02 定向井井眼轨迹设计
定向井钻井轨迹设计与控制技术分析
21我国的油气资源在不断的勘探开发过程中，生产开采条件日益恶化，在这种情况下断层遮挡、复杂地层油田区块的勘探开发受到了高度重视，在针对上述油田区在进行开发的过程中定向井钻井技术得到了广泛应用，使得油田开采效率得到全面提升，钻井成本也得到有效控制。
一、定向井直井段轨迹控制技术分析在定向井钻井施工过程中井眼轨迹剖面设计是非常关键的一个环节，只有针对井眼轨迹进行不断完善优化才能充分保障井眼轨迹设计的科学性和合理性，从而实现定向井钻井施工目标。
具体针对定向井井眼轨迹剖面进行优化设计的时候必须要坚持以下一些原则。
优化设计要以实现定向井钻井地质目标为基本出发点，在定向井钻井施工过程中涉及到了穿越多个油层提升勘探效果、避开断层开采剩余油储层、实现在目的层中大范围延伸井眼轨迹增加油藏裸露面积等一些地质目标[1]，与此同时，在钻井施工过程中一旦发生安全事故会对油井正常开采产生严重影响，充分利用定向井钻井技术可以针对目的性进行侧钻来达到勘探开发目标，而如果在实际开发过程中由于地面存在障碍物而导致正常钻井施工无法正常进行，也可以充分利用定向井来实现勘探开采，为了能够最大程度节约钻井施工成本，可以充分利用丛式定向井钻井平台进行钻井施工，这样就能够最大程度减小平台占地面积；在进行造斜点设计的过程中要保证其尽量避开容易出现坍塌、缩径、漏失等事故的地层，而且要将井斜角严格的控制在15~45°之间，如果井斜角设置过大会进一步增加钻井施工难度，甚至会引发钻井安全事故，而如果井斜角设置过小，又会导致在实际断裂使用过程中钻井方位出现不稳定现象。
2.定向井钻井轨道设计在当前在油田钻井施工过程中定向井可以按照施工目的以及具体用途的不同进一步划分为常规定向井、丛式井以及大位移井等几种类型，通常情况下常规定向井水平位移不会超过1km，而且垂直深度处在3km以内；丛式井在实际应用过程中能够最大程度减小井场面积；大位移井通常情况下采取的都是悬链曲线轨道，井眼轨迹在设计过程中主要采取的是高稳斜看一下角和低造斜率。
02 定向井井眼轨迹设计解析
二、井眼曲率及其计算方法
O Δα A B αA
对方位不变的情况 垂直平面上某井段的曲率
R
Δl
KH
l
即只有井斜沿轴线的 变化。也叫井斜变化 率。
α
B
K H K
二、井眼曲率及其计算方法
1.定义
水平投影上的方位变化
Δl
N
O
(叫水平投影曲率） 不等于该段井眼的实际方位变化率， 因该段的水平投影长度一般不等于空 间实际长度。（K为空间实际井眼的 方位变化率）
KA
S
ΔS
KA
K sin
二、井眼曲率及其计算方法
2. 空间曲线法求井眼曲率
依据：
根据微分几何原理，一条空间曲 L dN dE
dH
线的曲率K有公式
d 2H 2 d 2N 2 d 2E 2 K ( 2 ) ( 2 ) ( 2 ) dl dl dl
二、井眼曲率及其计算方法
H
井眼能增加的井斜值
B C D O A
增斜率： 降斜率：
单位长度井眼增加的 井斜值 单位长度井眼降低的 井斜值
E
三、定向井井身剖面设计
（一）名词解释
造斜段（增斜段）： 降斜段： 稳斜段： 靶点：
增加井斜的井段
B C D O A
降低井斜的井段 控制井斜不变的井段 设计规定的，必须钻达的地
层位置，也称目标点
以 c ( c
1 2
2
)
代替，( 1、2)分别为上下测点井斜角
可得井眼曲率
K
2 sin c l l
2
2
二、井眼曲率及其计算方法
第2章 定向井井眼轨道设计
H t
眼 轨 道
n
i1
Si
St
三
n Hi Ht
维 i1
井
眼
n Ni Nt i1
轨 n
道 Ei Et
i1
2.2 井眼轨道设计基本原理
三、轨道设计基本步骤
轨道刚性约束数 ≤轨道自由度≤ 轨道刚性约束数+ 轨道弹性约束数
1. 计算设计轨道的刚性约束数；
2. 根据轨道设计的有关原则和要求确定设计轨道的 弹性约束数；
2. 常见曲线段的自由度
• 直线段的自由度为1； • 二维圆弧段的自由度为2； • 三维圆弧段的自由度为3； • 圆柱螺线段的自由度为3。
2.2 井眼轨道设计基本原理
一、基本概念
3. 轨道自由度
• 井眼轨道自由度为组成该轨道的所有曲线自由度之和； • 三段式轨道自由度为4； • 五段式轨道自由度为7； • 双增式轨道自由度为7。
S j Rz (1 cos j )
分点东西坐标和南北坐标用下式计算 :
N j S j cos0
E j S j sin0
2.3 轨道设计方法举例
4. 分点参数计算（以三段式为例）——稳斜段bt
L j Lb L j j b
H j Hb Lj cosb
S j Sb L j sin b
2.1 定向井井眼轨道设计原则
二、具体设计原则
4. 选择合适的稳斜段井斜角
• 稳斜段井斜角不宜太小，太小时方位不好控制； • 稳斜段井斜角也不宜太大，太大时施工难度增加； • 稳斜段稳斜角还应避开不利于携岩的稳斜角范围。
一般来讲，井斜角的大小与轨迹控制的难度有下面的关系：
➢ 井斜角小于15°时，方位难以控制； ➢ 井斜角在15°~40°时，既能有效地调整井斜角和方位，也能顺利地
