井眼轨迹的基本概念

1、2、井眼轨迹的基本概念2.1、井眼轴线的图示法2.2、井眼轨迹的基本参数2.3、井斜变化率和井斜方位变化率2.4、井眼曲率及其计算为了描述井眼在空间的形态及坐标位置，首先介绍一下在钻井工程中常用的坐标概念。2.1、井眼轴线的图示法 正常使用的坐标为地理坐标，即正东E、正北N、正南S和正西W以及海拔H，这种坐标体系是在子午线的基础上定义的。中华人民共和国大地原点-陕西泾阳县永乐镇石际寺村境内，亦称大地基准点，是中国的地理中心，具体位置在：北纬343227.00东经1085525.00 。 在钻井工程当中，坐标系通常指使用正北和正东坐标，以N和E表示，是指测点在以井口为原点的水平面坐标系里的坐标值

2、。2.1、井眼轴线的图示法由上图可知，我们并不能看清它的实际空间形态，怎详把这条空间曲线画出来，让别人了解它的空间形状呢?常见的有三种图示法。 如下图水平面坐标系内的实钻井眼轴线，两个坐标轴，一根是正北方向，一根是正东方向。如图所示，A，B的水平坐标分别为（NA,EA）和（NB,EB）一、三维坐标图示法： 形状复杂，结构简单。 无法给人以立体感。 需要采用辅助面增强立体感。注：只在特殊时候采用。2.1、井眼轴线的图示法井眼轴线的特点：2.1、井眼轴线的图示法二、投影图表示法 优点：从图上可直接看出，需要增斜还是需要降斜，需要增方位还是需要减方位。也可根据这张图，可以想象出井眼轴线的空间形状。缺

3、点：这种垂直投影图不能反映出井身参数的真实值。 相当于机械制图中的视图表示法，在国外使用广泛。 这种图示法包括两张图：一张是水平投影图，相当于俯视图。 一张是垂直投影图，相当于侧视图，其投影面选在原设计方位线所在的铅垂平面上(横坐标V，纵坐标D或H)。 投影图主要用于指导施工。H2.1、井眼轴线的图示法三、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。H 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

4、。 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。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。2.2、井眼轨迹的基本参数直井段上测点增斜段最大井斜角max

5、降斜段水平位移下测点2.2、井眼轨迹的基本参数（1）井深：直井段上测点增斜段最大井斜角max 降斜段水平位移 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。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。 井深常以字母表示，单位为米(m)。井深的增量称为井段，以表示。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。井深的增量是下测点井深减去上测点井深。下测点2.2、井眼轨迹的基本参数（2）井斜角：指测点处的井眼方向线与重力线之间的夹角就是该测点处的井斜角。 显然，井眼方向线与重力

6、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。 井斜角常以希腊字母表示，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，以表示。 2.2、井眼轨迹的基本参数（3）井斜方位角：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）。 井眼轴线投影到水平面上以后，过其上每一点作投影线的切线，该切线向井眼前进方向延伸部分，即为该点的井眼方位线，或称井斜方位线。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

7、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。2.2、井眼轨迹的基本参数（3）井斜方位角：2.2、井眼轨迹的基本参数注意，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，以表示。井斜方位角的值可以在0360 范围内变化。（3）井斜方位角：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。2.2、井眼轨迹的基本参数（4）磁偏角 磁偏角分为东磁偏角和西磁偏角。东磁偏角指磁北方位线在正北方位线的东

8、面，西磁偏角指磁北方位线在正北方位线的西面。用磁性测斜仪测得的井斜方位角称为磁方位角，并不是真方位角，需要经过换算求得真方位角。这种换算称为磁偏角校正。换算的方法如下： 真方位角磁方位角东磁偏角 真方位角磁方位角西磁偏角2.2、井眼轨迹的基本参数（4）磁偏角磁偏角地图2.2、井眼轨迹的基本参数（5）象限角 井斜方位角还有另一种表示方式，称“象限角”它是指井斜方位线与正北方位线或与正南方位线之间的夹角。象限角在 090度之间变化。书写时需注明所在的象限，如N67.5W。象限方位角校正，更为麻烦。区别东西磁偏角；区别在哪个象限里；2.2、井眼轨迹的基本参数（5）象限角 1. 我国胜利油田的磁偏角大

9、约是西偏5.50。某测点测得井斜方位角为2.50，求真方位角=？2. 我国新疆克拉玛依油田的磁偏角大约是东偏4.10。某测点测得井斜方位角为3580，求真方位角=？3. 西磁偏角5.50，测得方位角292.50，求真方位角=？如果用象限角表示，象限角=？4. 东磁偏角50，测得方位角1200，求真方位角=？如果用象限角表示，象限角=？磁偏角校正(课堂练习)2.2、井眼轨迹的基本参数1. 我国胜利油田的磁偏角大约是西偏5.50。某测点测得井斜方位角为2.50，求真方位角=？答：真方位角=35702. 我国新疆克拉玛依油田的磁偏角大约是东偏4.10。某测点测得井斜方位角为3580，求真方位角=？答

