井眼軌跡的基本概念

井眼軌跡的基本概念1、井眼軌跡的基本參數(shù)2、井斜變化率和井斜方位變化率3、井眼曲率及其計(jì)算4、井眼軸線的圖示法1井眼軌跡的基本概念5/8/2024井眼軌跡，實(shí)指實(shí)鉆的井眼軸線。一口實(shí)鉆井的井眼軸線乃是一條空間曲線。為了進(jìn)行軌跡控制，就要了解這條空間曲線的形狀，就要進(jìn)行軌跡測(cè)量，這就是“測(cè)斜”。目前常用的測(cè)斜方法并不是連續(xù)測(cè)斜，而是每隔一定長(zhǎng)度的井段測(cè)一個(gè)點(diǎn)。這些井段被稱為“測(cè)段”，這些點(diǎn)被稱為“測(cè)點(diǎn)”。測(cè)斜儀器在每個(gè)點(diǎn)上測(cè)得的參數(shù)有三個(gè)，即井深、井斜角和井斜方位角。這三個(gè)參數(shù)就是軌跡的基本參數(shù)。1.井眼軌跡的基本參數(shù)直井段上測(cè)點(diǎn)增斜段最大井斜角αmax

降斜段水平位移下測(cè)點(diǎn)2井眼軌跡的基本概念5/8/2024井眼軌跡的基本參數(shù)（1）井深：直井段上測(cè)點(diǎn)增斜段最大井斜角αmax

降斜段水平位移

指井口(通常以轉(zhuǎn)盤面為基準(zhǔn))至測(cè)點(diǎn)的井眼長(zhǎng)度，也有人稱之為斜深，國(guó)外稱為測(cè)量井深。井深是以鉆柱或電纜的長(zhǎng)度來量測(cè)。井深既是測(cè)點(diǎn)的基本參數(shù)之一，又是表明測(cè)點(diǎn)位置的標(biāo)志。井深常以字母Ｌ表示，單位為米(m)。井深的增量稱為井段，以ΔＬ表示。二測(cè)點(diǎn)之間的井段長(zhǎng)度稱為段長(zhǎng)。一個(gè)測(cè)段的兩個(gè)測(cè)點(diǎn)中，井深小的稱為上測(cè)點(diǎn)，井深大的稱為下測(cè)點(diǎn)。井深的增量是下測(cè)點(diǎn)井深減去上測(cè)點(diǎn)井深。下測(cè)點(diǎn)3井眼軌跡的基本概念5/8/2024井眼軌跡的基本參數(shù)（2）井斜角：指測(cè)點(diǎn)處的井眼方向線與重力線之間的夾角就是該測(cè)點(diǎn)處的井斜角。顯然，井眼方向線與重力線都是有向線段。井斜角表示了井眼軌跡在該測(cè)點(diǎn)處傾斜的大小。井斜角常以希臘字母α表示，單位為度(°)。一個(gè)測(cè)段內(nèi)井斜角的增量總是下測(cè)點(diǎn)井斜角減去上測(cè)點(diǎn)井斜角，以Δα表示。4井眼軌跡的基本概念5/8/2024井眼軌跡的基本參數(shù)（3）井斜方位角：井眼軸線上某點(diǎn)處的井眼方向線投影到水平面上，即為該點(diǎn)的井眼方位線（井斜方位線）。井眼軸線投影到水平面上以后，過其上每一點(diǎn)作投影線的切線，該切線向井眼前進(jìn)方向延伸部分，即為該點(diǎn)的井眼方位線，或稱井斜方位線。注意“方向”與“方位”的區(qū)別。方位線是水平面上的矢量，而方向線乃是空間的矢量。只要講到方位，方位線，方位角，都是在某個(gè)水平面上；而方向，方向線和狗腿角，則是在三維空間內(nèi)(當(dāng)然也可能在水平面上)。井眼方向線是指井眼軸線上某一點(diǎn)處井眼前進(jìn)的方向線。5井眼軌跡的基本概念5/8/2024井眼軌跡的基本參數(shù)（3）井斜方位角：6井眼軌跡的基本概念5/8/2024井眼軌跡的基本參數(shù)注意，正北方位線是指地理子午線沿正北方向延伸的線段。所以正北方位線和井眼方位線也都是有向線段，都可以用矢量表示。

井斜方位角以字母φ表示。井斜方位角的增量是下測(cè)點(diǎn)的井斜方位角減去上測(cè)點(diǎn)的井斜方位角，以Δφ表示。井斜方位角的值可以在0～360°范圍內(nèi)變化。（3）井斜方位角：井斜方位角：以正北方位線為始邊，順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)到井眼方位線（井斜方位線）上所轉(zhuǎn)過的角度，即井斜方位角。7井眼軌跡的基本概念5/8/2024井眼軌跡的基本參數(shù)（4）磁偏角

