定向井井眼轨道设计
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
定向井第二讲
定向井轨道设计的内容包括： (1)选择轨道类型； (2)确定井眼曲率(包括增斜率、降斜 率、方位变化率)； (3)造斜点的确定；
(4)轨道关键参数的计算； (5)轨道节点和分点计算； (6)设计结果输出。 前3项内容需要根据设计条件和要求 进行选择和确定；后3项是重点介绍的内 容，对于不同的轨道类型，这3项内容也 有所不同。
待钻井段是相对于已钻井段而言的，意 思是等待钻进的井段。 待钻轨道是从目前井底出发，钻达某个 目标点的。所以，所有待钻轨道设计都必须 给定两个点的坐标位置：一个是出发点(目前 井底)，一个是目标点。除了给定两个点的坐 标位置外，还有两个点处的井眼方向。根据 井眼方向是否给定，可将待钻轨道分为两种 情况：
轨道设计依据的条件有两种：一种是 由地质、采油部门提供的分层地质情况预告 和目标点或目标井段的有关数据，如目标点 的垂深、水平位移以及设计方位等；一种是 由钻井工程部门根据设计原则和钻井的条件 选定的造斜点位置、造斜率的大小等。 将给定和选定的条件汇集于表2—2—1 中。表中各符号的解释如下：
(2)有利于采油工艺的要求。在可能的情况 下，减小井眼曲率以改善油管和抽油杆的工 作条件。进入目的层的井段井斜角应尽量小 些，最好是垂直井段，以利于安装电潜泵、 坐封封隔器及其他井下作业。
(3)尽可能利用地层的自然规律。我们所 钻的沉积岩地层，由于倾斜、可钻性的各向异 性、可钻性的垂向和横向的变化以及其他地质 因素，具有自然造斜和使井跟方位漂移的规律。 充分利用这些规律，可以大大减小使用工具进 行轨迹控制的工作量。 (4)应有利于减小钻井难度。以便安全、 优质、快速、低成本地完成钻井。
(2)绕障或防碰要求。在设计方位线上， 可能存在某种障碍不允许设计轨道穿过，例 如，已经存在的老井，或某种不容易穿过的 地层或地质现象等。要求设计轨道要绕过这 些障碍。防碰要求主要是针对丛式井提出的， 设计结果中要给出防碰设计的有关内容。
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
定向井轨道设计浅析论文
定向井轨道设计浅析论文定向井轨道设计浅析论文摘要：1常规定向井轨道设计垂深3000m以内，水平位移不超过1000m的定向井，一般称为常规定向井，这种类型的井是最为常见的，它可以设计的轨道有很多，但要注意造斜点的选择及井斜角大小的控制。
造斜点应选在比较稳定的地层，避免在岩石破碎带、漏失地层、流砂层等关键词：轨道设计论文1常规定向井轨道设计垂深3000m以内，水平位移不超过1000m的定向井，一般称为常规定向井，这种类型的井是最为常见的，它可以设计的轨道有很多，但要注意造斜点的选择及井斜角大小的`控制。
造斜点应选在比较稳定的地层，避免在岩石破碎带、漏失地层、流砂层等容易坍塌及复杂地层定向。
常规定向井轨道设计的余地较大，但最好把井斜角控制在合适的范围之内。
除此之外，在轨迹设计时还应该考虑井身结构、采油泵下深、井眼曲率的选择等问题。
2大位移井轨道设计通常认为现在钻井技术中难度最大的是大位移井，一个好的轨道设计对减少施工难度会有很大帮助。
国外在大位移井中推荐悬链曲线（悬链曲线：由圆在一直线上滚动时圆上一点的运动轨迹形成。
）轨道。
最新的理论研究表明，较低的造斜率(小于3°／30m)、高稳斜角是大位移井的趋势。
3水平井轨道设计(水平井轨道的基本形状有两类)单增轨道，一般采用固定的井眼曲率，井眼曲率范围在3°/30m-6°/30m。
井眼曲率小于3°/30m会导致造斜井段太长，不利于井眼轨道控制，大于6°/30m，钻杆将会对套管或者井眼产生偏磨，会磨损套管或对井壁造成伤害。
双增轨道，由于双增轨道几乎都是在地质目标不确定的条件下使用，在进行轨道设计时，第一次造斜时，应使稳斜段有较大的井斜角。
如图1所示，如果在钻井前，地质没有确定此油层，轨道2采用高稳斜角，相比采用低稳斜角的轨道1，轨道2在油层内井段更长，录井时更容易发现这一油层，同时高稳斜角轨道发现油气显示，可以迅速进行二次造斜，在很短的进尺内进入水平段。
石油大学本科《石油工程》第三章-井眼轨道设计与控制【2024版】
