间地垂长（垂深）；（米） S 是1.2点间地水平位移 ；（米） N 是S 在北轴上地投影；（米） E 是S 在东轴上地投影；（米） 故闭合距Se 和闭合方位φe 分别为： S e =)(2)(∑E +∑Nφ1=tg －1N ∑∑EΔN .ΔE 分别为每一小段位移（S ）在北轴.东轴上投影地迭加值.实例：已知井深140米时,井斜0.18˚,方位359,在井深170m,200m,230m 和260m 时,井斜和方位分别是0.37˚,250˚;0.64˚.230˚;0.43˚；216.98˚;0.28˚,224.26˚； 通过带入以上公式计算,列表如下三井身剖面各项参数地计算已知地面坐标,目标点坐标.垂深.最大井斜,计算造斜点及各段长度实例：已知地面井口坐标：X=3943724.2 Y=203423916靶点垂深2730m X 3943675 Y 3943675 Ｙ 20342225（最大井斜角）25°. 靶心半径 R=20米 根据已知条件,设计成直.增.稳剖面. 求：造斜点及各段参数解：（1）根据井口坐标 靶点坐标,计算本井总位移,根据闭合位移公式 S=)(2)(∑N +∑N ２S 总＝2)6.2034239120342225(2)2.39437243943675(-+-＝173.11（米） （2）计算本目标闭合方位φ闭.由公式＝∑N∑EΣΕ＝20342225－20342391.6=－166.6 ΣΝ=3943675－3943724.2=－49.2由ΣΝΣΕ可知目标点在第三象限；代入公式φ＝73.5° φ闭＝180+73.5°（3）根据油田标准造斜率4.5°/30（在现场可根据实际情况来选择造斜率例3.6°/30m 4°/30m ）.井斜增到αm ax 25°,需要段长︒5.425×30＝166.67米,由平均角法计算公式H=L·cosαc S=L·sinαc （αc 为平均井斜） 可计算出 H 造=166.67cos12.5=162.71米 S 造=166.67sin12.5=36.07米 H 造为造斜段垂深S 造为造斜段产生地位移（4）知道总位移和造斜段所产生地位移,可计算出稳斜段需产生地位移 我们用S 稳表示S 总－S 造=173.11－36.07=137.04m由平均角法计算公式 H ＝Lcosαc S=Lsinαc 我们可推出稳斜段斜深L 稳＝米28.32425sin 04.137sin ==c S α稳斜段垂深H 稳＝89.29325cos 25sin 04.137cos sin =︒∙=∙c c S αα米 （5）根据上地计算可以反推出造斜点＝H 目标点－H 造－H 稳=2730－162.71－293.89=2273.4m 目标点斜深L 目标点＝H 造+L 稳＝2273.4+166.67+324.28=2764.35米 根据以上计算我们可以得到 造斜点2273.4m造斜段2273.4~2440.07m 井斜从0~25° 造斜率4.5°/3° 方位保持253.5° 稳斜段244.07~2273.4m 井斜25°不变 方位保持在253.5°在实钻过程中,我们过程中,我们选择造斜点,往往要留有余地,也就是提前50--100米造斜,在实钻过程中,由于直井段不可能是0度,总是会产生一定位移.有反向有正向.我们都可以根据以上地步骤来重新校正目标点与计算点地总位移和对靶立位,来重新设计造成斜点和名段地参数,只要我们掌握上面这种方法.举一反三,你会发现直增剖面,直增稳降直,直增.增剖面都可以利用上述思路利用计算器来计算推导造斜点及设计剖面.三.方位控制计算方位漂移是客观存在地现实,其中地层走向对方位影响有一定规律.根据地层各向异性原理,井斜方位有着向垂直于地层走向地方向漂移地趋势.如图：在地层倾角小于45°,井斜方位将向上倾(反倾),例如：中原油田某地层倾向110°倾角15°.设计方位为180°.由方位漂移将会增方位,设计方位如果是20°,方位漂移将会出现减方位.造斜工具地装置角在定向井地方位控制中是非常重要地,造斜工具装置角决定了便用这个造斜工具钻出地新井眼是增方位还是减方位或是稳方位.正确地装置角可以决定这个造斜工具造斜率如何分配,即有多少用于改变井斜角,有多少用于改变方位角,关链在于确定好造斜工具地装置角.目前在有线随钻条件下,可以随时了解井府装置角地大小,这就为准确计算在一定装置角下,井斜.