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1、Navigator 定向井水平井轨迹设计及计算分析系统，是用于石油钻井行业定向井与水平井轨道设计与计算分析的计算机辅助工程系统。它可以帮助定向井工程师合理地设计一个井的轨道，并利用先进的定向钻井技术在钻井施工过程中进行实钻计算和轨迹分析，无论何种情况，Navigator软件都会为操作者提供准确、高效、灵活的定向井设计和施工解决方案。Navigator能做什么轨道设计当计划新钻一口定向井或水平井时，首先要进行这口井的轨道设计；在钻井的过程中，由于实钻轨迹会偏离设计轨道，用户会进行待钻（扭方位）设计；在已钻的直井眼或套管井（枯竭井）或落空井上进行侧钻，要考虑进行侧钻井轨道设计，这些问题都可以通过N
2、avigator系统来解决。该系统按用户选择的设计剖面、输入的靶区的约束条件，计算出轨道的设计剖面数据，描述轨迹的曲线形式，并将数据显示存储，同时可将数据传递给图形子系统和报表子系统进行编辑、输出。实钻计算在钻井的过程中，测量仪器的测斜数据需要使用精确的计算方法计算出井眼轨迹数据，本软件将计算这些数据，使用户了解实钻井眼轨迹的变化情况，同时为其它功能提供基础数据。在实钻轨迹偏离设计轨道后，用户希望知道这种偏离带来的现实和潜在的影响，或希望知道该如何控制才能回到设计轨道附近，准确中靶。Navigator将提供这些分析计算功能。Navigator软件的特点准确可靠的计算结果l 轨道设计数据经过大量
3、的验证，保证了计算的准确l 实钻轨迹计算支持SY/T 5435-2003定向井轨道设计与轨迹计算所提出的最小曲率法与曲率半径法，并经过上百口井的实钻数据验证，保证了计算的正确高度的稳定性与灵活的扩展性l 后台采用Sybase SQL Anywhere数据库，为用户数据提供安全、可靠、稳定的运行保证l 经过Windows 98/2000/XP系统的兼容性测试l 基于C/S的架构设计，方便升级为网络版，便于用户数据共享l 模块化的功能设置，便于后续功能的扩充功能丰富而生动的实时图形显示l 提供设计轨道、实钻轨迹的垂直投影图、水平投影图、三维立体图l 提供缩放、平移、区域选择等图形查看功能，便于用户
4、操作l 提供图形中所有可见图元的属性更改功能。如轨迹颜色、粗细，靶区的颜色、透明度等，使用户能够自定义不同的图形风格，满足个性化要求功能强大的专业级电子图板l 与Navigator软件无缝联接，自动生成轨迹与靶区图形l 用户可在自动图形的基础上随意添加文字、直线、圆弧、图片、表格等各种图元，并支持无极缩放、平移、区域选择等图形查看功能l 绘制的图形可以以“所见即所得”的方式打印、存储，并粘贴在Word、PowerPoint等文档中强大而实用的功能设置l 独特的设计模型分类方法和灵活的组合方式，能够满足任何情况下的定向井、水平井轨道设计要求l 设计的轨道符合实际、易于施工，并提供关键参数的优选功
5、能，使用户以最快的速度获得最佳设计结果l 以实钻轨迹计算为基础，提供强大而实用的实钻轨迹分析功能l 彻底解决了不同的坐标系统的转换和定位问题。可以对全球任何位置的定位数据进行地理坐标（经纬度）、大地坐标、相对（本地）坐标和极坐标的相互转换其它特点l 提供测斜数据手动输入和各种方式的自动输入功能，并可以交叉运用，兼顾方便性与灵活性的要求l 轨道设计参数提供实时图形化提示l 靶区的描述参数提供实时图形化提示，并可以直接查看靶区的三维图形l 提供中英文两种风格的报表输出格式，英文报表的专业术语与国外著名定向井技术服务公司的术语相同l 三维设计模型和实钻计算的算法符合国际惯例和中国石油行业标准系统结构
