定向井基础
定向井基础
（4）工具面没有掌握好，工具面反复调整不容易获得稳定的造斜率。所以工具免疫功能相对稳定。
（5）泥浆塞太软。这种情况出现在侧钻作业，如水泥塞没有足够的强度难以侧钻脱离老井眼。因此，须保证水泥塞足够的强度，如钻水泥塞时，加压5~10T，ROP在5~8min/m的范围。
（1） 井眼轨迹发生始料不及的漂移，如上部井段严重左漂或右漂：
（2）是由于一些特殊原因，提前结束造斜，起钻时没有获得预计的造斜方位。比如马达或测量仪器不能保证正常造斜，不得已只能提前结束造斜。
（3）由于测量仪器的故障或测量工程师的失误，使真实定向方向不是测量仪显示的方向，致使方位偏差太大。解决方位偏差太大的办法是进行纠方位作业。纠方位作业时应主要考虑可能带来的狗腿和安全问题，特别是在裸眼段较长的井段。如果偏差值大的无法以扭方位来弥补，只有填井重钻。
磁边工具面，它是指在水平面上，沿磁北方向顺时针旋转到工具面与井底平面的交线在水平面上的投影所转过的角度。
25.定向角：是定向工具面角的简称，在定向或扭方位钻进时工具面所处的位置，用工具面角表示。工具面的位置有工作位置与非工具位置之分，工作位置是指启动马达正常钻进的工具面角，非工作位置是指不启动井下马达时的工具面角。
3.出新井眼（“裤裆”井）
新井眼往往在以下情况中可能出现：
（1）较浅较疏松的地层；
（2）狗腿较大的井段。如造斜段、扭方位井段；
（3）钻具刚性改变以后。
为避免出新眼，定向钻井时应注意以下几个方面：
A：如造斜是在较浅、较疏松的地层，造斜过程应尽量使井斜、方位平缓变化，避免急剧狗腿，特别是方位的变化。如造斜结束后，要下入刚性较强的稳斜组合，下钻要小心，不可轻易划眼，；如遇阻严重，开泵冲下，如仍遇阻，应考虑起钻用刚性较小的增斜组合通井。有时也可采取划眼的方式，但应在井斜较大的井段进行，必须注意划眼时钻压扭矩等的变化。
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时针旋转至井斜方位线所转过的角度。
4、井斜变化率：单位井段内井斜角的绝对变化值称为井斜
变化率，通常以两测点间的井斜角的变化量与两测点间井
段的长度比值表示。
5、井斜方位变化率：单位井段内井斜方位角的绝对变化值
称为井斜方位变化率，通常以两测点间的井斜方位角的变
化量与两测点间井段的长度比值表示。
6、垂深：垂深即测点的垂直深度，是指井身上任一点至井
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二、定向井设计
（一）、井身剖面的设计原则
1、能实现钻定向井的目的； 2、应尽可能利用地层的自然造斜规律； 3、在选择造斜点、井眼曲率、最大井斜角等参数时， 应有利于钻井、采油和修井作业； 4、在满足钻井目的的前提下，力求使设计的全井斜 井深最短，有利于安全、优质、快速钻井，降低钻井成本； 这方面要考虑以下几个问题： （1）、选择合适的井眼曲率； （2）、选择易钻的井眼形状； （3）、选择适当的造斜点； （4）、设计的井身剖面形状应与井身结构同时考虑。 （5）、优质的钻井液。
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按设计最大井斜角可分为：
1、低斜度定向井：设计的最大井斜角不超过15度，这种定 向井由于井斜角小，钻进时井斜、方位不易控制，钻井 难度大。
2、中斜度定向井：设计的最大井斜角在15度至45度之间， 钻进时井斜、方位较易控制，钻井难度相对不大。是使 用最多的一种。
3、大斜度定向井：设计的最大井斜角在46度至85度之间， 其斜度大、水平位移大，增加了钻井难度和成本。
口所在平面的距离。
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7、水平位移：井眼轴线上某一点在水平面上的投影至井口的 距离，又称闭合距。 8、闭合方位或总方位：是指以正北方位线为始边顺时针转至 闭合距方位线上所转过的角度。 9、N（北）坐标E（东）坐标：是指测点以井口为原点的水平 面坐标系里的坐标值。 10、视平移：是井身上某点在某一垂直投影面上的水平位移， 这个“水平位移”不是真实的水平位移。所以称之为视平移。 11、最大井斜角：无论设计剖面还是实钻剖面，全井井斜角的 最大值，称为最大井斜角。 12、磁偏角：在某一地区内，其磁北极方向线与地理北极方位 线之间的夹角，称为该地区的磁偏角。 13、全角变化率：“全角变化率”、“狗腿严重度”、“井眼 曲率”，都是相同的意义。指的是在单位井段内三维空间的角 度变化。它既包含了井斜角的变化又包含着方位角的变化。
定向井基本知识
第九章定向井和水平井钻井技术第一节定向井井身参数和测斜计算一．定向井的剖面类型及其应用定向钻井就是“使井眼按预定方向偏斜，钻达地下预定目标的一门科学技术”。
定向钻井的应用范围很广，可归纳如图9－l所示。
定向井的剖面类型共有十多种，但是，大多数常规定向井的剖面是三种基本剖面类型，见图9－2，称为“J”型、“S”型和连续增斜型。
按井斜角的大小范围定向井又可分为：常规定向井井斜角＜55°大斜度井井斜角55～85°水平井井斜角＞85°（有水平延伸段）二．定向井井身参数实际钻井的定向井井眼轴线是一条空间曲线。
钻进一定的井段后，要进行测斜，被测的点叫测点。
两个测点之间的距离称为测段长度。