方位.变化适用地公式㈠磁性定向法： 1.数学计算磁性定向法它适用于井斜小于8°（随仪器不同有变化）它是利用装置方位角不变把方位,钻出地井眼轴线是一条圆滑地曲线,而这条圆弧曲线乃是空间一斜面上地圆弧曲线,其推导出地公式为cosα2=cosα1·cosγ－sinα ·sinγ·cosw （1） tgΔφ=ωγαγαωγcos sin cos cos sin sin sin ⋅⋅+⋅⋅ （2）sinω=γϕαsin sin sin ∆⋅ （3）sinα=ϕγγγα∆+cos 1sin cos 1sin conwcon （4）tg)sin(sin 2sin 2sin 2sin cos sin 2γαϕϕαγϕγ－－∆∆±∆=w 上式中当增斜按方位时,根号前取负号,减斜扭方位时,根号前取+号当α＝γ时,5式将出现tg=2=w 地不定形式,此时需要按下式计算tg=1cos 2αϕ∆=tg w1-5式为扭方位一般计算公式,它适用于所有情况,在实际工作中有几种常用地特定条件下地扭方位计算公式,若将这些特定条件代入1-5式可得到简化计算公式① 90º扭方位,弯接头初好装置角W 为±90,增方位时用+90,减方位时用－ 90已知：弯接头造斜率为K,扭方位前井斜角α井斜方位角φ,要求方位扭角Δφ计算扭方位井段狗腿度γ,扭完方位后地井斜角α２扭方位井段长度ΔL ,可得到简便公式tg=1sin αγϕtg ±=∆ （6）“+.－”取法及意义如下：当w+90˚时式中取+号 Δφ为正值表示增方位 当w －90˚时式中取－号 Δφ为负值表示减方位 cosα2＝cosα1cosγ （7） tgγ=±tg Δφsinα1 （8）Δφ为正值式中取“+”号 Δφ为负值式中取“－”号 报刊方位井段长度ΔL 可用下式ΔL=Kγ（9） ②稳斜扭方位已知弯接头造斜率K,扭方位前井斜角α1和井斜方位角φ,要求方位扭转角 Δφ,由于稳斜扭方位,扭完方位后α2=α1,φ2=φ1+Δφ计算：弯接头初始装置角ω,扭方位井段地γ,扭方位钻进井段长度ΔL cosγ=cos 2α1+sin 2Δφ （10） cosω=γααγαsin 1sin 1cos cos 1cos - （11）ω=±cos －1［－12φγtg tg］ （12）12式中正负号取法,当需要增立位时即Δφ>0式中取“－”号扭方位井段ΔL 仍按9式计算③全力扭方位即是最大可能发挥造斜工具地能力,最快速度扭方位.已知K.α1.φ.Δφ计算：扭方位井段狗腿角γ,造斜工具装置用ω,扭方位井段长度ΔL ,扭完方位右地井斜角α2 公式 ω＝±cos －1[－1αγtg tg （13） 这就是计算全力扭方位时造斜工具装置用地公式,式中地正负号取法为：需要增方法取“+”,需要减方位取“－”.SinΔφ=1sin sin αγ（14） Sinγ=sinα1sinΔφ （15） Cos α2=γαcos 1cos （16） 扭方位井段长度ΔL 仍可用,9式计算.以上三种特殊情况下地扭方位计算公式,都是保持装置方位角不变扭方位地,下面瘵一例题,对比三种特殊扭方位地区别.例 某定向井已钻至井深1500米,井斜角22º,方位角150º,要求将方位扭至120º,已知,造斜工具地造斜率为K ＝9º/100,试分别按如下扭方位方式计算弯接头装置角及其它参数.(1)要求在增斜情况下钻进150米,完成扭方位 (2)用90º扭方位方式 (3)用稳斜扭方位方式 (4)用主力扭方位方式根据已知条件代入计算公式计算（略去计算过程）现将计算结果列于下表,各种扭方位方式比较由上表可以看出(1)扭方位方式不同,装置角就不同,扭方位井段地长度和狗腿角也不同扭完方位后地井斜角也不相同,这就告诉我们,要根据实钻井限轴线与设计井限轴线地差别情况,正确地选择扭方位方式,不要盲目地一律采用90º扭方位.(2)扭方位段长度,以常规扭方位方式最大（150）米,90º扭方位次之(135.60米),稳斜扭方位再次之（123.67）米,主力扭方位最短(119.95米).当需要在最短井段内完成扭方位要求,可以采用全力扭方位.(3)扭完方位后地井斜角,在稳斜扭方位方式下不变,在常规方式和90扭方位方式下井斜角均是增加地在主力扭方位方式下,井斜角是已减小地可是全力方位之所以扭地最小是花了代价,这个代价你是井斜角地减小.