6、用户使用Navigator系统由计算机、数据库和Navigator 软件构成。Navigator软件是运行于Windows操作系统上的一个MDI（多文档界面）应用程序，用户可以在不同的窗口中输入数据、对数据进行分析计算、查看图形、报表。所有数据存储于数据库中，用户使用Navigator软件对数据库中的数据进行操作。数据层次结构Navigator系统中所有的数据存储于数据库中，数据的最高级别是“井”，对应于现实中的一个钻井项目或工程。Navigator可以创建多口井，每口井拥有自己的基本信息、靶区数据、设计轨道数据，实钻轨迹数据、井身结构数据和BHA钻具组合数据，只要数据库的容量允许，理论上可以
7、创建任意多口井。每口井有自己的基本信息、靶区、设计轨道、实钻轨迹、井身结构、BHA钻具组合数据。每口井可以定义多个靶区，每个靶区都有自己的位置与形状数据，有关靶区的内容，请参考建立井。在一口井内，设计轨道数据是以“设计轨道”的形式存储的，用户可以在井内创建多条设计轨道，相互之间独立。有关设计轨道的具体内容，请参考靶区设置。在一口井内，实钻轨迹数据是以“实钻轨迹”的形式存储的，在井内可以创建多条实钻轨迹。有关实钻轨迹的具体内容，请参考实钻计算。在一口井内可以定义多个井身结构和BHA钻具组合，详细内容请参考NDS（Navigator Drilling Studio）系统的相关文档数据的导入导出系统
8、的所有数据存储于一个数据库中，该数据库被安装在用户的系统上。Navigator提供了对各级数据丰富的数据导入和导出功能，便于用户数据的互相交换。系统之间的数据交换解决的是这样一个问题：当两个或多个计算机分别运行自己的Navigator软件，每个系统都拥有自己的数据库，当这些系统之间要相互交换数据时，可使用Navigator方便的数据导入导出功能。l 井一级的数据交换，用户可将系统1中的一口井的全部数据导出为井数据文件，再导入到系统2的数据库中，有关井的数据的导入导出，请参考井数据的导入。l 设计轨道数据的交换，当系统1和系统2都建立了一口井，用户只是希望将系统1当前井的一套设计轨道数据导出给系
9、统2，可使用设计轨道数据的导入导出，请详见设计数据的管理。l 实钻轨迹数据的交换，当系统1和系统2都建立了一口井，用户只是希望将系统1当前井的一套实钻轨迹数据导出给系统2，可使用实钻轨迹数据的导入导出，详见实钻轨迹列表。基础理论本章介绍与Navigator系统相关的术语、定义与基础理论知识，目的是帮助用户更清楚地了解Navigator的运行机制与计算方法。对于使用过其它定向井软件的用户，可以跨过本章继续下面的内容，但仔细阅读本章会有利于对Navigator的使用。术语定义与概念坐标系测斜计算方法术语定义与概念通用名词定义轨道 Wellpath：设计的井眼轴线。轨迹 Wellpath：实钻的井眼
10、轴线。二维设计 2D Plan：设计轨道在同一铅垂平面内的定向井、水平井设计。三维设计 3D Plan：设计轨道不在同一铅垂平面内的定向井、水平井设计。靶区 Target：地质师给出的油气储集区，要求轨迹在目的层中的控制范围。节点 Key Point：设计轨道上不同曲线的分界点。详细点 Interpolation Point：设计轨道上相邻节点间的按指定段长的计算点。插值点 Interpolated Point：设计轨道或实钻轨迹上指定测深或垂深的计算点。测点 Survey Station：测量仪器在实钻轨迹上的测量点。入靶点Landing point：实钻轨迹与靶区的交点。轨道节点与轨迹测点