增斜段
最大井斜角
αmax
降斜段 3) 造斜率（Ｒｂ）:造斜工 具的造斜能力,即该造斜工
直井段 具所钻出的井段的井眼曲率。
斜井深
水平位移
4) 造(增)斜段:井斜角随井
井身在垂直平面内的投影
第五章 第一节 井眼轨道设计的原则和方法
5) 稳斜段:井斜角保持不变的井段。 6) 降斜段: 7) 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值来表示。 8) 靶区及靶区半径（ｒｔ）:包含目标点在内的一个区域 称为靶区。在大斜度井和水平井中，靶区为包含设计井眼
水平位移增量ΔSh (m):
ΔShab =R1(1-cos αm )=206.03
c
水平位移Sh(m):
j i
f
Shb = ΔShab = 206.03 段长Δl(m):
R2
αe
Δlab= R1αm /57.3=607.65
第五章
h
α m o2
αe
ShSo h
g
e She
井深Dw(m) :
t Dwb = Dwa + Δlab =1007.65
α
m
c
水平位移增量ΔSh (m): ΔShbc = ΔDbc tgαm=988.32
j
f
水平位移Sh(m):
i
R2
αe
Shc = Shb + ΔShbc = 1194.35 段长Δl(m):
第五章
h
α m o2
αe
ShSo h
g
e She
Δlbc= ΔShbc /sin
t 井深Dw(m) ：
αm
=1521.47
井眼轨道设计计算实例—三段制
求解过程：
（1）求设计方位角Φ ：
北坐标增量： NT = 4268878−4267193.9 = 1684.1
东坐标增量： ET = 20558049−20559214.2 =－1165.2
设计方位角： Φ =arctan(NETT) +360 =325.3°
靶点
（2）求最大井斜角αm：
A0=St= NT2+ET2= 16842+(−1165.2)2=2047.9m
（3）各井段参数计算：
直井段： △L1 = Hz =300m △H1 = Hz =300m △S1 =0m
造斜段：
△L2
=
αm
�
R0�
π 180ห้องสมุดไป่ตู้
=
34.5×573.0×
3.14 180
=
344.9
m
△H2 = R0 � sin αm = 573.0×sin34.5°= 324.6 m
靶点
△S2= R0 （1-cos αm ）= 573.0×（1-cos34.5°）= 100.8 m
井眼轨道设计计算实例—三段制
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总井深： L = Hz+ △L1 + △L2 + △L3 = 300 + 344.9 + 3441.2= 4086.1m
总垂深： H = △H1 +△H2 +△H3 = 300 + 324.6 + 3836.0 = 3460.6m
《钻井与完井工程》
井眼轨道设计计算实例—三段制
井眼轨道设计计算实例—三段制
例：某定向井设计全井垂深HT =3461.5m，井口坐标：X=4267193.9，
第四节--定向井轨道设计--06
斜面圆弧法进行设计
设计轨道是空间斜面 上的一段圆弧曲线+直 线。
可计算出该段圆弧的 长度，b点的井斜角和 方位角以及直线段的 长度。
可采用斜面圆弧法进 行内插完成分点计算。
斜面圆弧法进行设计 计算过渡参数γe：
⑴
at
(Da2t
N
2 at
Ea2t )0.5
⑵
x
c os1
Dat at
⑶ ⑷ ⑸
a
(N at 0)
（11） t
180o
s
in
1
R
Eat tg t s
2
in
t
s
in
a sin sin t
a
或用
（12）
t
a
c
os1
c
os t
s
cosa cos ina sint
t
(Nat 0)
式中， φX>φa时取正号；φX<φa时取负号。
圆柱螺线法进行设计
设计轨道是轴线 为铅垂线的圆柱 面上的一段圆柱 螺线。
重点讲B、C二类水平井的设计问题。
水平井轨道设计问题(B类)
设计水平井轨道需要考虑的问 题： 考虑两个不确定性问题： 目标垂深的不确定性： 造斜率的不确定性 ： 考虑施工人员的轨迹控制能 力，特别是增斜段的轨迹控 制能力； 考虑所选的造斜率，套管能 否顺利通过？ 目标段的长度，要受到众多 因素的影响。