10、：真方位角=2.103. 西磁偏角5.50，测得方位角292.50，求真方位角=？如果用象限角表示，象限角=？答：真方位角=2870；测得象限角=N67.50W；校正后象限角=N730W；4. 东磁偏角50，测得方位角1200，求真方位角=？如果用象限角表示，象限角=？答：真方位角=1250；测得象限角=S600E；校正后象限角= S550E ；磁偏角校正(课堂练习)2.2、井眼轨迹的基本参数2.2、井眼轨迹的基本参数 造斜工具作用方向线与井眼轴线构成的平面；（6）井斜铅垂面：（7）造斜工具面：井眼方位线所在的铅垂平面；井斜方位线所在的铅垂平面；井底圆上高边方向线所在的铅垂平面；2.2、井眼轨

11、迹的基本参数 井斜铅垂面与造斜工具面的夹角；以井斜铅垂面为基准，顺时针旋转到造斜工具面上所转过的角度； 在井底平面上，以高边方向线为基准，顺时针旋转到工具面与井底圆的交线上所转过的角度；（8）装置角(工具面角)：2.2、井眼轨迹的基本参数（9）装置方位角：装置方位角=工具面角+井斜方位角2.2、井眼轨迹的基本参数 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值来表示。（10）目标点（11）靶区及靶区半径（定向井） 允许实钻井眼轨迹偏离设计目标点之间的距离，称为靶区半径 。 在目标点所在的（水平）面（垂直于入靶方向线）上，以目标点为圆心，以靶区半径为半径的一个

12、圆面积，称为靶区。 （12）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。 简称垂深，是指轨迹上某点至井口所在水平面的距离。垂深的增量称为垂增。垂深常以字母H（或）表示，垂增以 H（或）表示。 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S（或）表示，平增以S （或）表示。2.2、井眼轨迹的基本参数（13）垂直深度：（14）水平投影长度（15）坐标和坐标： 是指轨迹上某点在以井口为原点的水平面坐标系里的坐标值。 简称平移，指轨迹上某点至井口所在铅垂线的距离，或指轨迹上某点至井口的距离在水平

13、面上的投影。此投影线称为平移方位线。水平位移常以字母A表示。2.2、井眼轨迹的基本参数(16)水平位移： 指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，常以字母表示。（17）平移方位角：为水平位移在设计方位线上的投影。视平移以字母表示。2.2、井眼轨迹的基本参数（19）视平移： 国外将水平位移称作闭合距(Closure Distance)，将平移方位角称作闭合方位角(Closure Azimuth)。我国现场常特指完钻时的水平位移为闭合距，平移方位角为闭合方位角。(18)闭合距与闭合方位 使用井底马达进行定向造斜或扭方位时，动力钻具启动前的工具面与启动后且加压钻进

14、时的工具面之间的夹角，称为反扭角。反扭角总是使工具面逆时针转动（20）反扭角井斜角和井斜方位角是在随着井深而不断变化的。既然在变化，就有变化快慢之分。变化率就是变化的快慢。 井斜变化率：是指井斜角随井深变化的程度，以表示。严格地讲，井斜变化率是井斜角对井深的一阶导数，可写为：2.3、井斜变化率和井斜方位变化率 求得的乃是该测段的平均井斜变化率： 以增量代替微分，以相邻二测点间的井斜角变化值（）与二测点间井段长度（L）的比值来表示井斜变化率的。2.3、井斜变化率和井斜方位变化率 井斜方位变化率：是指井斜方位角随井深变化的程度，以表示。严格地讲，井斜方位变化率是井斜方位角 对井深的一阶导数，可写为

15、： 以增量代替微分，以相邻二测点间的井斜方位角变化值（ ）与二测点间井段长度（L）的比值来表示井斜方位变化率的。2.3、井斜变化率和井斜方位变化率水平投影图上的曲率KA:2.3、井斜变化率和井斜方位变化率柱面图上的曲率：垂直剖面图上的曲率KH:2.3、井斜变化率和井斜方位变化率 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。“狗腿严重度” ，“狗腿度” ，“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。或者指单位长度井段内狗腿角的大小。造斜率全角变化率全角变化值 井眼上从一个点到另一个点，井眼前进方向变化的角度（两点处井眼前进方向线之间

16、的夹角）成为两点间的全角变化值（也称两点间的狗腿角）。第一套公式的图解法：2.4、井眼曲率及其计算（1）作水平射线；（2）作c ；（3）以一定长度代表单位角度，量；（4）自点向作垂线， 垂足为点；（5）按步骤（3）中的比例（以长度代表角度的比 例），量；（6）连接、，并量、长度，按步骤（3）中的比例换算成角度，此角度即狗腿角。第一套公式的图解法：2.4、井眼曲率及其计算若用半角和平均角形式表达,则可得: 第二套计算公式：这是Lubinsky先生根据空间平面圆弧曲线推导的假定测段是斜面圆弧曲线，则测段的狗腿角：式中 ：2.4、井眼曲率及其计算第二套公式证明由CDE和CDE得：二式联立可得：有几何关系可得：此四式代入上式可得：2.4、井眼曲率及其计算第二套公式查图法：2.4、井眼曲率及其计算 （1）选取一定比例，以一定长度代表单位角度，作线段，使其长度代表1 ；第三套计算公式这套公式源于沙尼金图解法，其表达式为：这显然是任意三角形余弦定理的表达式，因而也可用图解法来解：2.4、井眼曲率及其计