定向井基础
定向井基础知识
定向井基础知识一、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（米：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垂深《m》：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》4 水平位移（M）：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》严格意义上水平位移为闭合距在设计井眼轨迹上的投影位移闭合距井眼轨迹投影于水平面与设计轨迹投影于水平面的夹角井底与井口连线在水平面上的投影线的长为总闭合距（习惯叫闭合距又叫总水平位移），5、视位移（m）：水平位移在设计方位线上的投影长度，称为视位移，是绘制垂直投影图的重要参数，单位为“米”。
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，称为该点的井斜角，单位为“度”。
7/方位角（°）：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，其所转过的角度称为该点的方位角，单位为“度”。
8、磁偏角：在某一地区内，其磁北极方向线与地理北极方位线之间的夹角，称为该地区的“磁偏角”，顺时针为正，逆时针为负。
磁方位校正为磁方位角加上该地区的磁偏角。
9、造斜点（KOP）：在定向井中，开始定向造斜的位置叫“造斜点”。
通常以开始定向造斜的井深来表示。
10、造斜率：表示造斜工具的造斜能力，常用“°/100m”表示。
11、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。
12，方位变化率：单位井段内方位角的变化速度称为“方位变化率”，常用“°/100m”表示。
13、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。
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。
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时针旋转至井斜方位线所转过的角度。
4、井斜变化率：单位井段内井斜角的绝对变化值称为井斜
变化率，通常以两测点间的井斜角的变化量与两测点间井
段的长度比值表示。
5、井斜方位变化率：单位井段内井斜方位角的绝对变化值
称为井斜方位变化率，通常以两测点间的井斜方位角的变
化量与两测点间井段的长度比值表示。
6、垂深：垂深即测点的垂直深度，是指井身上任一点至井
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二、定向井设计
（一）、井身剖面的设计原则
1、能实现钻定向井的目的； 2、应尽可能利用地层的自然造斜规律； 3、在选择造斜点、井眼曲率、最大井斜角等参数时， 应有利于钻井、采油和修井作业； 4、在满足钻井目的的前提下，力求使设计的全井斜 井深最短，有利于安全、优质、快速钻井，降低钻井成本； 这方面要考虑以下几个问题： （1）、选择合适的井眼曲率； （2）、选择易钻的井眼形状； （3）、选择适当的造斜点； （4）、设计的井身剖面形状应与井身结构同时考虑。 （5）、优质的钻井液。
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按设计最大井斜角可分为：
1、低斜度定向井：设计的最大井斜角不超过15度，这种定 向井由于井斜角小，钻进时井斜、方位不易控制，钻井 难度大。
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。
口所在平面的距离。
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7、水平位移：井眼轴线上某一点在水平面上的投影至井口的 距离，又称闭合距。 8、闭合方位或总方位：是指以正北方位线为始边顺时针转至 闭合距方位线上所转过的角度。 9、N（北）坐标E（东）坐标：是指测点以井口为原点的水平 面坐标系里的坐标值。 10、视平移：是井身上某点在某一垂直投影面上的水平位移， 这个“水平位移”不是真实的水平位移。所以称之为视平移。 11、最大井斜角：无论设计剖面还是实钻剖面，全井井斜角的 最大值，称为最大井斜角。 12、磁偏角：在某一地区内，其磁北极方向线与地理北极方位 线之间的夹角，称为该地区的磁偏角。 13、全角变化率：“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三维空间的角 度变化。它既包含了井斜角的变化又包含着方位角的变化。
定向井基本知识
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。
《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。
