井眼轨迹的基本概念-钻井工程
定向井水平井钻井技术-简介
1. 地面定向法(定向下钻法) Nhomakorabea十字打印法：
1) 事先在每根要使用的钻杆公母接头上， 扁錾打上“十”字钢印；要注意两个钢 印必须处在同一条母线上； 2) 下钻过程中测量每两个单根连接处的钢 印偏差角度，上相对于下顺时针为正， 逆时针为负，进行详细记录；
3) 下完钻后，将所有偏差值相加即得到最 上面钢印与造斜工具面的偏差角度，若 为正说明钢印在工具面的顺时针方向某 角度处，若为负说明钢印在工具面的逆 时针方向某角度处， 。
• (2) 计算水平距离的加权平均值JJ：
n 1
1 1 1 J i ( Li 1 Li 1 ) J1 ( L2 L1 ) J n ( Ln Ln 1 ) 2 2 2 JJ i 2 Ln L1
• (3) 轨迹符合率的计算：
实钻井眼轨迹
靶区
水 平 位 移
N
北
β-方位角 实际轨迹 靶点
β
设计轨道
E东
• 测点的井眼方向和测段的段长
L L2 L1
et cos1 eH sin 1 cos1 eN sin 1 sin 1 eE
• 井眼轨迹的其他参数：
– – – – 垂深(H)、N坐标(N)、E坐标(E) 水平长度(S)和水平位移(A) 平移方位角(β)和视平移(V) 井眼曲率(K)
（4）邻井距离扫描图的绘制
原理：
1) 寻找最近测点
• • 两口井都要有测斜资料。 从基准井出发，寻找基准井上每一个测 点与被扫描井距离最近的测点。
•
由于每个测点在空间的坐标位置是已知
的，所以可以计算基准井上某一点（M） 到被扫描井上每一点的距离，然后进行 比较，找出最近测点。
井钻井工程设计概述
井钻井工程设计概述引言井钻井工程是石油和天然气开采过程中的重要环节之一。
井钻井工程设计是为了合理设计和规划井眼轨迹，确定井身强度及完整性，确保井下作业的安全和高效进行。
本文将简要概述井钻井工程设计的主要内容。
井钻井工程设计的目标井钻井工程设计的主要目标是确定合适的井眼轨迹，确保钻井过程的安全、高效和经济。
其具体目标如下：1.设计合理的井眼轨迹，以避开井下障碍物并最大限度地减小井眼磨损。
2.确定井壁稳定性，预防井壁塌陷和漏失。
3.确定井眼直径和套管尺寸，以确保井身强度和完整性。
4.优化钻井液设计，以提高钻井效率和降低成本。
5.制定防漏失措施，确保井身和环境的安全。
井钻井工程设计的主要内容井钻井工程设计的主要内容包括：井眼轨迹设计、井身设计、钻井液设计和安全设计。
1. 井眼轨迹设计井眼轨迹设计是井钻井工程设计的基础。
通过综合考虑地质条件、目标层位、井斜、井深等因素，确定合适的井眼轨迹以实现目标层位的钻探和采收。
常用的井眼轨迹包括直井、弯曲井、水平井等。
2. 井身设计井身设计是为了确保井身的强度和完整性。
通过确定合适的套管尺寸和井眼直径，预防井壁稳定性问题，避免井壁塌陷和漏失。
井身设计需考虑井身构造、井眼直径、套管尺寸及其强度等因素。
3. 钻井液设计钻井液设计是为了提供合适的钻井环境，保证钻井作业的顺利进行。
钻井液的主要功能包括冷却和润滑钻头、清除井底碎屑、控制地层压力等。
