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1、定向井的基础知识定向井的基础知识定向井的用途1.地面环境条件的限制地面环境条件的限制：当地面上是高山，湖泊，当地面上是高山，湖泊，沼泽，河流，沟壑，海沼泽，河流，沟壑，海洋，农田或重要的建筑洋，农田或重要的建筑物等，难以安装钻机，物等，难以安装钻机，进行钻井作业时，或者进行钻井作业时，或者安装钻机和钻井作业费安装钻机和钻井作业费用很高时，为了勘探和用很高时，为了勘探和开发它们下面的油田，开发它们下面的油田，最好是钻定向井。最好是钻定向井。 定向井的用途定向井的用途丛式井三维结构图丛式井三维结构图丛式井丛式井井眼轨迹的基本参数井眼轨迹的基本参数井深：井深：指井口指井口(通常以转盘面为基准通常以转
2、盘面为基准)至测点的井眼长度，至测点的井眼长度，也有人称之为斜深，国外称为测量井深也有人称之为斜深，国外称为测量井深(Measure Depth)。井深是以。井深是以钻柱钻柱或或电缆电缆的长度来量测。井的长度来量测。井深既是测点的基本参数之一，又是表明测点位置深既是测点的基本参数之一，又是表明测点位置的标志。的标志。井深常以字母表示，单位为米井深常以字母表示，单位为米(m)。井深的增。井深的增量称为井段，以量称为井段，以表示。二测点之间的井段长表示。二测点之间的井段长度称为度称为段长段长。一个测段的两个测点中，井深小的。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。井深的增量称
3、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。总是下测点井深减去上测点井深。 井眼轨迹的基本参数井眼轨迹的基本参数井斜角：井斜角：井眼轴线上每一点都有自己的井眼轴线上每一点都有自己的井井眼前进方向。眼前进方向。过井眼轴线上的某点作井眼轴线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的切线，该切线向井眼前进方向延伸的部分称为延伸的部分称为井眼方向线井眼方向线。井眼方向线与重力线之间的夹角井眼方向线与重力线之间的夹角就是井斜角就是井斜角。显然，井眼方向线与重力线都是显然，井眼方向线与重力线都是有向线段有向线段。井斜角表示了井眼轨。井斜角表示了井眼轨迹在该测点处倾
4、斜的大小。迹在该测点处倾斜的大小。井斜角常以希腊字母井斜角常以希腊字母表示，单表示，单位为度位为度()。一个测段内井斜角的。一个测段内井斜角的增量总是下测点井斜角减去上测增量总是下测点井斜角减去上测点井斜角，以点井斜角，以表示。表示。 井眼轨迹的井眼轨迹的基本参数基本参数井斜方位角：井斜方位角：1. 井眼轴线上每一点，都有其井眼方位线；称为井眼轴线上每一点，都有其井眼方位线；称为井眼方位线井眼方位线，或，或井斜方位线井斜方位线。井眼轴线上某点处的井眼方向线投影到水平面上，。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）即为该点的井眼方位线（井斜方位线）2. 井眼
5、轴线投影到水平面上以后，过其上每一点作投影线的切线，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，即为该点的该切线向井眼前进方向延伸部分，即为该点的井眼方位线井眼方位线，或称，或称井斜方位线井斜方位线。上述上述1和和2两个定义，是相同的，都是正确的。两个定义，是相同的，都是正确的。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，即线）上所转过的角度，即井眼方位角井眼方位角。注意，正北方位线是指地。注意，正北方位线是指地理子午线沿正北方向延伸的线段。所以理子午线沿正北方向延