定向井钻井轨迹设计与控制技术
定向井钻井轨迹设计与控制技术近年来，中国发展迅速，石油在经济快速发展中的重要作用已经显现。
石油不仅可以提炼汽油和柴油，维持汽车和机器的运转，还可以将天然气作为人们生活和工业的重要燃料。
因此，石油勘探开发逐渐增多，石油钻井技术也得到很大发展。
19世纪中后期，石油钻井中定向井钻井技术的首次正式应用。
在工程建设过程中，井眼轨迹控制技术可视为定向井钻井的关键技术。
直井、斜井和稳定斜井段的井眼轨迹控制技术也不同。
总的来说，随着井眼轨迹控制技术的不断改进和完善，定向井轨迹控制水平有了很大的提高。
定向井；轨迹；控制技术引言在油气开采中，定向钻井技术是一种应用广泛的技术，其开采效率和施工质量直接影响油气开采的整体质量。
它在提高天然气和石油开采效率方面发挥着重要作用。
由于使用的地形复杂多变，决定了定向井建设项目对轨道设计和控制的要求更加严格。
影响整个施工过程的最重要因素是轨迹控制的准确性，轨迹设计和轨迹控制对钻井的整体质量起着至关重要的作用。
在石油钻井工程中，在整个定向井施工过程中，轨迹控制技术对整个工程的整体质量具有重要的现实意义。
1 定向井轨迹设计1.1 设计原则第一，实现地质目标是建设的原则。
定向钻井时，钻井的主要目的是使钻井穿过地层中的多个油层，防止井下复杂，地层易坍塌、易漏，或提取井间难以到达的死油气，或钻应急救援井，或在平台上钻定向井，节省占用空间，达到后期管理的目的。
无论哪种定向井，井眼轨迹设计都要首先考虑地质设计。
对于地质设计，如果不能满足设计要求，就无法设计出完美的钻孔轨迹。
第二，是达到安全、优质、高效钻井的目的。
在定向井轨道的设计中，地质目标有望实现。
因此，要实现这一地质目标，需要各种轨道形式。
选择最有利于现场施工难度、最小摩擦力矩和井眼轨迹控制的轨道形式，才能实现安全、优质、高效的定向钻进。
因此，在设计定向井轨迹和确定偏移点时，需要选择地层稳定、易偏移的层位。
第三，满足后期生产的要求。
第三个原则对于满足后期采油的要求至关重要，尽管这两个原则在定向井轨道设计中更为重要。
定向井钻井井眼轨迹的设计与控制
定向井钻井井眼轨迹的设计与控制作者：刘峰来源：《智富时代》2018年第04期【摘要】随着油田钻井技术的不断发展进步，定向井已成为油田开发勘探的重要措施。
本文介绍了定向井井眼轨迹的设计技术，对井眼轨迹的控制措施进行了阐述。
只有全面掌握这些关键施工环节，才能施工定向井游刃有余，保障定向井施工顺利进行。
【关键词】定向井；施工；井眼轨迹；轨迹控制一、定向井剖面设计定向井的剖面设计工作，作业人员必须提供靶点水平位移和提供井口方位角与靶点的坐标位置，计算出方位角和水平位移。
还要通过资料查找地理位置和井身结构等情况。
设计人员应根据定向井不同的钻探情况对设计井的井身剖面类型、钻井液类型、完井方法等进行合理设计，以利于整洁、优质、快速钻井。
要根据不同的钻探目的对设计井的井身结构、剖面类型、完井方法等进行合理设计。
对靶点的层位要选择合理：井身结构、井控措施等应满足要求，尽可能选择简单的剖面类型，以减少井眼轨迹控制和施工难度，加快钻井速度，靶区半径要合乎操作要求。
二、定向井井眼轨迹的设计（一）定向井井眼轨迹设计的原则井眼轨迹就是指井眼轴线，是井身在地层中分布的一条具体空间曲线，井深、井斜角以及井斜方位角是井眼轨迹设计中最为重要的三个设计参数，也是钻井过程中对井眼轨迹进行有效控制的具体标准。
井眼轨迹的设计与计算主要应满足一下三个原则：一、可满足实际工程需要，二，能实现安全快速钻进，三、要有利于采油工艺措施。
（二）选择造斜点（1）地层比较稳定，要避免在破碎带、漏失层、流沙层、易坍塌等复杂地层造斜（2）可钻性比较均匀的地层，避免在硬夹层造斜。
垂深大位移小的定向井，应下压造斜点，以发挥直井段钻井优势；垂深小位移大的定向井，应提高造斜点，可减少定向施工的工作量。
（三）定向井井眼轨迹设计注意事项（1）地质施工条件的考虑。
地质施工条件是设计人员进行井眼轨迹设计的主要依据，地质资料即包括了地质部门经勘查后给出的施工区块的整体地形、地貌以及地层情况，还包括了钻井施工单位对定向井造斜点、井眼曲率等方面的具体施工要求。
02定向井井眼轨迹设计解析
02定向井井眼轨迹设计解析定向井井眼轨迹设计是一项重要的工作，它对于成功完成定向井任务至关重要。
一个合理的井眼轨迹设计可以确保井眼轨迹在储层目标上的准确位置，有助于实现钻井目标的高效达成，并最大化产出。
井眼轨迹设计的目标是安全、经济、高效地达到钻井目标。
在进行井眼轨迹设计时，需要综合考虑以下因素：1.井位布置：井位的选择是井眼轨迹设计的基础。
在选择井位时，需要充分考虑储层位置、产能分布、地质条件等因素，以确保最佳井位布置。
2.井眼弯曲：井眼轨迹设计中，需要考虑井眼弯曲的角度和半径，以确保钻井设备能够顺利通过管柱并避免钻井事故的发生。
3.接触储层的长度：在确定井眼轨迹的设计时，需要确定接触储层的长度。
根据储层情况，可能需要调整井眼轨迹的角度和位置，以确保最大限度地接触到储层。
4.钻井流程：井眼轨迹的设计需要根据钻井流程来考虑，包括井口钻头运动、钻头下压和旋转等。
