第五章定向井

第五章井眼轨道设计

与轨迹控制概述：井眼轨道：一口井开钻之前，预先设计的井眼轴线形状。直井轨道：过井口的铅垂线。定向井轨道：二维定向井：过井口和目标点的铅垂面上的曲线。三维定向井：具有不同曲率的空间曲线。轨道设计：定向井、大斜度井、水平井、侧钻井、大位移井等。井眼轨迹：一口井实际钻成后的井眼轴线形状。轨迹控制：直井防斜打直。特殊工艺井控制井斜和方位，使轨道与轨迹相一致。概述：直井用途：油田开发和勘探。有井斜限制要求。定向井用途：1.地面环境条件的限制高山，湖泊，沼泽，河流，沟壑，海洋，农田或重要的建筑物等。2.地下地质条件的要求断层遮挡油藏、薄油层、倾角较大的地层钻进等。3.处理井下事故的特殊手段井下落物侧钻、打救援井等。4.提高油藏采收率的手段钻穿多套油气层、老井侧钻等。地面环境条件限制地下地质条件要求处理井下事故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”。井深、井斜角和井斜方位角----轨迹的三个基本参数。(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ΔDm表示。一．轨迹的基本参数(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，该切线向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＝αB－αA

一．轨迹的基本参数(3)井斜方位角φ（井眼方位角、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°。(3)井斜方位角φ：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（ΔＤ）。(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（ΔLp）。(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。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。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。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。(6)视平移Ｖ：水平位移在设计方位线上的投影长度。二．轨迹的计算参数(7)井眼曲率K（“狗腿严重度”、“全角变化率”）：指井眼轨迹曲线的曲率。平均曲率

Kc=30γ/ΔDm“狗腿角”或“全角变化”（γ）：

上、下二测点的两条方向线之间的夹角(空间夹角)。狗腿角的计算：Lubinski公式：

cosγ=cosαA·cosαB+sinαA·sinαB·cos(φB-φA)钻井行业标准计算公式：

γ=(Δα2+Δφ2·sin2αc)0.5αc=(αA+αB)/2

γ——该测段的狗腿角，(°)；

Ｋc——该测段的平均井眼曲率，(°)/30m；

αc——该测段的平均井斜角，（°）。三．井眼轨迹的图示法对一条空间曲线可以有不同的表示方法。三维坐标法：投影图示法：垂直投影图+水平投影图不能反映出真实的井深和井斜角。柱面图示法：垂直剖面图（柱面展开图）+水平投影图

柱面：设想经过井眼轨迹上每一个点作一条铅垂线，所有这些铅垂线构成的曲面称为柱面。将柱面展平，就形成了垂直剖面图。可以反映出真实的井身参数，如：井深、井斜角、垂深；作图简便。三．井眼轨迹的图示法１．水平投影图投影面：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。２．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）、纵坐标（垂深）表达的参数：垂深D、视平移V、井斜的增减趋势。三．井眼轨迹的图示法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Lp、井深Dm、

井斜角α。第二节轨迹测量及计算目的：掌握井眼轨迹参数的测量、计算、轨迹绘图方法。一．测斜方法及测斜仪简介1、测斜仪分类按工作方式分：单点式、多点式、随钻测量（有线、无线）。按工作原理分：磁性测斜仪（罗盘）、陀螺测斜仪（高速陀螺空间指向恒定）。2、测量内容井深Dm、井斜角α、方位角φ。一．测斜方法及测斜仪简介3、磁性测斜仪的工作原理仪器内主要由井斜刻度盘、罗盘、十字摆锤、照明和照相系统组成。罗盘的S极始终指北。（1）井斜角的测量当测斜仪随井眼倾斜时，十字摆锤始终指向重力线方向，重力线与仪器轴线的夹角即为井斜角。由摆锤在井斜刻度盘底片上的位置读取。（2）井斜方位角的测量摆锤所在铅垂线与仪器轴线（井眼方向线）构成井斜铅垂面，该井斜铅垂面与水平面的交线就是井斜方位线。摆锤在罗盘面上的投影位置所在的放射线与罗盘N极之间的夹角即为井斜方位角。注意：在井下罗盘标志方位与实际地理方位相反。（3）井深测量:根据电缆长度或钻柱长度。二．对测斜计算数据的规定1．测点编号：测斜自下而上，测点编号自上而下。第一个井斜角不等于零的测点作为第一测点。2．测段编号：自上而下编号。第i-1个点与第i点之间所夹的测段为第i测段。3．第０测点：第１测点的井深大于25m时，第０测点的井深比第１测点的井深小25m，且井斜角规定为零。第１测点的井深小于或等于25m时，规定第０测点的井深和井斜角均为零。4．若αi=0，则计算第i测段时，φi=φi-1；计算第i+1测段时，φi=φi+1。5．在一个测段内，井斜方位角变化的绝对值不得超过180°。φi-φi-1>180°时，Δφi=φi-φi-1-360°φc=(φi+φi-1)/2-180°φi-φi-1<-180°时，Δφi=φi-φi-1+360°φc=(φi+φi-1)/2+180°三．轨迹计算方法(6.20)1、计算顺序：计算的目的是算出每个测点的坐标值。从第１个测段开始，逐段向下进行；算出每个测段的坐标增量；累加求得测点的坐标值。第0测点的坐标值，D0=Dm0,Lp0=0,N0=0,E0=0。2、计算内容：