6、伸的线段。所以正北方位线和井眼方位线正北方位线和井眼方位线也都是有向线段也都是有向线段，都可以用矢量表示。，都可以用矢量表示。 井眼轨迹的井眼轨迹的基本参数基本参数井斜方位角井斜方位角常以字母常以字母表示，单位为度表示，单位为度()。井斜方位角的增。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，以量是下测点的井斜方位角减去上测点的井斜方位角，以表表示。井斜方位角的值可以在示。井斜方位角的值可以在0360 范围内变化。范围内变化。注意注意“方向方向”与与“方位方位”的区别。方位线则是水平面上的矢量，的区别。方位线则是水平面上的矢量，而方向线乃是空间的矢量。只要讲到方位，方位线，方位
7、角，而方向线乃是空间的矢量。只要讲到方位，方位线，方位角，都是在某个都是在某个水平面水平面上；而方向，方向线和狗腿角，则是在三上；而方向，方向线和狗腿角，则是在三维空间内维空间内(当然也可能在水平面上当然也可能在水平面上)。井眼方向线是指井眼轴线。井眼方向线是指井眼轴线上某一点处井眼前进的方向线。该点的井眼方位线则指该点上某一点处井眼前进的方向线。该点的井眼方位线则指该点井眼方向线在水平面上的投影。在学习扭方位计算时，也要井眼方向线在水平面上的投影。在学习扭方位计算时，也要特别注意这个区别。特别注意这个区别。 井眼轨迹的基本参数井眼轨迹的基本参数磁偏角磁偏角目前广泛使用的磁性测斜仪是目前广泛使
8、用的磁性测斜仪是以地球磁北方位为基准的。磁以地球磁北方位为基准的。磁北方位与正北分位并不重合而北方位与正北分位并不重合而是有个夹角，称为磁偏角。磁是有个夹角，称为磁偏角。磁偏角又分为东磁偏角和西磁偏偏角又分为东磁偏角和西磁偏角。东磁偏角指磁北方位线在角。东磁偏角指磁北方位线在正北分位线的东面，西磁偏角正北分位线的东面，西磁偏角指磁北方位线在正北分位线的指磁北方位线在正北分位线的西面。用磁性测斜仪测得的井西面。用磁性测斜仪测得的井斜方位角称为磁方位角，并不斜方位角称为磁方位角，并不是真方位角，需要经过换算求是真方位角，需要经过换算求得真方位角。这种换算称为磁得真方位角。这种换算称为磁偏角校正。换
9、算的方法如下：偏角校正。换算的方法如下： 不准确的说法：不准确的说法：“地北与磁北之地北与磁北之间的差值，称为磁偏角间的差值，称为磁偏角”“以地以地球北极为准，磁北在其右边的球北极为准，磁北在其右边的为东磁偏角，为东磁偏角，”真方位角磁方位角东磁偏角真方位角磁方位角东磁偏角真方位角磁方位角西磁偏角真方位角磁方位角西磁偏角 井眼轨迹的基本参数井眼轨迹的基本参数磁偏角磁偏角磁篇角地图：磁篇角地图：井眼轨迹的基本参数井眼轨迹的基本参数象限角象限角 井斜方位角还有另一种井斜方位角还有另一种表示方式，称表示方式，称“象限角象限角”它是指井斜方位线与正它是指井斜方位线与正北方位线或与正南方位北方位线或与正
10、南方位线之间的夹角。象限角线之间的夹角。象限角在在 090度之间变化。度之间变化。书写时需注明所在的象书写时需注明所在的象限，如限，如N67.5W。 象限角换算成方位角：象限角换算成方位角：第一象限：第一象限：00+象限角；象限角； 第二象限：第二象限：1800-象限角象限角 ；第三象限：第三象限：1800+象限角；第四象限：象限角；第四象限：3600-象限角象限角 井眼轨迹的基本参数井眼轨迹的基本参数象限方位角的磁偏角校正，更为麻烦。象限方位角的磁偏角校正，更为麻烦。区别东西磁偏角；区别东西磁偏角；区别在那个象限里；区别在那个象限里；磁偏角校正磁偏角校正(课堂练习课堂练习)1. 我国中原油田