通过合理的井眼轨迹设计，可以最大程度地提高钻井效率，减少钻井时间和成本。
5.地震数据和井速数据：井眼轨迹的设计还需要考虑地震数据和井速数据。
通过分析这些数据，可以更好地预测井眼轨迹，减少风险，提高钻井成功率。
在进行井眼轨迹设计时，通常会使用计算机软件进行模拟和优化。
这些软件可以根据输入的数据和条件，生成最佳的井眼轨迹设计方案。
在生成方案后，还需要进行验证和调整，以确保方案的可行性和成功性。
总结起来，定向井井眼轨迹设计是一项综合性、复杂性的工作。
它需要综合考虑多种因素，包括井位布置、井眼弯曲、接触储层长度、钻井流程和地震数据等。
通过合理的井眼轨迹设计，可以提高钻井效率，减少风险，并最大化产出。
定向井井眼轨迹控制影响因素分析及对策
定向井井眼轨迹控制影响因素分析及对策定向井是石油钻井中的一种重要方式，它可以实现在垂直井的基础上对井眼轨迹进行控制，从而实现定向钻井。
而井眼轨迹控制是定向井施工中的一个重要环节，其受到诸多因素的影响。
本文将对定向井井眼轨迹控制的影响因素进行分析，并提出相应的对策。
一、地质条件地质条件是定向井井眼轨迹控制的第一影响因素。
地质条件的不同会对井眼轨迹控制产生影响。
在软岩层或者易塌陷地层中，井眼稳定性较差，容易造成井眼偏离预定轨迹。
而在钙质硬岩地层中，地质层中的钙质岩石非常坚硬，钻头容易磨损，施工难度增大。
对策：在软岩地层中，可采用增加泥浆密度、使用防塌剂等措施加强井眼的稳定性；在钙质硬岩地层中，可采用高硬度的钻头和强力的钻井液，同时加强对钻头的冷却和减少摩擦，从而降低钻头磨损，提高施工效率。
二、井眼轨迹设计井眼轨迹设计是定向井施工的基础。
井眼轨迹设计的合理与否直接影响到井眼轨迹的控制效果。
井眼轨迹设计不合理，很可能导致井眼偏离预定轨迹，甚至无法按设计要求完成。
对策：在井眼轨迹设计时，首先需要充分了解地质情况，选择合适的斜度和方向，同时要考虑到地层的变化情况，进行合理的设计。
同时还可以通过模拟软件进行仿真计算，进一步优化设计方案。
这样可以确保井眼轨迹的合理性和施工的可行性。
三、钻井液性能钻井液在定向井中起到润滑、扶正、冷却、防止井壁塌方等多种作用。
钻井液的性能对井眼轨迹控制有着重要的影响。
如果钻井液的密度不合适，那么井眼稳定性会受到影响，容易导致井眼的偏离。
对策：在选择钻井液时，首先要充分了解地质条件，选择合适的钻井液类型和密度，根据地层特点进行调整。
也要注重钻井液的循环和质量管理，确保钻井液的性能稳定。
四、钻具及工艺参数钻具及工艺参数也是影响井眼轨迹控制的重要因素。
如果选择的钻头强度不够，或者使用的扶正工艺参数错误，都会影响到井眼轨迹的控制效果。
对策：在选择钻头时，应充分考虑地层特点和井眼轨迹设计要求，选择合适的钻头型号和强度。
2定向井(井眼轨迹)的基本概念
da K dL
K L
斜角变化值（Δα）与二测点间井段长度 （ΔL）的比值来表示井斜变化率的。 求得的乃是该测段的平均井斜变化率：
井斜变化率和井斜方位变化率
井斜方位变化率：是指井斜方位角随井深变 化的程度，以Ｋφ表示。严格地讲，井斜 方位变化率是井斜方位角φ 对井深Ｌ的 一阶导数，可写为：
– 区别东西磁偏角； – 区别在那个象限里；
磁偏角校正(课堂练习)
1. 我国胜利油田的磁偏 3. 西磁偏角5.50，测得方
角大约是西偏5.50。某测 点测得井斜方位角为2.50， 求真方位角=？ 2. 我国新疆克拉玛依油 田的磁偏角大约是东偏 4.10。某测点测得井斜方 位角为3580，求真方位 角=？
L
代替公式中的α，
K sin 2 c L L
令：K
L
则：
sin c
2 2 2
井眼曲率及其计算
第一套公式的图解法：
– （1）作水平射线ＯＡ； – （2）作∠ＢＯＡ＝αc ； – （3）以一定长度代表单位角 度，量ＯＢ＝ΔΦ； – （4）自Ｂ点向ＯＡ作垂线， 垂足为Ｃ点； – （5）按步骤（3）中的比例 （以长度代表角度的比例）， 量ＣＡ＝Δα； – （6）连接Ａ、Ｂ，并量Ａ、 Ｂ长度，按步骤（3）中的比 例换算成角度，• 角度即狗 此 腿角γ。
井眼轨迹的基本参数
– 井斜方位角常以字母φ表示，单位为度(°)。井斜方位角的增 量是下测点的井斜方位角减去上测点的井斜方位角，以Δφ表 示。井斜方位角的值可以在0～360° 范围内变化。 – 注意“方向”与“方位”的区别。方位线则是水平面上的矢 量，而方向线乃是空间的矢量。只要讲到方位，方位线，方 位角，都是在某个水平面上；而方向和方向线则是在三维空 间内(当然也可能在水平面上)。井眼方向线是指井眼轴线上 某一点处井眼前进的方向线。该点的井眼方位线则指该点井 眼方向线在水平面上的投影。在学习扭方位计算时，也要特 别注意这个区别。
定向井钻井轨迹控制PPT课件
水平面 值上等于井斜方位角加装
置角。 •3
关于轨迹控制的几个重要概念
ω=0 °
ω=90 °
ω=180 °
ω=270 °
•4
关于轨迹控制的几个重要概念
4、反扭矩：在用井底动力钻具钻进时，都存在 一个与钻头转动方向相反的扭矩，该扭矩被称 为反扭矩。
5、反扭角：使用井底动力钻具钻进时，因动力 钻具反扭矩的作用，使得井底钻具外壳向逆时 针方向转动一个角度，该角度被称为反扭角。
