定向井设计
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定向井培训材料—邢忠玺
五段式轨道
2、作图： 已知条件：靶点垂深位移 a.选择造斜点 b.工具造斜率 计算曲率半径 c.画弧与直井段相切 d.过靶点与弧相切 3、查图法：
定向井培训材料—邢忠玺
2.2.3轨迹设计与计算
O
2.作图法原理
（对垂直投影）
(1) 定造斜点。作平行线，按井斜 半径画园，作造斜段。 (2)定井底。定进油层段，定最下 一个稳斜点。
最大井斜角 1、一般定向井20~60度，电测、完井容易 2、大于60度电测、完井困难
定向井培训材料—邢忠玺
2.2.2 定向井设计
导角（方位预留角） 1、定义：实际造斜时的方位与设计方位的差值 2、利用地层的自然漂移趋势来预留 3、根据钻具组合和钻头形状而留 4、自定向井成立以来最大方位预留角２８度，并成 功进靶 5、但丛式井对方位预留角有限制圆柱，以免井眼碰 撞
定向井培训材料—邢忠玺
2.2.2 定向井设计
狗腿严重度 1、定义：描述井眼轨迹全角变化的尺度 2、公式：cos Dog-leg =(cos(inc1)*cos(inc2)+sin(inc1)*sin(inc2)*cos(direction change)) 3、狗腿严重度大，易产生键槽卡钻、钻具易产生疲 劳破坏
A
B C D
(3)按减斜半径画园，作减斜段。 (4)画两园的切线，作稳斜段。 (5)测最大造斜角 (6) 测各段的参数 定向井培训材料— 邢忠玺
第二节 定向井井身剖面设计
O 2.2 解析法
Hv
a K H0 j
关键点： ① f点的建立
②
b
m c m O2 d f
S0=R2+hO2
L
So fj tg m m m Kj H 0 R1tg 2 R2tg 2
定向井设计
中海油田服务有限公司 --邢忠玺
定向井设计原则
根据油田勘探、开发部署的要求， 保证安全钻井 要有利于提高油气产量和采收率 应有利于钻井、采油和修井作业 应尽可能选择比较简单的剖面类 型
定向井培训材料—邢忠玺
设计依据
钻井目的及采用的钻井方式 工艺装备 条件及技术水平 目的层的厚度、产状 设计井的基本设计数据
j
So
定向井培训材料—邢忠玺
第二节 定向井井身剖面设计
作方位图
N
E
定向井培训材料—邢忠玺
第二节 定向井井身剖面设计
小结：
•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
定向井培训材料—邢忠玺
2.2.3轨迹设计与计算
井眼轨迹的计算方法： 1、直线法：正切法和平均角法 2、折线法：平衡正切法 3、曲线法：圆柱螺旋法（曲率半径法）、校正平均 角法和弦步法 现场常使用的方法 1、钻台使用计算器时，一般用平均角法 2、交报告用计算机时，最小曲率半径法
1M M 2
L
tg
2
定向井培训材料—邢忠玺
第三节 实际井眼轴线的计算和绘制
③ 由二切线与重力线的夹角，计算测段的垂增H和二切 线的水平投影长 1 M (S1 ) M 2(S2 )
H 1M M 2 1M cos1 M 2 cos 2 S1 S 2 L L
tg
2
(cos1 cos 2 )
L
tg tg
2
sin 1 sin 2
2
定向井培训材料—邢忠玺
第三节 实际井眼轴线的计算和绘制
④ 据 S1 与 S2 的长及与正北方的夹角，求测段的N 增 N 和 E 增E
N S1 cos1 S 2 cos2 E S1 sin 1 S 2 sin 2
L
tg
2
(sin1cos1 sin 2 cos2 )
L
tg
2
(sin1sin 1 sin 2 sin 2 )
定向井培训材料—邢忠玺
第三节 实际井眼轴线的计算和绘制
④ 据 S1 与 S2 的长及与正北方的夹角，求测段的N 增 N 和 E 增E
N S1 cos1 S 2 cos2 E S1 sin 1 S 2 sin 2
定向井培训材料—邢忠玺
第三节 实际井眼轴线的计算和绘制
三、主要计算方法
（脚标1表示上测点、角标2表示下测点）
1、平均角法
此法认为：两测点间的测段为一直线，该直线的方向为上、下二 测点处井眼方向的“平均方向”。 已知：1、1、2、2、L
1
1
1 2
2
1 2
2
2
2
定向井培训材料—邢忠玺
2.2.2 定向井设计
仪器干扰信号 1、钻具 3、泥浆泵 5、泥浆介质
2、邻井套管 4、通讯设备 6、泥浆马达
定向井培训材料—邢忠玺
2.2.3轨迹设计与计算
剖面类型选择 选择井剖面不是一件容易的事，必须考虑：地质 条件、套管程序、目的层的位置、及钻井技术水平 1、定向井剖面类型：“J”型、 “S”型：“水平井” 2、“J”型：剖面简单、易操作 3、“S”型： 4、水平井 kop
园柱螺线的水平投影图是园弧。 园柱螺线的垂直剖面图是园弧。
定向井培训材料—邢忠玺
第三节 实际井眼轴线的计算和绘制
将柱面展开为平面：
S
dh
N
H
ds
E
定向井培训材料—邢忠玺
第三节 实际井眼轴线的计算和绘制
3、园柱螺线法（曲率半径法）
L H R sin 2 sin 1 R 180 S R (co s1 co s 2 ) S N r (sin 2 sin 1 ) r 180 E r (co s1 co s 2 ) 2 1 2 1 L L2 L1
定向井培训材料—邢忠玺
2.2.3.1曲率半径法