油层较薄，根据最小和 最大造斜率。
水平井轨道设计问题 (C类)
三维单目标定向井轨道设计（单曲线）
设计条件：
给定 a点的坐标位置Da，Na，Ea和方向αa ， φa ；
给定 t点的坐标位置Dt，Nt，Et ；
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。
钻井工艺之井眼轨迹设计及控制
第一节 井眼轨迹的基本概念
目的：掌握有关参数的概念及这些参数之间的关系。 一、轨迹的基本参数
测量方法：非连续测量，间断测量。“测段”，“测 点”。
轨迹的三个基本参数----井深、井斜角和井斜方位角。 (1) 井深(或称为斜深、测深)
井口(通常以转盘面为基准)至测点的井眼长度。
以字母Dm表示，单位为米(m)。
井深增量(井段)：下测点井深与上测点井深之差。
以ΔDm表示。
井 眼 轨 迹 空 间 曲 线 图
一．轨迹的基本参数
(2) 井斜角(α)：
指井眼方向线与重力线之间的夹角。单位为 度(°)。 ➢井眼方向线：
过井眼轴线上某测点作 井眼轴线的切线，该切线沿 井眼前进方向延伸的部分称 为井眼方向线。
一．轨迹的基本参数
4)用于进行轨迹计算的测斜数据必须是用多点测斜 仪测得的。
5)用磁性测斜仪测得的井斜方位角，必须经过当地 当年的磁偏角校正之后才能进行轨迹计算。
6)当某个测点的井斜角等于零时，该点的井斜方位
角是不存在的。为了计算的需要，规定：若αi=0， 则计算第i测段时，Φi =Φi-1 ；计算第i+1测段时， Φi =Φi+1 。
计算参数图解
二．轨迹的计算参数
(4) 平移方位角θ ： 平移方位线所在的方位角。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
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。 (5) Ｎ坐标和Ｅ坐标： 南北坐标轴，以正北方向为正； 东西坐标轴，以正东方向为正。
三．轨迹计算方法
第i测段的下测点的坐标作为第i+1测段上测点坐 标值，算得第i+1测段坐标增量后就又可计算第i+1测 段下测点坐标值，如此类推，直至最后一个测段。 2、计算内容：
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。
定向钻井轨道设计概述ppt课件
定向井轨道设计原则
• (续上页) – 6.钻机功率应比相同井深的直井用钻机功率大30～50%。3000～3500米 的定向井应用4500米钻机，4500米的定向井应用6000米钻机； – 7.定向井裸眼段内尽可能不搞中途测试。必要时需经过充分论证，防止 井下事故； – 8.探井一定要注意及时测斜，尽可能在每次起钻前投测“多点”；以防 万一井喷着火需要打救援井时，有井眼轨迹的数据； – 9.丛式井要注意井口井底布置、造斜点位置和钻井顺序： • 开钻顺序：除直井首先打外，其他定向井应该先打造斜点高的井， 后打造斜点低的井； • 位移大的井放在外围，造斜点相对高； • 位移小的井放在内部，造斜点相对低； • 相邻两口井的造斜点应该上下错开100米； – 10.海上丛式井可使用倾斜导管或弯曲导管；
度定
井的1.5～2倍。
向井 3. 由于造斜、测斜、扭方位以及井下复杂原因，每米钻井成本显
著增大。
1. 井斜角在600～1200，包括水平井在内。
大斜 2. 起下钻及下套管困难，摩阻摩扭大，加钻压难，管柱受力复杂； 度定 3. 缆线作业困难，测斜测井及射孔作业需特殊技术； 向井 4. 井下复杂情况增多，卡钻、键槽、岩屑床、井塌、井漏，等等；
5. 固井完井困难：固井质量难以保证；完井作业也困难；
3
定向井的分类(按轨道形状而分)
• 三维定向井：
– 单目标三维定向井； – 多目标三维定向井(Designer Wells)； – 施工中待钻设计轨道；
• 二维定向井：
– 二维常规定向井轨道； – 多增降率轨道； – 缓曲代稳轨道； – 水平井轨道； – 大位移井轨道；
2
定向井的分类(按井斜角大小而分)
小斜 度定 向井
1. 2. 3.