测点：五个直角坐标值(D,Lp,N,E,V)，

两个极坐标值(S,θ)。

测段：四个坐标增量(ΔD，ΔLp，ΔN，ΔE)，

井眼曲率Ｋc。3、计算方法的多样性要计算测段的四个坐标增量，就必须知道测段的几何形状。而测斜只能测上下两点的参数，测段形状未知。计算时只能假设测段形状，假设不同，计算方法不同。

三．轨迹计算方法（1）平均角法：假设测段是一条直线；该直线的方向是上下二测点处井眼方向的“和方向”（矢量和）。测段计算公式：

ΔD=ΔDm·cosαc

ΔLp=ΔDm·sinαc

ΔN=ΔDm·sinαc·cosφcΔE=ΔDm·sinαc·sinφcαc=（αi-1+αi）/2φc=（φi-1+φi）/2三．轨迹计算方法（2）圆柱螺旋线法假设测段形状为一条等变螺旋角的圆柱螺线；其两端与上下两测点处井眼方向向切。在水平投影图上是圆弧。在垂直剖面图上也是圆弧。测段计算公式：ΔD=[2ΔDm·sin(Δα/2)·cosαc]/ΔαΔLp=[2ΔDm·sin(Δα/2)·sinαc]/ΔαΔN=[4ΔDm·sin(Δα/2)·sinαc

·sin(Δφ/2)·cosφc]/(Δα·Δφ)ΔE=[4ΔDm·sin(Δα/2)·sinαc·sin(Δφ/2)·sinφc]/(Δα·Δφ)（3）曲率半径法美国人也曾提出了以圆柱螺旋线为模型的测段参数计算方法，称之为曲率半径法。其计算结果与圆柱螺旋线法相同。只是计算公式的表达形式不同。曲率半径法测段计算公式：

ΔD=ΔDm(sinαi-sinαi-1)/ΔαΔLp=ΔDm(cosαi-1-cosαi)/ΔαΔN=ΔDm(cosαi-1-cosαi)(sinφi-sinφi-1)/(Δα·Δφ)ΔE=ΔDm(cosαi-1-cosαi)(cosφi-1-cosφi)/(Δα·Δφ)（4）校正平均角法（3）、（4）的分母上有Δα、Δφ，一旦有一个增量为零就无法计算，郑基英教授在“圆柱螺线法”基础上，经过数学处理提出了“校正平均角法”。我国钻井行业标准规定使用的方法（校正平均角法）：测段计算公式：

ΔD=fD·ΔDm·cosαcΔLp=fD·ΔDm·sinαcΔN=fH·ΔDm·sinαc·cosφcΔE=fH·ΔDm·sinαc·sinφc其中：

fD=1-Δα2/24fH=1-(Δα2+Δφ2)/24注意：以上二式中的Δα和Δφ的单位为弧度。测段计算公式与平均角法公式的形式相似，只是在平均角法公式的基础上乘以校正系数fD和fH，因而称之为校正平均角法。第三节直井防斜技术井斜的危害：1、在地质勘探方面：造成地质资料失真；打乱合理的地下井网和开发方案。2、在钻井施工方面：恶化钻柱工作条件；易造成井壁坍塌和卡钻；易造成固井下套管困难和注水泥窜槽；纠斜侧钻增加成本。3、在开发采油方面：影响分层开采；影响修井工作；影响采收率（死油区）。一．井斜的原因