11、的磁偏角大约是西偏我国中原油田的磁偏角大约是西偏40。某测点测得。某测点测得井斜方位角为井斜方位角为2.50，求真方位角，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我国新疆克拉玛依油田的磁偏角大约是东偏4.10。某。某测点测得井斜方位角为测点测得井斜方位角为3580，求真方位角，求真方位角=？3. 胜利油田西磁偏角胜利油田西磁偏角5.50，磁方位角，磁方位角292.50，求真方位，求真方位角角=？如果用象限角表示，象限角？如果用象限角表示，象限角=？4.大庆油田西磁偏角大庆油田西磁偏角10.40，测得象限角，测得象限角=N67.50W；求；求校正后象限角校正后象限角=？真方位角
12、？真方位角=？5. 东磁偏角东磁偏角50，测得方位角，测得方位角1200，求真方位角，求真方位角=？如果？如果用象限角表示，象限角用象限角表示，象限角=？6.东磁偏角东磁偏角50，测得象限角，测得象限角=S600E；求校正后象限角；求校正后象限角= ？井斜变化率和井斜方位变化率井斜变化率和井斜方位变化率井斜角和井斜方位角是在随着井深而不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。之分。变化率就是变化的快慢。 井斜变化率井斜变化率：是指井斜角随井深变化的：是指井斜角随井深变化的程度，以程度，以表示。严格地讲，井
13、斜变化表示。严格地讲，井斜变化率是井斜角率是井斜角对井深的一阶导数，可写对井深的一阶导数，可写为：为：以增量代替微分，以相邻二测点间的井以增量代替微分，以相邻二测点间的井斜角变化值（斜角变化值（）与二测点间井段长度）与二测点间井段长度（L）的比值来表示井斜变化率的。）的比值来表示井斜变化率的。求得的乃是该测段的平均井斜变化率：求得的乃是该测段的平均井斜变化率： 井斜变化率和井斜方位变化率井斜变化率和井斜方位变化率井斜方位变化率井斜方位变化率：是指井斜方位：是指井斜方位角随井深变化的程度，以角随井深变化的程度，以表示。表示。严格地讲，井斜方位变化率是井严格地讲，井斜方位变化率是井斜方位角斜方位角
14、 对井深的一阶导数，对井深的一阶导数，可写为：可写为：以增量代替微分，以相邻二测点以增量代替微分，以相邻二测点间的井斜方位角变化值（间的井斜方位角变化值（ ）与）与二测点间井段长度（二测点间井段长度（L）的比值）的比值来表示井斜方位变化率的。来表示井斜方位变化率的。求得的乃是该测段的求得的乃是该测段的平均平均井斜方井斜方位变化率：位变化率： 井眼轴线形状的图示法井眼轴线形状的图示法三维坐标图示法三维坐标图示法：井眼轴限的井眼轴限的特点：形状特点：形状复杂，结构复杂，结构简单。无法简单。无法给人以立体给人以立体感。感。需要采用辅需要采用辅助面增强立助面增强立体感。体感。只在特殊时只在特殊时候采用
15、。候采用。其他井身参数其他井身参数垂直深度：垂直深度：简称垂深，是指轨简称垂深，是指轨迹上某点至井口所在水平面的迹上某点至井口所在水平面的距离。垂深的增量称为垂增。距离。垂深的增量称为垂增。垂深常以字母表示，垂增以垂深常以字母表示，垂增以表示。表示。 水平投影长度：水平投影长度：简称水平长度简称水平长度或平长，是指井眼轨迹上某点或平长，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影，即井深在水平面上的投影长度。水平长度的增量称为平长度。水平长度的增量称为平增。平长以字母表示，平增增。平长以字母表示，平增以以表示。表示。坐标和坐标：坐标和坐标：
16、是指轨迹上是指轨迹上某点在以井口为原点的水平面某点在以井口为原点的水平面坐标系里的坐标值。坐标系里的坐标值。 其他井身参数其他井身参数水平位移：水平位移：简称平移，指轨迹上某点简称平移，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面上的投上某点至井口的距离在水平面上的投影。此投影线称为平移方位线。水平影。此投影线称为平移方位线。水平位移常以字母表示。位移常以字母表示。平移方位角：平移方位角：指平移方位线所在的方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，常以字母至平移线上所转