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。
•16
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
1°单弯单扶螺杆双驱试验统计表
井号 文279
定向井段 m
2080-2900
最大井斜 °
53
造斜率 °/100
3-7
使用目的 自然造斜
文23-21 2440-2960
51
5-8
自然造斜
文88-23 2910-3555
48
8
自然造斜
5
•19
1、结构弯角对造斜能力的影晌
⑷ 1.25°或1.5°单弯螺杆钻具组合
0.5°双扶和0.5°单扶单弯螺杆钻具组合在文33-152井、新卫 222井使用，钻进50-80m没有增斜效果。
⑵ 0.75°单弯螺杆钻具组合
0.75°双扶单弯螺杆钻具在胡5-200、卫360、胡7-282、文33-
152、胡5-197等井使用，其增、降斜率0.75°±/根。增斜率与设计
定向井轨迹设计计算方法探析
1.井眼轨迹的基本概念1.1定向井的定义定向井是按预先设计的井斜角、方位角及井眼轴线形状进行钻进的井。
（井斜控制是使井眼按规定的井斜、狗腿严重度、水平位移等限制条件的钻井过程）。
1.2井眼轨迹的基本参数所谓井眼轨迹，实指井眼轴线。
测斜：一口实钻井的井眼轴线乃是一条空间曲线。
为了进行轨迹控制，就要了解这条空间曲线的形状，就要进行轨迹测量，这就是“测斜”。
测点与测段：目前常用的测斜方法并不是连续测斜，而是每隔一定长度的井段测一个点。
这些井段被称为“测段”，这些点被称为“测点”。
基本参数：测斜仪器在每个点上测得的参数有三个，即井深、井斜角和井斜方位角。
这三个参数就是轨迹的基本参数。
井深：指井口(通常以转盘面为基准)至测点的井眼长度，也有人称之为斜深，国外称为测量井深(Measure Depth)。
井深是以钻柱或电缆的长度来量测。
井深既是测点的基本参数之一，又是表明测点位置的标志。
井深常以字母Ｌ表示，单位为米(m)。
井深的增量称为井段，以ΔＬ表示。
二测点之间的井段长度称为段长。
一个测段的两个测点中，井深小的称为上测点，井深大的称为下测点。
井深的增量总是下测点井深减去上测点井深。
井斜角：井眼轴线上每一点都有自己的井眼前进方向。
过井眼轴线上的某点作井眼轴线的切线，该切线向井眼前进方向延伸的部分称为井眼方向线。
井眼方向线与重力线之间的夹角就是井斜角。
井斜角常以希腊字母α表示，单位为度(°)。
一个测段内井斜角的增量总是下测点井斜角减去上测点井斜角，以Δα表示。
井斜方位角：井眼轴线上每一点，都有其井眼方位线；称为井眼方位线，或井斜方位线。
井眼轴线上某点处的井眼方向线投影到水平面上，即为该点的井眼方位线（井斜方位线）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。
井斜方位角常以字母θ表示，单位为度(°)。
井斜方位角的增量是下测点的井斜方位角减去上测点的井斜方位角，以Δθ表示。
二维双目标定向井轨迹设计
二维双目标定向井轨迹设计双目标定是指在一个三维空间中，利用相机来捕捉目标物体的位置和姿态信息。
在二维双目标定中，我们使用两个相机来捕捉目标的二维图像，然后通过计算来确定目标的三维坐标。
在井轨迹设计中，目标是设计一个轨迹，使得井底的目标物体能够正确被相机捕捉到，并且能够准确地计算出目标物体的位置和姿态信息。
首先，我们需要确定两个相机的位置和朝向。
这可以通过使用标定板或者其他已知标志物来实现。
通过捕捉标定板的图像，我们可以计算出两个相机的内参和外参。
内参包括相机的焦距、主点坐标等参数，外参包括相机的位置和朝向。
这些参数在后续的计算中将会被用到。
接下来，我们需要确定目标物体在图像中的位置。
这可以通过在图像中寻找目标物体的特征点来实现。
特征点可以是物体的边缘、角点等。
通过找到这些特征点的像素坐标，我们可以得到目标物体在相机图像中的位置。
然后，我们需要根据相机的内参和外参来计算目标物体的三维坐标。
通过计算相机到目标的距离以及相机的朝向和位置，我们可以将目标物体的像素坐标转化为三维坐标。
最后，我们可以使用计算出的目标物体的三维坐标来设计井轨迹。
根据目标物体的位置和姿态信息，我们可以确定下一步的目标位置和姿态。
根据设计的轨迹方程，我们可以计算出在每一个时间步长内目标物体的位置和姿态，从而实现井轨迹的设计。
总之，二维双目标定在井轨迹设计中具有重要的作用。
通过使用两个相机来捕捉目标物体的图像，我们可以计算出目标物体的位置和姿态信息，然后根据这些信息来设计井轨迹。
通过合理地设计轨迹方程，我们可以保证井底的目标物体能够被准确地捕捉到，并且能够按照设计的轨迹进行移动。
这在许多领域，例如机器人视觉、无人驾驶等中都有广泛的应用。
井眼轨迹设计与控制技术
·sin( /2)·sinc]/( ·)
轨迹测量与计算
注意：Δα，Δφ单位为弧度。
轨迹测量与计算
（二）轨迹计算方法
（4）校正平均角法