钻井液设计需考虑钻井液性能、配方、固相含量、循环体系等因素。
4. 安全设计安全设计是井钻井工程设计中至关重要的一环。
安全设计需全面考虑井下作业的风险，并制定措施预防事故的发生。
安全设计包括确定安全阀设计压力、井下报警系统、应急救援计划等。
总结井钻井工程设计是石油和天然气开采过程中至关重要的一环，设计合理的井眼轨迹、井身强度和完整性、钻井液性能以及安全设计都是井钻井工程设计中的关键内容。
只有综合考虑地质条件、工程要求和安全风险，合理设计井钻井工程，才能保障钻井作业的顺利进行，并实现经济高效的开采效果。
直井定向井井斜控制
最大特点：柱面展平后，井眼长度和井斜角都保持不变。
优点：
凭着这两张图，即可了解井眼的空间形状,可以反映出井
身参数的真实值，作图容易，利用测斜资料算出每个测点 的坐标位置，即可作图。
H
§3-3 直井钻井技术
三、井斜的危害 1、使井眼偏离设计井位 ，将打 乱油气田开发的布井方案。 2、使井深发生误差，使所得的地 质资料不真实。 3、给钻井工作增加困难，甚至造 成井下复杂事故。 4、使钻柱磨损和折断或造成井壁 坍塌及键槽卡钻等事故。 5、下套管困难，套管居中，影响 固井质量。 6、影响采油及注水工作，常引起 油管和抽油杆的磨损和折断，甚至 造成严重的井下事故。 所以，井斜过大对油气田的勘探 和开发都有很大危害。如何控制井 斜是钻井工作的一个重要课题。
（2）层状地层对井斜的影响
钻头在倾斜的层状地层中钻进时，当钻至每个层面交界处时，此处岩层不能长时 间支持所加的钻压而趋向沿垂直层面发生破碎。在井眼上倾一侧的小斜台很容易 钻掉。相反，在井眼下倾一侧却残留一个小斜台；它就向小变向器作用一样，对 钻头施加一个横向力，把钻头推向上倾的一侧，从而引起井斜。
参数的真实值。
井眼轴线的图示法
二、柱面图表示法：
包括两张图：
一张是水平投影图，相当于俯视图，与投影图表示法相同； 一张是垂直剖面图(横坐标 P，纵坐标D或 H)，与垂直投影
图不同，它不是在某个铅垂平面上的投影。
垂直剖面图的形成：实钻井眼是一条空间曲线，设想经过
这条曲线上的每一个点作一条铅垂线，所有这些铅垂线就构成 了一个曲面。
2、钻具原因
钻具导致井斜的主要因素是钻 具的倾斜和弯曲。一是引起钻头 倾斜，在井底形成不对称切削； 二是使钻头受到侧向力的作用， 迫使钻头进行侧向切削。 （1）导致钻具的倾斜和弯曲的 原因： ①由于钻具直径小于井眼直径 钻具和井眼之间有一定的间隙。 ②钻压使下部钻具受压弯曲。 弯曲钻柱将使靠近钻头的钻具弯 曲更大。 ③下入井内的钻具本来就是倾 斜和弯曲的。
第一节井眼轨迹的基本参数
第一节井眼轨迹的基本参数井眼轨迹的基本参数是石油钻井过程中的重要参考数据，能够描述井眼在地下的几何形状、位置和方向等信息。
井眼轨迹的基本参数包括偏位、井深、井斜角和方位角等。
一、偏位偏位是指井眼轨迹在地层中与井口位置的相对位置关系，可以分为水平偏位和垂直偏位。
水平偏位指在地平面上井眼轨迹与井口的横向距离，垂直偏位指井眼轨迹在地层中与井口的纵向距离。
水平偏位通常用平面坐标系来表示，如笛卡尔坐标系或极坐标系。