17、过的角度，常以字母表示。表示。闭合距与闭合方位：闭合距与闭合方位：国外将水平位移国外将水平位移称作称作 闭合距闭合距(Closure Distance)，将平，将平移方位角称作闭合方位角移方位角称作闭合方位角(Closure Azimuth)。我国现场常特指完钻时的。我国现场常特指完钻时的水平位移为闭合距，平移方位角为闭水平位移为闭合距，平移方位角为闭合方位角。合方位角。 水平位移和水平长度水平位移和水平长度是完全不同的概是完全不同的概念。念。 视平移：视平移：有人称为投影位移，有人称为投影位移，英文称英文称Vertical Section，视视平移可以定义为水平位移在平移可以定义为水平位移在
18、设计方位线上的投影。设计方位线上的投影。视平视平移以字母表示。移以字母表示。井眼轴线在柱井眼轴线在柱面图上的曲率面图上的曲率柱面图上的曲率：柱面图上的曲率：垂直剖面图上的曲率：垂直剖面图上的曲率：等于井斜角等于井斜角对井深的一阶导数，以对井深的一阶导数，以KH表示。表示。正好等于井斜变化率正好等于井斜变化率K。水平投影图上的曲率水平投影图上的曲率：等于井斜方：等于井斜方位角对水平投影长度的一阶导数，位角对水平投影长度的一阶导数，以以KA表示。他与井斜方位变化率不表示。他与井斜方位变化率不同。同。井眼曲率井眼曲率及其计算及其计算狗腿角的概念狗腿角的概念：井斜角表示井眼偏离铅垂线的程度。井斜不仅有
19、斜度井斜角表示井眼偏离铅垂线的程度。井斜不仅有斜度变化，还有井斜方位的变化变化，还有井斜方位的变化 。井斜角和井斜方位角的。井斜角和井斜方位角的不断变化，反映了不断变化，反映了井眼前进方向井眼前进方向的变化。的变化。井眼轴线上，从一点到另一点，井眼前进方向变化的井眼轴线上，从一点到另一点，井眼前进方向变化的角度（角度（两点处井眼前进方向线之间的夹角两点处井眼前进方向线之间的夹角），既反映），既反映了井斜角的变化，又反映了井斜方位角的变化。人们了井斜角的变化，又反映了井斜方位角的变化。人们将此角度称为将此角度称为全角变化值全角变化值，或称为，或称为狗腿角狗腿角，通常以，通常以表表示。示。井眼曲率
20、井眼曲率及其计算及其计算井眼曲率的概念井眼曲率的概念：井眼弯曲的程度井眼弯曲的程度：井段长度不变，狗腿角越大，则井：井段长度不变，狗腿角越大，则井眼前进方向变化的越快，井眼弯曲越厉害，井眼曲率眼前进方向变化的越快，井眼弯曲越厉害，井眼曲率越大。越大。几种叫法几种叫法：井眼曲率也称为：井眼曲率也称为全角变化率全角变化率，又称，又称狗腿严狗腿严重度重度(简称为狗腿度简称为狗腿度)，都是同一个概念，是指，都是同一个概念，是指单位长度单位长度井段内狗腿角的大小井段内狗腿角的大小。井眼曲率计算方法井眼曲率计算方法: 有公式计算法有公式计算法 、查图法、图解法、查图法、图解法、查表法和尺算法等五种。后四种
21、皆来源于公式计算法。查表法和尺算法等五种。后四种皆来源于公式计算法。公式计算法又可分为三套。公式计算法又可分为三套。 井眼曲率及其计算井眼曲率及其计算第一套计算公式：第一套计算公式：根据空间微分几何原理推导，可得：根据空间微分几何原理推导，可得： 对于一个测段来说，以对于一个测段来说，以 和和 代入代入 ， 并以测段平均井斜角并以测段平均井斜角 代替公式中的代替公式中的，得到：得到： 令：令： 则：则：井眼曲率及其计算井眼曲率及其计算第二套计算公式：第二套计算公式：这是这是Lubinsky先生根据空间平面圆弧曲线推导的。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，则测段的狗腿角假定测段是斜面圆弧曲线，则测段的狗腿角：式中式中 ：若用半角和平均角形式表达若用半角和平均角形式表达,则可得则可得:
