定向井轨道设计与轨迹计算

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

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定向井水平井轨迹设计及计算分析系统 简介

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定向井水平井轨迹设计及计算分析系统，是为中国陆上石油钻井行业量身定制的

一套定向井工程辅助系统。它可以帮助定向井工程师合理地设计一个井的轨道，在轨迹控制过程

中进行实钻计算和轨迹分析，无论何种情况，该系统都会为操作者提供准确、高效、灵活的解决

方案和计算结果。

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系统拥有轨道设计、实钻计算分析、防碰扫描等几大功能模块。轨道设计模块提

供十几种设计模型，

可以进行任何类型轨道设计；

联系口口一五八六八五七一一六口口一零一二八七六七五八口口一五一八零一三八零一联系电++--话：一八零三九五六四六四八 实钻计算准确可靠，

轨迹分析功能丰富，

实用；

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的设计及计算方法、报表输出符合最新的行业标准和国际惯例，全中文界面，图形实

时显示、图片编辑、输出功能强大，是一套操作简单、先进实用的轨迹软件。 主要的功能： 1、轨道设计 2、实钻计算 3、轨迹分析 4、防碰扫描 5、电子图板

6、实时图形

垂直剖面图、水平投影图具备以下查看功能：

z全井图和造斜点以下图形的快速切换 z图形整体无级缩放

基本概念

1、定向井——一口井设计目标点，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距离的井。

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——井眼轴线上任一点，与井口铅直线的距离，称为该点水平位移，也称该点的闭和距。

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——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。

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、造斜率——表示了造斜工具的造斜能力。其值等于用该造斜工具所钻出的井段的井眼曲率。

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——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植来表示。

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

第三节 井眼轨迹控制技术

井眼轨迹控制的内容包括：优化钻具组合、优选钻井参数、采用

先进的井下工具和仪器、利用计算机进行井眼轨迹的检测预测、利用地层的方位漂移规律、避免井下复杂情况等等。

轨迹控制贯穿钻井作业的全过程，它是使实钻井眼沿着设计轨道钻达靶区的综合性技术，也是定向井施工中的关键技术之一。 井眼轨迹控制技术按照定向井的工艺过程，可分为直井段、造斜段、增斜段、稳斜段、降斜段和扭方位井段等控制技术，其中直井段的控制技术见第七章第四节。 一．定向选斜井段

初始造斜方法有五类，即井下马达和弯接头定向、喷射法、造斜器法、弯曲导管定向、倾斜钻机定向。目前，我国海洋定向井一般采用第一种方式，常用造斜钻具组合为：钻头十井下马达十弯接头十非磁钻铤十普通钻铤（ 0～30米）十挠性接头十震击器十加重钻杆。 这种造斜钻具组合是利用弯接头使下部钻具产生一个弹性力矩，迫使井下动力钻具驱动钻头侧向切削，使钻出的新井眼偏离原井眼轴线，达到定向造斜或扭方位的目的。

造斜钻具的造斜能力主要与弯接头的弯角和动力钻具的长度有关。弯接头的弯角越大，动力钻具长度越短，造斜率也越高。 弯接头的弯角应根据井眼大小、井下动力钻

第三节 井眼轨迹控制技术

井眼轨迹控制的内容包括：优化钻具组合、优选钻井参数、采用

先进的井下工具和仪器、利用计算机进行井眼轨迹的检测预测、利用地层的方位漂移规律、避免井下复杂情况等等。

轨迹控制贯穿钻井作业的全过程，它是使实钻井眼沿着设计轨道钻达靶区的综合性技术，也是定向井施工中的关键技术之一。 井眼轨迹控制技术按照定向井的工艺过程，可分为直井段、造斜段、增斜段、稳斜段、降斜段和扭方位井段等控制技术，其中直井段的控制技术见第七章第四节。 一．定向选斜井段

初始造斜方法有五类，即井下马达和弯接头定向、喷射法、造斜器法、弯曲导管定向、倾斜钻机定向。目前，我国海洋定向井一般采用第一种方式，常用造斜钻具组合为：钻头十井下马达十弯接头十非磁钻铤十普通钻铤（ 0～30米）十挠性接头十震击器十加重钻杆。 这种造斜钻具组合是利用弯接头使下部钻具产生一个弹性力矩，迫使井下动力钻具驱动钻头侧向切削，使钻出的新井眼偏离原井眼轴线，达到定向造斜或扭方位的目的。

造斜钻具的造斜能力主要与弯接头的弯角和动力钻具的长度有关。弯接头的弯角越大，动力钻具长度越短，造斜率也越高。 弯接头的弯角应根据井眼大小、井下动力钻

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

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...

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

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...

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

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“

关于定向井的钻具组合方面的介绍

定向井常用钻具组合

（l）弯接头带动力钻具——造斜钻具

目前，最常用的造斜钻具组合是采用弯接头和井下动力钻具组合进行定向造斜或扭方位施工。这种造斜钻具组合是利用弯接头使下部钻具产生一个弹性力矩，迫使井下动力钻具（螺杆钻具或涡轮）驱动钻头侧向切削，使钻出的新井眼偏离原井眼轴线，达到定向造斜或扭方位的目的。

造斜钻具的造斜能力与弯接头的弯曲角和弯接头上边的钻铤刚性大小有关。弯接头的弯曲角越大，弯接头上边的钻铤刚性越强则造斜钻具的造斜能力也越强，造斜率也越高。

弯接头的弯曲角应根据井眼大小，井下动力钻具的规格和要求的造斜率的大小选择。现场常用弯接头的角度为1°～ 2.5°，一般不大于3°弯接头在不同条件下的造斜率见表10—4。

造斜钻具组合使用的井下动力钻具型号应根据造斜井段或扭方位井段的井深选择。使用井段在1000m以内，一般采用涡轮钻具或螺杆钻具，深层定向造斜或扭方位应使用耐高温的井下马达。

造斜钻具组合、钻井参数设计和钻头水眼应根据厂家推荐的钻井参数设计。

由于井下动力钻具的转速高，要求的钻压小（一般3～8t），因此，使用的钻头不宜采用密封轴承钻头，尤其是在浅层，可钻性好的软地层应使用铣齿滚动轴承