每个测点的基本参数有三项：井斜角、方位角和井深，这三项称为井身基本参数，也叫井身三要素。
1．测量井深：指井口至测点间的井眼实际长度。
2．井斜角：测点处的井眼切线与铅垂线之间的夹角。
3．方位角：以正北方向线为始边，顺时针旋转至方位线所转过的角度，该方向线是指在水平面上，方位角可在0—360°之间变化。
目前，广泛使用的各种磁力测斜仪测得的方位值是以地球磁北方位线为准的，称为磁方位角。
磁北方向线与正北方向线之间有一个夹角，称磁偏角，磁偏角有东、西之分，称为东或西磁偏角，真方位的计算式如下：真方位＝磁方位角十东磁偏角或真方位＝磁方位角一西磁偏角公式可概括为“东加西减”四个字。
方位角也有以象限表示的，以南（S）北（N）方向向东（E）西（W）方向的偏斜表示，如N10°E，S20°W。
在进行磁方位校正时，必须注意磁偏角在各个象限里是“加上”还是“减去”，如图9－3所示。
4．造斜点：从垂直井段开始倾斜的起点。
5．垂直井深：通过井眼轨迹上某点的水平面到井口的距离。
6．闭合距和闭合方位（l）闭合距：指水平投影面上测点到井口的距离，通常指靶点或井底的位移，而其他测点的闭合距离可称为水平位移。
定向井及水平井基础知识介绍
点以后第七、八位，有效数字的前8位都是相同的）。
井眼轴线形状的图示法
• 投影图表示法
– 相当于机械制图中的视图表示法，在国外 使用广泛。
– 这种图示法包括两张图：一张是水平投影 图，相当于俯视图。一张是垂直投影图， 相当于侧视图，其投影面选在原设计方位 线所在的铅垂平面上(横坐标V，纵坐标D) 。
真方位角＝磁方位角＋东磁偏角
真方位角＝磁方位角－西磁偏角
不准确的说法：“地北与磁北
之间的差值，称为磁偏
角”“以地球北极为准，磁北 在其右边的为东磁偏角，……”
井眼轨迹的基本参数
磁偏角地图
测斜计算方法
• 主要的七种计算方法可分为三类：
• 曲线法优于直线法和折线法。手算用平均角法，电算用曲 线法。动力钻具钻出的井眼用最小曲率法；转盘钻钻出的 井眼用圆柱螺线法。
• 平移方位角：指平移方位线所在 的方位角，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。
• 闭合距与闭合方位：国外将水平 位移称作 闭合距(Closure Distance)，将平移方位角称作闭 合方位角(Closure Azimuth)。我 国现场常特指完钻时的水平位移 为闭合距，平移方位角为闭合方 位角。
– 投影图主要用于指导施工。 – 优点：从图上可直接看出，需要增斜还是
需要降斜，需要增方位还是需要减方位。 也可根据这张图，可以想象出井眼轴线的 空间形状。 – 缺点：这种垂直投影图不能反映出井身参 数的真实值。
其它井身参数
• 垂直深度：简称垂深，是指轨迹 上某点至井口所在水平面的距离 。垂深的增量称为垂增。垂深常 以字母Ｄ表示，垂增以ΔＤ表示。
《定向井的基础知识》课件
定向井的钻井液
定向井钻井液是定向井钻井过程中的循环介质，它能够起到冷却、润滑、携带岩 屑等作用，同时对钻头和井壁起到保护作用。
定向井钻井液通常由水、油、化学添加剂等组成，具有较低的摩擦系数、良好的 携岩能力和防塌性能等特点。
定向井的钻井工具
定向井钻井工具包括弯接头、无磁钻铤、稳定器等，它们能 够协助定向井钻头实现钻进过程中的定向控制。
安全性原则
轨道设计应确保钻井施工的安 全，避免因设计不当导致的井 眼坍塌、卡钻等事故。
环保原则
轨道设计应尽量减少对环境的 破坏，合理利用资源，保护生
态环境。
定向井轨道设计的参数
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井口坐标
井口位置的经度、纬度、高程 等参数。
井底坐标
井底位置的经度、纬度、深度 等参数。
井眼轨迹
包括井眼的起点、终点、方向 、倾斜角、弯曲度等参数。
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随着技术的不断进步和应用领域的拓展，定向井技术 将不断向智能化、高效化和环保化方向发展。
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定向井技术将更加注重环保和可持续发展，采用更加 环保的钻井技术和材料，减少对环境的负面影响，为
油气产业的可持续发展做出贡献。
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定向井技术将与人工智能、大数据等先进技术相结合 ，实现更加智能化和自动化的钻井过程，提高钻井效 率和安全性。
ABCD
测斜施工
在钻孔施工过程中，定期进行测斜施工，了解钻 孔的角度变化情况。
纠偏施工
在进行纠偏措施后，进行纠偏施工，对钻孔进行 修正，使其符合设计要求。
定向井的完井施工
完井施工准备
完成钻孔施工后，进行完井施工准备， 包括设备撤离、场地清理等工作。
定向井及水平井基础知识介绍
定向井及水平井基础知识介绍概述在石油勘探与开发中，为了更有效地获取地下资源，定向井和水平井技术日益被广泛应用。
本文将介绍定向井和水平井的基础知识，包括定义、优势、应用领域和技术特点等内容。
定向井的定义和优势定向井是指在垂直井的基础上，在一定深度范围内以一定倾角钻孔，旨在钻探具有特定目标的井筒。