石油钻井行业定向井技术课件
井斜角的变化范围：0～180°
一、定向井基础知识
(3) 方位角φ ： 以正北方位线为始边， 顺时针方向旋转到井眼方位 线上所转过的角度。 井斜方位角增量Δ φ ： 上下测点的井斜方位角之差。 Δ φ ＝φ B－φ A 方位角的变化范围：0～360° （4）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。 （5）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。 单 位为：°／30m、 °／25m 、 °／100m 。
特点：
难度较三段制剖面大，主要原因是 有降斜段。降斜段会增大扭矩、摩阻 （如小水平位移深定向井采用三段式 剖面轨迹难控制）。
一、定向井基础知识
2、三维定向井剖面
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。 三维绕障设计 纠偏三维设计
一、定向井基础知识
2. 投影图示法
垂直投影图 轨迹在设计方位 线所在的铅垂面上 的投影。 原点：井口 横坐标：视平移 V 纵坐标：垂深 D 缺点：垂直投影图不能真实地反映井深L、 井斜角α和水平位移S 等轨迹参数。 + 水平投影图 轨迹在水平面 上的投影。 原点：井口
坐标轴：N、E
一、定向井基础知识
一、定向井基础知识
（6）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。
（7）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，也称该点的闭合距。
（8）视位移：水平位移在设计方位线上投影长度，称为视位移。
定向井基本知识及防碰知识
- 90° +0°
谨记：
以下量上
顺正逆负
转角
0°
- 90°
使用单弯螺杆定向（扭方位）时，应注意入井前 量取螺杆弯曲方向与定向直接头间的夹角，称为“弯 差角”。
弯差角的量取原则同样是“以下量上，顺正逆负”。 计算实际工具面面的公式为：
实际工具面=所测工具面-弯差角
如图中，弯差角应为 －90°。 如某次测得工具面为240 °，则
定向井钻具组合的选择
遵循先繁后简、先大后小的原则。 第一增斜段要求下入较大尺寸的扶正器，以
利下部井段钻具组合有较多的选择。
无论是双扶增斜、双扶稳斜钻具组合，第一 扶正器尺寸足够才能达到较好的效果。
双扶稳斜时，无磁钻铤外径偏小可倒一根较 粗钻铤，达到良好的稳斜稳方位效果。
丛式定向井井组整体设计注意问题
定= φ预－φ工＋ φ反扭
=L60－R50＋35= L 75°
反查工具面
如果第二根测得的工具面，与预定工具面 相差甚远，首先复查胶片，确认有无把工 具面读反。
然后上提钻具，钻杆印记对应的转盘刻度 应该恰好等于定角，否则就是方角量反， 或者钻具发生转动。
定向施工举例
方钻杆刻度线 丈量Ø转１、 Ø方均以下刻度
转= 定＋方=12５+（-75）=５
=120+15=135度
０度
（反扭角假设取20度）
（钻杆钢印与转盘０刻度重
合则Ø转１为０）
扭方位施工举例
重力工具面效果图 方钻杆刻度线
Ø方 Ø转１
钻杆（铤）刻度线
转盘刻度线
假设当前井斜为30度，方位为 120度，需要稳（微增）井斜、 全力增方位
丈量Ø转１、Ø方均以下刻度为 基准，图例Ø转１为负，假设为 -30度；Ø方为负值，假设为-40 度。实测工具面假设为左偏60 度
定向井基本知识
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。
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2018/10/10 7
按定向井的钻井的目的可分为： 1、救援井：为抢救某一口井的井喷、着火而设计施工的 定向井。 2、多目标井：为钻达数个目的层位而设计施工的定向井。 3、绕障（三维）井：为绕过地下某种障碍而设计施工的 定向井。 4、立槽斜井：采用斜直钻机施工，从井口开始倾斜的定 向井。 5、多底井：凡在一个井口下面有两个以上井底的井称多 底井。用定向侧钻的方法完成。 定向侧钻是在已钻主井眼内，按预定方向和要求侧钻 一口新井的工艺过程。根据侧钻的目的可分为纠斜侧钻、 避开落鱼侧钻、二次完井侧钻等。根据侧钻方法可分为 套管开窗侧钻和裸眼侧钻。套管开窗侧钻又有套管段铣 和斜向器开窗之分。
2018/10/10 10
7、水平位移：井眼轴线上某一点在水平面上的投影至井口的 距离，又称闭合距。 8、闭合方位或总方位：是指以正北方位线为始边顺时针转至 闭合距方位线上所转过的角度。 9、N（北）坐标E（东）坐标：是指测点以井口为原点的水平 面坐标系里的坐标值。 10、视平移：是井身上某点在某一垂直投影面上的水平位移， 这个“水平位移”不是真实的水平位移。所以称之为视平移。 11、最大井斜角：无论设计剖面还是实钻剖面，全井井斜角的 最大值，称为最大井斜角。 12、磁偏角：在某一地区内，其磁北极方向线与地理北极方位 线之间的夹角，称为该地区的磁偏角。 13、全角变化率：“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三维空间的角 度变化。它既包含了井斜角的变化又包含着方位角的变化。