11、的描述以下解释以实钻轨迹测点为例。测深 Measured Depth（MD）：从井口到测点轨迹所经过的实际曲线长度，单位：米m。井斜 Inclination（Inc）：测点井眼切线方向与重力线之间的夹角，单位：度 。方位 Azimuth（Az）：以真北方位线为始边，顺时针旋转至测点方位线所转过的角度，单位：度 。垂深 True Vertical Depth（TVD）：测点距离井口的垂直深度，单位：米m。闭合距Displacement：测点与井口在水平投影面上的距离，单位：米m。视平移 Vertical Section（VS）：闭合距在垂直投影（一般为设计方位面）上的投影长度，单位：米m。N坐标
12、和E坐标：是指测点在以井口为原点的水平坐标系里的坐标值。狗腿度Dog leg（DLS）：即全角变化率。单位：度/100米、度/30米可调工具面角Tool face（TF）：即装置角，本软件指重力高边工具面角。井斜变化率 Build-up rate：钻过单位测深井斜的变化，单位：同狗腿度。方位变化率 Turn rate（Walk rate）：钻过单位测深方位的变化，单位：同狗腿度。闭合角（闭合方位角）：测点相对于井口的方位角，单位：度。坐标系本节介绍Navigator中所采用的坐标系，并解释各坐标系之间的相互关系。地理坐标大地坐标相对坐标相对井口的极坐标高度基准方位参考地理坐标地球是一个椭球体，
13、两极稍扁，中间略鼓。地球自转轴线与地球椭球体的短轴相重合，并与地面相交于两点，这两点就是地球的两极，北极和南极。设椭球面上有一点P（如上图），通过P点作椭球面的垂线，称之为过P点的法线。法线与赤道面的交角，叫做P点的地理纬度（简称纬度），以字母表示。纬度从赤道起算，在赤道上纬度为0度，纬线离赤道愈远，纬度愈大，至极点纬度为90度。赤道以北叫北纬、以南叫南纬。过P点的子午面与通过英国格林尼治天文台的子午面所夹的二面角，叫做P点的地理经度（简称经度），用字母表示。国际规定通过英国格林尼治天文台的子午线为本初子午线（或叫首子午线），作为计算经度的起点，该线的经度为0度，向东0-180度叫东经，向西0
14、-180度叫西经。地面上任一点的位置，通常用经度和纬度来决定。经线和纬线是地球表面上两组正交（相交为90度）的曲线，这两组正交的曲线构成的坐标，称为地理坐标系。例如北京在地球上的位置可由北纬3956和东经11624来确定。大地坐标地理坐标是一种球面坐标。由于地球表面是不可展开的曲面，也就是说曲面上的各点不能直接表示在平面上，因此必须运用地图投影的方法，建立地球表面和平面上点的函数关系，使地球表面上任一点由地理坐标（,）确定的点，在平面上必有一个与它相对应的点（X,Y），投影在平面上的点，就用大地坐标表示。大地坐标，也称为网格坐标（Grid Coordinate），是地理坐标（经纬度）经过地图投
15、影换算而得出的坐标系统。一般情况下，大地坐标X对应北向，Y对应东向。地图投影的方法很多，在中国国内，目前主要使用高斯-克吕格投影（横轴墨卡托投影），而国外用的最多的是UTM投影（全球横轴墨卡托投影），除此之外，还有兰勃特投影、墨卡托投影等。目前的各种投影方法，普遍采用等角投影换算，因此将球面坐标投影到平面以后，网格线在南北两极收敛于极点，如右图。这样就导致了在该坐标上的不同的位置，真北与网格北（Grid North）存在夹角，即子午线收敛角；在地图投影中，经纬线长度并非都是按照同一比例缩小的，这表明地图上的长度会发生变形。因此即使在同一个投影带，不同的位置，子午线收敛角不同，变形比例系数也不同。相对坐标在钻井工程中，出于使用方便的考虑，经常要使
