定向井基本知识Word 文档
物理定向井学习
驻井监督工作内容
开钻前： 检查无磁钻铤、单多点仪器及施工人员是否按时到井。
二开前： 1）一开完钻后，投测多点。 2）是否制定施工方案、应急预案、HSE“两书一表”。 3）参加技术交底会，并落实交底会的要求。 4）定向井独立进行防碰计算，并画出防碰示意图。 5）检查定向井主要技术人员的持证情况。
2）定向井专业队伍必须建立完善HSE管理体系；建立单井HSE“两 书一表”（HSE作业指导书、HSE作业计划书、HSE检查表），并按要 求填写。
3）遵守井场环保要求，维护好井场卫生.
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六、定向井监督管理
2、现场“三标”管理
1）定向井现场仪器房、绞车房，螺杆、无磁、MWD/LWD等工具 排放整齐。
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三、定向井的井眼轨迹控制
定向井直井段井身轨迹控制 ①选择好钻具组合及钻进参数 钻具组合：Φ215.9mmBIT+ Φ 177.8mmDC+ Φ 177.8mmNM+
Φ 214mmSST+ Φ 158mmDC+ Φ 127mmHDP+ Φ 127mmDP
钻 进 参 数 ： 钻 压 3—5T ， 排 量 28—32L/S ， 转 速 120r/min
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
方位变化率 —方位角对井 深的变化率，度/30米
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一、定向井的基本概念
定向井的其他井身参数
N
A A
垂深 ——测点的垂直深度，米 (TVD)
水平位移—测点至井口所在的铅垂
E
线的距离，米
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。
《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
定向井第一讲
给定的内插条件有两种情况：一是给定插 入点i的井深Li；二是给定插入点的垂深Di。则 可求得插入点距离上端点的井段长度△Li。和 垂增△Di。 如图1—4—2所示，可以得到一个通用的 计算公式：
2)轨迹内插的用途 (1)在所有轨道设计中，当完成了测段计算 之后，需要进行分点计算时，可以根据内插原 理很快地完成分点计算； (2)一口井完钻并完成了全井轨迹测量计算 之后，需要进行中靶计算，在计算靶心距时， 需要根据内插原理求得中靶点的坐标； (3)在进行邻井距离扫描和丛式井防碰扫描计 算中，每一步扫描计算都可能用到轨迹内插来 求得扫描点的基本参数和坐标。
方位线是水平面上的矢量，包括：方位、方位 线、方位角。
方向线则是空间的矢量。包括：方向和方向线， 则是在三维空间内(当然也可能在水平面上)
西方国家表示井斜方位角通常使用象 限角，在Ⅰ， Ⅳ象限，用井斜方位线与正 北方位线之间的夹角表示；在Ⅱ， Ⅲ象限， 用井斜方位线与正南方位线之间的夹角表 示。象限角的值在0°～90°之间变化。
(5)N坐标和E坐标
N坐标和E坐标：是指轨迹上某点在以井 口为原点的水平面坐标系里的坐标值。此 水平面坐标系有两个坐标轴，一是南北坐 标轴，以正北方向为正方向；一是东西坐 标轴，以正东方向为正方向。 如图5—4所示，A、B二点的水平坐标分 别为NA 、EA 和NB 、EB 。水平坐标可以有 增量，以ΔN、ΔE表示。
2．测段计算方法的多样性
我国钻井行业标准规定： • 手工计算时用平均角法； • 计算机计算时用校正平均角法。
1．平均角法 平均角法假设测段是一条直线，该直线的方向是上、 下两测点平均方向线。如图1—3—8所示，根据这种 假设，测段计算公式为：
2．校正平均角法