在笛卡尔坐标系中，水平偏位可以通过井口位置和井眼轨迹点的平面坐标差来计算。
而在极坐标系中，水平偏位可通过井口位置和井眼的方位角、井斜角来计算。
垂直偏位通常用垂直深度来表示，垂直深度是指井眼轨迹中一些点相对于井口的垂直距离。
垂直深度可以通过井眼轨迹的井深和垂直角来计算。
二、井深井深是指井眼轨迹点相对于井口的累计垂直距离。
在钻井过程中，井深通常用来衡量井眼轨迹的长度，以确定井筒的总长度。
井深可以通过测量井眼轨迹中每个点的垂直深度来计算。
要准确计算井深，需要确保测量的垂直深度具有一定的精度和准确性。
三、井斜角井斜角是指井眼轨迹与垂直方向之间的夹角，用来描述井眼轨迹的倾斜程度。
通常用角度来表示，单位为度。
井斜角可以通过测量井眼轨迹中两个点之间的水平偏位和垂直偏位来计算。
以两个点的方位角和高程差来计算井斜角。
四、方位角方位角是指井眼轨迹在平面坐标系中与参考方向之间的夹角，用来描述井眼轨迹的走向。
方位角通常用角度来表示，单位为度。
方位角的测量一般以正北方向为基准，顺时针增加。
方位角可以通过测量井眼轨迹中两个点之间的水平偏位来计算，或者通过测量井眼轨迹中每个点与基准方向之间的夹角来计算。
以上就是井眼轨迹的基本参数，包括偏位、井深、井斜角和方位角。
这些参数在石油钻井中起到重要的作用，能够帮助工程师确定井筒的几何形状和方向，为后续的钻井作业提供重要的参考数据。
钻井工程-10-测斜与计算
2. 投影图示法 垂直投影图
轨迹在过井口和 目标点的铅垂面上 的投影。 原点：井口
纵坐标：
+
水平投影图
V
V
轨迹在水平面 上的投影。 原点：井口
坐标轴： D 视平移 V N θ S α’
目标点
横坐标：
φ
缺点：垂直投影图不能真实地反映井深L
和井斜角α等轨迹参数。
LP E
设计 方位线
3. 柱面展开图示法（二图法） 垂直剖面图 + 水平投影图
（３）井斜方位角 井斜方位角的另一种表示方式： 象限角：指井斜方位线与正北方 位线或与正南方位线之间的夹角。 象限角的变化范围：
0 ~ 90 之间。
磁偏角： 磁北方位与正北方位之间的夹角。 磁偏角校正： 真方位角= 磁方位角 + 东磁偏角
真方位角= 磁方位角 - 西磁偏角
二、轨迹的计算参数
由基本参数计算得到的参数。
（1）垂直深度 D （垂深）：轨迹上某点至井口所在水 平面的距离。垂深增量称为垂增 （ D ）。
（2）水平投影长度 Lp （水平长度、平长）：
井眼轨迹上某点至井口的长度在水平面上的投影， 即井深在水平面上的投影长度。
水平长度的增量称为平增 （ L ）
（3）水平位移 S （平移）：轨迹上某点至井口所在 的铅垂线的距离，（或：在水平投影面上，轨迹 上某点至井口的距离）。 平移方位线：在水平投影面上，井口至轨迹上某 点的连线。国外将水平位移称作闭合距 我国将完钻时的水平位移称为闭合距 （4）平移方位角 ： 平移方位线所在的方位角。 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。
表达的参数：垂深 D, 水平长度Lp ,井深 Dm ,井斜角 a .