磁偏角分為東磁偏角和西磁偏角。東磁偏角指磁北方位線在正北方位線的東面，西磁偏角指磁北方位線在正北方位線的西面。用磁性測(cè)斜儀測(cè)得的井斜方位角稱為磁方位角，并不是真方位角，需要經(jīng)過換算求得真方位角。這種換算稱為磁偏角校正。換算的方法如下：

真方位角＝磁方位角＋東磁偏角真方位角＝磁方位角－西磁偏角8井眼軌跡的基本概念5/8/2024井眼軌跡的基本參數(shù)（4）磁偏角磁偏角地圖9井眼軌跡的基本概念5/8/2024井眼軌跡的基本參數(shù)（5）象限角

井斜方位角還有另一種表示方式，稱“象限角”它是指井斜方位線與正北方位線或與正南方位線之間的夾角。象限角在0～90度之間變化。書寫時(shí)需注明所在的象限，如N67.5°W。10井眼軌跡的基本概念5/8/2024象限方位角校正，更為麻煩。區(qū)別東西磁偏角；區(qū)別在哪個(gè)象限里；井眼軌跡的基本參數(shù)（5）象限角11井眼軌跡的基本概念5/8/20241.我國(guó)勝利油田的磁偏角大約是西偏5.50。某測(cè)點(diǎn)測(cè)得井斜方位角為2.50，求真方位角=？2.我國(guó)新疆克拉瑪依油田的磁偏角大約是東偏4.10。某測(cè)點(diǎn)測(cè)得井斜方位角為3580，求真方位角=？3.西磁偏角5.50，測(cè)得方位角292.50，求真方位角=？如果用象限角表示，象限角=？4.東磁偏角50，測(cè)得方位角1200，求真方位角=？如果用象限角表示，象限角=？磁偏角校正(課堂練習(xí))井眼軌跡的基本參數(shù)12井眼軌跡的基本概念5/8/20241.我國(guó)勝利油田的磁偏角大約是西偏5.50。某測(cè)點(diǎn)測(cè)得井斜方位角為2.50，求真方位角=？答：真方位角=35702.我國(guó)新疆克拉瑪依油田的磁偏角大約是東偏4.10。某測(cè)點(diǎn)測(cè)得井斜方位角為3580，求真方位角=？答：真方位角=2.103.西磁偏角5.50，測(cè)得方位角292.50，求真方位角=？如果用象限角表示，象限角=？答：真方位角=2870；測(cè)得象限角=N67.50W；校正后象限角=N730W；4.東磁偏角50，測(cè)得方位角1200，求真方位角=？如果用象限角表示，象限角=？答：真方位角=1250；測(cè)得象限角=S600E；校正后象限角=S550E；磁偏角校正(課堂練習(xí))井眼軌跡的基本參數(shù)13井眼軌跡的基本概念5/8/2024井眼軌跡的基本參數(shù)

造斜工具作用方向線與井眼軸線構(gòu)成的平面；（6）井斜鉛垂面：（7）造斜工具面：井眼方位線所在的鉛垂平面；井斜方位線所在的鉛垂平面；井底圓上高邊方向線所在的鉛垂平面；14井眼軌跡的基本概念5/8/2024井眼軌跡的基本參數(shù)

井斜鉛垂面與造斜工具面的夾角；以井斜鉛垂面為基準(zhǔn)，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)到造斜工具面上所轉(zhuǎn)過的角度；在井底平面上，以高邊方向線為基準(zhǔn)，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)到工具面與井底圓的交線上所轉(zhuǎn)過的角度；（8）裝置角(工具面角)：15井眼軌跡的基本概念5/8/2024井眼軌跡的基本參數(shù)（9）裝置方位角：裝置方位角=工具面角ω+井斜方位角φ16井眼軌跡的基本概念5/8/2024井眼軌跡的基本參數(shù)

設(shè)計(jì)規(guī)定的，必須鉆達(dá)的地層位置，稱為目標(biāo)點(diǎn)。通常是以地面井口為坐標(biāo)原點(diǎn)的空間坐標(biāo)值來表示。（10）目標(biāo)點(diǎn)（11）靶區(qū)及靶區(qū)半徑（定向井）允許實(shí)鉆井眼軌跡偏離設(shè)計(jì)目標(biāo)點(diǎn)之間的距離，稱為靶區(qū)半徑。在目標(biāo)點(diǎn)所在的（水平）面（垂直于入靶方向線）上，以目標(biāo)點(diǎn)為圓心，以靶區(qū)半徑為半徑的一個(gè)圓面積，稱為靶區(qū)。