与传统垂直井相比，定向井有以下优势： - 可钻入地下难以进入的地质层； - 可减少钻井长度，降低成本； - 可提高油井产能； - 可通过改变井眼轨迹实现水平产量。
定向井的应用领域定向井技术在石油勘探与生产中有着广泛的应用，主要包括以下几个领域： 1.增产：通过定向井技术，可达到增加油井产能的目的，提高石油开采效率。
2. 增储：将定向井开入储层可增加有效储集层面积，提高储层有效厚度。
3. 保护环境：通过定向井技术可以减少地表受到的损害，降低对环境的影响。
定向井的技术特点定向井技术具有以下技术特点： 1. 井眼轨迹可以根据地质条件和开采需求调整，灵活性高。
2. 需要精准的测量和导向技术，以确保井眼轨迹的准确性。
3. 钻井难度较大，需要高级的钻井设备和技术支持。
4. 通常需要配合水平井技术，实现更有效的油井开采。
水平井的定义和优势水平井是指在总长度相对较长、倾角相对较小的井筒中的一段呈水平或近水平方向前行的油气井。
与垂直井相比，水平井有以下优势： - 可以在储层中水平方向上穿过多个裂缝或孔隙，提高采收率。
- 可以减缓井底流体速度，减少持液力，降低油井产能。
- 可以有效控制油井生产，避免地层压力过快下降。
水平井的应用领域水平井技术主要应用于以下几个领域： 1. 大垂深气藏开发：通过水平井技术，可以有效提高气藏的采收率。
2. 高含水期油田的开发：水平井技术有助于提高油田的开发效率。
3. 多重边际储层的解决：适用于有多层油气藏交错分布的地质构造。
水平井的技术特点水平井技术具有以下技术特点： 1. 需要精确的测量和控制技术，以确保水平段的准确布置和有效开发。
定向井基本知识
定向井和水平井钻井技术第一节 定向井井身参数和测斜计算一．定向井的剖面类型及其应用定向钻井就是“使井眼按预定方向偏斜，钻达地下预定目标的一门科学技术”。
定向钻井的应用范围很广，可归纳如图9－l 所示。
定向井的剖面类型共有十多种，但是，大多数常规定向井的剖面是三种基本剖面类型，见图9－2，称为“J ”型、“S ”型和连续增斜型。
按井斜角的大小范围定向井又可分为： 一、专业名词1．定向井（Directional Well ） 一口井的设计目标点，按照人为的需要，在一个既定的方向上与井口垂线偏离一定的距离的井，称为定向井。
2．井深（Measure Depth ）井眼轴线上任一点，到井口的井眼长度，称为该点的井深，也称为该点的测量井深，或斜深。
单位为“m ”。
3．垂深（Vertical Depth or True Vertical Depth ）井眼轴线上任一点，到井口所在水平面的距离，称为该点的垂深。
通常以“m ”为单位。
4．水平位移（Displacement or Closure Distance ）井眼轨迹上任一点，与井口铅直线的距离，谓之该点的“水平位移”。
也称该点的闭合距。
其计量单位为“m ”。
5．视平移（Vertical section ）水平位移在设计方位线上的投影长度，称为视平移。
如图10—1所示，OQ 为设计方位线，T O曲线为实钻井眼轴线在水平面上的投影，其上任一点P 的水平位移为OP ，以 A P表示。
P 点的视平移为OK ，其长度以V P 表示。
当OK 与OQ 同向时V P 为正值，反向时为负值。
视平移是绘制垂直投影图的重要参数。
单位为m 。
6．井斜角（Hole Inclination or Hole Angle ）井眼轴线上任一点的井眼方向线，与通过该点的重力线之间的夹角，称为该点处的“井斜角”。
以度为单位。
7．最大的井斜角（MaxinumHoleAngle）“最大井斜角”有两种不同的意义。
定向井基础知识
垂直井深（TVD）H：井口至井眼某点的垂直距离
测量井深 （MD）L 垂直井深 （TVD）H
井身轨迹某点水平投影
方位角φ
正北方向
井斜角α
井斜角α ：井身轨迹某点切线与铅垂线的夹角 方位角φ ：井身轨迹某点水平投影的切线与正北方向的夹角
铅垂线
井斜变化率Kα ：单位井段的井斜变化
O
2、水平投影面
井深轨迹在水平面上的投影。该平面能表示井眼个点的方位角φ 和水平位移S。
A’
定向井概念：
最大井斜角：有2种含义
• • 对于已完成的井眼，全井中井斜角最大的值； 对于定向井设计中，增斜段终点处的井斜角值；
造斜点增Βιβλιοθήκη 段KOP最大井斜角 降斜段
造斜点（ KOP ）： 造斜率：表示造斜工具的造斜能力，常用KZ表示，其值等于用该造斜工 具所钻出井段的井眼曲率，但不等于井斜变化率。 增斜段： 稳斜段： 降斜段： 目标点（靶点）： 靶区半径：允许实钻井眼轨迹偏离目标点的水平面距离，成为靶区半径。
测量井深 （MD）LB
A
方位变化率Kφ ：单位井段的方位变化
正北方向 正北方向
αA
铅垂线
A B
井身轨迹某点水平投影
B
αB
铅垂线
N
A点的水平位移：SA 闭合方位角φ E A E（完井井底）
水平位移S：井身轨迹某点与井口位置的水平距离
闭合距离SE：完井井底水平位移 闭合方位角φ E ：闭合距离与正北方向的夹角
稳斜段
实钻轨迹 设计轨道 靶区半径 中靶点
靶区：
靶心距：靶区平面上，中靶点与目标点之间的距离。
t
R
靶区
定向井基础知识
定向井基础知识定向井基础知识一、概念部分1定向井：一口井的设计目标点，按照人为的需要，在一个既定的方向上与井口垂线偏离一定的距离的井，统称为定向井。