定向井大井眼轨迹控制技术与应用研究
定向井大井眼轨迹控制技术与应用研究随着石油勘探和开发的深入，油田开采已经从传统的常规井向复杂、多变的非常规油气资源过渡。
在这个过程中，非常规油气资源的开发已经成为石油勘探开发领域的一个重要趋势。
定向井和大井眼轨迹控制技术的研究与应用对于提高油气开采效率和降低成本具有重要意义。
本文将从定向井大井眼轨迹控制技术的基本原理、方法和应用进行详细介绍和分析。
一、定向井大井眼轨迹控制技术的基本原理1. 定向井的定义和特点定向井是指在垂直井的基础上，通过合理的井眼轨迹设计和控制技术，使得井眼轨迹不再垂直，而是朝向目标油田地层，从而提高油气的开采效率。
定向井的特点包括：井眼轨迹复杂、井深较大、井眼弯曲度较大、工程技术难度大等。
2. 大井眼轨迹控制技术的定义和特点大井眼是指井眼的直径超过8.89厘米（3.5英寸）的井眼。
大井眼轨迹控制技术是指通过合理的井眼轨迹设计和控制技术，使得大井眼的井眼轨迹能够达到设计要求，从而满足作业要求。
大井眼轨迹控制技术的特点包括：井眼直径大、井眼轨迹复杂、控制精度高等。
1. 定向井大井眼轨迹设计方法定向井大井眼轨迹设计是指根据地质结构和矿层分布，选择合适的井眼轨迹形式和参数，使得井眼轨迹能够有效地穿过目标地层，实现油气的产量最大化。
定向井大井眼轨迹设计方法包括：平面轨迹设计、垂直井眼深度设计、水平井眼深度设计、井眼弯曲率设计等。
定向井大井眼轨迹控制方法是指通过合适的井眼轨迹控制技术，使得井眼轨迹能够达到设计要求。
定向井大井眼轨迹控制方法包括：钻井液性能控制、地层动力学控制、钻具运输控制等。
随着页岩气开发的深入，定向井大井眼轨迹控制技术在页岩气开发中得到了广泛的应用。
通过合理的井眼轨迹设计和控制技术，能够有效地穿过页岩气层，实现页岩气的连续生产。
定向井大井眼轨迹控制技术在页岩气开发中的应用为页岩气的高效开发提供了重要的技术支撑。
水平井是指井眼的有效水平长度大于井眼垂直长度的特殊井眼形式。
02 定向井井眼轨迹设计
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
井眼轨迹设计与控制(吴清忠)
B
N坐标、E坐标和H坐标(垂 深)———— 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。
E
O
第一节
定向井的基本概念
高边:定向井的井底是倾斜的圆,圆的最高点成 为高边. 高边工具面:以高边为始边顺时针旋转的角度. 磁性工具面:在井斜小于5度时,等于高边工具面 +井底方位角. 磁偏角:在某地磁北极方向线和地理北极方位 线之间的夹角,测量方法:以地理北极方位线为 始边以磁北极方向线为终边,顺时针为正逆时针 为负. 没有含磁偏角的方位叫磁方位(一般仪器测的 方位),含的叫真方位也叫修正方位.