此法认为两相邻测点之间的井段为为一段圆弧曲线， 整个井眼就是由许多段曲率半径不同的圆弧线组成。 公式：R12=(L2-L1)/ =(A2-A1) A为弧度 R12=5.73*(L2-L1)/ (A2-A1) A为度 r12=R12(cosA1-cosA2)/(Q2-Q1) r12=R12(cosA1-cosA2)/(Q2-Q1) △H=R12(sinA2-sinA1) △S=R12 (cosA1cosA2) △N=r12(sinQ2-sinQ1) △E=r12 (cosQ1cosQ2)
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第三节 实际井眼轴线的计算和绘制
4、最小曲率法
1 M
2
该法假设 ：两测点间
的井段是空间某一平 面上的园弧，园弧在 两端点处与上、下二 测点处的井眼方向线 相切。
定向井培训材料—邢忠玺
第三节 实际井眼轴线的计算和绘制
① 计算测段的狗腿角和曲率半径R（用矢量法公式算） ② 据、R求出弧线的切线长度1M和M2
定向井培训材料—邢忠玺
2.2.3.1平均角法
此法认为两相邻测点之间的井眼为一直线，该直线 的井斜角a和方位角q等于上下两测点相应角度的算 术平均值 公式：Av=(A1+A1)/2 Qv=Q1+Q2)/2 △H= △LcosAv △S= △LsinAv △N= △LsinAv*cosQv △E= △LsinAv*sinQv
定向井培训材料—邢忠玺
第三节 实际井眼轴线的计算和绘制
1
H
1
1 2
2
1 2
2
测点计算：
H 2 H1 H S 2 H1 S N 2 N1 N E2 E1 E
2
测段计算：
H Lcos S Lsin N S cos E S sin
S
1 N
2
2
E
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第三节 实际井眼轴线的计算和绘制
2、平衡正切法 不准确，目前少采用
定向井培训材料—邢忠玺
第三节 实际井眼轴线的计算和绘制
3、园柱螺线法（曲率半径法）
假设： 两测点间的井段是一条等变螺旋角（d/dL= 常数）的园柱螺线，螺线在两端点处与上、下二 测点处的井眼方向相切。
L
tg
2
(sin1cos1 sin 2 cos2 )
L
tg
2
ห้องสมุดไป่ตู้
(sin1sin 1 sin 2 sin 2 )
定向井培训材料—邢忠玺
定向井培训材料—邢忠玺
So
第二节 定向井井身剖面设计
O a K
H 0 H 02 2 R0 S 0 S02 m 2arctg 2 R0 S0
b
m c m O2 d f
R0 R1 R2 H 0 H e H v R2 sin e S0 St Se R2 (1 cos e )
定向井培训材料—邢忠玺
2.2 定向井设计
平台位置选择
总位移最少 总井深最少 尽量降低最大井斜角，反之
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2.2.1平台位置
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2.2.2 定向井设计
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
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2.2.2 定向井设计
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
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
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2.2.2 定向井设计
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2.2.3 轨迹设计与计算
井身剖面的设计： 有三种：作图法、查图法、解析法 1、解析法：由于计算机的迅速普及且精度高，解析 法为广泛应用。 R1=1/k1 ; R1=1/k2; Amax=2arctg((Ho-(Ho^2+ Ao^2-2Ro*Ao)^.5)/(2Ro-Ao); Ho=Ht-Hv+R2*sinA; Ao=At+R1-R2*cosA Ro=R1+R2
五段式轨道
2、作图： 已知条件：靶点垂深位移 a.选择造斜点 b.工具造斜率 计算曲率半径 c.画弧与直井段相切 d.过靶点与弧相切 3、查图法：
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2.2.3轨迹设计与计算
O
2.作图法原理
（对垂直投影）
(1) 定造斜点。作平行线，按井斜 半径画园，作造斜段。 (2)定井底。定进油层段，定最下 一个稳斜点。
最大井斜角 1、一般定向井20~60度，电测、完井容易 2、大于60度电测、完井困难
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2.2.2 定向井设计
导角（方位预留角） 1、定义：实际造斜时的方位与设计方位的差值 2、利用地层的自然漂移趋势来预留 3、根据钻具组合和钻头形状而留 4、自定向井成立以来最大方位预留角２８度，并成 功进靶 5、但丛式井对方位预留角有限制圆柱，以免井眼碰 撞
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2.2.2 定向井设计