二高边定向法 (1)数学计算法保持装置角不变扭方位,是在我们现场中用多（即用高边扭方位） 它地推导出地数学公式为Δα=γcosω （17）Δφ=lnωααtg tg tg2122(18)或Δφ＝ωααγsin 221sin+ (19)K φ＝Kαωsin sin (20) 注K φ为方位变化率,K 为造斜率我们注意到当ω=90°时,就是90°扭方位；ω=90°时井斜角,α=常数,就是稳斜扭方位,我们可以证明ω=90°就是主力扭方位,（注意,与磁性定向时,90°扭方位地并不是全力扭方位）例1 已知α1=22 φ1=150˚ φ2=120˚ K=9˚/100m 现要求完成钻进150米完成扭方位,求ωt 和α2． Δα＝γcosωSinω=γααϕ21sin(∆+∆利用直接连代法,可以求出ω和Δα． 计算得ω＝－67.56˚ Δα=5.15˚ α2=27.15˚例2 已知条件同上题,现已定ω＝－80,求完成扭方位钻进地开段长度ΔL 及扭完方位后地井斜角α2 将 17—18式稍作变化即得 Δα＝2arctg e [21ln 20αϕtg tg +∆]－α１ ΔL=20cos K ε∆将给定条件代入上式中求出Δα,然后将Δα代入式中求ΔL例计算结果Δα＝2.07 α２＝24.07 ΔL=132.25米例3 已知条件同例1,现限定ω＝－90˚求扭方位井段长度ΔL 及扭方位地井斜角α1 代入20式Kφ=（9/100米）又︒︒-22sin )90sin(＝－24.03˚/100米ΔL=100/03.2430︒-=124.87米当以上三例可看出,对于装置角不变扭方位来说90˚扭方位（也是稳斜扭方位,全力扭方位）地计算最为简单,限定装置角（为－290˚以外地其它任意角度）扭方位计算也不复杂,唯有限定扭方位长度时计算较为复杂需要用造代法计算.B 为圆心,以γ为半径画弧,交OP 线为A 点,并连接AB ； (5)自B 点OP 线作垂线,垂足为C 点； (6)量角∠P AB,即为装置角ω；(7)量AC 长度,换算成角度,即为Δα；并求出α2=α1+Δα值得注意地是,第（3）步作α1角时,也可以在OP 线之下；Δφ为负值时,α1作在OP 线之上.还应注意,第(4)步以γ为半径画O 弧交于OP 线有两个交点,也要注意选择,当需要增斜时,选左边地点为A 点；当需要降斜时,选右边地点为A 点.还应注意,在装置角ω时,要量以OP 线为始终边,顺时针转到AB 线上转过地角度.以上三点注意问题可用图表示.ω1为增斜增方位装置角 ω2为减斜减方位装置角 ω3为减斜增方位装置角 ω4为增斜减方位装置角上图我们还可以用坐标图来表示如下图Ⅰ象限里地角为增斜增方位Ⅱ象限里地角为降斜增方位Ⅲ象限里地角为降斜减方位Ⅳ象限里地角为增斜减方位。
定向井施工中常用计算方法
定向井施工中常用计算方法钻井一公司赵相泽编内部资料。
讲课用，错误难免，请误外传一、定向井剖面专业术语1、井深：井眼轴线上任一点，到井口的井眼长度，称为该点的井深，也称该点的测量井深或斜深。
2、垂深：井眼轴线上任一点，到井口所在水平面的距离。
3、水平位移：井眼轨迹上任一点，与井口铅垂线的距离。
也称该点的闭合距。
4、井斜角：井眼轴线上任一点的井眼方向，与通过该点的重力线之间的夹角。
5、最大井斜角：全井井斜角的最大值。
6、方位角：在以井眼轨迹上任一点为原点的平面坐标系中，以通过该点的正北方向为始边，按顺时针方向旋转至该点处井眼方向线在水平面上的投影线为终边，其所转过的角度称为该点的方位角。
7、造斜率：在定向井中，开始定向造斜的位置叫造斜点。
通常以开始定向造斜的井深来表示。
8、井斜变化率：单位井段内井斜角的变化值。
通常以两测点间井斜角的变化量与两测点间的井段的长度的比值表示。
9、方位变化率：单位井段内方位角的变化值。
通常以两测点间方位角的变化量与两测点间的井段的长度的比值表示。
10、造斜率：表示造斜工具的造斜能力。
11、全角变化率：在单位井段内井眼前进的方向在三维空间内的角度变化。
12、增斜率：井斜角随井深增加的井段。
13、稳斜段：井斜角保持不变的井段。
14、降斜段：井斜角随井深增加而逐渐减小的井段。
15、目标点：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来表示。