校柱螺线在水平投影图上是圆弧。 圆柱螺线在圆柱面展平平面上也是圆弧，即垂直 剖面图是圆弧。根据这个假设推导的计算方法， 称为“圆柱螺线法”。这是我国著名学者郑基英 教授首先提出的。这种方法与美国人提出的“曲 率半径法”的公式表达不同，但计算结果是完全 相同的。
定向井知识培训概念.doc
定向井知识培训教材钻井工程技术研究院•00六年五月第二节 定向井钻井技术了解负压钻井技术，熟悉平衡钻井及近平衡钻井技术，掌握定向钻井技术，能够进行定 （1）井眼畅通，钻井泵及固控设备运转正常。
2）根据井底井斜角、方位角及地层岩性，选择相应的定向接头和弯接头。
3）检查动力钻具是否符合要求。
4）检查是否无磁钻铤内的磁铁块嵌装是否牢固；5）装好测斜仪，检查测斜绞车固定是否牢固、刹车是否可靠，钢丝是否完好不打扭。
一、定向井的基本概念定向井是按照一定的目的和要求， 沿预先设计的井斜角、 方位角和井眼轴线形状 进行钻进的井。
定向井相对直井而言它具有一定的井斜角和方位角， 而直井是井斜角 为零的井，虽然实钻井眼都存在一定井斜度，但它仍然是直井。
1．定向井的发展史定向井首先是从美国发展起来的，在十九世纪后期，美国的旋转钻井代替了顿钻 钻井。
当时没有考虑控制井身轨迹的问题，认为钻出来的井必定是铅垂的，但通过后 来的井筒测试发现，那些垂直井远非是垂直的。
并由于井斜原因造成了侵犯别人租界 而造成被起诉的案例。
最早采用定向井钻井技术是在井下落物无法处理后的侧钻。
早 在 1895 年美国就使用了特殊的工具和技术达到了这一目的。
有记录定向井实例是美 国在二十世纪三十年代初在加利福尼亚油田钻成的。
第一口救援井是 1934 年在东德克萨斯康罗油田钻成的。
救援井是指定向井与失 控井具有一定距离，在设计和实际钻井让救援井和失控井眼相交，然后自救援井内 注入重泥浆压住失控井。
目前最深的定向井由 BP 勘探公司钻成，井深达 10654米；学习目标： 向操作。
准备工作：水平位移最大的定问井是BP勘探公司于己于1997年在英国北海的Rych Farn 油田钻成的M11井，水平位移高达10114米。
我国定向钻井技术的发展可以分为三个阶段，50—60年代开始起步, 首先在玉门和四川油田钻成定向井及水平井：玉门油田的C2—15井和四川磨三井, 其中磨三井总井深168米，垂直井深350米，水平位移444. 2米，最大井斜92°,水平段长160米；70年代扩大试验，推广定向井钻井技术；80年代通过进行集团化联合技术攻关，使得我国定向钻井软件到硬件都有了一个大的发展。
定向基础知识
3－基本概念
目标点（Target）：设计规定的，必须钻达的地层位置，称 为目标点。通常是以地面井口为坐标原点的空间坐标系的坐 标值来表示。 靶区半径：允许实钻井眼轨迹偏离设计目标点的水平距离， 称为靶区半径。 靶心距：在靶区平面上，实钻井眼轴线与目标点之间的距离， 称为靶心距。
3－基本概念
工具面（tool face) ：工具面就是造斜工具弯曲方向的平面， 通常称作工具面。 。 反扭角：动力钻具反扭矩作用下启动前后工具面之间的夹角。 高边（High Side)：在斜井段用一个垂直于井眼轴线的平面 与井眼（这时的井眼不能理解为一条线，而是一个具有一定 直径的圆）相交，由于井眼是倾斜的故井眼在该平面上有一 个最高点，最高点与井眼圆心所形成的直线及为井眼的高边 。 工具面角（Tool Face Angle):表示造斜工具下到井底后工具 面所在的位置参数。工具面角有两种表示方法：高边工具面 角：造斜工具弯曲方向的平面与井斜方位角所在平面的夹角。 一般是井斜角大于6º后可用高边工具面角；磁性工具面角： 造斜工具弯曲的平面与正北方位所在平面的夹角。 。
3－基本概念
增斜段：井斜角随井深增加的井段，称为增斜段。 稳斜段：井斜角保持不变的井段称为稳斜段。 降斜段：井斜角随着井深的 增加而逐渐减小的 井段称为降斜段。 井斜变化率：单位井段内井 斜角的绝对变化值。通常以 两测点之间井斜角变化量
与井段长度的比值来表示。 方位变化率：单位井段内井