2井深（米：井眼轴线上任一点，到井口的井眼长度，称为该点的井深，单位为米3垂深《m》：井眼轴线上任一点，到井口所在水平面的距离，称为该点的垂深，单位为《米》4 水平位移（M）：井眼轨迹上任一点，与井口铅直线的距离，称为该点的水平位移，也称为该点的闭合距，单位为《米》严格意义上水平位移为闭合距在设计井眼轨迹上的投影位移闭合距井眼轨迹投影于水平面与设计轨迹投影于水平面的夹角井底与井口连线在水平面上的投影线的长为总闭合距（习惯叫闭合距又叫总水平位移），5、视位移（m）：水平位移在设计方位线上的投影长度，称为视位移，是绘制垂直投影图的重要参数，单位为“米”。
6、井斜角《°）：井眼轴线上任一点的井眼方向线与通过该点的重力线之间的夹角，称为该点的井斜角，单位为“度”。
7/方位角（°）：在以井眼轴线上任一点为原点的平面坐标系中，以通过该点的正北方向线为始边，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，单位为“度”。
8、磁偏角：在某一地区内，其磁北极方向线与地理北极方位线之间的夹角，称为该地区的“磁偏角”，顺时针为正，逆时针为负。
磁方位校正为磁方位角加上该地区的磁偏角。
9、造斜点（KOP）：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。
10、造斜率：表示造斜工具的造斜能力，常用“°/100m”表示。
11、井斜变化率：单位井段内井斜角的变化速度称为“井斜变化率”，常用“°/100m”表示。
12，方位变化率：单位井段内方位角的变化速度称为“方位变化率”，常用“°/100m”表示。
13、全角变化率K（狗腿度）：指的是单位井段内井眼钻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着方位角的变化。
定向井基础
钻井技术员成长之路6(定向井基础)序言：在上一集里，我们介绍了钻具组合和喷嘴的安装及造成的压力降，也拿出了一些技术员的经验。
如果同一口井，一个深度，同样的泵在钻头(14*15*16)+螺杆+一根钻铤+上部钻具组合的情况下，开泵循环有16Mpa的压力，而后钻头卸去喷嘴，甩掉螺杆和钻铤就接上部钻具在同一个井深，同一个泵，同种泥浆性能下开泵循环却只有13Mpa，请问那3个Mpa从哪来的？那么螺杆造成了压降会使钻头的压降忽略不计吗？请同学，朋友们思考一下！今天这一集，我们主要介绍定向方面的一些知识，很浅显，仅用于现场的操作。
正文一．井口操作我们经常碰见的井大都是定向井，就算有直井，也会打偏而定向纠偏。
那么在打一口定向井，或者水平井时，对直井段的要特别注意，必须要加以控制。
参看资料1中对3000米内，地层倾角大于30度的井有水平位移的要求，一般可以通过单点测斜来获得当前井斜，方位的数据。
在起钻前把多点从钻柱内投到靠进钻头处，然后在起钻过程中利用每起一个立柱静止卸口的时间进行测量和记录。
也就是说每上提一柱，司钻在本子上记录当前时间。
起钻完后将一起把记录本和仪器送到定向服务中心做数据分析来了解当前井的轨迹，如果需要提前下入定向仪器纠偏，会打电话联络什么时候上定向的仪器和人员。
井下定向法是先用正常下钻法将造斜工具下到井底，然后从钻柱内下入仪器测量工具面在井下的实际方位；如果实际方位与预定方位不符，亦可在地面上通过转盘将工具面扭到预定的定向方位上。
在定向组合钻具入井时，我们经常看见定向工程师在井口量角差。
这个角差是有螺杆上的高边方向线和定向接头上的定向键组成。
上图中的红圈里的线就是螺杆的高边线，它是弯螺在井下定向时所钻进的方向。
上图为定向仪器乘载的定向接头的结构图。
上图的上面的钻具为螺杆，下图将定向接头的定向键和高边方向线平移到同一个平面来计算角差。
从高边顺时针旋转到顶直接头键的位置，用直尺量是多少，在量出一圈的周长，则可以算出角差是多少度，在司钻显示器和轨迹控制软件上所显示的出的工具面是已经把角差带入后计算好的。
定向井钻井基础知识
定向井钻井基础提纲（一）为什么要钻定向井？（二）定向井的基本概念（三）定向作业专业术语（四）井眼轴线的计算方法（五）定向井轨迹防碰（一）、为什么要钻定向井？1、在海洋钻井平台上钻丛式定向井。
控制较大面积的油气构造。
生产设施集中在平台上，节省建造平台费用。
2、勘探和开发近海岸油气田。
使钻井定向弯曲，钻达海底油气层，节约海上钻井平台的建设费用。
3、用定向井控制断层，查明油水界面或断层面的位置(c)4、避开地表障碍物，勘探和开发障碍物下方的油气田。
5、纠正已斜的井眼或绕过井内落鱼而进行侧钻。
6、打定向井探采盐丘突起下部的油气层。
含油构造有时与盐丘构造共生，部分盐丘可能直接覆盖在油藏上面，直井钻遇盐层可能导至冲蚀、钻井液漏失和腐蚀等问题。
7、井喷无法处理或油气井失火，钻定向救援井与原井衔接控制井喷或扑灭火灾。
8、钻大斜度井或水平井，防止气锥和水锥问题；增加井眼在产层中的延伸长度；增大平台的泄流面积，在裂缝性油藏9、供水井。
钻多孔底定向井多次穿过含水裂隙或沿含水裂隙钻单孔底定向井，可增加出水量。
10、开发地壳深部“干热岩”体的能量。
钻两口定向井，用水力压裂法使两井连通，形成一个地下热仓和封闭回路，用—口井向下注冷水，干热岩将冷水加热，另一口井抽出高温蒸气进行发电。
11、在煤层中钻定向排放孔抽瓦斯，保证采煤时的安全。
能钻遇多条裂缝，提高单井的产量。
12、对接连通开采可水溶性矿藏过去，在钻孔采可水溶性矿盐时，一直采用单井对流水溶采卤法，这种采卤技术存在较多缺点，如矿产回采率不足20％，卤井寿命短，产量低，采出的卤水浓度低而且不稳定等。