16、靶区半径：允许实钻井眼轨迹偏离设计目标点的水平距离。
17、靶心距：在靶区平面上，实钻井眼轴线与目标点之间的距离。
18、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那个平面。
19、反扭角：使用井底马达带弯接头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工具面之间的夹角。
反扭角总是工具面逆时针转动。
20、高边：定向井的井底是一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。
斜面法扭方位有关公式和计算 定向井轨迹控制计算 教学PPT课件
定向井轨迹 控制计算
装置角有关公 式的推导
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，
tg
sin2 sin
cos1 sin2 cos sin1 cos2
tg sin cos sin2 sin2 1 sin2
2
sin sin(1 )
cos sin1 cos cos1 sin cos s in 2
定向井轨迹控制计算
装置角有关计算公式
装置角计算公式讨论：共得到6个装置角计算公式：
– (2)二式可以变化为：
cos2 cos1 cos sin1 sin cos(180 o ) (3)
– (1)、(3)二式形式的类似，是设计准确的装置角计算 尺的数学基础。从而省去繁琐的公式计算。
定向井轨迹控制计算
装置角的有关计算
特殊装置角扭方位
– 1. 全力增斜
• ω=00； • Δ α=γ； • Δφ=00；
α1 α2 γ
Δφ
α1
γ Δφ α2
cos cos1 cos2 sin1 sin2 cos
c
os1
c
os
sin
cos1 cos 1 sin2
2
2 cos1
cos
cos2 1 sin2 1 cos2
cos1
c os1
cos2 1 sin2 1 cos2
利用这两套公式，可以完成所有的扭方位计算。
定向井计算..
第六章定向井、水平井测量技术第一节定向井、水平井测量技术概述一、定向井、水平井测量的性质和特点（一）钻井过程中测量的方法、媒介和基准从物理意义上讲，测量井下钻具的工具面角为井下钻具定向，或测量井眼的轨迹均属于空间姿态的测量。
由于石油钻井工程的特殊性使得这一测量过程必须借助专门的工具和仪器，采取间接测量的方法来完成。
目前，石油钻井过程中的测量需要借助三种媒介，即大地的重力场、大地磁场和天体坐标系，由此产生了与这三种测量媒介有关的测量仪器。
（媒介－测量基准－测量元件－测量参数）（1）借助于重力场测量井斜角或高边工具面，采用的测量元件为测角器、罗盘重锤或重力加速度计等。
这类仪器的测量基准是测点与地心的连线，即铅垂线。
（2）借助于地磁场测量方位角或磁性工具面，采用的测量元件为罗盘或磁通门等。
这类仪器的测量基准是磁性北极，所以磁性仪器测量的方位角数据必须根据当地的磁偏角修正成真北极，即地理北极的数据。
（3）借助于天体坐标系测量方位角或磁性工具面，采用的测量元件为陀螺仪。
陀螺仪为惯性测量仪器，不以地球上任何一点为基准。
这类仪器下井测量之前必须对陀螺仪的自转轴进行地理北极的方位标定。
（二）钻井过程中测量的特点（1）钻井过程中的测量是间接测量，必须借助专用工具和仪器完成。
而且根据测量仪器的数据记录和传输方式的不同，钻井测量分为实时测量和事后测量。
（2）测量仪器的尺寸受到井眼和钻井工具的限制，特别是下井仪器的径向尺寸必须能够下入套管和钻具内，而且不会因仪器的下入而影响泥浆的流动或产生过大的泥浆压降。
（3）下井仪器受到地层和泥浆的高压，仪器的保护筒和密封件必须能够承受这种高压，而且还应具备一定的安全系数。
（4）由于地层的温度随着井深变化，下井仪器是在高于地面温度的环境里工作，要求下井仪器具有良好的抗高温性能，一般称耐温125℃以下的仪器为常温或常规仪器，称耐温182℃以下的仪器为高温仪器。
（5）某些仪器在使用过程中要承受冲击（如单多点测斜仪的投测）、钻具转动（如转盘钻具中的 MWD 仪器）、钻头和钻具在钻进过程中的振动（如MWD 和有线随钻测斜仪）等。