井眼轨迹设计与控制方法
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。
川南页岩气水平井井眼轨迹控制技术
水 平 井 水 平 段井 眼轨 迹 在优 质 页 岩 内部 的实 际垂 向
同 ，通 常随钻测井伽马数据分为两类 ：一类为某井 可 调 整 范 围仅 数 米 。 在 页岩 气 勘 探 阶段 ，通 常 面 临 深度测量 一平 均伽 马数值 ；一类 为某井深度可提供 资料 匮乏 、页岩储层 产状识别不清 晰等困难 ；在 页 探测 仪 器周 边 ８ 个 方位 的伽 马测 井值 ，施 工 中为减 少 岩气 开发阶段 ，受物探 预测垂 向分 辨率物理极 限限 数据传输量 ，这个 ８ 个记录合成为仪器周边上 、下 、 制 ，尚不 具备 对 埋 深超 过 ３ ０ ０ ０ ｍ的页 岩储 层 开展 纵 左 、右４ 个方位伽马值传输至地面。对于笔者应用到 向上 数 米 的小 范 围储 层 产 状 精 细 描 述 工 作 条 件 。故 的上 、下 伽 马 ，记 为 Ｇ Ｒ 、Ｇ Ｒ 。利 用 上述 两 种 随钻 保 障 页岩气 水 平井 水平 段井 眼轨 迹优 质 页岩 钻遇 测量伽 马数据计算近钻头地层视倾角的方法不同。 率 ，更 多需要依托地质工程一体化 的井 眼轨迹控制 ２ ． １ 随钻 伽 马值计 算地 层视 倾角 方法 技术。
ｌ 页岩 目的层 测井 曲线特征分 析
通 过 单 一 随 钻伽 马 测 量值 计 算 地 层 视 倾 角 的 原
理 是假 设 地层 在 小 范 围 内相 对 稳 定 ，利 用 新 钻 遇 地 依 据 针对 川 南 海 相 下 志 留 统 龙 马 溪 组 页 岩 气 探 层 Ｇ Ｒ值 与 已钻 遇 地 层 Ｇ Ｒ值进 行 对 比 ，找 出 同一 套 井 ｗＹ１ 井 、Ｙ Ｙ１ 井 、Ｄ Ｙ１ 井 、Ｊ Ｙ１ 井 实 钻 资 料分 析 ， 地 层 层 面 ，计 算 其 水 平 位 移 与垂 向位 移 数 值 ，进 而
井眼轨迹与井身结构设计
方位角：测点处正北方向至井眼方向 线在水平面投影线间夹角，度。
Ｎ fA
Ａ Ｏ
fB Ｂ
Ｅ
第 18 页
第一节 基本概念
一、轨迹的基本参数
方位变化率：方位角对பைடு நூலகம்深的变化率，即钻进单位井段，方
位角的变化，度/30米walk rate Ｎ
fB fA
Ｂ
K
Ｌ
B
A
Ｌ
B
A
Ａ Ｅ
Ｏ
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第一节 基本概念
第一节 基本概念
二、轨迹的计算参数
基本参数：测斜仪器在每个测点上测得参数（井深、井斜角和井斜方位角）。 计算参数：根据基本参数计算出来的参数。
(1)垂直深度，简称垂深； (2)水平投影长度，简称水平长度或平长； (3)水平位移，简称平移； (4)平移方位角； (5) N坐标和E坐标； (6)视平移，亦称投影位移； (7)井眼曲率，狗腿严重度、全角变化率。
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第一节 基本概念
一、轨迹的基本参数
井斜方位角还可用“象限角”表 示。 “象限角”指井斜方位线与正 北方位线或正南方位线之间的夹角。 象限角在0～90度之间变化。
N67.5ºW读作由北向西偏了67.5º。
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第一节 基本概念
一、轨迹的基本参数
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A Ｂ
Δα 表 示 。 AB 井 段 井 斜 角 增 量 为
Δα＝αB - αA 。
Ｂ
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第一节 基本概念
一、轨迹的基本参数
井斜变化率 ：井斜角对井深的变化率，即钻过单位井深井斜角的
变化。度/30米(build rate,drop rate)
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。