圆柱螺线法计算公式的分母上有Δα、Δφ，一 旦有一个增量为零就无法计算。 郑基英教授在“圆柱螺线法”基础上，经过数学 处理提出了“校正平均角法”。
15°～30°，小倾角定向井； 30°～60°，中倾角定向井； 大于60°，大倾角定向井。 最大井斜角不得小于15°，否则井斜方位不易稳定。 • 选择合适的造斜点位置； 地层：硬度适中，无坍塌、缩径、高压、易漏。 深度：根据垂深、水平位移、剖面类型等确定。垂深大、位移小，造斜点应深一些，
变向器 射流钻头
扶正器组合
固定扶正器组合 可调扶正器组合
目录
01 井眼轨迹的基本概念 02 轨迹测量与计算 03 直井防斜技术 04 定向井井眼轨道设计 05 造斜工具及轨迹控制
轨迹测量与计算
（一）测斜方法及测斜仪简介
目的：掌握井眼轨迹参数的测量、计算、轨迹绘图方法。
1.测量内容
井深Dm、井斜角α 、方位角φ 2.测斜仪分类
按工作方式分：单点式、多点式、随钻测量（有线、无线） 按工作原理分：磁性测斜仪（罗盘）、陀螺测斜仪（高速陀螺空间指向恒定）。
井眼轨迹的基本概念
（二）轨迹的计算参数
（1）垂直深度（垂深） 轨迹上某点至井口所在水平面的距离（D)。垂深增量称为垂增（ΔＤ）。
（2）水平投影长度（水平长度、平长） 轨迹上某点至井口的长度（井深）在水平面上的投影（LP)，水平长度的增量称
为平增（ΔLP）。
（3）水平位移（平移） 轨迹上某点至井口所在铅垂线的距离（S）。 或轨迹上某点至井口的距离在水平面上的投影。此投影线又称为平移方位线。 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。
第二章---定向井的设计
第二章定向井的设计2.1 定向井设计的准备2.1.1 定向井基本技术术语钻井工程师首先必须熟练定向井中的一些术语。
(1) 造斜点，Kick-Off Point 或 K.Ｏ.P，即井眼开始从垂直井段倾斜的起点。
(2) 井斜角，Inclination或INC，即井眼某一点的轴线的切线与铅直线之间的夹角。
(3) 方位角是表示井眼偏斜的方向，它是指井眼轴线在水平面的投影的方向与正北方向之间的夹角。
(4) 井斜变化率，指单位长度（100英尺或30米）内井斜角的变化值，而单位长度内方位角变化值则称为方位变化率。
(5) 垂深(True Vertical Depth)，TVD，深度零点到测点水平面的距离。
(6) 闭合距和闭合方位，闭合距指水平面上测点到井口的距离；闭合方位即在水平投影图上，测点与井口联线与正北方向的夹角(7) Lead Angle，导角或方位提前角，预计造斜时的方向线与靶点方向线(目标方向)的夹角。
2.1.2 作业者应提供的设计资料(1) 井名、数量、地区；(2) 井的垂深；(3) 水平位移与方位；(4) 靶区描述与限制；(5) 井眼尺寸与套管程序；(6) 泥浆程序；(7) 邻井位置及可能的测斜数据；(8) 邻井的钻井资料；(9) 钻井承包商的名称及钻机号；(10) 钻杆描述(11) 钻铤及加重钻杆的资料；(12) 泵型号、马力、缸套尺寸、冲程及额定泵压等；(13) 工具运输和人员计划；(14) 能提供的通讯；(15) 承包商及作业者代表的名字与电话；(16) 钻井工具的最小井径；(17) 定向钻井人员的食宿；(18) 狗腿严重度限制；(19) 轨迹测量方式；(20) 任何其他有关情况。
2.1.3 服务公司应提供的设计资料(1) 一份(或几份)定向井设计图；(2) 服务公司计划提供的工具及设备清单；(3) 非磁钻铤的要求；(4) 磁偏角；(5) 推荐的测量方式；(6) 总体定向钻井方案；(7) 责任定向井工程师的名字、地址及电话；(8) 准备使用的测量计算方法；(9) 人员、设备的运输计划。
定向井的轨迹控制 教学PPT课件
–种种地层因素导致钻头的不对称切削，或引起井斜 变化，或引起方位漂移：
• 地层可钻性的各向异性：平行层面方向与垂直层面方向， 地层可钻性不同。
• 沿垂直地层层面方向，可钻性发生变化； • 沿平行地层层面方向，可钻性发生变化；
–在轨道设计和轨迹控制过程中，尽可能利用这些自 然规律，减少利用工具进行控制的时间。
– 2. 钻进速度的影响：
K
DW DT l2
2Vc l Vt
• K与侧向钻速VC 成正比；
• 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：
• 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；
L1越长则降斜能力越强， 但不得与井壁有新的接 触点。
L2
-------
18.0～27.0
造斜工具的定向
定向就是把造斜工具的工具面摆在预定的定向方位线上。
定向是定向井的关键技术。定向方法可分为两大类：地面定向法和 井下定向法。 地面定向法：
– 在地面井口将造斜工具的工具面摆到预定的方位线上； – 通过定向下钻，始终保持工具面预定方位不变，或者始终知道工具面
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。
3. 井眼方向控制内容：
【资料】钻井工程-12-13-井眼轨道设计与轨迹控制汇编