斜方位角的绝对变化值。 两变化率的单位为：º /100m
二、定向井、丛式井钻井技术－基本概念
丛式井的基本概念：凡在一个井场或平台上，有计划的钻 几口可几十口定向井和一口直井，这些井统称为丛式井 （组）。丛式井要涉及到合理的井距及布井的先后顺序及 防碰跟踪等问题。
定向井钻井基础
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
定向井基础知识123文档
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：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、井斜（°）：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”。
4、方位（°）：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，其所转过的角称为该点的方位角，单位为“度”。
5、垂深：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”。
6、闭合距：轨迹上某点至井口的距离在水平面投影的长度。
7、水平位移：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”。
8、视位移：水平位移在设计方位线上的投影长度，称为视位移，是绘制垂直投影图重要参数，单位为“米”。
9、闭合方位：某点从正北方向顺时针转至井口与井底的水平投影的夹角。
10、造斜率：表示造斜工具的造斜能力，常用“°/100m”表示。
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。
11、方位变化率：单位井段内方位角的变化速度称为“井斜变化率”，常用“°/100m”表示。
12、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。
常用“°/100m”表示。
靶点（目标点）：设计规定的、需要钻达的地层位置，称为靶点。
13、工具面（Tool Face）：在造斜钻具组合中，造斜工具弯曲方向线与井眼轴线构成的平面称为工具面。
14、工具面角：分为磁边工具面角和高边工具面角；磁边工具面角：以正北方向线为基准.高边工具面角：以井眼方位线为基准。
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。
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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：测点处的井眼方向线与重力线之间的夹角。
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。
定向井知识
定向井知识基本概念1.定向井——根据人类需求，其设计目标点在给定方向偏离井口垂直线的井。
2、井深――井眼轴线上任一点，到井口的井眼长度，称为该点井深或斜深。
3、垂深――井眼轴线上任一点，到井口所在水平面的距离，称为该点垂深。
4.水平位移——井眼轴线上任意一点与井口直线之间的距离称为该点的水平位移，也称为该点的闭合距离。
5、视位移――水平位移在设计方位线上投影长度，称为视位移。
6.井斜角——钻孔轴线任意点的钻孔方向线与通过该点的重力线之间的角度。
7、方位角――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。
8.构建坡度-表示构建坡度工具的构建坡度能力。
其值等于使用偏转工具钻取的井段的钻孔曲率。
9、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前进的方向在三维空间内的角度变化。