六.
轨迹控制
1、影响造斜率的因素
地层钻头侧向力的大小
6 EJ z 1 Pz 1 PT sin LT L 2
EJz:——刚度
Pz Vc
LT——涡轮钻具长度
1——接头弯角 ——井斜角
（1）弯接头的弯曲角γ1越大，造斜力越大 （2）动力钻具越短侧向力越大 Vt V
地层异向应力的影响
N
O O
第一节
N
A
定向井的基本概念
水平位移———测点至井口所 在的铅垂线的距离，米. 闭 合 距———井底的水平位 移，米(最后一个点的水平位 移)
B
E
O 闭合方位角———在水平投影 图上正北方向与闭合距线间 的夹角，度
T
第一节
N
A
定向井的基本概念
视 平 移———测点水平位移 在设计方位线上的投影，米
概述
六、定向钻井涉及的关键技术
计算：（计算机技术）
轨迹设计、钻具设计、轨迹预测、定向参数。 从井口到目的点，要有不同的井段连接，有增 斜与降斜要求，而造斜能力受工具和工艺水平的限 制，同时还应考虑如何安全钻进。故必须设计井眼 轨迹。 工具：造斜（增、降、稳斜）工具、扭方位工具。
三维多目标定向井轨道设计
三维多目标定向井轨道设计三维多目标定向井轨道设计是指在油气勘探开发过程中，在不同的地质构造和井筒要求下，通过合理设计井轨道来实现井眼在空间中的精确控制和定向钻探。
这种井轨道设计通常涉及到多种目标，包括垂直井深、水平井段长度、井眼贯通地层的位置和角度等。
本文将对三维多目标定向井轨道设计进行详细的论述，并提出一种优化设计方法。
首先，三维多目标定向井轨道设计需要考虑的第一个目标是垂直井深。
垂直井深是指垂直井段的长度，它与井眼贯穿地层的位置和角度密切相关。
在实际勘探开发过程中，根据不同的地质构造和目标层位，垂直井段的长度可能有所不同。
例如，在层理平缓的区域，垂直井深可以比较短，而在地质构造复杂的区域，垂直井深可能需要加长，以便更好地钻遇目标地层。
其次，三维多目标定向井轨道设计还需要考虑水平井段的长度。
水平井段的长度是指井眼贯通地层后，水平井的长度。
水平井段的长度对于油气开发具有重要的意义，它决定了井眼对目标地层的有效测井和采油效果。
因此，在三维多目标定向井轨道设计中，需要充分考虑水平井段长度，选择合适的长度以满足油气开发的要求。
另外，三维多目标定向井轨道设计还需要考虑井眼贯穿地层的位置和角度。
井眼贯穿地层的位置和角度对于井眼测井、钻探工作和地层采样具有重要意义。
在三维井轨道设计中，需要通过合理的位置和角度来确保井眼能够准确贯穿目标地层，同时能够满足测井和采样的要求。
为了优化三维多目标定向井轨道设计，我们可以采用遗传算法进行优化求解。
遗传算法是一种模拟生物进化过程的优化算法，通过模拟自然界的遗传和进化过程，获得最优解。
在三维多目标定向井轨道设计中，我们可以将井轨道设计的不同参数作为遗传算法的个体基因，通过交叉和变异操作来产生新的个体，然后根据井轨道设计的质量评价函数来评估每个个体的适应度。
最后，通过不断迭代遗传算法的过程，直到达到收敛条件，可以获得三维多目标定向井轨道设计的最优解。
这种优化设计方法可以充分考虑不同目标的权衡和互相制约关系，能够得到更合理的井轨道设计方案。
解悉定向井井眼轨迹最优化设计方法
解悉定向井井眼轨迹最优化设计方法现如今我国的定向井已经越来越发达，井眼轨迹的变化也非常的多，定向井侧钻井挖的越来越深，对于我们方便了许多，为祖国做出了非常大的贡献，但其中的过程是非常复杂的，艰难的，还需要做出许多的改变，使定向井变得越来越完美，能更好的利用在我们的生活中，我们需要克服更多的困难，提高定向井的效率，使它变得越来越方便。