（12）靶心距

在靶區(qū)平面上，實(shí)鉆井眼軌跡與目標(biāo)點(diǎn)之間的距離，稱為靶心距。17井眼軌跡的基本概念5/8/2024

簡(jiǎn)稱垂深，是指軌跡上某點(diǎn)至井口所在水平面的距離。垂深的增量稱為垂增。垂深常以字母H（或Ｄ）表示，垂增以ΔH（或ΔＤ）表示。

簡(jiǎn)稱水平長(zhǎng)度或平長(zhǎng)，是指井眼軌跡上某點(diǎn)至井口的長(zhǎng)度在水平面上的投影，即井深在水平面上的投影長(zhǎng)度。水平長(zhǎng)度的增量稱為平增。平長(zhǎng)以字母S（或Ｐ）表示，平增以ΔS（或ΔＰ）表示。井眼軌跡的基本參數(shù)（13）垂直深度：（14）水平投影長(zhǎng)度（15）Ｎ坐標(biāo)和Ｅ坐標(biāo)：

是指軌跡上某點(diǎn)在以井口為原點(diǎn)的水平面坐標(biāo)系里的坐標(biāo)值。18井眼軌跡的基本概念5/8/2024

簡(jiǎn)稱平移，指軌跡上某點(diǎn)至井口所在鉛垂線的距離，或指軌跡上某點(diǎn)至井口的距離在水平面上的投影。此投影線稱為平移方位線。水平位移常以字母A表示。井眼軌跡的基本參數(shù)(16)水平位移：

指平移方位線所在的方位角，即以正北方位為始邊順時(shí)針轉(zhuǎn)至平移線上所轉(zhuǎn)過的角度，常以字母θ表示。（17）平移方位角：19井眼軌跡的基本概念5/8/2024為水平位移在設(shè)計(jì)方位線上的投影。視平移以字母Ｖ表示。井眼軌跡的基本參數(shù)（19）視平移：

國(guó)外將水平位移稱作閉合距(ClosureDistance)，將平移方位角稱作閉合方位角(ClosureAzimuth)。我國(guó)現(xiàn)場(chǎng)常特指完鉆時(shí)的水平位移為閉合距，平移方位角為閉合方位角。(18)閉合距與閉合方位20井眼軌跡的基本概念5/8/2024

使用井底馬達(dá)進(jìn)行定向造斜或扭方位時(shí)，動(dòng)力鉆具啟動(dòng)前的工具面與啟動(dòng)后且加壓鉆進(jìn)時(shí)的工具面之間的夾角，稱為反扭角。反扭角總是使工具面逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)（20）反扭角21井眼軌跡的基本概念5/8/2024井斜角和井斜方位角是在隨著井深而不斷變化的。既然在變化，就有變化快慢之分。變化率就是變化的快慢。井斜變化率：是指井斜角隨井深變化的程度，以Ｋα表示。嚴(yán)格地講，井斜變化率是井斜角α對(duì)井深Ｌ的一階導(dǎo)數(shù)，可寫為：3.井斜變化率和井斜方位變化率22井眼軌跡的基本概念5/8/2024

求得的乃是該測(cè)段的平均井斜變化率：

以增量代替微分，以相鄰二測(cè)點(diǎn)間的井斜角變化值（Δα）與二測(cè)點(diǎn)間井段長(zhǎng)度（ΔL）的比值來表示井斜變化率的。井斜變化率和井斜方位變化率23井眼軌跡的基本概念5/8/2024

井斜方位變化率：是指井斜方位角隨井深變化的程度，以Ｋφ表示。嚴(yán)格地講，井斜方位變化率是井斜方位角φ對(duì)井深Ｌ的一階導(dǎo)數(shù)，可寫為：

以增量代替微分，以相鄰二測(cè)點(diǎn)間的井斜方位角變化值（Δφ）與二測(cè)點(diǎn)間井段長(zhǎng)度（ΔL）的比值來表示井斜方位變化率的。井斜變化率和井斜方位變化率24井眼軌跡的基本概念5/8/2024水平投影圖上的曲率KA:井斜變化率和井斜方位變化率柱面圖上的曲率：垂直剖面圖上的曲率KH:25井眼軌跡的基本概念5/8/2024井斜變化率和井斜方位變化率

表示了造斜工具的造斜能力。其值等于用該造斜工具所鉆出的井段的井眼曲率。“狗腿嚴(yán)重度”，“狗腿度”，“井眼曲率”

