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，使轨道和轨迹相一致。
第1节 定向井井眼轨道设计
常规定向井： 大斜度井： 水平井：
b 15 ~ 60 b 60 ~ 85
b 90
b —最大稳斜角
上翘井：
b 90 ~ 120
)2得： tan Nhomakorabea De De2 Se2 2ReSe
2
2Re Se
Dmw De2 Se2 2ReSe
（2）计算各井段参数
增斜段： 稳斜段： 降斜段： 目标段：
Dz Rz sin b
S z Rz (1 cosb )
Dmz
Rz b
180
Dw Dmw cosb
Sw Dmw sin b
钻井工程
井眼轨道设计与轨迹控制
中国石油大学（北京） 2012年11月15日
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锤面上的曲线。 三维定向井：具有不同曲率的空间曲线。 轨道设计：定向井、水平井、侧钻井、大位移井等。
（1）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 , St , Dmm,t ,0
由钻井工程要求和设计原则确定的数据：
造斜点深度 Dkop 井眼曲率 K
（2）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 , Dmm,t ,0 ，选用五段式或多靶三段式；
Dn Rn (sin b sin t )
Sn Rn (cos t cosb )
Dmn
Rn ( b
t
)
180
Dt Dmm cost
Sm Dmm sin t
5、不同轨道类型的关键参数的计算
造斜段井眼曲率半径
计算公式：
R
30
Kc
180
1719 Kc
Kc 的单位为 (/ 30m), R(m)
（1）三段式
轨道形状简单，尽量保证较长的直井段，容易实现钻进 尽量减小最大井斜角，以便减小钻井难度
15 ~ 30，小倾角定向井； 30 ~ 60 ，中倾角定向井； 大于 60 ，大倾角定向井；
最大井斜角不得小于15度，否则井斜方位不易稳定。 选择合适的造斜点位置。 地层：硬度适中，无坍塌、缩径、高压、易漏。 深度：根据垂深、水平位移、剖面类型等确定。 垂深大、位移小、造斜点应深一些，避免长稳斜段； 垂深小、位移大、造斜点应浅一些，减小定向施工工作量。
给定 Dt , St ,0 , Dkop , Kz 时，计算 b , Dmw
De Dt Dkop
Se St Re Rz Dmw (De2 Se2 2ReSe )0.5
b 2 arctan(De Dmw ) /2Re Se
（1）三段式
• 给定 Dt , St ,0, Dkop ,b，计算 Kz , Dmw
给定 Dt , St , Dmm,t ,0 ，且 t 较大，用双增式。 • 确定造斜点位置 Dkop，造斜率 Kz ，降斜率 Kn ， 第二
造斜率 Kzz ；
• 计算关键参数：最大井斜角b ，稳斜段长度 Dmw ；
• 计算各井段井身参数： D, S, Dm • 绘制垂直剖面图和水平剖面图。
4、轨道的设计计算： 以五段式轨道为例，
Rz (Dt Dkop St / tanb ) /tan(b / 2)
Kz 1719/ Rz
Dmw (Dt Dkop Rz sinb ) / cosb
• 给定 Dt , St ,0, Kz ,b ， 计算 Dkop , Dmw
Dkop Dt St / tanb Rz tan(b / 2) Dmw (Dt Dkop Rz sinb ) / cosb
dT —动力钻具直径，mm ； f —安全间隙值，软地层 f =0 ; 硬地层 f = 3~6 mm 。
保证下套管顺利及考虑套管的弯曲强度：
Kcm
114.58*105
c1c2 Edc
s
K cm —下套管允许最大曲率，0/100m； E —钢材弹性模量，Pa ；
dc —套管外径， mm ； s —套管钢材屈服极限， Pa ； c1 —安全系数，1.2~1.25 ； c2 —丝扣应力集中系数， 1.7~2.5 。
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-井段形状由直线和圆弧线组成。
非常规二维定向井：除直线和圆弧曲线外，还有 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
Dmm
c os t
Rn
s in t
(Rz
Rn
)
tan
b
2
令： 则： 由：
Se St Dmm sin t Rn (1 cost )
De Dt Da Dmm cost Rn sin t
Re Rz Rn
tan b
De
Se Re tan
b
2
2 tan( b )
tan b
1
2
tan 2 (b
已知： Dt , St , Dmm,t ,0, Dkop , Kz , Kn
（1）计算关键参数：b , Dmw （如图）
tanb
fg ef
Dt
Da
St Dmm sint Rn (1 cost )
Rz
tan b
2
Rn
tan b
2
Dmm
c os t
Rn
s in t
Dt
Da
St Dmm sint Rn (1 cost )
（3）有利于采油工艺的要求：
尽量减小井眼曲率，以改善油管和抽油杆的工作条件。
尽量以较小井斜角的直井段（斜直或垂直）进入油气 层，以利于安装电潜泵，坐封封隔器及其他井下作业。
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 双增式
二维定向井轨道形状
3、设计条件、内容及步骤
选择合适的井眼曲率：
Kc 小，造斜段长，钻速低； Kc 大，摩阻大， 起下钻、下套管等作业困难；
保持 Kc 均匀，避免急弯，防止阻卡； 保证钻具顺利通过。
Km
33.37(db dT ) L2T
f
Km —起下钻允许的最大曲率，度/100m ；
LT —动力钻具长度，m ；
db —钻头直径，mm ；