标签：优化方法;定向井轨迹;定向井研究定向井是近百年来最常用的一种方法。
我们的油田开采大多都需要定向井钻井技术，使用定向井解决的困难也越来越多，定向井是一种非常有技术含量的钻井方法，它完成了许多普通钻井技术不能完成的工作。
定向井需要测量与科学技术的协调来完成开采工作，并不简单，但随着我国不断发展，人才越来越多，对于定向井的钻井技术投入的也越来越多，因此定向井更有效的帮助了我们对于地下的开采与探索。
定向井技术对于我们来说非常的重要，所以需要不断地改造以及提升。
一：定向井的轨迹和研究1.1井眼轨迹定向井是开采地下的工具，而这个工具需要测量仪器的辅助，在地下开采过程的演变中，定向井的钻井技术有了很大的提高，方便了许多，而井眼的轨迹有许多种，有水平位移的，有可以绕开地面障碍的，有各种开采方式的轨道。
有了定向井后地下开采就方便了许多，以前不能开采的路线通过定向井又可以重新开始开采。
定向井井眼轨迹在地下行动起来，可以减少地面的井场占地面积，节省了部分资金，可以说是方便了许多，还适用于地下的条件，节省了许多开采的時间，更方便于开采到更多的矿物质资源，实用技术高超。
1.2 定向井的作用现如今，定向井的钻井技术适用于我国的多数地下矿物以及油田开采，要开发地下的油田和地下矿物资源，唯一的办法就是在开发地下附近打定向井。
我国对定向井钻井技术有了更多的投入，对于定向井的优化也很努力，所以定向井钻井技术发展得越来越快，世界上的定向井最大水平位移超过了5000米，水平井最大水平位移超过了10000米。
【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；
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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双增式轨道：约束方程数为3。 (Dt，St，αt ）
3、轨道自由度及轨道约束方程
（5）轨道设计时需要补充确定的参数个数等于轨道自由度 与轨道约束方程数之差，如：
三段式轨道需要补充确定的参数个数为4-2=2；
五段式轨道需要补充确定的参数个数为7-3=4；
双增式轨道需要补充确定的参数个数为7-3=4。
一般情况下，造斜点以上设计成垂直井段，αa=0；如果使用
斜井钻机，则αa≠ 0 ，可根据给定的Da和αa 计算出Sa。
Sa Da tan a
2、轨道设计原则
（1）尽可能选择简单轨道：
探井选择最简单的三段式轨道； 开发井必要时可选择S形的五段式轨道； 其他轨道根据需要选择。
（2）尽可能减小最大井斜角，尽可能减小施工难度。
（3）开发井目的层井段的井斜角以15°为宜，不要小于10°。
（4）造斜率选择：
增斜率一般控制在3 ° /30m左右，不超过4.5 ～6 ° /30m；
三维圆弧段增量公式
L D L p N E R R tan (cos a cos b ) 2 R tan sin a sin b 2 R tan sin a cos a sin b cos b 增斜段和降斜段R 2 R tan sin a sin a sin b sin b 2
3、轨道自由度及轨道约束方程
（3）轨道自由度为组成轨道的所有曲线段自由度之和，如： 三段式轨道：自由度为4；（1＋2＋1＝4）
五段式轨道：自由度为7；（1＋2＋1＋2＋1＝7）
双增式轨道：自由度为7。 （1＋2＋1＋2＋1＝7） （4）目标点的约束条件称为轨道约束方程，如： 三段式轨道：约束方程数为2； (Dt，St） 五段式轨道：约束方程数为3； (Dt，St，αt）