地质因素，钻具因素。1、地质因素地层倾斜和地层可钻性不均匀性两个方面。（1）地层可钻性的各向异性因素沉积岩特性：垂直层面方向的可钻性高，平行层面方向的可钻性低。钻头总是有向着容易钻进的方向前进的趋势。地层倾角小于45°时，钻头偏向垂直地层层面的方向。地层倾角超过60°时，钻头沿着平行地层层面方向下滑，地层倾角在45°～60°之间时，井斜方向属不稳定状态。一．井斜的原因（2）地层可钻性的纵向变化地层倾斜且软硬交错，钻头偏向垂直地层层面方向。（3）地层可钻性的横向变化垂直于钻头轴线方向上可钻性的变化。如：在钻头的一侧下面钻遇溶洞或较疏松的地层，而另一侧则钻遇较致密的地层。一．井斜的原因2、钻具因素主要因素是钻具的倾斜和弯曲。引起钻头倾斜，在井底形成不对称切削。使钻头受侧向力的作用，产生侧向切削。一．井斜的原因2、钻具因素“底部钻具组合”(BottomHoleAssembly)，简称BHA。导致钻具倾斜和弯曲的原因：钻具和井眼之间有一定间隙。钻压的作用，钻柱受压靠近井壁或发生弯曲。钻具本身弯曲；转盘安装不平、井架安装不正等。3、井眼扩大钻头在井眼内左右移动，靠向一侧，钻头轴线与井眼轴线不重合，导致井斜。二．满眼钻具组合控制井斜由钻具引起井斜的原因可归结为：①．钻头对井底的不对称切削；②．钻头轴线相对于井眼轴线发生倾斜；③．钻头上的侧向力导致对井底的侧向切削。解决这些问题的方法之一是让钻具填满井眼，即：满眼钻具组合。基本原理：增大下部钻具组合的尺寸和刚度，近似“填满井眼”，防止钻柱弯曲和倾斜。方法：在下部钻具适当位置上安装3～4个扶正器。扶正器尺寸：Δd=dh-ds=1.0～2.0mm二．满眼钻具组合控制井斜１．YXY组合的结构近钻头扶正器、中扶正器、上扶正器、第四扶正器。作用：近扶正器：抵抗侧向力，防止侧向切削和不对称切削。中扶正器：保证中扶正器与钻头之间的钻柱不发生弯曲。其安放位置需严格计算。上扶正器：保证钻具上至少有3个稳定点与井壁接触，从而保证井眼的直线性。第四扶正器：增大下部钻柱的刚度，协助中扶防止钻柱弯曲。二．满眼钻具组合控制井斜2．YXY组合“中扶”位置的计算根据等截面梁纵横弯曲理论中的挠度计算公式和压杆稳定的临界载荷计算公式，并进行处理求导可得最优位置：Lp--中扶距钻头的最优长度，m；C--扶正器与井眼的半间隙，C=(dh-ds)/2，m；dh－井眼直径，m；dm－扶正器外径，m；E--钻铤钢材的杨氏模量，kN/m2；J--钻铤截面的轴惯性矩，m4；qm--钻铤在钻井液中的线重，kN/m；α--允许的最大井斜角，(°)。例题：

已知钻头直径216mm，扶正器直径215mm，钻铤钢材的杨氏模量为.0594×108kN/m2，钻铤外径178mm，内径71.4mm，钻井液密度1.25g/cm3，钻铤线重1.6kN/m，允许的最大井斜角3°，求中扶距钻头的最优长度。解：根据给定条件，可求得：

J=（dco4-dci4）/64=0.48×10-4m4,

qm

=（1-d/s）q=1.34kN/m,c=（dh-ds）/2=0.0005m

Lp=[(16C·E·J)/(Qm·sinα)]0.25=5.789m。二．满眼钻具组合控制井斜3.满眼钻具组合的使用(1).只能控制井眼曲率，不能控制井斜角的大小。不能纠斜。(2).“以快保满，以满保直”。间隙对满眼钻具组合性能影响显著。设计间隙一般为Δd=dh-ds=0.8～1.6mm。当间隙Δd达到或超过两倍的设计值时，应及时更换或修复扶正器。在井径扩大井段不适用。要抢在井径扩大以前钻出新的井眼。(3).不宜在井眼曲率大的井段使用。防止卡钻。(4).在钻进软硬交错，或倾角较大的地层时，要注意适当减小钻压，勤划眼，以便消除可能出现的“狗腿”。三.钟摆钻具组合控制井斜1.钟摆钻具组合的原理