狗腿严重度 1、定义：描述井眼轨迹全角变化的尺度 2、公式：cos Dog-leg =(cos(inc1)*cos(inc2)+sin(inc1)*sin(inc2)*cos(direction change)) 3、狗腿严重度大，易产生键槽卡钻、钻具易产生疲 劳破坏
A
B C D
(3)按减斜半径画园，作减斜段。 (4)画两园的切线，作稳斜段。 (5)测最大造斜角 (6) 测各段的参数 定向井培训材料— 邢忠玺
第二节 定向井井身剖面设计
O 2.2 解析法
Hv
a K H0 j
关键点： ① f点的建立
②
b
m c m O2 d f
S0=R2+hO2
L
So fj tg m m m Kj H 0 R1tg 2 R2tg 2
定向井设计
中海油田服务有限公司 --邢忠玺
定向井设计原则
根据油田勘探、开发部署的要求， 保证安全钻井 要有利于提高油气产量和采收率 应有利于钻井、采油和修井作业 应尽可能选择比较简单的剖面类 型
定向井培训材料—邢忠玺
设计依据
钻井目的及采用的钻井方式 工艺装备 条件及技术水平 目的层的厚度、产状 设计井的基本设计数据
j
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第二节 定向井井身剖面设计
作方位图
N
E
定向井培训材料—邢忠玺
第二节 定向井井身剖面设计
小结：
•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
定向井培训材料—邢忠玺
2.2.3轨迹设计与计算
井眼轨迹的计算方法： 1、直线法：正切法和平均角法 2、折线法：平衡正切法 3、曲线法：圆柱螺旋法（曲率半径法）、校正平均 角法和弦步法 现场常使用的方法 1、钻台使用计算器时，一般用平均角法 2、交报告用计算机时，最小曲率半径法
1M M 2
L
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2
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第三节 实际井眼轴线的计算和绘制
③ 由二切线与重力线的夹角，计算测段的垂增H和二切 线的水平投影长 1 M (S1 ) M 2(S2 )
H 1M M 2 1M cos1 M 2 cos 2 S1 S 2 L L
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(cos1 cos 2 )
L
tg tg
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sin 1 sin 2
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第三节 实际井眼轴线的计算和绘制
④ 据 S1 与 S2 的长及与正北方的夹角，求测段的N 增 N 和 E 增E
N S1 cos1 S 2 cos2 E S1 sin 1 S 2 sin 2
L
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(sin1cos1 sin 2 cos2 )
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(sin1sin 1 sin 2 sin 2 )
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第三节 实际井眼轴线的计算和绘制
④ 据 S1 与 S2 的长及与正北方的夹角，求测段的N 增 N 和 E 增E
N S1 cos1 S 2 cos2 E S1 sin 1 S 2 sin 2
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第三节 实际井眼轴线的计算和绘制
三、主要计算方法
（脚标1表示上测点、角标2表示下测点）
1、平均角法
此法认为：两测点间的测段为一直线，该直线的方向为上、下二 测点处井眼方向的“平均方向”。 已知：1、1、2、2、L
1
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2.2.2 定向井设计
仪器干扰信号 1、钻具 3、泥浆泵 5、泥浆介质
2、邻井套管 4、通讯设备 6、泥浆马达
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2.2.3轨迹设计与计算
剖面类型选择 选择井剖面不是一件容易的事，必须考虑：地质 条件、套管程序、目的层的位置、及钻井技术水平 1、定向井剖面类型：“J”型、 “S”型：“水平井” 2、“J”型：剖面简单、易操作 3、“S”型： 4、水平井 kop
园柱螺线的水平投影图是园弧。 园柱螺线的垂直剖面图是园弧。
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第三节 实际井眼轴线的计算和绘制
将柱面展开为平面：
S
dh
N
H
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E
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第三节 实际井眼轴线的计算和绘制
3、园柱螺线法（曲率半径法）
L H R sin 2 sin 1 R 180 S R (co s1 co s 2 ) S N r (sin 2 sin 1 ) r 180 E r (co s1 co s 2 ) 2 1 2 1 L L2 L1