都是相同的意義。指的是在單位井段內(nèi)前進(jìn)的方向在三維空間內(nèi)的角度變化?；蛘咧竼挝婚L(zhǎng)度井段內(nèi)狗腿角的大小。造斜率全角變化率全角變化值井眼上從一個(gè)點(diǎn)到另一個(gè)點(diǎn)，井眼前進(jìn)方向變化的角度（兩點(diǎn)處井眼前進(jìn)方向線之間的夾角）成為兩點(diǎn)間的全角變化值（也稱兩點(diǎn)間的狗腿角）。26井眼軌跡的基本概念5/8/2024第一套公式的圖解法：3.井眼曲率及其計(jì)算（1）作水平射線ＯＡ；（2）作∠ＢＯＡ＝αc；（3）以一定長(zhǎng)度代表單位角度，量ＯＢ＝ΔΦ；（4）自Ｂ點(diǎn)向ＯＡ作垂線，垂足為Ｃ點(diǎn)；27井眼軌跡的基本概念5/8/2024（5）按步驟（3）中的比例（以長(zhǎng)度代表角度的比例），量ＣＡ＝Δα；（6）連接Ａ、Ｂ，并量Ａ、Ｂ長(zhǎng)度，按步驟（3）中的比例換算成角度，此角度即狗腿角γ。第一套公式的圖解法：井眼曲率及其計(jì)算28井眼軌跡的基本概念5/8/2024若用半角和平均角形式表達(dá),則可得:第二套計(jì)算公式：這是Lubinsky先生根據(jù)空間平面圓弧曲線推導(dǎo)的假定測(cè)段是斜面圓弧曲線，則測(cè)段的狗腿角γ：式中：井眼曲率及其計(jì)算29井眼軌跡的基本概念5/8/2024第二套公式證明由△CDE和△C’DE得：二式聯(lián)立可得：有幾何關(guān)系可得：此四式代入上式可得：井眼曲率及其計(jì)算30井眼軌跡的基本概念5/8/2024第二套公式查圖法：井眼曲率及其計(jì)算31井眼軌跡的基本概念5/8/2024

（1）選取一定比例，以一定長(zhǎng)度代表單位角度，作線段ＯＡ，使其長(zhǎng)度代表α1；第三套計(jì)算公式這套公式源于沙尼金圖解法，其表達(dá)式為：這顯然是任意三角形余弦定理的表達(dá)式，因而也可用圖解法來解γ：井眼曲率及其計(jì)算32井眼軌跡的基本概念5/8/2024（2）作ＯＢ線段，使∠ＢＯＡ＝ΔΦ；（3）按步驟（1）的比例，量ＯＢ＝α2

；（4）連接Ａ、Ｂ，并量ＡＢ的長(zhǎng)度，按步驟（1）的比例換算成角度，即為γ。第三套計(jì)算公式井眼曲率及其計(jì)算33井眼軌跡的基本概念5/8/2024第一套公式，數(shù)學(xué)推導(dǎo)嚴(yán)密，是用于各種形狀的井眼，具有普遍性。第二套公式是建立在假設(shè)井段是平面曲線，而且是平面圓弧曲線的前提下推導(dǎo)，適用于平面曲線的井眼，例如，用彎曲動(dòng)力鉆具定向鉆進(jìn)鉆出的井眼。第三套公式本身就是近似公式，只能是用于井斜角較小，井斜方位角也較小的情況下。我國(guó)定向井標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)制定的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：使用第一套計(jì)算公式。計(jì)算方法的選擇井眼曲率及其計(jì)算34井眼軌跡的基本概念5/8/2024為了描述井眼在空間的形態(tài)及坐標(biāo)位置，首先介紹一下在鉆井工程中常用的坐標(biāo)概念。井眼軸線的圖示法

正常使用的坐標(biāo)為地理坐標(biāo)，即正東E、正北N、正南S和正西W以及海拔H，這種坐標(biāo)體系是在子午線的基礎(chǔ)上定義的。中華人民共和國(guó)大地原點(diǎn)-陜西涇陽縣永樂鎮(zhèn)石際寺村境內(nèi)，亦稱大地基準(zhǔn)點(diǎn)，是中國(guó)的地理中心，具體位置在：北緯34°32′27.00″東經(jīng)108°55′25.00″。在鉆井工程當(dāng)中，坐標(biāo)系通常指使用正北和正東坐標(biāo)，以N和E表示，是指測(cè)點(diǎn)在以井口為原點(diǎn)的水平面坐標(biāo)系里的坐標(biāo)值。35井眼軌跡的基本概念5/8/20244.井眼軸線的圖示法由上圖可知，我們并不能看清它的實(shí)際空間形態(tài)，怎詳把這條空間曲線畫出來，讓別人了解它的空間形狀呢?常見的有三種圖示法。如下圖水平面坐標(biāo)系內(nèi)的實(shí)鉆井眼軸線，兩個(gè)坐標(biāo)軸，一根是正北方向，一根是正東方向。如圖所示，A，B的水平坐標(biāo)分別為（NA,EA）和（NB,EB）36井眼軌跡的基本概念5/8/2024一、三維坐標(biāo)圖示法：