10.目标点是指根据设计必须钻探的地层位置，称为目标点。
它通常由空间坐标表示，以地面井口为坐标原点。
11、靶区及靶区半径（定向井）――在目标点所在的水平面上，以目标点为圆心，以靶区半径为半径的一个圆面积。
允许实钻井眼轨迹偏离设计目标点之间的距离，称为靶区半径。
12、靶心距――在靶区平面上，实钻井眼轨迹与目标点之间的距离，称为靶心距。
13、反扭角――使用井底马达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的工具面之间的夹角，称为反扭角。
反扭角总是使工具面逆时针转动。
14、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，称为工具面。
15、高边――定向井的井底是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。
从井底圆心至高边之间的连线所指的方向，称为井底的“高边方向”。
高边方向上的水平投影称为高边方位。
即井底的方位。
16.工具面角度是指偏转工具降到井底后，指示工具面位置的参数。
定向井知识培训
定向井知识培训一、定向井概念及分类定向井是指在油气勘探开发过程中，通过特殊的调控手段，改变井眼方向，使其在地层中具有一定的倾角和方向性。
定向井的分类主要包括定向钻井、水平井和多级水平井。
1. 定向钻井：是指在一般的垂直钻井方法之外，通过使用特殊的工具和技术来改变井眼方向，以实现在地层中特定目的的定向进尺。
2. 水平井：是指井眼地表段与地层接触平面倾角大于70度度的井。
3. 多级水平井：是指在水平井井身的不同深度段中开钻多个水平段。
定向井的分类主要是根据井眼的倾角和方向来划分的，不同的类型适用于不同的地质情况和开发目的。
二、定向井的优势1. 提高产量：通过定向井技术，可以最大限度的利用地层中的储集层，提高油气产量。
2. 降低成本：定向井可以减少钻井井眼数目，降低钻井成本。
3. 减少地表占地面积：通过定向井技术可以在一个地表场地上钻探多口钻井井眼，减少地表占地面积。
4. 提高勘探开发成功率：通过定向井技术可以钻探到难以到达的地层，提高勘探开发成功率。
三、定向井的主要工具和装备1. 定向井测井工具：包括测斜仪、磁探仪、地质定位仪等，用于测量井眼的倾角方向等。
2. 定向井钻头：包括定向导向钻头、下扩钻头、水平井磨岩钻头等，用于指导井眼方向并进行地层钻进作业。
3. 定向井钻探平台：包括双鼓式平台、三脚架平台等，用于安装井下工具，钻井作业和管柱下入等。
四、定向井施工流程1. 钻前准备：确定定向井的设计方案和目的、选型选用作业所需的工具设备。
2. 定向井井眼测斜：通过使用定向井测井工具，对井眼进行测斜，确定钻井方向。
3. 定向井导向钻进：采用定向井钻头和测斜工具对钻井方向进行调整，并进行定向钻进。
4. 定向井水平段钻进：根据地质要求，对水平段进行钻探并进行完井作业。
5. 定向井压裂和产出：通过定向井工具进行裸眼压裂或水平井砂浆封隔并进行产出。
五、定向井安全注意事项1. 定向井工作时应按照相应的安全操作规程进行作业，避免钻井事故的发生。
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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。
（2）闭合方位：指水平投影响图上，从正北方向顺时针转至测点与井口连线之间的夹角。
7．井斜变化率和方位变化率：井斜变化率是指单位长度内的井斜角度变化情况，方位变化率是指单位长度内的方位角变化情况，均以度／100米来表示（也可使用度／30米或度／100英尺等）。
8．方位提前角（或导角）：预计造斜时方位线与靶点方向线之间的夹角。
三．狗腿严重度狗腿严重是用来测量井眼弯曲程度或变化快慢的参数（以度／100英尺表示）。
可用解析法、图解法、查表法、尺算法等来计算狗腿严重度k。