（3）有利于采油工艺的要求：
尽量减小井眼曲率，以改善油管和抽油杆的工作条件。
尽量以较小井斜角的直井段（斜直或垂直）进入油气 层，以利于安装电潜泵，坐封封隔器及其他井下作业。
2、 轨道类型
常规二维定向井轨道有四种类型：
三段式 多靶三段式 五段式 双增式
二维定向井轨道形状
3、设计条件、内容及步骤
b 2arctan(De Dmw) /2Re Se
（1）三段式
• 给定 Dt,St,0,Dk o, p b，计算 Kz,Dmw
Rz (Dt Dk opSt/tanb)/tanb(/2)
Kz 171/R9z
Dmw(Dt Dk opRzsinb)/cosb
• 给定 D t,St,0,Kz,b， 计算 Dkop,Dmw
则： 由：
tan
b
Se D e R e tan
b 2
2 tan( b )
tan
b
1 tan
2 2( b )
2
得： tan b D e
D
2 e
S
2 e
2 R eS e
2
2Re Se
D mw
D
2 e
S
2 e
2 R eS e
（2）计算各井段参数
增斜段： 稳斜段： 降斜段： 目标段：
D z R z sin b
钻井工程-12-13-井眼轨道设计 与轨迹控制
第1节 定向井井眼轨道设计
常规定向井： 大斜度井： 水平井：
b 15 ~60 b 60 ~85
b 90
b —最大稳斜角
上翘井：
b 90 ~120
大位移井： 水平位移与垂深之比大于 2.0
定向井井眼轨道设计课件
De Se
De Dt Da R1 sin a R2 sin t Se St Sa R1 cosa R2 cost
Re R1 R2
Lw De2 Se2 Re2
b
2 tan1
De Re
Lw Se
注意：上述公式与《钻井工程理论与技术》课本第190页 双增 式轨道设计公式（5-47）～（5-51）完全相同。
课堂讨论：（1）关键参数计算公式有多种形式
பைடு நூலகம்
Re Re
sinb cosb
Lw cosb Lw sinb
De Se
Lw De2 Se2 Re2
b
tan 1
Lw Se De Re Lw De Se Re
tan 1
Re Lw
tan 1
Se De
b sin1
Se
tan1 Re sin1
De2
S
2 e
Lw
De
tan1 Lw
De2
S
2 e
Re
b
2 tan 1
De Lw Re Se
2 tan 1
Re Se De Lw
课堂 讨论：
（2） 几何 作图 求解 关键 参数
De Dt Da R1 sin a R2 sin t （圆心线对应的垂增）
Se St Sa R1 cosa R2 cost （圆心线对应的平增）
R tan
2
sina
sina
sin b
sinb
增斜段和降斜段R 均取正。
对于三维轨道，平长Lp与平移S是不一样的。
§3-2 二维常规轨道设计
1、一般会给定的条件
目标点的垂深Dt 、水平位移St （井口可移动时相当于没给 定） 、井斜角αt （单靶时无要求）及设计方位角θ0；
定向井钻井轨迹设计与控制技术研究
定向井钻井轨迹设计与控制技术研究摘要：在定向井钻井过程中，井眼轨迹的设计和控制至关重要，它可以决定定向井施工的成败。
因此，有必要进一步探索定向井井眼轨迹的设计和控制技术，以实现安全、优质、高效的定向井施工。
定向井轨迹的选择对钻井施工的安全、高效、低成本起着重要作用。
关键词：定向井；钻井轨迹；设计；轨迹控制前言近年来，随着钻井工程技术和钻井设备的不断改进，钻井技术得到了快速发展。
定向钻井作为一种非常重要和实用的钻井方法，受到了人们的极大关注。
井眼轨迹设计技术是一整套钻井技术中的第一个关键环节。
定向井是指根据预先设计的井斜方向和井筒轴线形状钻探的井。
换句话说，任何设计目标偏离井口所在垂直线的井都属于定向井。
定向井是相对于垂直井而言的，根据设计的井筒轴线分为二维定向井和三维定向井。
由于油气资源短缺以及当前油气生产中遇到的问题，为定向井轨迹设计提供了广阔的发展前景和空间。
定向井轨迹的设计方法和实际钻井偏移测量理论将是研究的重要趋势。
现在，进入计算机快速发展时期，将现有和更成熟的工程模型计算机化，以提高现场施工人员的工作效率；另一方面，准确及时地将现场数据输入计算机，为未来的数据统计和科研分析提供第一手现场真实数据。
因此，利用定向井轨迹设计的软件实现和强大的计算机编程功能，实现了定向井轨迹优化设计软件的研究。
通过不断的实验和改进，设计的轨迹不仅满足了施工现场条件的限制，而且是满足各种设计条件的理想轨迹。
1.定向井轨迹概念井眼轨迹可分为两类：设计轨迹和实际钻井轨迹。
其中，设计轨迹可分为钻孔前设计的轨迹和钻孔过程中钻孔时修改或调整的轨迹。
设计轨迹通常由一些分段的特殊曲线组成，具有很强的规律性。
设计轨迹和实际钻井轨迹都是连续光滑的空间曲线，只有一条线，在三维空间中随机变化，没有任何规则可循。
为了表达这样的曲线，可以使用图形来显示井轨迹的形状，或者使用几何参数来描述井轨迹的形式。
这两种方法相互补充，并且通常以一种既考虑到图形方法的视觉和直观特性，又考虑到精确和灵活的分析参数的优势的方式应用。
井眼轨迹设计.