形狀復(fù)雜，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。無法給人以立體感。需要采用輔助面增強(qiáng)立體感。注：只在特殊時(shí)候采用。井眼軸線的圖示法井眼軸線的特點(diǎn)：37井眼軌跡的基本概念5/8/2024井眼軸線的圖示法二、投影圖表示法優(yōu)點(diǎn)：從圖上可直接看出，需要增斜還是需要降斜，需要增方位還是需要減方位。也可根據(jù)這張圖，可以想象出井眼軸線的空間形狀。缺點(diǎn)：這種垂直投影圖不能反映出井身參數(shù)的真實(shí)值。

相當(dāng)于機(jī)械制圖中的視圖表示法，在國(guó)外使用廣泛。這種圖示法包括兩張圖：一張是水平投影圖，相當(dāng)于俯視圖。一張是垂直投影圖，相當(dāng)于側(cè)視圖，其投影面選在原設(shè)計(jì)方位線所在的鉛垂平面上(橫坐標(biāo)V，縱坐標(biāo)D或H)。投影圖主要用于指導(dǎo)施工。H38井眼軌跡的基本概念5/8/2024井眼軸線的圖示法三、柱面圖表示法：包括兩張圖：一張是水平投影圖，相當(dāng)于俯視圖，與投影圖表示法相同；一張是垂直剖面圖(橫坐標(biāo)P，縱坐標(biāo)D或H)，與垂直投影圖不同，它不是在某個(gè)鉛垂平面上的投影。H

垂直剖面圖的形成：實(shí)鉆井眼是一條空間曲線，設(shè)想經(jīng)過這條曲線上的每一個(gè)點(diǎn)作一條鉛垂線，所有這些鉛垂線就構(gòu)成了一個(gè)曲面。最大特點(diǎn)：柱面展平后，井眼長(zhǎng)度和井斜角都保持不變。優(yōu)點(diǎn)：

憑著這兩張圖，即可了解井眼的空間形狀,可以反映出井身參數(shù)的真實(shí)值，作圖容易，利用測(cè)斜資料算出每個(gè)測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)位置，即可作圖。39井眼軌跡的基本概念5/8/2024定向井井眼軌跡控制技術(shù)一、概述二、定向井設(shè)計(jì)與計(jì)算三、定向井專用工具四、定向井測(cè)量?jī)x器五、定向井井眼軌跡控制40井眼軌跡的基本概念5/8/2024一、概述1、定向井的概念定向井：是指按照預(yù)先設(shè)計(jì)的軌跡鉆進(jìn)，具有井斜和方位變化的井。

它是由特殊井下工具、測(cè)量?jī)x器和工藝技術(shù)有效控制井眼軌跡，使鉆頭沿著特定方向鉆達(dá)地下預(yù)定目標(biāo)的鉆井工藝技術(shù)。

41井眼軌跡的基本概念5/8/20242、定向井的基本應(yīng)用

（1）地面限制：高山、森林、城鎮(zhèn)、重要建筑、沼澤；良田、草場(chǎng)；海洋、湖泊、河流、鹽田。42井眼軌跡的基本概念5/8/2024（2）地下地質(zhì)條件要求。

用直井難以穿過的復(fù)雜層、鹽丘和斷層等。43井眼軌跡的基本概念5/8/2024

（3）處理井下事故的特殊要求。

遇到井下事故無法處理或不易處理時(shí)，常采用定向井技術(shù)。如：掉鉆頭、斷鉆具、卡鉆等。

44井眼軌跡的基本概念5/8/2024

（4）提高經(jīng)濟(jì)效益的特殊需要。土耳其天然堿礦對(duì)接井施工（5）增產(chǎn)措施、煤礦安全、工程救險(xiǎn)等。45井眼軌跡的基本概念5/8/20243、定向井的類型按施工技術(shù)方法：自然彎曲定向井人工彎曲定向井按設(shè)計(jì)井眼軸線形狀：二維平面定向井三維平面定向井按設(shè)計(jì)最大井斜角：低斜度定向井（最大井斜﹤15°）中斜度定向井（最大井斜﹤

15°～45°）

大斜度定向井（最大井斜﹤

45°～85°）

水平井（最大井斜﹥85°）

按井底結(jié)構(gòu)分類：?jiǎn)蔚锥ㄏ蚓嗟锥ㄏ蚓?6井眼軌跡的基本概念5/8/2024二、定向井設(shè)計(jì)與計(jì)算

1、井眼軌跡的基本參數(shù)

（1）監(jiān)測(cè)參數(shù):

井深：是指井口至測(cè)點(diǎn)的井眼長(zhǎng)度。

井斜角：井眼方向線與鉛垂線之間的夾角。以正北方位線為始邊，順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)到井眼方位線上所轉(zhuǎn)過的角度。方位角：47井眼軌跡的基本概念5/8/2024（2）計(jì)算參數(shù):