在下部钻柱的适当位置安装一个扶正器，当发生井斜时，该扶正器支撑在井壁上形成支点，使下部钻柱悬空。则该扶正器以下的钻柱就好象一个钟摆，产生一个钟摆力。钻头在此钟摆力的作用下切削下井壁。从而使新钻的井眼不断降斜。三.钟摆钻具组合控制井斜2、YXY钟摆钻具组合设计

钻头上的钟摆力：可产生最大钟摆力的最优扶正器安放位置计算：W----钻压，kN；dh----井径，m；dc----钻铤直径，m。

考虑到扶正器磨损和井径扩大，使用距离比计算距离适当减小。

LS=（0.9～0.95）Lz三.钟摆钻具组合控制井斜3.钟摆钻具组合的使用(1).多数用于井斜角较大的井纠斜。直井内无防斜作用.(2).其性能对钻压特别敏感。钻压增大，则增斜力增大，钟摆力减小。使用时必须严格控制钻压。(3).只能使用小钻压“吊打”。如果使用大钻压,可能形成新的支点。(4).不能有效控制井眼曲率，易形成“狗腿”。(5).间隙对钟摆钻具组合性能的影响比较明显。四.其它直井防斜技术1、塔式钻具（钟摆原理）。2、偏心钻铤（形成公转和钟摆力）。3、方钻铤（满眼钻具原理）。4、钻铤偏心短节（形成钻铤公转）。第四节定向井井眼轨道设计常规定向井：m=15°～60°大斜度井：m=60°～85°水平井：m=90°上翘井：m=90°～120°大位移井：水平位移与垂深之比大于2.0。一．定向井轨道分类二维定向井：常规二维定向井：井段形状由直线和园弧曲线组成。非常规二维定向井：除了直线和园弧曲线外，还有某种特殊曲线，如悬链线，二次抛物线等。三维定向井：纠偏三维定向井、绕障三维定向井。二．常规二维定向井轨道设计１．设计原则(1)能实现钻定向井的目的。(2)有利于安全、优质、快速钻井。(3)有利于采油工艺的要求。２．轨道类型

常规二维定向井轨道有四种类型：

三段式，多靶三段式，五段式和双增式。

3．设计条件、内容及步骤（1）各参数的意义Dt——目标点或目标段入口点的垂深，m;St——目标点或目标段入口点的水平位移，m;Dkop——造斜点垂深，m;Kz——造斜段的造斜率，(°)/30m;Kn——降斜段的造斜率，(°)/30m;Kzz——双增轨道的第二增斜段的造斜率，(°)/30m;0——设计方位角，(°);αt——目标段井斜角，(°);ΔDmm——目标段长度，m;αb——稳斜段井斜角，(°);ΔDmw——稳斜段长度，m。3．设计条件、内容及步骤（2）设计条件由地质、采油部门提供的要求：目标点位置：Dt、St、0目标段位置：Dt、ΔDmm、αt、0由钻井工程要求和设计原则确定的数据：Dkop、K（3）设计内容及步骤选择轨道形状；给定Dt、St、0，选用三段式；给定Dt、St、ΔDmm、αt、0，选用五段式；给定Dt、St、ΔDmm、αt、0，且αt较大，用双增式。确定造斜点位置Dkop；造斜率Kz，降斜率Kn；计算关键参数：最大井斜角αb、稳斜段长度ΔDmw；计算各井段井身参数：ΔD、ΔS、ΔDm；绘制垂直剖面图和水平剖面图。4、不同轨道类型的关键参数计算三段式、多靶三段式、五段式、双增式。（1）三段式给定Dt、St、0、Dkop、Kz

时，计算αb、ΔDmw；De=Dt-Dkop

Se=StRe=RzΔDmw=(De2+Se2-2·Re·Se)0.5αb=2·arctan[(De-ΔDmw)/(2·Re-Se)]给定Dt、St、0、Dkop、αb

时，计算Kz

、ΔDmw；Rz=(Dt-Dkop-St/tanαb)/[tan(αb/2)]Kz=1719/RzΔDmw=(Dt-Dkop-Rz·sinαb)/cosαb给定Dt、St、0、Kz