井眼轨迹的基本概念
井斜方位角：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，即井斜方位角。
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。
井斜方位角以字母φ表示。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Δφ表示。井斜方位角的值可 以在0～360° 范围内变化。
井眼轨迹的基本概念
1、井眼轨迹的基本参数 2、井斜变化率和井斜方位变化率 3、井眼曲率及其计算 4、井眼轴线的图示法
1.井眼轨迹的基本参数
井眼轨迹，实指实钻的井眼轴线。 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”。 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”。 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。
注意“方向”与“方位”的区别。方位线是水平面上的矢量，而方
向线乃是空间的矢量。只要讲到方位，方位线，方位角，都是在某 个水平面上；而方向，方向线和狗腿角，则是在三维空间内(当然也 可能在水平面上)。井眼方向线是指井眼轴线上某一点处井眼前进的 方向线。
井眼轨迹的基本参数
（3）井斜方位角：
井眼轨迹的基本参数
井 底 圆 上 高 边
方向线所在的铅 垂平面；
（7）造斜工具面：
造斜工具作用方向线
与井眼轴线构成的平面；
井眼轨迹的基本参数
（8）装置角(工具面角)：
井斜 铅垂 面与造斜工 具面
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。
第一讲 定向井轨迹基本概念
计算井眼曲率
井眼从一个点到另一个点，井眼前进 方向变化的大小，称为方向变化角，用符 号γ表示：
K
L
目前，在国内外定向钻井工程中，有两 种表示井眼曲率的方法
一种是全角变化率：全角变化值γ
sin c
2 2 2
一种是狗腿严重度：狗腿角γ
cos cos1 cos 2 sin 1 sin 2 cos
另一种情况是根据内插的难易程度进 行选择。曲线内插的计算公式比直线内插 的公式要复杂得多。当内插工作量很大、 需要简化计算时，或者要求的内插精度不 很高时，可以选用直线法进行内插。
4)轨迹内插给定的条件
在一个测段(井段)内进行内插，需要
首先知道该测段两端点的基本参数(井深L、
井斜角a和井斜方位角Ф)和坐标值(垂深D、
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：
(6)视平移
视平移：亦称投影位移，是水平位移在设 计方位线上的投影长度。视平移以字母V表 示。如图5—5所示，A、B二点的视平移分 别为VA、VB。 所谓设计方位线，是指在水平面上，井口 指向目标点的直线。 当实钻轨迹与设计轨迹偏差很大时甚至背 道而驰时，视平移可能成为负值。
(7)井眼曲率
井眼曲率：指井眼轨迹曲线的曲率。。 由于实钻井眼轨迹是任意的空间曲线， 其曲率是不断变化的，所以在工程上常常 计算井段的平均曲率。
垂深的增量称为垂增，垂增以ΔD表示 。 垂增ΔD＝ΔDB—ΔDA
(2)水平投影长度
水平投影长度：简称水平长度或平长， 是指井眼轨迹上某点至井口的长度在水 平面上的投影，即井深在水平面上的投 影长度。 水平长度的增量：称为平增。平长以字 母上表Lp示，平增以Δ Lp表示。 平长和平增在图 5—4中是指曲线的长度。
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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ΔD m表示。
测段：二测点之间的井段称为测段。
井眼轨迹空间曲线
图
(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。
井斜角增量(Δα)：
下测点井斜角与上测点井斜角之差。
Δα＝α
B －α
A
(3) 井斜方位角φ(井眼方位角、方位角)：
在水平投影图上，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。
井眼方位线(井斜方位线)：
某测点处的井眼方向线在水平面上的投影。
井斜方位角增量Δφ：
上、下测点的井斜方位角之差。
Δφ＝φB－φA 井斜方位角的变化范围：0～360°。
目前广泛使用的磁性测斜仪是以地球磁北方位为基准的，磁北方位与正北方位并不重合而有一夹角，即磁偏角，分东磁偏角西磁偏角