垂深：是指井眼軌跡上的點(diǎn)至井口水平面的距離。

N坐標(biāo)和E坐標(biāo)：井眼軌跡上的點(diǎn)在以井口為原點(diǎn)的水平面坐標(biāo)系里的坐標(biāo)值。水平位移：是指井眼軌跡上的點(diǎn)至井口所在鉛垂線的距離。井斜變化率：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度井段內(nèi)井斜角的變化值。方位角變化率：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度井段內(nèi)方位角的變化值。全角變化值：沿井眼前進(jìn)方向上，兩測(cè)點(diǎn)之間的空間角度變化。也稱為“狗腿角”。

全角變化率：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度井段內(nèi)的全角變化值。

48井眼軌跡的基本概念5/8/20242、

鉆孔軸線空間位置的計(jì)算（1）切線法（2）平衡切線法（3）平均角法（4）曲率半徑法（5）最小曲率法（6）Mercury

參考書目：1、《受控定向鉆探技術(shù)》江天壽周鐵芳

2、《水平井井眼軌跡控制》蘇義腦

3、《定向鉆井技術(shù)》王清江49井眼軌跡的基本概念5/8/2024

3、方位角基準(zhǔn)變換由于采用了不同正北方向的基準(zhǔn)，所以定義了三種方位角：真方位角、磁方位角和坐標(biāo)方位角。

真方位角：井眼軸線上某測(cè)點(diǎn)的方向線（切線）在水平面上的投影與真北方向線之間的夾角。磁方位角：井眼軸線上某測(cè)點(diǎn)的方向線（切線）在水平面上的投影與磁北方向線之間的夾角。

坐標(biāo)方位角：井眼軸線上某測(cè)點(diǎn)的方向線（切線）在水平面上的投影與坐標(biāo)北之間的夾角。50井眼軌跡的基本概念5/8/2024真方位角=磁方位角+磁偏角坐標(biāo)方位角=真方位角-子午線收斂角坐標(biāo)方位角=磁方位角+磁偏角-子午線收斂角磁偏角示意圖各方位角之間的關(guān)系最小曲率法計(jì)算鉆孔軸線空間位置51井眼軌跡的基本概念5/8/202452井眼軌跡的基本概念5/8/202453井眼軌跡的基本概念5/8/2024

4、定向井的井眼軌跡設(shè)計(jì)

（1）定向井相關(guān)術(shù)語

造斜點(diǎn)：開始定向造斜的位置。

造斜率：表示造斜工具的造斜能力，其值等于所鉆井段的井眼曲率。靶點(diǎn)：鉆井工程設(shè)計(jì)中規(guī)定的必須鉆達(dá)的地層位置,亦稱之為目標(biāo)點(diǎn)。靶區(qū)半徑：允許井眼軌跡偏離靶點(diǎn)的距離。靶區(qū)：以靶區(qū)半徑為半徑的圓面。54井眼軌跡的基本概念5/8/2024（2）定向井的井眼軌跡類型

二維定向井三維定向井

（1）三段式（2）多靶三段式（3）五段式（4）雙增式55井眼軌跡的基本概念5/8/2024（3）井眼軌跡設(shè)計(jì)步驟選擇井眼軌跡形狀；確定造斜點(diǎn)（側(cè)鉆點(diǎn)、分支點(diǎn)）；選定造斜率、確定最大井眼曲率；求得井眼軌跡的待定參數(shù)；井身計(jì)算及井眼軌跡繪圖。56井眼軌跡的基本概念5/8/2024三、定向井專用工具1、造斜鉆頭2、井下動(dòng)力鉆具3、定向接頭4、無磁鉆桿（或無磁鉆鋌）5、扶正器（穩(wěn)定器）6、震擊器7、鍵槽破壞器8、懸掛短節(jié)9、浮閥10、撓性接頭57井眼軌跡的基本概念5/8/2024造斜鉆頭58井眼軌跡的基本概念5/8/2024螺桿鉆具59井眼軌跡的基本概念5/8/2024無磁承壓鉆桿、無磁鉆鋌60井眼軌跡的基本概念5/8/2024上圖：斜口引鞋右圖：定向接頭61井眼軌跡的基本概念5/8/2024四、定向井測(cè)量?jī)x器1、磁羅盤單、多點(diǎn)照相測(cè)斜儀2、有線隨鉆測(cè)斜儀3、無線隨鉆測(cè)斜儀（壓力脈沖、聲波、電磁波等）4、電子多點(diǎn)測(cè)斜儀5、照相單、多點(diǎn)陀螺測(cè)斜儀6、電子陀螺測(cè)斜儀7、引導(dǎo)中靶系統(tǒng)62井眼軌跡的基本概念5/8/2024五、定向井井眼軌跡控制