、αb

时，计算

Dkop

、ΔDmw；Dkop=Dt-St/tanαb-Rz·tan(αb/2)ΔDmw=(Dt-Dkop-Rz·sinαb)/cosαb（2）多靶三段式给定Dt、Dkop、Kz、θo、αt、ΔDmm，计算St、ΔDmw、αb；（倒推设计法）St=[Dt-Dkop-Rz·tan(αt/2)]·tanαt

ΔDmw=(Dt-Dkop-Rz·sinαb)/cosαb（3）五段式已知条件：Dt、St、ΔDmm、αt、0、Dkop、Kz、Kn中间参数：De=Dt-Dkop+Rn·sinαtSe=St+Rn·(1-cosαt)Re=Rz+RnΔDmw=(De2+Se2-2·Re·Se)0.5αb=2·arctan[(De-ΔDmw)/(2·Re-Se)]（4）双增式轨道给定条件：Dt、St、Dkop、Kz、θo、αt、ΔDmm、Kzz中间参数：De=Dt-Dkop-Rzz·sinαt

Se=St-Rz+Rzz·cosαt

Re=Rz-Rzz

ΔDmw=(De2+Se2-Re2)0.5αb=2·arctan[(De-ΔDmw)/(Re-Se)]

注意：以上各轨道类型计算公式中所有符号的含义见教材图5-20、5-21、5-22、5-23中的标注。尤其是应注意不同轨道时Dt和St的取值。5、井段计算及设计结果表述

对每个井段计算出段长、垂增、水平位移增量三个参数。(1)增斜段

ΔDz=Rz·sinαbΔSz=Rz·(1-cosαb)

ΔDmz=Rz·αb·π/180(2)稳斜段

ΔDmw（关键参数）已求出。

ΔDw=ΔDmw·cosαbΔSw=ΔDmw·sinαb(3)降斜段

ΔDn=Rn·(sinαb-sinαt)ΔSn=Rn·(cosαt-cosαb)ΔDmn=Rn·(αb-αt)·π/180(4)双增轨道的第二增斜段

ΔDzz=Rzz·(sinαt-sinαb)ΔSzz=Rzz·(cosαb-cosαt)ΔDmzz=Rzz·(αt-αb)·π/180

(5)目标段

ΔDmm（已知条件）

ΔDm=ΔDmm·cosαtΔSm=ΔDmm·sinαt

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：井底动力钻具造斜工具；转盘钻造斜工具。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、动力钻具造斜工具的种类(1)弯接头(斜接头)弯接头的结构（在黑板上画图）弯曲角大小

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，由钻柱的弹性力作使钻头产生侧向切削。影响弯接头造斜率的因素：弯曲角越大，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

将动力钻具的外壳做成弯曲形状比弯接头造斜能力大（原理与弯接头类似）（3）偏心垫块在井下动力钻具壳体的下端一侧加焊一个“垫块”，在井斜角较大的井内，通过定向使此垫块处在井壁的下侧，形成支点。实质：杠杆原理，垫块作为支点。

主要影响因素：

a.偏心垫块的高度越大，造斜率越大

b.偏心垫块距离钻头的距离越近，造斜率越大

c.原井斜角越大，造斜率越大一般用于原井斜角大于45的井斜角较大的井眼内。２．涡轮钻具的结构与特性

结构：如图。

特性：转数与流量成正比，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。２．螺杆钻具的结构与特性结构：如图。特性：(1)螺杆钻具的转数、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。二、转盘钻造斜工具变向器、射流钻头、扶正器组合。１、变向器结构及原理如图。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。2、射流钻头钻头上安放1个大喷嘴、2个小喷嘴。靠大喷嘴射流冲击出斜井眼。3、扶正器钻具组合仅用于已有一定斜度的井眼内进行增斜、降斜或稳斜。(1).增斜组合（杠杆原理）：分为强、中、弱三种增斜组合。钻压越大，增斜能力越大；L1越长，增斜能力越小；近钻头扶正器直径减小，增斜能力也减小。使用时应保持低转速。(2)．稳斜组合（刚性满眼钻具原理）：分为强、中、弱三种稳斜组合。使用中要注意保持正常钻压和较高转速。可使用双扶正器串联代替近钻头扶正器增强稳斜效果。(3).降斜组合（钟摆原理）：分为强、弱两种降斜组合。使用时要注意保持小钻压和较低转速。对于强降斜组合，L1越长，降斜能力越强，但不能与井壁有新的接触点。三．定向井轨迹控制的基本方法垂直段、造斜段、增斜段、稳斜段、降斜段、扭方位井段。1、垂直井段利用防斜打直技术（满眼钻具、钟摆钻具）。2、定向造斜段使用动力钻具造斜工具造斜。套管开窗侧钻用变向器。造斜段长度一般以井斜角达到8°～10°为准。3、增斜井段一般用动力钻具定向造斜到一定角度（8°～10°）后，换用转盘钻利用增斜钻具组合继续增斜。4、稳斜井段尽可能使用转盘钻扶正器钻具组合进行控制。5、扭方位井段转盘钻扶正器组合不能控制井斜方位。必须用动力钻具造斜工具扭方位。四．扭方位计算装置角计算、动力钻具反扭角计算、定向方位角计算。1、装置角的概念