复杂地层钻井井眼轨迹控制技术
复杂地层钻井井眼轨迹控制技术摘要：时代在发展，科技在进步，在国民经济发展的驱动下，井下资源被大量开发，为了确保开井的顺利进行，井眼轨迹控制技术就显得尤为重要，而井眼控制过程中受到很多因素的影响，特别是地质条件、地貌特点以及井眼开发等因素，但是由于地质特点是人力可不控制的，就需要加强对井眼钻进轨迹的有效控制，本文主要对钻井井眼轨迹控制技术中的常见参数进行介绍，针对不同阶段的井段轨迹控制过程操作和技术进行简要分析以及合理的控制。
关键词：钻井，定向井，井眼轨迹一、井眼轨迹的基本参数井眼轨迹主要指的是实际钻进的井眼轴线，在实际钻进施工过程中，井眼轴线其实就是钻进时的一种空间曲线，想要控制井眼轨迹，首先要全面掌握这条空间曲线的整体形状和分布特点，简单来讲就是井眼轨迹测量，也称为测斜。
现阶段，我国使用比较普遍的测量方法是每隔一个测段进行一次点测。
通常情况下，轨迹参数主要包括井深、井斜角以及井斜方位角这三个基本参数。
1.井深井深又称斜深或者测量井深，主要指的是从井口到测量点之间的长度，井口的位置一般以转盘面为基准点，一般情况下，通过对电缆或者钻井的长度进行测量来获取井深值，因此，井深是一种双向指标，是测量参数又是位置标志。
在测量过程中，井深值的增加量叫做井段，在同一个测量段上的两个不同测量点，井深值相对小的点叫做上测量点，反之，井深值较大的点叫做下测量点，两个测量点之间的长度差叫段长，井段计算方式为下测量点与上测量点之间的差值。
2.井斜角井斜点主要指的是在钻井测量点地方的井眼线与重力垂直线之间的角度，而井斜角则表示的是井眼轨迹与井斜点的斜率值，在同一区域内，下测点与上测点的差值代表的就是该测段内的斜率增加量。
3.井斜方位角所谓的井斜方位线指的是在井眼空间曲线某一个点上沿井眼水平方向投射到水平面上的线，在投射线上的点作切线，并将切线向着井眼统一延伸，就可以获得该点的井眼方位线。
以钻井上的某一点的正北方向为基准边，沿着顺时针方向进行旋转所获得的角度即为井斜方位角。
3.定向井轨迹控制技术
定向井轨迹控制技术钻井四公司一、直井段防斜打直定向井直井段控制原则是防斜打直。
直井段不直，不仅影响定向造斜的顺利完成，还会因上部井段造成的位移影响下步轨迹控制。
负位移会造成实际施工中比设计更大的造斜率和更大的最大井斜，正位移情况相反。
位移向设计方向两侧偏离，就将两维定向井变成三维定向井，造成下步轨迹控制困难。
如果丛式井直井段发生井斜，还会造成两口定向井直井段井眼相碰的施工事故。
1、防斜原理造成井斜的原因为地质因素和钻具弯曲。
控制井斜实质就是控制钻头造斜力，地层造斜力是不可改变的，唯一可控制的是下部钻柱组合和钻井参数，通过改变下部组合和调节钻井参数可抵抗地层造斜力，使井斜控制在一定范围内。
常用组合：钟摆组合、刚性满眼组合、塔式组合、柔性钟摆组合、偏轴接头、双驱复合钻、垂直导向工具（power-V等）2、不同井眼钻具组合及钻进参数选择普通定向井直井段施工中，应采用本地区最不易斜的钻具组合。
A：常规组合12-l／4″井眼一般采用塔式钻具组合：12-1／4″钻头＋9″钻铤＊3根＋8″钻铤＊6根＋6-1／4″钻铤＊9根＋5″钻杆。
8-1／2″井眼通常采用钟摆钻具组合：8-l／2″钻头＋7″钻铤＊2根＋214mm稳定器＋6-l／4″钻铤＊6根＋5″加重钻杆15根+5″钻杆。
钻进参数：钻水泥塞采用轻压吊打方式，12-1／4″井眼，正常钻进钻压常采用180－200KN，吊打时常采用50－80KN；8-1／2″井眼正常钻进钻压常采用120－140KN，吊打时常采用30－50KN。
B：双驱组合12-1/4″井眼φ311.1mmPDC钻头+φ244.5mm直螺杆+φ228.6mm钻铤*2根+φ203.2mm无磁钻铤*1根+φ203.2mm钻铤*6根+φ177.8mm钻铤*9根+φ127 mm钻杆注:如果使用钻具扶正器,应接在φ228.6mm和φ203.2mm钻铤之间8-1/2″井眼φ215.9mmPDC钻头+φ172mm直螺杆+φ158.8mm钻铤*1根+φ214mm扶正器+φ158.8mm钻铤*6根+φ127mm加重钻杆*15根+φ127mm 钻杆钻压：20-80KN 转盘转速：45-60rpm 排量：40-45l/s 泵压：15-18MPaC：直井段长度影响1）造斜点深度小于500米，采用塔式或钟摆钻具，严格控制钻压、保证井斜角不大于lº。