1．第一套公式2．第二套公式cosγ＝cos1cos2＋sin1sin2cosΔ………………………………………（9－3）本式是由鲁宾斯基推导出来的，使用非常普遍。
美国人按上式计算出不同的1、2和Δ值下的狗腿角γ值，并列成表格，形成了查表法。
3．第三套公式γ——两测点间的狗腿角。
若将三套公式作比较，第一套公式具有普遍性，适合于多种形状的井眼，第二套只适用于平面曲线的井眼（即二维井型），第三套是近似公式，用于井斜和方位变化较小的情况。
四．测斜计算的主要方法测斜计算的方法可分为两大类二十多种。
一类是把井眼轴线视为由很多直线段组成，另一类则视其为不同曲率半径的圆弧组成。
计算方法多种多样，测段形状不可确定。
主要的计算方法有正切法、平衡正切法、平均角法、曲率半径法、最小曲率法、弦步法和麦库立法。
从计算精度来讲，最高的是曲率半径法和最小曲率法，其次是平均角法。
以下各图和计算公式中下角符号1、2分别代表上测和下测点。
1．平均角法（角平均法）此法认为两测点间的测段为一条直线，该直线的方向为上下两测点处井眼方向的矢量和方向。
测段计算公式：2．平衡正切法此法假定二测点间的井段为两段各等于测段长度一半的直线构成的折线，它们的方向分别与上、下两测点处的井眼方向一致。
如图9－6，计算式为：3．曲率半径法（圆柱螺线法）此法假设两测点间的测段是条等变螺旋角的圆柱螺线，螺线在两端点处与上、下二测点处的井眼方向相切。
如图9－7，测段的计算公式有三种表达形式。
（1）第一种表达形式（9－13）～（9－16）式中：这四个公式是最常用的计算公式：（3）第三种表达形式（4）曲率半径法的特殊情况处理③第三种特殊情况，α1≠α2，且其中之一等于零。
此时，按二测点方位角相等来处理，然后代入第二种特殊情况的计算式中。
4．最小曲率法最小曲率法假设两测点间的井段是一段平面的圆弧，圆弧在两端点处与上下二测点处的井眼方向线相切。
测段计算如图9－8。
测段计算公式如下：令f M＝（2/γ）×tg（γ/2），f M是个大于1但很接近1的值。
在狗腿角γ足够小的情况下，可近似认为f M＝1，这时上述四个计算公式就完全变成平衡正切法的公式了，它是对平衡正切法公式的校正。
ΔS′是切线1M和M2在水平面上的投影之和，即ΔS′＝1′M ′＋ M ′2′。
ΔS ′并不是测段的水平投影长度ΔS 。
要作出井身垂直剖面图，需要求出ΔS ，而最小曲率法却求不出ΔS ，这是最小曲率法的缺点。
为了作出垂直剖面图，可用下式近似地求出ΔS ′： ()180π/2Δ2sin ΔS ΔΔS ⨯'=ϕϕ ……………………………………………………（9－39） 第二节 定向井剖面设计在开钻前认真进行设计，可以大大节约定向钻井的成本。
影响井眼轨迹的因素很多，其中一些因素很难进行估算（如在某些地层中的方位漂移情况等）。
因此，在同一地区得到的钻井经验很重要，这些经验可以在其他井设计过程中起重要的参考作用。
一．设计资料要进行一口定向井的轨道设计工作，作业者至少应提供靶点的垂深、水平位移和方位角，或提供井口与靶点的座标位置，通过座标换算，计算出方位角和水平位移。
此外，定向井工程师还要收集下列资料：1．作业区域和地理位置。
通过作业区域，通常可以找到该地区已完井的钻井作业资料（野猫井除外），并对地层情况、方位漂移有一定的了解，根据地理位置，可以计算或查得到地磁偏角。
2．地质设计书和井身结构。
了解有关地层压力、地温梯度、地层倾角、走向、岩性、断层，可能遇到的复杂情况，以及油藏工程师的特殊要求等。
3．作业者对造斜点、造斜率、增（降）斜率的要求，以及安全圆柱、最大井斜等井身质量的要求。
4．了解钻井承包商的情况，如泥浆泵性能，井下钻具组合各组件的基本情况等。
二．设计原则1．能实现钻定向井的目的定向井设计首先要保证实现钻井目的，这是定向井设计的基本原则。
设计人员应根据不同的钻探目的对设计井的井身剖面类型、井身结构、钻井液类型、完井方法等进行合理设计，以利于安全、优质、快速钻井。