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2.2.3.1曲率半径法
此法认为两相邻测点之间的井段为为一段圆弧曲线， 整个井眼就是由许多段曲率半径不同的圆弧线组成。 公式：R12=(L2-L1)/ =(A2-A1) A为弧度 R12=5.73*(L2-L1)/ (A2-A1) A为度 r12=R12(cosA1-cosA2)/(Q2-Q1) r12=R12(cosA1-cosA2)/(Q2-Q1) △H=R12(sinA2-sinA1) △S=R12 (cosA1cosA2) △N=r12(sinQ2-sinQ1) △E=r12 (cosQ1cosQ2)
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第三节 实际井眼轴线的计算和绘制
4、最小曲率法
1 M
2
该法假设 ：两测点间
的井段是空间某一平 面上的园弧，园弧在 两端点处与上、下二 测点处的井眼方向线 相切。
定向井培训材料—邢忠玺
第三节 实际井眼轴线的计算和绘制
① 计算测段的狗腿角和曲率半径R（用矢量法公式算） ② 据、R求出弧线的切线长度1M和M2
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2.2.3.1平均角法
此法认为两相邻测点之间的井眼为一直线，该直线 的井斜角a和方位角q等于上下两测点相应角度的算 术平均值 公式：Av=(A1+A1)/2 Qv=Q1+Q2)/2 △H= △LcosAv △S= △LsinAv △N= △LsinAv*cosQv △E= △LsinAv*sinQv
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第三节 实际井眼轴线的计算和绘制
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H
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测点计算：
H 2 H1 H S 2 H1 S N 2 N1 N E2 E1 E
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测段计算：
H Lcos S Lsin N S cos E S sin
S
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第三节 实际井眼轴线的计算和绘制
2、平衡正切法 不准确，目前少采用
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第三节 实际井眼轴线的计算和绘制
3、园柱螺线法（曲率半径法）
假设： 两测点间的井段是一条等变螺旋角（d/dL= 常数）的园柱螺线，螺线在两端点处与上、下二 测点处的井眼方向相切。
L
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2
(sin1cos1 sin 2 cos2 )
L
tg
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ห้องสมุดไป่ตู้
(sin1sin 1 sin 2 sin 2 )
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So
第二节 定向井井身剖面设计
O a K
H 0 H 02 2 R0 S 0 S02 m 2arctg 2 R0 S0
b
m c m O2 d f
R0 R1 R2 H 0 H e H v R2 sin e S0 St Se R2 (1 cos e )
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2.2 定向井设计
平台位置选择
总位移最少 总井深最少 尽量降低最大井斜角，反之
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2.2.1平台位置
定向井培训材料—邢忠玺
2.2.2 定向井设计
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
定向井培训材料—邢忠玺
2.2.2 定向井设计
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
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
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2.2.2 定向井设计
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2.2.3 轨迹设计与计算
井身剖面的设计： 有三种：作图法、查图法、解析法 1、解析法：由于计算机的迅速普及且精度高，解析 法为广泛应用。 R1=1/k1 ; R1=1/k2; Amax=2arctg((Ho-(Ho^2+ Ao^2-2Ro*Ao)^.5)/(2Ro-Ao); Ho=Ht-Hv+R2*sinA; Ao=At+R1-R2*cosA Ro=R1+R2