第五节 定向井造斜工具及轨迹控制
第五节定向井造斜工具及轨迹控制造斜：由垂直井段开始钻出具有一定方位的斜井段的工艺过程。
造斜点：开始造斜时的深度。
垂直井段开始倾斜的起点。
造斜工具：(1)井底动力钻具造斜工具；(2)转盘钻造斜工具。
(3)混合钻进造斜工具——导向式马达第五节定向井造斜工具及轨迹控制一、井底动力钻具造斜工具动力钻具(井下马达)：涡轮钻具、螺杆钻具、电动钻具。
工作特点：在钻进过程中，动力钻具外壳和钻柱不旋转，有利于定向造斜。
1、动力钻具造斜工具的种类三种：弯接头、弯外壳马达、偏心垫块。
(1)弯接头(斜接头)造斜原理：迫使钻头倾斜，造成对井底的不对称切削；井壁迫使弯曲部分伸直，由钻柱的弹性力使钻头产生侧向切削。
影响弯接头造斜率的因素：弯角越大，造斜率越大；一般为0.5°～2.5°。
弯曲点以上钻柱的刚度越大，造斜率越大；弯点至钻头的距离越小且重量越小，造斜率越大；钻速越小，造斜率越高。
(2)弯外壳马达(原理与弯接头类似)(3)偏心垫块杠杆原理，垫块作为支点。
弯接头、弯外壳马达、偏心垫块。
２.涡轮钻具的结构与特性结构：特性：转速与流量成正比，扭矩与流量的平方成正比，压降与流量的平方成正比，功率与流量的三次方成正比。
流量一定时，转速随扭矩的减小而增大。
空转时，转速达到最高，所以不应当用涡轮钻具进行划眼。
涡轮钻具工作特性图２．螺杆钻具的结构与特性特性：(1)螺杆钻具的转速、扭矩、压力降、功率与流量之间的关系，与涡轮钻具相同。
(2)螺杆钻具的扭矩与压力降成正比。
压力降可从泵压表上读出，扭矩则反映所加钻压的大小，所以可以看着泵压表打钻。
根据泵压表上的压力降还可以换算出钻头上的扭矩，从而可以较为准确地求得反扭角。
螺杆钻具螺杆钻具工作特性示意图二、转盘钻造斜工具变向器、射流钻头、扶正器组合。
１、变向器早期造斜工具。
现在仅用于套管内开窗侧钻，或不适宜用动力钻具的井内。
钻头上安放1个大喷嘴、2个小喷嘴。
靠大喷嘴射流冲击出斜井眼。
《轨迹控制》PPT课件
2.2 轨道类型 常规二维定向井轨道类型：按照我
国钻井行业标准规定，有四种类型： 三段式，多靶三段式，五段式和双 增式，如图5-20~5-23所示。不同类 型的轨道，它们的设计条件和计算 公式各不相同。
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关节点：图中的字母K 代表造斜点， b 代表增斜结束点，t 代表目标点， c 代表五段式的降斜始点或双增式 的第二次造斜点，d 代表多目标井 的目标终点。所有这些点称为关节 点。这些关节点的参数均以相应字 母为下标。
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磁性测斜仪的原理：如图5-8所示，罗 盘靠一顶尖支撑，可在仪器中灵活转动， 不管仪器外壳如何转动，罗盘的S极始 终指北。在仪器中心悬挂一个“十字” 重锤，不管仪器外壳如何倾斜，重锤始 终指向重力方向。
静止测量时，照相机对着透明的罗盘面 照相，所以“十字”图形也被照在底片 上。然后相机自动进卷，再记录下图 参看图5-7，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。其特点是可以展平 到一个平面上，就形成了垂直剖面 图。该图的两个坐标是垂深D 和水 平长度Lp。
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第二节 井眼轨道设计
1 井眼分类
分类标准说明：按轨道。
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
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1.4 轨迹基本参数的特性 问题讨论： 1)井深、井斜角和井斜方位角3参
1)地面环境条件的限制； 2)地下地质条件的要求； 3)处理井下事故的需要。 4 井眼轨迹控制(导向)基本方法