1、基本概念

（1）實(shí)質(zhì)：井眼軌跡控制的實(shí)質(zhì)，就是不斷地控制井眼的前進(jìn)方向。井眼方向由井眼的井斜角和井斜方位角來表示的。（2）要求：在實(shí)鉆過程中，設(shè)法使實(shí)鉆的井眼軌跡盡可能符合設(shè)計(jì)的井眼軌道。（3）井眼方向控制內(nèi)容：

--井斜角的控制：增斜、降斜、穩(wěn)斜

--井斜方位角控制：增方位、降方位、穩(wěn)方位63井眼軌跡的基本概念5/8/2024

2、軌跡控制的主要內(nèi)容

（1）造斜工具或鉆具組合的選擇（2）造斜工具的裝置方位計(jì)算－－裝置角的計(jì)算；－－動(dòng)力鉆具反扭角的計(jì)算；

（3）實(shí)時(shí)進(jìn)行軌跡測(cè)量和軌跡計(jì)算。－－測(cè)量?jī)x器的選擇，測(cè)量密度和測(cè)點(diǎn)密度的選擇；

－－根據(jù)軌跡計(jì)算結(jié)果，提出下步軌跡控制要求；－－井眼前進(jìn)方向的預(yù)測(cè)。

（4）井下定向工藝和鉆進(jìn)工藝64井眼軌跡的基本概念5/8/2024

3、軌跡控制的幾條原則

（1）既要保證中靶，又要加快鉆進(jìn)。

“太遠(yuǎn)”可能造成脫靶。頻繁地更換鉆具和測(cè)斜將增加鉆井成本和導(dǎo)致井下復(fù)雜情況。

（2）盡可能多地使用轉(zhuǎn)盤鉆的扶正器鉆具組合來進(jìn)行控制。

轉(zhuǎn)盤鉆的鉆速比動(dòng)力鉆具高。當(dāng)方位偏差太大或轉(zhuǎn)盤鉆不能完成增斜要求。

（3）盡可能利用地層的自然規(guī)律。

地層因素導(dǎo)致鉆頭的不對(duì)稱切削，或引起井斜方位的變化。盡可能利用自然規(guī)律，減少利用工具進(jìn)行控制的時(shí)間。（4）條件允許盡可能使用導(dǎo)向鉆具+MWD

同時(shí)實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)鉆進(jìn)和復(fù)合鉆進(jìn)。65井眼軌跡的基本概念5/8/2024

4、造斜工具的裝置角（安裝角、工具面角）井斜鉛垂面與造斜工具面的夾角(還不夠準(zhǔn)確！)；以井斜鉛垂面為基準(zhǔn)，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)到造斜工具面上所轉(zhuǎn)過的角度；在井底平面上，以高邊方向線為基準(zhǔn)，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)到工具面與井底圓的交線上所轉(zhuǎn)過的角度；66井眼軌跡的基本概念5/8/2024

5、工具面角與井斜角、方位角之間的變化關(guān)系：

工具面角在Ⅰ、Ⅱ象限，方位均增加；工具面角在Ⅲ、Ⅳ象限，方位均減??；工具面角在Ⅰ、Ⅳ象限，井斜角都是增加的；但工具面角在Ⅱ、Ⅲ象限，井斜角并非都是減小的。只在綠色區(qū)域是減小，在粉紅色區(qū)域內(nèi)仍然是增大的。67井眼軌跡的基本概念5/8/2024

6、直井段施工技術(shù)總原則：防斜打直（1）按照地層條件布置和設(shè)計(jì)鉆孔。（2）確保設(shè)備安裝和開孔質(zhì)量。（3）采用合理的鉆進(jìn)方法和規(guī)程參數(shù)。（4）正確選用鉆具

鐘擺鉆具偏重鉆具滿眼鉆具或簡(jiǎn)易鋼性鉆具：特殊結(jié)構(gòu)的防斜鉆具主動(dòng)垂鉆系統(tǒng)

68井眼軌跡的基本概念5/8/20247、定向井造斜段施工技術(shù)