双井对接连通水溶采卤可克服上述一系列缺点。
数十年来，盐业系统探索了几种使两井能连通的方法(压裂法，自然溶通法等)，但并不是很理想，采用定向钻进技术实现两井对接、三井对接甚至更多的井眼对接，极大地提高采盐卤水量。
（二）定向井的基本概念1、定义定向井是按照预先设计的井斜角、方位角和井眼轴线形状进行钻进的井。
定向井基础
坐标换算公式如下：
△X= Xb- Xa
△Y= Yb- Ya
计算出△X、△Y的正负数值后确定目标所在的象限。然后计算方位的 精确值。
位移
S= △X2+△Y2
Φ20=2a0r/9c/t27g△Y/△X(以上图为例)。
13
二、剖面设计中有关因素的选择
1、 造斜点的选择：
（1） 造斜点应选择在比较稳定的地层，避 免在岩石破碎带，漏失地层，流砂层或容易坍塌 等复杂地层定向造斜，以免出现井下复杂情况， 影响定向施工。
（三）井身剖面设计的内容和步骤：
一般情况下，在给定的设计条件有： 地面井位坐标、目标点坐标和目的层垂直深度， 井底垂深。根据这些基本参数，通过坐标换算， 可计算出设计方位角和设计水平位移。
1、选择剖面类型；
2、确定造斜率和降斜率，选择造斜点；
3、求得剖面上的未知参数，一般情况下这个 未知数是全井的最大井斜角；
2、中斜度定向井：设计的最大井斜角在15度至45度之间， 钻进时井斜、方位较易控制，钻井难度相对不大。是使 用最多的一种。
3、大斜度定向井：设计的最大井斜角在46度至85度之间， 其斜度大、水平位移大，增加了钻井难度和成本。
4、水平井：设计的最大井斜角在86度至120度之间，并沿
（近）水平方向钻进一定长度的井。根据造斜井段的曲
此外，因气候限制，如寒冷或沙漠地
区，亦可利用丛式井开采油气，以利于集
输的20保20/9温/27 和油井的管理。
4
(二)、定向井的分类：
l 按段制分：
常规定向井可分为二、三、四、五段
，两段制是指在一口定向井中仅含有直井段、
增斜井段的定向井。三段制是指在一口定向井
中由直井段、增斜井段、稳斜井段三个井段组
定向井基本知识
The directional well1. 定向井的基本概念：定向井是钻井专业术语，是指按照事先设计的具有井斜和方位变化的轨道钻进的井。
其剖面主要有三类：(1)两段型：垂直段+造斜段；(2)三段型：垂直段+造斜段+稳斜段；(3)五段型：上部垂直段+造斜段+稳斜段+降斜段+下部垂直段。
水平井是定向井的一种，一般的油井是垂直或倾斜贯穿油层，通过油层的井段比较短。
而水平井是在垂直或倾斜地钻达油层后，井筒转达接近于水平，以与油层保持平行，得以长井段的在油层中钻进直到完井。
Advantage: 有利于多采油，油层中流体流入井中的流动阻力减小，生产能力比普通直井、斜井生产能力提高几倍。
2.定向井的基本应用：地面限制：油田埋藏在高山、城镇、森林、沼泽海洋、湖泊、河流等地貌复杂的地下，或井场设置和搬家安装碰到障碍时，通常在他们附近钻定向井。
地下地质条件要求：用直井难以穿过的复杂层、盐丘和断层等，常采用定向井。
如：安718段块的井漏、二连地区巴音区块的井，自然方位120-150度。
钻井技术需要：遇到井下事故无法处理或不易处理时，常采用定向井技术。
如：掉钻头、断钻具、卡钻等。
经济有效的勘探开发油气藏的需要：ⅰ原井钻探落空，或钻通油水边界和气顶时，可在原井眼内侧钻定向井。
ⅱ遇多层系或断层断开的油气藏，可用一口定向井钻穿多组油气层。
ⅲ对于裂缝性油气藏可钻水平井穿遇更多裂缝、低渗透性地层、薄油层都可钻水平井，提高单井产量和采收率。
ⅳ在高寒、沙漠、海洋等地区，可用丛式井开采油气。
3. 定向井基本分类：按设计井眼轴线形状分：ⅰ两维定向井：井眼轴线在某个铅垂平面上变化的定向井，井斜变化，方位不变化。
ⅱ三维定向井：井眼轴线在三维空间变化的定向井，井斜变化，方位变化。
可分为：三维纠偏井和三维绕障井。
按设计最大井斜角分：ⅰ低斜度定向井：井斜小于15度，钻井时井斜、方位不易控制，钻井难度大。
ⅱ中斜度定向井：井斜在15-45度之间，钻井时井斜、方位易控制，钻井难度相对较小，是使用最多的一种。
定向井的基础知识
– 井眼曲率计算方法: 有公式计算法 、查图法、图解法、 查表法和尺算法等五种。后四种皆来源于公式计算法。 公式计算法又可分为三套。
井眼曲率及其计算
• 第一套计算公式： • 根据空间微分几何原理推导，可得：
K
d
dL
• 以增量代替微分，以相邻二测点 间的井斜方位角变化值（Δφ ）与 二测点间井段长度（ΔL）的比值 来表示井斜方位变化率的。
• 求得的乃是该测段的平均井斜方 位变化率：
K
L
井眼轴线形状的图示法
• 三维坐标图示 法： – 井眼轴限的 特点：形状 复杂，结构 简单。无法 给人以立体 感。 – 需要采用辅 助面增强立 体感。 – 只在特殊时 候采用。
真方位角＝磁方位角＋东磁偏角
真方位角＝磁方位角－西磁偏角
不准确的说法：“地北与磁北 之间的差值，称为磁偏 角”“以地球北极为准，磁北 在其右边的为东磁偏角，……”
井眼轨迹的基本参数
• 磁偏角
– 磁篇角地图：
井眼轨迹的基本参数
• 象限角
– 井斜方位角还有另一种 表示方式，称“象限角” 它是指井斜方位线与正 北方位线或与正南方位 线之间的夹角。象限角 在 0～90度之间变化。 书写时需注明所在的象 限，如N67.5°W。