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(二)、定向井的分类：
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成的 定向井。四段制是指在一口定向井中由直井段、 增斜井段、稳斜井段、降斜井段四个井段组成 的定向井。五段制是指在一口定向井中由直井 段、增斜井段、稳斜井段、降斜井段、稳斜井 段五个井段组成的定向井。定向井的剖面均由 直、增、稳、降中的某几项来组合 。
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按一个井场或平台钻井数可分为：
1、单一定向井。 2、双筒井：用一台钻机交叉作业，同时钻 出井口相距很近的两口定向井或一直一斜。 3、丛式井（组）：凡在一个井场或平台上 有计划的钻两口或以上的定向井（含直 井），这些井组统称丛式井。丛式井中的 任一定向井可为多目标井、大位移井、水 平井等井型。
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二、定向井设计
（一）、井身剖面的设计原则 1、能实现钻定向井的目的； 2、应尽可能利用地层的自然造斜规律； 3、在选择造斜点、井眼曲率、最大井斜角等参数时， 应有利于钻井、采油和修井作业； 4、在满足钻井目的的前提下，力求使设计的全井斜 井深最短，有利于安全、优质、快速钻井，降低钻井成本； 这方面要考虑以下几个问题： （1）、选择合适的井眼曲率； （2）、选择易钻的井眼形状； （3）、选择适当的造斜点； （4）、设计的井身剖面形状应与井身结构同时考虑。 （5）、优质的钻井液。
定 向 井 工 艺
2018/10/10
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目录
一、定向井基本知识
二、水平井简介
三、定向井技术要求和注意事项
四、螺杆钻具
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一、定向井基本知识
2018/10/103一Fra bibliotek定向井基本知识
（一）、定向井的应用： 定向井的应用归纳起来有以下几个方面： 1、地面限制 2、地下限制 3、钻井技术需要。 4、经济勘探开发油气藏的需要 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 保温和油井的管理。
2018/10/10 6
按设计最大井斜角可分为： 1、低斜度定向井：设计的最大井斜角不超过15度，这种定 向井由于井斜角小，钻进时井斜、方位不易控制，钻井 难度大。 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 率半径又可细分为长、中、中短、短四种曲率半径的水 平井。水平井钻进相对较难，多数需要特殊设备、钻具、 工具、仪器以及特殊工艺。
2018/10/10 9
（三）、定向井的基本概念： 1、测深：井眼轴线上任一点到井口的井身长度，称为该点 的测深，也称为该点的测量井深。 2、井斜角：某测点处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处的井斜角。井眼方向线和重力线都 是有向的直线。 3、井斜方位角：井斜方位角是指以正北方向线为始边，顺 时针旋转至井斜方位线所转过的角度。 4、井斜变化率：单位井段内井斜角的绝对变化值称为井斜 变化率，通常以两测点间的井斜角的变化量与两测点间井 段的长度比值表示。 5、井斜方位变化率：单位井段内井斜方位角的绝对变化值 称为井斜方位变化率，通常以两测点间的井斜方位角的变 化量与两测点间井段的长度比值表示。 6、垂深：垂深即测点的垂直深度，是指井身上任一点至井 口所在平面的距离。
2018/10/10 12
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。坐标换算方法如下： X （地理北） △Y 目标点(Xb,Yb) △X 井口（Xa，Ya） O Y（地理东） 上图给定的井位坐标即井口坐标（ Xa ， Ya ），目标点坐标 (Xb,Yb) 和 目的层垂深H 。 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 Φ=arctg△Y/△X(以上图为例)。
2018/10/10 5
按设计井眼轴线形状分：
1、两维定向井：是指井眼轴线形状只 在某个铅垂平面上变化的定向井，它们的井 斜角是变化的，而方位角是不变的。 2、三维定向井：是指井眼轴线超出某 一铅垂平面而在三维空间中变化的定向井。 三维定向井既有井斜变化，又有方位角的变 化。三维定向井又可分为三维纠偏井和三维 绕障井。