定向井及工具
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定向井简介
高边工具面角1——是指 以高边方向为始边，顺时 针转到工具面与井底圆平 面的交线所转过的角度。 又称为重力工具面角 磁工具面角2 ——是指以 磁北为始边，顺时针转到 工具面与井底圆平面的交 线在水平面上的投影线所 转过的角度
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1.井深L——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(MeasureDepth)。 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。 2.垂深D——测点的垂直深度。 3.井斜角 —测点处井眼方向线（切线）与重力线间的 夹角。 4.方位角θ —正北方向至测点处井眼方向线在水平面投 影线间夹角。 5.水平位移—测点至井口所在的铅垂线的距离。(闭合距)
高边工具面角；磁工具面角。
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3）高边——定向井的井 底是个呈倾斜状态的圆平面。 称为井底圆。井底圆上的最 高点称为高边。 从井底圆心至高边之间的 连线所指的方向，称为井底 的“高边方向”。 高边方向在水平面上的投 影称为高边方向线。即井底 的方位 。
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2.地下地质条件的要求： 对于断层遮挡油藏，定向 井比直井可发现和钻穿更 多的油层；对于薄油层， 定向井和水平井比直井的 油层裸露面积要大得多。 另外，侧钻井，多底井， 分支井，大位移井，侧钻 水平井，径向水平井等等 定向井的新种类，显著地 扩大了勘探效果，增加了 油气产量，提高了油气藏 的采收率。
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3.处理井下事故的特殊手 段：当井下落物或断钻事 故最终无法捞出时，可从 上部井段侧钻打定向井； 特别是遇到井喷着火常规 方法难以处理时，在事故 井附近打定向井(• 作救援 称 井)，与事故井贯通，进行 引流或压井，从而可处理 井喷着火事故。
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• 定向井分类
1.常规剖面类型主要有两种： 一种是“直-增-稳”剖面， 在我国现场上称为三段制剖 面; 另一种是“直-增-稳-降稳”剖面，现场上称为“S” 形井眼或“五段制剖面”。
O
AB
C D
A B
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4）反扭角——动力钻具启动前的工具面与启动后且加 压钻进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。
影响反扭角的因素 a.动力钻具扭矩的大小： -扭矩越大，反扭角越大； -扭矩与钻具结构、泥浆排量、钻压、地层等因素有关； b.钻柱尺寸和钢材性能： -反扭角与钻柱长度成正比； -与钻柱断面的极截面惯性矩（扭转惯性矩）成反比；与 钻柱钢材的弹性模量成反比；
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14.工具面相关概念
1）工具面——在造斜钻 具组合中，由弯曲工具的 两个轴线所决定的那个平 面，称为工具面。 2）工具面角 φ ——是表 示造斜工具下到井底后， 工具面所在位置的参数 工具面角有两种表示方 法：
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• 定义
定向钻井是使井眼沿预先 设计的井眼轴线（井眼轨迹） 钻达预定目标的钻井过程。
定向井—— “按预定设计的具有井斜和方 位变化轨道钻进的井”。
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• 定向井用途（为什么打 定向井？）
1.地面环境条件的限制：当 地面上是高山，湖泊，沼 泽，河流，沟壑，海洋， 农田或重要的建筑物等， 难以安装钻机，进行钻井 作业时，或者安装钻机和 钻井作业费用很高时，为 了勘探和开发它们下面的 油气田，最好是钻定向井。 （征地难度大，为节约井 场）
d K dL
K L
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3）全角变化率——从一点到另一点，井眼前进方向变化的 角度（两点处井眼前进方向线之间的夹角），既反映了井 斜角的变化，又反映了井斜方位角的变化。人们将此角度 称为全角变化值，或称为狗腿角，通常以γ表示。 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，井眼曲率越大。 全角变化率也称为井眼曲率，又称狗腿严重度(简称为狗 腿度)，都是同一个概念，是指单位长度井段内狗腿角的 大小。 井眼曲率计算方法: 有公式计算法、查图法、图解法、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。
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王瑞城 2013-7
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主要内容
定向井简介 定向工具 测量工具
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13.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 0～90度之间变化。 书写时需注明所在的象限， 如N67.5°W。
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象限方位角得校正，更为麻烦。 区别东西磁偏角； 区别在那个象限里；
sin c
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12.磁偏角 目前广泛使用的磁性测斜仪是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是有个夹角，称为磁偏角。 磁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
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第三套计算公式： 这套公式源于沙尼金图解法，其表达式为：
1 2 21 2 cos
2 2
这是任意三角形余弦定理的表达式。
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第一套公式，数学推导严密，是用于各种形状的井眼， 具有普遍性。 第二套公式是建立在假设井段是平面曲线，而且是平面 圆弧曲线的前提下推导，适用于平面曲线的井眼，例如，用 弯曲动力钻具定向钻进钻出的井眼。 第三套公式本身就是近似公式，只能是用于井斜角较小 ，井斜方位角也较小的情况下。 我国定向井标准化委员会制定的标准规定：使用第一套 计算公式。 2 2 2
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一般情况下： 当井斜<6°时，使用磁工具面角定向，此时，定向时要把 工具面摆到设计方位方位。 当井斜≥6°后，磁工具面将转变为高边工具面。此时要 根据下步想要的效果摆放工具面，而不是把工具面摆在设计 方位上。
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1）井斜变化率——以Ｋα表 示，严格地讲，井斜变化 率是井斜角α对井深Ｌ的 一阶导数，可写为： 以增量代替微分，以相邻 二测点间的井斜角变化值 （Δα）与二测点间井段 长度（ΔL）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
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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γ：
cos cos 1 cos 2 sin 1 sin 2 cos
式中：
2 1
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2.井斜角的大小范围定向井又可分为： 常规定向井 ——井斜角＜55 ° 大斜度井 ——井斜角55 ° ～85° 水平井 ——井斜角＞85°
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da K dL
K L
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2）方位变化率——以Ｋφ表 示。严格地讲，方位变化 率是方位角φ 对井深Ｌ的 一阶导数，可写为： 以增量代替微分，以相邻 二测点间的方位角变化值 （Δφ ）与二测点间井段 长度（ΔL）的比值来表示 方位变化率的。 求得的乃是该测段的平均 方位变化率