井眼轨迹设计引言 (1)1井轨道设计依据 (1)2设计原则 (1)3设计步骤 (2)4基础数据 (3)5井身剖面设计参数 (3)6参考文献 (10)引言井眼轨道是指在一口井钻进之前人们预想的该井井眼轴线形状。
井眼轨迹是指一口已钻成的井的实际井眼轴线形状。
按照设计轨道的不同，井可以分为两大类：直井和定向井。
对于直井来说，井眼轴线就是一条铅垂线，不需要进行专门的设计。
定向井是指按照预先设计的井斜方位和井眼的轴线形状进行钻进的井，凡是设计目标偏离井口所在铅垂线的井都属于定向井。
1井轨道设计依据（1）以地质设计给定的入靶点、终止点垂深及大地测量坐标为依据。
（2）根据给定的井口坐标和靶点坐标，完成单井设计。
2设计原则（1）轨道设计应根据油藏特性及地质要求、区域地质资料和工程资料，结合造斜工具的造斜能力、井眼轨迹控制技术水平以及地面、地下条件，选择造斜率、靶前位移、造斜点深度，调整井段长度及位置，并应经过多次循环调整，优选上述参数。
（2）在地层岩性及造斜工具的造斜能力都确定时，增斜段应选择单增斜轨道。
在地层岩性及造斜工具的造斜能力都较稳定时，应选择靶前位移较小、造斜率较高和增斜段较少的轨道。
反之，在确定造斜率、靶前位移和增斜段的数量时要留有充分的控制余地。
（3）造斜点应选可钻性较好，无坍塌、无缩径的地层。
（4）调整井段的位置应放在最后一个增斜段之前。
（5）对确定的井眼轨道，应进行典型钻具组合的摩擦阻力和扭矩计算，并以此为根据进行钻机选型和钻具强度校核。
3设计步骤关键参数计算图1多靶三段式轨道给定t D 、t S 、a D 、a S 、a ∂、z K 、0θ、t ∂、m L ∆、b α，需计算的关键参数为t S 、w L ∆。
由图 可得)sin (sin )cos (cos tan z t a b a t b a z a t R D D R S S ∂-∂--∂-∂--=∂ （3-1）令：a z a t e R D D D ∂+-=sin （3-2） a z t R S S S ∂--=cos a e （3-3）z R R =e （3-4）则得：be e be b R D R S an ∂-∂+=∂sin cos t e （3-5）将 be e be e b R D R S ∂-∂+=∂sin cos sin （3-6）2tan 12tan 1cos 22bbb ∂+∂-=∂ （3-7） 代入式（3-5）中并简化，可得：222w e e e R S D L ++=∆ （3-8）ba b b a t a R D D S S ∂∂-∂--∂-+=cos )cos(1tan )(zt （3-9）4基础数据5井身剖面设计参数根据设计，选定造斜率m 30/391.2︒=K表2 轨迹主要点数据表126 3660 88.73 222.4 2437.83 -1047.95 -1076.33 1502.05 0 127 3690 88.73 222.4 2438.49 -1070.1 -1096.56 1532.01 0 128 3720 88.73 222.4 2439.15 -1092.25 -1116.78 1561.98 0 129 3750 88.73 222.4 2439.81 -1114.4 -1137 1591.94 0 130 3780 88.73 222.4 2440.48 -1136.55 -1157.23 1621.91 0 131 3810 88.73 222.4 2441.14 -1158.7 -1177.45 1651.87 0 132 3840 88.73 222.4 2441.8 -1180.85 -1197.68 1681.84 0 133 3870 88.73 222.4 2442.46 -1203 -1217.9 1711.8 0 134 3900 88.73 222.4 2443.13 -1225.14 -1238.12 1741.77 0 135 3930 88.73 222.4 2443.79 -1247.29 -1258.35 1771.73 0 136 3960 88.73 222.4 2444.45 -1269.44 -1278.57 1801.7 0 137 3990 88.73 222.4 2445.11 -1291.59 -1298.79 1831.66 0 138 4020 88.73 222.4 2445.78 -1313.74 -1319.02 1861.63 0 139 4050 88.73 222.4 2446.44 -1335.89 -1339.24 1891.59 0 140 4080 88.73 222.4 2447.1 -1358.04 -1359.46 1921.56 0 141 4110 88.73 222.4 2447.76 -1380.19 -1379.69 1951.52 0 142 4140 88.73 222.4 2448.42 -1402.33 -1399.91 1981.49 0 143 4170 88.73 222.4 2449.09 -1424.48 -1420.14 2011.45 0 144 4200 88.73 222.4 2449.75 -1446.63 -1440.36 2041.41 0145 4211.3488.73 222.4 2450 -1455 -1448 2052.74 0备注：施工前请地质、监督部门和定向井服务单位认真做好基础数据、包括海拔、钻机补心高的复核工作，以确定实际井深，以确保钻井施工顺利进行。
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j
m
m 2arctg H0
H
2 0
2 R0 S 0
S02
2R0 S0
R0 R1 R2
L H0 He Hv R2 sine
f S0 St Se R2 (1 cose )
d h O2
e
So
Se
三、定向井井身剖面设计
讨论：
当
H
2 0
S02
2S0 R0
①多增降率剖面
②缓降稳剖面
解决大段稳斜稳不住而提出
③双增稳剖面
为了减少摩阻和解决大段稳
斜稳不住而提出
④ 悬线剖面
⑤ 抛物线剖面
三、定向井井身剖面设计
（3）三维定向井剖面
O 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。
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。
水平位移、段长； （6）校核曲率,并作图(标注控制圆柱--误差范围)。
关键步骤为2与3、4步。
设计方法有：查图法、作图法、解析法。国内目前均用解 析法。
三、定向井井身剖面设计
2、五段制（S型）剖面设计推O 导
已知：
造斜点井深
总垂深、总水平位移 增斜率、降斜率
AA BB