如救险井的钻井目的是制服井喷和灭火，保护油、气资源。
因此，救险井的设计应充分体现其目的：一是靶点的层位选择合理。
二是靶区半径小（小于10米），中靶要求高；三是尽可能选择简单的剖面类型，以减小井眼轨迹控制和施工难度，加快钻井速度。
四是井身结构、井控措施等应满足要求。
2．尽可能利用方位的自然漂移规律在使用牙轮钻头钻进时，方位角的变化往往有向右增加的趋势，称为右手漂移规律。
如图9－9所示，靶点为T ，设计方位角为′。
若按′定向钻进，则会钻达T ′点，只有按照角方向钻进，才会钻达目标点T 。
Δ角称为提前角，提前角的大小，要根据地区的实钻资料，统计出方位漂移率来确定，我国海上开发井一般取2～7度。
目前流行的PDC钻头（如RC426型等），对方位右漂具有较好的抑制效果。
在地层倾角小、岩性稳定时，PDC钻头具有方位左漂的趋势，这主要是由于PDC钻头的切削方式造成的。
因此，要使用PDC钻头钻进的定向井，提前角要适当地小一点。
3．根据油田的构造特征，有利于提高油气产量，提高投资效益。
4．有利于安全、优质和快速钻井，满足采油和修井的作业要求。
三．剖面设计中应考虑的问题1．选择合适的井眼曲率井眼曲率不宜过小，这是因为井眼曲率限制太小会增加动力钻具造斜井段、扭方位井段和增（降）斜井段的井眼长度，从而增大了井眼轨迹控制的工作量，影响钻井速度。
井眼曲率也不宜过大，否则钻具偏磨严重、摩阻力增大和起下钻困难，也容易造成键槽卡钻，还会给其他作业（如电测、固井以及采油和修井等）造成困难。
因此，在定向井中应控制井眼曲率的最大值，我国海上定向井一般取7～16°／100米，最大不超过20°／100米。
不同的井段要选用不同的井眼曲率，具体如下：井下动力钻具造斜的井眼曲率取：7～16°／100米。
转盘钻增斜的增斜率取：7～12°／100米。
转盘钻降斜的降斜率取：3～8°／100米。
井下动力钻具扭方位的井眼曲率取：7～14°／100米。
导向马达调方位或增斜的井眼曲率取：5～12°／100米。
说明：随着中曲率大斜度井和水平井的迅速发展，对普通定向井的井眼曲率（或狗腿严重度）的限制越来越少，API标准中已不再规定常规定向井的狗腿严重度。
为了保证起下钻顺利和套管安全，必须对设计剖面的井眼曲率进行校核，以限制最大井眼曲率的数值。
井下动力钻具造斜和扭方位井段的井眼曲率K m应满足下式：Dc――套管外径，厘米。
2．井眼尺寸目前常规的定向井工具能满足152～445毫米（6～171/2英寸）井眼的定向钻井要求，一般地说，大尺寸井眼比较容易控制轨迹，但由于钻铤的尺寸也较大，形成弯曲所需的钻压较大，小井眼要使用更小、更柔的钻具，而且地层因素对轨迹的影响也较大。
因此小井眼的轨迹控制更困难一些。
在常规的井眼尺寸中，大多数定向井可采用直井的套管程序。
如果实钻井眼轨迹较光滑，没有较大的狗腿，那么即使在大井斜井段，也能较顺利地进行下套管作业。
当然，在斜井段，应在套管上加扶正器以支撑套管，避免在下套管过程中发生压差卡钻，同时提高固井质量。
另外，在大斜度井段，可根据井段长度和作业时间，决定是否使用厚壁套管。
3．钻井液设计：（1）定向井钻井液设计十分重要，钻井液应有足够的携砂能力和润滑性，以减少卡钻的机会；（2）钻井液性能控制对减少定向井钻柱拉伸与扭矩也很重要；（3）钻井液中应加润滑剂，钻井液密度与粘度必须随时控制。
（4）如果用水基钻井液，那么在正常压力井段，应使用高排量和低固相含量的钻井液，这样有利于清洁井眼；（5）水基钻井液应具有良好的润滑性能，以减少钻具摩阻和压差卡钻；然而在海上钻井，一定要避免污染问题。
（6）如果有异常高压井段要求钻井液密度达到1.45克／厘米3或更高，那么应考虑在钻开该高压地层前下一层保护套管，以封固所有正常压力井段。
4．造斜点的选择造斜点的选择要适当浅些，但是在极浅的地层中造斜时，容易形成大井眼。
同时，由于地层很软，造斜完成后下入稳斜钻具时，要特别小心，以免出现新井眼，尤其是在稳斜钻具刚度大或造斜率较高时。