东磁偏角：指磁北方位线在正北方位线的东面。
西磁偏角：指磁北方位线在正北方位线的西面。
磁偏角校正：目前广泛使用的磁性测斜仪是以
地球磁北方位为基准的，所测得的井斜方位角为磁
方位角，并不是真方位角。
需要经过换算求得真方
位角，称为磁偏角校正：
真方位角=磁方位角+东磁偏角
真方位角=磁方位角-西磁偏角
一．轨迹的基本参数
磁偏角：磁北方位与正北方位之间的夹角。
磁偏角分类：东磁偏角及西磁偏角
磁偏角校正：
真方位角＝磁方位角＋东磁偏角
真方位角＝磁方位角－西磁偏角
一．轨迹的基本参数
(3)井斜方位角φ另一种表示方式：
象限角：指井斜方位线与正北方位线或与正南方位线之间的夹角。
变化范围：0～90之间。
一．轨迹的基本参数
二．轨迹的计算参数
计算参数：由基本参数计算得到的参数。
作用：描述轨迹的形状和位置，也可用于轨迹绘图(1) 垂直深度Ｄ(垂深)：轨迹上某点至井口所在水平面的距离。
垂深增量称为垂增(ΔＤ)。
(2) 水平投影长度Lp(水平plane长度、平长)：
井眼轨迹上某点至井口的长度在水平面上的投影，即井深在水平面上的投影长度。
水平长度的增量称为平增(ΔL p)。
井眼轨迹空间曲线
图
二．轨迹的计算参数
(3) 水平位移Ｓ(平移)：
轨迹上某点至井口所在铅垂线的距离(或：在水平投影面上，轨迹上某点至井口的距离)。
平移方位线：在水平投影面上，井口至轨迹上某点的连线。
我国将完钻时的水平位移称为闭合距。
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,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。
二．轨迹的计算参数(6) 视平移Ｖ：
水平位移在设计方位线上的投影长度。
7)狗腿角γ：对一个测段(或井段)来说，上、下二测点处的井眼方向线是不同的，两条方向线之间的夹角(注意是在空间的夹角)称为“狗腿角”，也有人称为“全角变化”。
二．轨迹的计算参数
狗腿角的计算：
1.Lubinski公式：
cosγ=cosα
A
·cosαB+sinαA·sinαB·cos(φB-φA) 2.钻井行业标准计算公式：
γ=(Δα2+Δφ2·sin2αc)0.5
α
c =(α
A
+α
B
)/2
γ——该测段的狗腿角，(°)；
α
c
——该测段的平均井斜角，(°)。
(7)井眼曲率、狗腿严重度、全角变化率Ｋc
定义：指井眼轨迹曲线的曲率(curvature)，一般指平均曲率。
原因是实钻井眼轨迹是任意的空间曲线，其曲率是不断变化的，无法计算每一点的曲率，所以，在工程上常常计算井段的平均曲率。
计算公式：
K c =30γ/ΔD
m
Ｋc——该测段的平均井眼曲率，(°)/30m；
二．轨迹的计算参数
三.井眼轨迹的图示法
对井眼轨迹(空间曲线)图示方法有两种：1.三维坐标法：
垂直投影图+水平投影图。
2.柱面图示法：
垂直剖面图(柱面展开图)+水平投影图。
三维坐标法柱面图示法
水平投影图
相当于机械制图中的俯视图，是将井眼轨迹这条空间曲线投影到井口中心所在的水平面上。
图中坐标为N坐标和E坐标，以井口中心为坐标原点。
投影面：水平面
坐标系：以井口为原点、Ｎ坐标轴、Ｅ坐标轴。
表达的参数：Ｎ坐标值、Ｅ坐标值、水平位移S、
水平长度Lp、闭合距、井斜方位角φ、
平移方位角θ、闭合方位角。
垂直投影图
相当于机械制图中的侧视图，即将井眼轨迹这条空间曲线投影到过井口中心的某个铅垂平面上。
经过井口中心的铅垂平面有无数个，应该选择那个呢？(铅垂平面讨论)
我国钻井行业标准规定，该铅垂平面选择设计方位线所在铅垂平面(即井口和目标点所在的铅垂面)。
这样的垂直投影图与设计的垂直投影图进行比较，可以看出实钻井眼轨迹与设计井眼轨迹的差别，便于指导施工中轨迹控制。
图中的坐标为垂深D和视平移V，也是以井口中心为坐标原点。
垂直投影图
投影面：
过设计方位线的铅垂面，即井口和目标点所在的铅垂面。
坐标系：
原点(井口)、横坐标(视平移V)、纵坐标(垂深D)表达的参数：
垂深D、视平移V、井斜的增减趋势。
垂直剖面图
参看上图，设想经过井眼轨迹上的每一个点作一条铅垂线，所有这些铅垂线就构成了一个曲面，在数学上称作柱面。
将柱面展开，就形成了垂直剖面图。
坐标系：原点(井口)、横坐标(水平长度)、
纵坐标(垂深)。
表达参数：垂深D、水平长度L
p 、井深D
m
、井斜角α。
3．垂直剖面图
垂直剖面：过井眼轴线上各点垂线组成的柱面展开图。
坐标系：原点(井口)、横坐标(水平长度)、
纵坐标(垂深)。
表达的参数：垂深D、水平长度L p、井深D
、井斜角α。
m。