4500m的定向井应用6000m钻机。
（7）定向井裸眼段内尽可能不搞中途测试。必要时需经过充 分论证，防止井下事故。
2、轨道设计原则
（8）探井一定要注意及时测斜，尽可能在每次起钻前投测“多 点”；以防备万一井喷着火需要打救援井时，有井眼轨迹数据可用。
（9）丛式井要注意井口井底布置、造斜点位置和钻井顺序：
4、轨道设计的一般步骤
① 根据“轨道约束方程数＋需要指定的参数＝轨道自由度” 的原则选择轨道形状； ② 确定需要指定的参数（造斜点、增斜率、降斜率等）；
③ 建立轨道约束方程组，推导关键参数计算公式；
二维轨道：
D D
i
Dt Dt
S
i
St
i
三维轨道：
i
N
Nt
E
i
1、轨道设计概述
（1） 设计条件：
一般要给定的条件：目标点垂深、水平位移、设计方位角等；
给定进入目标的要求：目标点或目标段的井斜角等；
（2）设计内容：根据设计条件，设计出合适的井眼轨道。 （3）轨道设计的关键：
造斜点、增斜率、降斜率的选择（需要经验）；
轨道关键参数的求得（需要先进的计算公式）。
位移大的井放在外围，造斜点相对高； 位移小的井放在内部，造斜点相对低；
相邻两口井得造斜点应该上下错开50~100m（防磁干扰）；
开钻顺序：除直井首先打外，其他定向井应该先打造斜点高的 井，后打造斜点低的井（ 防磁干扰、防井眼碰撞） 。
（10）海上丛式井可使用倾斜导管或弯曲导管；
3、轨道自由度及轨道约束方程
5、基本井段的坐标增量计算
二维圆弧段增量公式
L R( 2 1 ) D R(sin 2 sin 1 ) L S Rcos cos 1 2 p
增斜段R取正，降斜段R为负
对于二维轨道，平长Lp与平移S是一样的。
5、基本井段的坐标增量计算
定向井井眼轨道设计
本章内容提要
§3-1 井眼轨道设计基础
§3-2 二维常规轨道设计方法
§3-3 微曲稳斜轨道设计方法
§3-4 待钻井眼轨道设计方法
§3-5 多目标点三位轨道设计方法（补充）
§3-1 井眼轨道设计基础
1、轨道设计概述 2、轨道设计原则 3、轨道自由度及轨道约束方程 4、轨道设计的一般步骤 5、基本井段的坐标增量计算（补充）
降斜率一般控制在1.5 ° /30m左右。
2、轨道设计原则
（5）造斜点选择：
应避开复杂地层(漏失、坍塌、缩径、膨胀、高压等)，可钻性
以中等为宜，太软太硬都不好；
造斜点距离上层套管鞋最小应有50m远，防止造斜时损坏套管。
（6）钻机选择：与同井深的直井相比，钻机功率大30～50%。
3000～3500m的定向井应用4500m钻机；
Et
④ 井身参数计算及轨迹绘图。
5、基本井段的坐标增量计算
直线段增量公式
L（ 已 知 ） 二维轨道 D L cos L S L sin p
L（ 已 知 ） 三维轨道 D L cos L p L sin 二维轨道，平长Lp与平移S是一样的。 N L sin cos 三维轨道，平长Lp与平移S是不一样的。 E L sin sin
斜面圆弧法
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； 造斜点井深Da 及井斜角αa ； 造斜半径R1 和R2 ；
（1）自由度（DOF）的概念
将起点位置及方向均给定的轨道或曲线段形状完全固定需要
确定的独立自由变量个数称Байду номын сангаас轨道或曲线段的自由度。
（2）起点给定时各种曲线段的自由度
直线段：自由度为1（ΔL、 ΔD 等，任给1个即可）
二维圆弧段：自由度为2（ΔL、ΔD、K 等，任给2个即可）
三维圆弧段：自由度为3（ΔL、Δα、ΔΦ）