– 2. 井眼轴线投影到水平面上以后，过其上每一点作投影线的切线， 该切线向井眼前进方向延伸部分，即为该点的井眼方位线，或称 井斜方位线。
– 上述1和2两个定义，是相同的，都是正确的。 – 以正北方位线为始边，顺时针方向旋转到井眼方位线（井斜方位
线）上所转过的角度，即井眼方位角。注意，正北方位线是指地 理子午线沿正北方向延伸的线段。所以正北方位线和井眼方位线 也都是有向线段，都可以用矢量表示。
定向井基本知识
第九章定向井和水平井钻井技术第一节定向井井身参数和测斜计算一．定向井的剖面类型及其应用定向钻井就是“使井眼按预定方向偏斜，钻达地下预定目标的一门科学技术”。
定向钻井的应用范围很广，可归纳如图9－l所示。
定向井的剖面类型共有十多种，但是，大多数常规定向井的剖面是三种基本剖面类型，见图9－2，称为“J”型、“S”型和连续增斜型。
按井斜角的大小范围定向井又可分为：常规定向井井斜角＜55°大斜度井井斜角55～85°水平井井斜角＞85°（有水平延伸段）二．定向井井身参数实际钻井的定向井井眼轴线是一条空间曲线。
钻进一定的井段后，要进行测斜，被测的点叫测点。
两个测点之间的距离称为测段长度。
每个测点的基本参数有三项：井斜角、方位角和井深，这三项称为井身基本参数，也叫井身三要素。
1．测量井深：指井口至测点间的井眼实际长度。
2．井斜角：测点处的井眼切线与铅垂线之间的夹角。
3．方位角：以正北方向线为始边，顺时针旋转至方位线所转过的角度，该方向线是指在水平面上，方位角可在0—360°之间变化。
目前，广泛使用的各种磁力测斜仪测得的方位值是以地球磁北方位线为准的，称为磁方位角。
磁北方向线与正北方向线之间有一个夹角，称磁偏角，磁偏角有东、西之分，称为东或西磁偏角，真方位的计算式如下：真方位＝磁方位角十东磁偏角或真方位＝磁方位角一西磁偏角公式可概括为“东加西减”四个字。
方位角也有以象限表示的，以南（S）北（N）方向向东（E）西（W）方向的偏斜表示，如N10°E，S20°W。
在进行磁方位校正时，必须注意磁偏角在各个象限里是“加上”还是“减去”，如图9－3所示。
4．造斜点：从垂直井段开始倾斜的起点。
5．垂直井深：通过井眼轨迹上某点的水平面到井口的距离。
6．闭合距和闭合方位（l）闭合距：指水平投影面上测点到井口的距离，通常指靶点或井底的位移，而其他测点的闭合距离可称为水平位移。
定向井-定向钻井基础
降斜率：单位长度井眼降低的井斜值
E
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
救援：目标层位、靶区半径、简单（快速、经济） 落鱼侧钻：避开落鱼、一定水平位移
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：Kc=γ/ΔL “狗腿角”或“全角变化”（γ）：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： (1)Lubinski公式：
cosγ=cosαA·cosαB+sinαA·sinαB·cos(φB-φA)
水平长度Lp、闭合距、井斜方位角φ、 平移方位角θ、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
的铅垂面。
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
3．垂直剖面图
垂直剖面：过井眼轴线上各点垂线组成的柱面展开图。 坐标系：原点（井口）、横坐标（水平长度）、
井深
2530.00 2560.00 (2540.00) 2542.96
井斜角
38
45
Hale Waihona Puke 40.3341.02
井斜方位角 178
165
173.87
172.60
第四节 定向井井身剖面设计
主要内容：
•基本概念 •井身剖面设计原则
造斜点 井眼曲率 最大井斜角
•剖面类型 •设计方法
目的：
• 选择满足要求的井身剖面类型 • 设计剖面结构参数
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7、水平位移：井眼轴线上某一点在水平面上的投影至井口的 距离，又称闭合距。 8、闭合方位或总方位：是指以正北方位线为始边顺时针转至 闭合距方位线上所转过的角度。 9、N（北）坐标E（东）坐标：是指测点以井口为原点的水平 面坐标系里的坐标值。 10、视平移：是井身上某点在某一垂直投影面上的水平位移， 这个“水平位移”不是真实的水平位移。所以称之为视平移。 11、最大井斜角：无论设计剖面还是实钻剖面，全井井斜角的 最大值，称为最大井斜角。 12、磁偏角：在某一地区内，其磁北极方向线与地理北极方位 线之间的夹角，称为该地区的磁偏角。 13、全角变化率：“全角变化率”、“狗腿严重度”、“井眼 曲率”，都是相同的意义。指的是在单位井段内三维空间的角 度变化。它既包含了井斜角的变化又包含着方位角的变化。
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5、水平井剖面设计
剖面设计要求 可行的最简单造斜曲线是从造斜点井斜接近零 度时开始，以单一连续的弧钻进到90°井斜的单一 均匀曲线。如果马达造斜钻具增斜特性的变化小于 水平目标区的容许误差，那么这一设计便是最佳设 计。由于大多数马达造斜钻具增斜特性的变化和误 差都大大地超过水平目标区的允许误差。为了补偿 这些变化和误差，就有必要在造斜井段设计增加一 段调节用的斜直井段。