OA线称为“高边方向线”。Ｃ点是钻头中心，OC线称为“装置方向线”。以高边方向线为始边，顺时针旋转到装置方向线上所转过的角度，称为造斜工具的装置角。用ω表示。工具面：造斜工具作用方向线与钻柱轴线构成的平面（弯接头的两条交叉轴线所在的平面）。装置角也称为工具面角。井斜铅垂面：过井斜方位线的铅垂面。高边方向线：在井底平面上自井眼低边指向井眼高边的方向线。装置方位角：装置角与井斜方位角之和。以φω表示。ω、φω是装置角的两种不同表示形式，ω称为高边模式工具面角；φω称为正北（磁北）模式工具面角。ω是井底平面（斜面）上的角度，不易测量；φω是水平面上的角度，可以测量，用于定向。ω、φω在0°～360°内变化，顺时针为“+”，逆时针为“-”。2、装置角与井斜角、方位角的关系（1）基本关系cosα2=cosα1cosγ-sinα1sinγcosωcosγ=cosα1cosα2+sinα1sinα2cosΔφtanΔφ=（sinγsinω）/（sinα1cosγ+cosα1sinγcosω）（2）ω对α、φ的影响ω=0°，cosα2=cos（α1+γ），α2=α1+γ，全增斜。ω=180°，cosα2=cos（α1-γ），α2=α1-γ，全降斜。ω=90°，cosα2=cosα1cosγ，α2α1，近似稳斜，90°扭方位。α1=α2，已知Δφ，cosω=-tan（γ/2）/tanα1，稳斜扭方位。0°ω90°+Δω，增斜增方位。90°+Δωω180°，降斜增方位。180°ω270°-Δω，降斜减方位。270°+Δωω360°，增斜减方位。3、装置角的计算已知条件：目前井斜角α1、方位角φ1；欲达到的井斜角

α2、方位角φ2；工具造斜率Ｋc。求解内容：造斜工具的装置角ω；达到要求需要钻进的井段长度ΔDm。（1）解析法

cosγ=cosα1cosα2+sinα1sinα2cosΔφ

cosω=(cosα1

cosγ-cosα2)/(sinα1sinγ)ΔDm=30γ/K注意：求ω时反余弦的定义域为0°～180°。设cosω=C，

当Δφ>0，ω=cos-1C；当Δφ<0，ω=-cos-1C上述三个公式中，共有７个参数：α1，α2，Δφ，γ，Ｋ，ω，ΔDm。显然若已知其中４个就可求的另外三个，可根据扭方位的实际情况灵活应用。（2）图解法(1)．选择比例尺，用单位线段长度表示单位角度，例如，以１厘米代表１°。(2)．选原点O，做射线OQ作为目前井底方位线，在OQ上量取OA=α1。(3)．以Ａ点为圆心，以γ为半径画圆。(4)．作线段OB，使∠AOB=Δφ，Δφ为正时，OB线在OA线的下方；Δφ为负时，OB线在OA线的上方。线段OB交圆于B、B′两点，联结AB和AB′。(5)．∠QAB即为增斜扭方位的装置角ω；∠QAB′即为降斜扭方位的装置角ω′。(6)．OB长度（换算成角度），即为增斜扭方位之后的井斜角α2；OB′长度（换算成角度），即为降斜扭方位之后的井斜角α2。例题1：已知α1=15°，K=10°/100m，Δφ=22°，要求扭完方位以后的井斜角为18°。试求装置角ω和扭方位的井段长度ΔDm。解：由解析公式可求得：

γ=6.88°，ω=75.19°，ΔDm=68.77m。

由图解法可从图中量得：

γ=7.9°，ω=75°；