（1）造斜工具的定向方法

69井眼軌跡的基本概念5/8/2024

（2）定向造斜工具（井下動(dòng)力鉆具）

a、定向彎接頭+螺桿鉆具優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：造斜率低，鉆頭偏移大。

b、單彎螺桿定向造斜鉆具優(yōu)點(diǎn)：造斜率高。缺點(diǎn)：萬向軸受力復(fù)雜。

c、雙彎螺桿定向造斜鉆具利用彎外殼+彎接頭組合，通過改變兩個(gè)結(jié)構(gòu)彎角的大小來實(shí)現(xiàn)造斜率的調(diào)整。

d、動(dòng)力鉆具帶偏心墊塊

70井眼軌跡的基本概念5/8/2024（3）造斜井段施工要求

a、采用隨鉆跟蹤測(cè)斜，計(jì)算和作圖結(jié)合預(yù)測(cè)井眼軌跡變化趨勢(shì)，如造斜率達(dá)不到要求，及時(shí)采取相應(yīng)措施進(jìn)行調(diào)整。

b、按照設(shè)計(jì)的鉆進(jìn)參數(shù)鉆進(jìn)，要求司鉆送鉆均勻，使井眼曲率變化平緩，井眼軌跡圓滑。

（調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)改變?cè)煨甭?；改變近鉆頭鉆具組合）

c、控制好井斜方位的變化，因地層等因素造成方位嚴(yán)重漂移，影響中靶或鄰井安全限定區(qū)域時(shí)，使用造斜鉆具及時(shí)對(duì)方位角進(jìn)行調(diào)整。

71井眼軌跡的基本概念5/8/2024（4）井斜角變化率的控制

a、普遍使用“彎外殼螺桿鉆具組合”造斜；

b、井下動(dòng)力鉆具的長(zhǎng)度影響造斜率，螺桿鉆具比渦輪鉆具更易造斜；

c、彎殼體螺桿結(jié)構(gòu)彎角度數(shù)一般在0°～2°范圍按0.25°級(jí)差進(jìn)行分級(jí)，若彎角太大，鉆具不易下井，大彎角鉆具多用于強(qiáng)行扭方位；

d、改變鉆壓和調(diào)整工具面角均能改變?cè)煨甭剩?/p>

e、地層特性（各向異性、硬度）影響造斜率；

f、由于加工精度原因，相同彎角的鉆具可能造斜率不同；

g、較深的硬地層造斜井段，PDC鉆頭優(yōu)于牙輪鉆頭，PDC鉆頭的壽命長(zhǎng)、進(jìn)尺多，而牙輪鉆頭產(chǎn)生金屬碎屑的危險(xiǎn)性相對(duì)較大。72井眼軌跡的基本概念5/8/2024（5）扭方位施工如果井眼軌跡的方位漂移量過大，通過預(yù)測(cè)有脫靶的危險(xiǎn)，這時(shí)要強(qiáng)行改變井眼軌跡的前進(jìn)方向，即扭方位，使之恢復(fù)到能中靶的方位上來。

a、扭方位鉆具組合的結(jié)構(gòu)及鉆進(jìn)參數(shù)與常規(guī)定向造斜鉆具的基本相同；

b、盡可能選擇可鉆性和穩(wěn)定性較好的地層實(shí)施扭方位作業(yè)；

c、由于深井形成的反扭角較大，因此扭方位施工一般采用隨鉆測(cè)斜儀配合作業(yè)；

d、全力扭方位時(shí)會(huì)伴隨井斜角減小效應(yīng)，因此扭完方位后，再通過增斜手段調(diào)整井斜角，保證得到較好的井眼軌跡；

73井眼軌跡的基本概念5/8/2024（6）造斜段施工技術(shù)措施及注意事項(xiàng)

a、下井的增斜鉆具結(jié)構(gòu)要符合設(shè)計(jì)要求；

b、發(fā)現(xiàn)下井的增斜鉆具不合理，要及時(shí)調(diào)整或更換；

c、必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)或定向技術(shù)人員制定的鉆井參數(shù)施工；

d、增斜鉆進(jìn)時(shí)，泵壓適中并滿足增斜要求；

e、如果鉆具剛性變大，下鉆時(shí)注意遇阻情況，地層較軟時(shí)防止鉆出新井眼；

f、根據(jù)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)及時(shí)作圖，分析出井眼軌跡的實(shí)際情況；

g、鉆完一個(gè)單根后，測(cè)量井底數(shù)據(jù)并分析鉆具是否滿足設(shè)計(jì)要求，如不符合及時(shí)調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)或更換鉆具組合。74井眼軌跡的基本概念5/8/2024（7）復(fù)雜情況及處理

※造斜不成功

原因

相應(yīng)措施75井眼軌跡的基本概念5/8/2024

※鉆出新井眼（“褲襠”井）

新井眼往往在以下情況中可能出現(xiàn)：

①較淺、較疏松的地層；②狗腿較大的井段，如造斜段、扭方位井段；③鉆具鋼性改變以后。

預(yù)防措施：

①如造斜是在較淺、較疏松的地層進(jìn)行，盡可能使井斜角、方位角平緩變化，避免形成大的狗腿；②下鉆遇阻時(shí)，一般均采取劃眼、開泵沖下等辦法，但一定要注意鉆壓、泵壓的變化。③每鉆完一個(gè)單根，都要反復(fù)劃眼，修正孔壁，使井眼光滑。

76井眼軌跡的基本