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按一个井场或平台钻井数可分为：
1、单一定向井。 2、双筒井：用一台钻机交叉作业，同时钻 出井口相距很近的两口定向井或一直一斜。 3、丛式井（组）：凡在一个井场或平台上 有计划的钻两口或以上的定向井（含直 井），这些井组统称丛式井。丛式井中的 任一定向井可为多目标井、大位移井、水 平井等井型。
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按设计井眼轴线形状分：
1、两维定向井：是指井眼轴线形状只 在某个铅垂平面上变化的定向井，它们的井 斜角是变化的，而方位角是不变的。 2、三维定向井：是指井眼轴线超出某 一铅垂平面而在三维空间中变化的定向井。 三维定向井既有井斜变化，又有方位角的变 化。三维定向井又可分为三维纠偏井和三维 绕障井。
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（三）井身剖面设计的内容和步骤：
一般情况下，在给定的设计条件有：地面井 位坐标、目标点坐标和目的层垂直深度，井底垂 深。根据这些基本参数，通过坐标换算，可计算 出设计方位角和设计水平位移。 1、选择剖面类型； 2、确定造斜率和降斜率，选择造斜点； 3、求得剖面上的未知参数，一般情况下这个未 知数是全井的最大井斜角； 4、进行井身计算，包括各井段的井斜角、垂深、 水平位移及井深。 5、做垂直剖面投影图、水平投影图。
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5、水平井剖面设计
2、水平井剖面设计要求与类型
水平剖面设计类型 单曲率—斜直剖面的设计 变曲率一斜直剖面设计 理想造斜曲率剖面设计
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四、水平井井眼轨迹控制工艺模式与 技术
以动力钻为主的水平井井眼轨迹控制模式
① 直井段充分利用成功的高压喷射和防斜打直技术， 严格的将造斜点前的直井段井眼轨迹控制在允许范围之 内，快速优质地钻完该井段。 ②对入靶前地层较稳定的水平井，造斜段的施工以弯壳 体动力钻具为主要钻进方式，以转盘钻具组合通井铲除 岩屑床和修整井眼，并完成稳斜段或造斜率较低的调整 段，以二至三套钻具组合在二至三趟钻内钻完0-90°造 斜段。
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二、定向井设计
（一）、井身剖面的设计原则 1、能实现钻定向井的目的； 2、应尽可能利用地层的自然造斜规律； 3、在选择造斜点、井眼曲率、最大井斜角等参数时， 应有利于钻井、采油和修井作业； 4、在满足钻井目的的前提下，力求使设计的全井斜 井深最短，有利于安全、优质、快速钻井，降低钻井成本； 这方面要考虑以下几个问题： （1）、选择合适的井眼曲率； （2）、选择易钻的井眼形状； （3）、选择适当的造斜点； （4）、设计的井身剖面形状应与井身结构同时考虑。 （5）、优质的钻井液。
④ 对地质设计靶区垂深误差要求在5一10m、而平面误 差大于5m的水平探井和水平开发井，以转盘钻钻具组合 为主要钻进方式，可采用大排量来提高携岩能力，以两 套转盘钻钻具组合用二至三趟钻钻完500m左右的水平井 段。应备用一套DTU导向钻具或1°左右的单弯动力钻具， 以弥补转盘钻钻具组合的意外失控。 2013-10-30 26
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(二)、定向井的分类：
按段制分：
常规定向井可分为二、三、四、五段，两 段制是指在一口定向井中仅含有直井段、增斜 井段的定向井。三段制是指在一口定向井中由 直井段、增斜井段、稳斜井段三个井段组成的 定向井。四段制是指在一口定向井中由直井段、 增斜井段、稳斜井段、降斜井段四个井段组成 的定向井。五段制是指在一口定向井中由直井 段、增斜井段、稳斜井段、降斜井段、稳斜井 段五个井段组成的定向井。定向井的剖面均由 直、增、稳、降中的某几项来组合 。
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一般情况下，在给定的设计条件有：地面井位坐标、目标点坐标和目 的层垂直深度，井底垂深。根据这些基本参数，通过坐标换算，可计 算出设计方位角和设计水平位移。坐标换算方法如下： X （地理北） △Y 目标点(Xb,Yb) △X 井口（Xa，Ya） O Y（地理东） 上图给定的井位坐标即井口坐标（Xa，Ya），目标点坐标(Xb,Yb)和 目的层垂深H 。 坐标换算公式如下： △X= Xb- Xa △Y= Yb- Ya 计算出△X、△Y的正负数值后确定目标所在的象限。然后计算方位的 精确值。 位移 S= △X2+△Y2 Φ=arctg△Y/△X(以上图为例)。
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（四）优化丛式井总体设计：