降斜后稳斜段井斜角、水平位移增量和垂深增量。
K A S
ΔS
KA
K
sin
二、井眼曲率及其计算方法
L dN
dE
2. 空间曲线法求井眼曲率
依据： 根据微分几何原理，一条空间曲 dH 线的曲率K有公式
K
(
d 2H dl 2
)2
d2N ( dl2
)2
(
d 2E dl 2
)2
二、井眼曲率及其计算方法
HN
具体方法：
O
E
HA
A SA
0
时，表示剖面有稳斜段存在。
当
H
2 0Biblioteka S022S0 R0
0
时，说明这种剖面是不存在的，
就是用作图法也作不出来。这时应该修改设计条件，或改
变增斜率和降斜率，或调整目标点坐标，或改变造斜点深
度。总之，不能出现的情况。
当
H
2 0
S
2 0
2S0 R0
0
时，说明该剖面没有稳斜段。
三、定向井井身剖面设计
（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。
三、定向井井身剖面设计
① 直、增、稳三段制剖面
O
最常用和最简单的井身剖面。
特点：
造斜点较浅（可减少最大井斜角）
A
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
αA
dl
在井轴上取一微段dl（因是微段，弦 代替了弧曲线）由左图可知
dH A'
dS
N C B' dN
A'
B
αA+dα
dH cos dl dN dN • ds cos •sin
A+d
dl ds dl dE dE • ds sin •sin
dS
dl ds dl
dH dl cos dN dl sin cos dE dl sin sin
对于没有稳斜段的剖面，即
H
2 0
S02
2S0 R0
0
时，
公式可以大大简化，可选择下述四公式中的任一个。
tg m S0
2 H0
tg m
H0 R0 S0
sin m
H0 R0
cos m
R0 S0 R0
三、定向井井身剖面设计
计算出最大井斜角以后，就可以进行井身计算，井身计算 的内容是算出各段的垂深增量（垂增）、水平位移增量 （平增）和段长。
一、定向井的基本概念
O Δα
LA A B LB
αA αB
垂直剖面上：
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）
一、定向井的基本概念
N A' A B
水平面上：
为空间井眼的水平投
B'
ΔS
影
E O
一、定向井的基本概念
一、定向井的基本要素
测点———测量仪器所在的点
N
OO
测段———相邻两测点的井段
测深———井口至测点处的井眼 实长，也称为该点的斜深，或井 深，米,L.
井斜角———测点处井眼方向线 （切线，指前）与重力线间的夹 角，度,α.
一、定向井的基本概念
N
OO
1、定向井的基本要素
方位角 ———测点处正北 方向（按顺时针旋转）至井 眼方向线在水平面上的投影 线间的夹角，度. 方位变化率 ———方位角对 井深的变化率，度/30米.
OO
井眼曲线的表示方法：
1.三维坐标图示法
2.投影图法(适于二维设计)
垂直投影图与水平投影图
3.柱面图法
垂直剖面（井斜平面）与水 平平面：实钻井眼是一条空间曲线，
设想经过这条曲线上的每一个点作一条 铅垂线，所有这些铅垂线构成一个曲面。 曲面与水平面的交线即为该井的水平投 影图。将曲面展开即为垂直剖面图
一、定向井的基本概念
N
OO
1、定向井的基本要素
井斜变化率 ———井斜角 对井深的变化率,度/30米.
垂深 ———测点的垂直深 度，米.
一、定向井的基本概念
NA B
O
水平位移———测点至井口所 在的铅垂线的距离，也称该点 的闭合距，米.
视 平 移———测点水平位移在 设计方位线上的投影，米. E 视平移与水平位移越接近，则该 井井眼方位控制得越好。
井身剖面是由各种不同类 型的单一形状组成的。
三、定向井井身剖面设计
（一）名词解释
直井段: 井斜为0
O
造斜点： 开始增加井斜的位置
工具造斜率：造斜工具在单位长度
A
增斜率：
井眼能增加的井斜值 单位长度井眼增加的 井斜值
B
C D
降斜率： 单位长度井眼降低的
井斜值
E
三、定向井井身剖面设计
（一）名词解释
造斜段（增斜段）： 增加井斜的井段 降斜段： 降低井斜的井段 稳斜段： 控制井斜不变的井段 靶点： 设计规定的，必须钻达的地
CC
求：
DD
各段垂深、水平位移、段长、井斜、方位。
三、定向井井身剖面设计
O
A B C D
2.1 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。 (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
层位置，也称目标点
O
A
B C D
E
三、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
三、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）
N坐标、E坐标和H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（H）三个坐标分量，米。
二、井眼曲率及其计算方法
r1 r2
1.定义： 井眼的曲率K： 井眼切线的倾角对于井深的变化率 L
N O
K d
dl
K表示曲线偏离直线的程度。
二、井眼曲率及其计算方法
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。
三、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
原则：
上述参数的选择应有利于采油、修 井作业和钻井施工。
三、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
增斜段：
H1 R1 sin m
井下作业（如测井、固井、射孔、采油等）的困难。 控制原则： 定向井中应控制其最大值 5o-12o/100m，最大
不超过16o/100m。
三、定向井井身剖面设计
考虑因素：
a 保证井下动力钻具顺利通过的井眼曲率
（动力钻具刚度较大不允许弯曲而保持直线状态）
通过简单的几何分析，并作
一些近似处理有曲率半径
第二节 定向井井眼轨迹设计
定向井是指按照预先设计的井斜方位和井眼的 轴线形状进行钻进的井；
定向井是相对于直井而言，而且是以设计的井 眼轴线形状为根据；
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.
一、定向井的基本概念
N
求出狗腿严重度。
L
注意：狗腿严重度、井眼曲率、全角变化率都是相同的意义
三、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