定向钻井轨迹控制一般方法
未来定向钻井技术的发展将更加注重智能化、自动化、高效化，进一 步提高钻井精度和效率，降低成本和风险。
02 定向钻井轨迹控制的重要 性
提高钻井效率
减少钻井时间和成本
通过精确控制钻头方向和深度，可以减少不必要的钻井时间和成 本，提高钻井效率。
避免钻井事故
准确的轨迹控制可以避免钻头偏离目标，减少卡钻、井斜等事故的 发生，提高钻井安全性。
05 结论
定向钻井轨迹控制技术的发展趋势
智能化
高精度
随着人工智能和机器学习技术的快速发展 ，定向钻井轨迹控制技术将更加智能化， 能够实现自动化决策和实时优化。
为了提高钻井效率和降低成本，定向钻井 轨迹控制技术将向高精度方向发展，实现 更精确的钻孔定位和轨迹控制。
多学科交叉
环保与安全
定向钻井轨迹控制技术将涉及多个学科领 域，如地质学、地球物理学、计算机科学 等，实现多学科交叉和融合。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
提高油气勘探开发效率
定向钻井技术的应用可以大幅度提高油气勘探开发的效率，缩短勘 探周期，降低开发成本。
降低钻井成本
01
02
03
优化钻井方案
通过精确的轨迹控制，可 以减少钻井过程中的复杂 情况，降低钻井难度和成 本。
提高钻井成功率
准确的轨迹控制可以保证 钻井成功率和一次成功率， 从而降低二次钻井和修井 的费用。
基于人工智能的轨迹控制方法
总结词
基于人工智能的轨迹控制方法是利用人工智能和机器学习技术，对大量历史钻井数据进行学习，自动识别地下地 质特征，预测钻头前方地层走向，并自动调整钻头方向和钻井轨迹。
详细描述
这种方法需要大量的历史钻井数据作为训练样本，通过机器学习和深度学习技术，训练出能够自动识别地质特征 和预测钻头前方地层走向的模型。基于人工智能的轨迹控制方法具有较高的自动化程度和预测精度，是未来定向 钻井技术发展的重要方向。
第5章井眼轨迹与井身结构设计
第一节 基本概念
一、轨迹的基本参数
(3)井斜方位角（Φ）：
某测点处的井眼方向线投影到水 平面上，称为井眼方位线，或井斜 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上所转 过的角度，即井眼方位角。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。井斜方位角的增 量是下测点的井斜方位角减去上测 点的井斜方位角：ΔΦ＝ΦB - ΦA
第五章 井眼轨道设计与轨迹控制
主要内容: 第一节 基本概念 第二节 井眼轨道设计的原则与方法 第三节 井身结构设计
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第五章 井眼轨道与井身轨迹设计
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。
19世纪末 打直井 20世纪20年代末 直井防斜技术 20世纪30年代初 打定向井
井斜角 ：测点处井眼方向线（切线，
指前）与重力线间的夹角，度。
井斜角（α），单位为度：过井
Ｏ
眼轴线上某测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。显然，
A
井眼方向线与重力线都是有向线段。 井斜角表示了井眼轨迹在该测点处 倾斜的大小。井斜角的增量：以
第五章第五章井眼轨道与井身轨迹设计井眼轨道与井身轨迹设计33页页第五章第五章井眼轨道与井身轨迹设计井眼轨道与井身轨迹设计44页页第五章第五章井眼轨道与井身轨迹设计井眼轨道与井身轨迹设计55页页第五章第五章井眼轨道与井身轨迹设计井眼轨道与井身轨迹设计66页页第五章第五章井眼轨道与井身轨迹设计井眼轨道与井身轨迹设计77页页第五章第五章井眼轨道与井身轨迹设计井眼轨道与井身轨迹设计88页页第五章第五章井眼轨道与井身轨迹设计井眼轨道与井身轨迹设计99页页第五章第五章井眼轨道与井身轨迹设计井眼轨道与井身轨迹设计1010页页第一节第一节基本概念基本概念第五章第五章井眼轨道与井身轨迹设计井眼轨道与井身轨迹设计1111页页所谓井眼轨迹实指井眼轴线