1、优选平台个数； 2、优选平台位置； 3、优选一个平台内钻井口数； 4、优化地面井口的排列方式； 5、优选丛式井组各井口与目标点间的井眼 轨道形状。
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二、水平井简介
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1、水平井基本概念
所谓水平井，通常指最大井斜角不小于86且在产层 内横向钻进的特殊形式的油气井。通常人们把进入油气 层井眼的井斜角不低于86°的井段称为水平井段。能沿 油层走向形成这种水平位移的特殊定向井归纳为水平井，
的圆柱。
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矩形靶：即纵向为a米,横向为b的长方体。
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3、水平井的基本类型
水平井的分类通常按造斜率（或曲率半径)分为三种类型：
长半径水平井：造斜率K<6°/30m，曲率半径R>300m。
中 半 径 水 平 井 ： 造 斜 率 K=6°-20°/30m ， 曲 率 半 径 R=100-300m。 短半径水平井：造斜率K=5°-l0°/30m，曲率半径R=6l2m。造斜率K=1.5°-3°/（在6-18m）的过程中由垂直变 为水平。
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ห้องสมุดไป่ตู้
二、剖面设计中有关因素的选择
1、 造斜点的选择： （1） 造斜点应选择在比较稳定的地层，避 免在岩石破碎带，漏失地层，流砂层或容易坍塌 等复杂地层定向造斜，以免出现井下复杂情况， 影响定向施工。 （2） 应选在可钻性较均匀的地层。避免在 硬夹层定向造斜。 （3） 造斜点的深度应根据设计井的垂直井 深，水平位移和选用的剖面类型决定，并要考虑 满足采油工艺的需要。 （4）在井眼方位漂移严重的地层钻定向井， 选择造斜点位臵时，应尽可能使斜井段避开方位 漂移大的地层。 2013-10-30 14
它主要被广泛应用到下列几方面。可减少油田开发过程
中水锥,气锥问题，可开发低渗透致密油藏和重油；可开 发天然裂缝性油藏，边水驱动和气驱动油藏，不易钻探 的油藏；热采应用；低产能油藏；不规则油藏及薄层油 藏。
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2、水平井基本术语
水平井除具有普通定向井的一些基础的技术术 语外,其本身的特点仍有下面的一些基本术语 入靶点：是指地质设计规定的目标起始点。 终止点：是指地质设计规定的目标结束点。 靶前位移：是指入靶点的水平位移。 水平段长：入靶点与终止点的轨道长度。 梯形靶：即纵向为a米,横向b米的夹角内。 圆柱靶：即沿水平段设计井眼轴线的半径为R米
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按定向井的钻井的目的可分为： 1、救援井：为抢救某一口井的井喷、着火而设计施工的 定向井。 2、多目标井：为钻达数个目的层位而设计施工的定向井。 3、绕障（三维）井：为绕过地下某种障碍而设计施工的 定向井。 4、立槽斜井：采用斜直钻机施工，从井口开始倾斜的定 向井。 5、多底井：凡在一个井口下面有两个以上井底的井称多 底井。用定向侧钻的方法完成。 定向侧钻是在已钻主井眼内，按预定方向和要求侧钻 一口新井的工艺过程。根据侧钻的目的可分为纠斜侧钻、 避开落鱼侧钻、二次完井侧钻等。根据侧钻方法可分为 套管开窗侧钻和裸眼侧钻。套管开窗侧钻又有套管段铣 和斜向器开窗之分。
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4、水平井常用剖面类型
水平井常用的剖面主要有下列四种：
双增稳剖面，即直井段一增斜段一稳斜段一增斜段一
水平段。
双增剖面，即直井段-增斜段-增斜段一水平段。 三段制剖面，即直井段一增斜段一水平段。 三增剖面，即直井段一增斜段一增斜段一增斜段一水 平段。
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定 向 井 工 艺
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目录
一、定向井基本知识
二、水平井简介
三、定向井技术要求和注意事项
四、螺杆钻具
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一、定向井基本知识
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一、定向井基本知识
（一）、定向井的应用： 定向井的应用归纳起来有以下几个方面： 1、地面限制 2、地下限制 3、钻井技术需要。 4、经济勘探开发油气藏的需要 此外，因气候限制，如寒冷或沙漠地区， 亦可利用丛式井开采油气，以利于集输的 保温和油井的管理。
2、 最大井斜角的选择： 大量定向钻井的实践证明，井斜角小于15， 方位不稳定，容易漂移。井斜角大于45，测井 和完井作业施工难度较大，扭方位困难，转盘扭 矩大，并易发生井壁坍塌等现象。所以，常规定 向井的最大井斜角尽可能控制在15～45范围内。