定向井的基本概念

第一节  井身的要素

一、井身的基本要素

1、测深（Measured depth）：井身轴线任意一点到井的

井身长度。通常用字母L表示，单位米或英尺。

2、井斜角（Hole Inclination or Hole Angle）：某测点处的井

眼方向线与通过该点的重力线之间的夹角称为该点的井斜角。通常用希腊字母α表示。

3、井斜方位角（Hole Direction）：是以正北方位线为始边，顺时针旋转至井斜方位线所转过的角度。通常以Ø表示，单位度。

它还可以用象限值表示，是指它与正方位线或与正南方位线之间的夹角，象限值在0-90°之间变化，并要注明象限。

二、井斜变化率和方位变化率

1、斜变化率：单位井段内井斜角的绝对变化值。通用的单

位是：度/10米，度/30米和度/100米。

计算公式：

            Kα=（△α/△L）*100

2、井斜方位变化率：单位井段内井井斜方位角的绝对变化

值。通用的单位是：度/10米，度/30米和度/100米。

计算公式：

           KØ=（△Ø/△L）*100 

三、其它井身参数

1、垂深：（Vertical Depth Or True Vertical Depth）即测

点的垂直深度。通常用H表示，如A、B点的垂深分别表示为HA、HB。

2、水平长度：是指自井口至测点的井眼长度在水平面上的

投影长度。用S表示，如A点的水平长度表示为SA。

3、水平位移：（Displacement or Closure Distance）即井眼轴线某一点在水平面上的投影至井口的距离也称闭合距。用A表示，如A点的水平位移表示为AA。

4、闭合方位角或总方位：（Closure Azimuth）是指以正北方位线为始边顺时针转至闭合距方位线上所转过的角度。用θ表示，如A点的闭合方位角表示为θA。

5、N（北）坐标和E（东）坐标：是指测点在以井口为原点的水平面坐标系里的坐标值。

6、视平移：（Vertical Section）是井身上某点在某一垂直投影面上的水平位移，它不是真实的水平位移，所以称之为视平移。AA为闭合位移，VA为视平移。

视平移与水平位移越接近，说明井眼方位控制的越好。水平位移都是正值，而视平移可能是正值，也可能是负值。负值的视平移说明闭合方位线与设计方位线的差值已大于90度，这种情况常出现于造斜前的直井段。

四、定向井的一些述语或专用名词

1、 最大井斜角：（Maximum Hole Angle）略

2、 磁偏角：（Declination）在某一地区内，磁北方向线

与地理北极方位线之间的夹角，称为该地区的磁偏角。以地理北极方位线为起点，顺时为正值，逆时为负，正值为东磁偏角，负值为西磁偏角。

3、 磁偏角的校正

4、 造斜点（Kick off point）

5、 造斜率：造斜工具的造斜能力。它等于造斜工具所钻

出的井段的井眼曲率，不等于井斜变化率。

6、 增（降）斜率：井斜变化率正值为增斜，负值为降斜。

7、 全角变化率：（Dogleg Severity）全角变化率、狗腿

严重度、井眼曲率都是相同的意义，指的是单位井段内三维空间的角度变化。其常用单位为度/30m。

计算公式：

K=30√（Δα/ΔL）2 （ΔØ /ΔL）2sin2{（α1 α2）/2}2

式中：Δα=α2-α1

      ΔØ-该井段内方位角的绝对变化值，单位“度”。

11、目标点（Target）

12、靶区半径

13、靶心距

14、工具面（Tool Face）：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。

15、反扭角：启动前的工具面与启动后的工具面之间的夹角。

16、高边：（High Side）有斜度的井眼的横断面是呈倾斜状态的圆平面，若干这样的平面上最高点的连线称为高边。因此高边方位就是井眼方位。

17、工具面角：（Tool Face Angle）表示造斜工具下到井底后，工具面所在位置的参数。

其表示方法有两种：高边；二是磁北为基准（Magnetic Angle）。

高边基准工具面角简称高边工具面角，它是指高边方向线与工具面方向线在所处井眼断面上投影所形成的夹角。

18、定向角：是定向工具面角的简称，在定向或扭方位钻进时工具面所处的位置，用工具面角表示。工具面的位置有工作位置与非工作位置之分，工作位置是指启动马达正常钻进的工具面角，非工作位置是指不启动井下马达时的工具面角。

19、安置角：（Tool Face Setting）是安置工具面角的简称，在定向作业或扭方位时，根据井身控制的有关计算，将工具面安放的位置。

20、水平井的一些述语

（1） 长半径水平井

造斜率小于6度/30m的水平井。

（2） 中半径水平井

造斜率介于6度/30m-20度/30m之间的水平井。

（3） 中短半径水平井

造斜率在20度/30m-30度/30m之间的水平井。

（4） 短半径水平井

 造斜率介于1度/m-10度/m之间的水平井，有的把3度

/m-10度/m的称为短半径水平井。

（5） 入靶点

（6） 终止点

（7） 靶前位移

（8） 水平段长

第二节  高斯投影坐标系和地磁要素

一、基本概念

1、 高斯投影坐标系

高斯投影坐标系统（国外也称网格坐标系统）是平面坐标系

统。其符合以下三个条件：（1）正行条件；（2）中央子午线投影后为直线；（3）中央子午线投影后长度不变。将中央子午线东西各一定经差范围内的地区（一般6度或3度）投影到椭圆柱面上，将此柱面沿某一母线展开即成高斯投影平面，中央子午线与赤道的交点O为坐标原点，中央子午线的投影为纵坐标，即X轴，以赤道的投影为横坐标，即Y轴，这就形成了高斯平面直角坐标系。

2、 大地坐标和高斯投影坐标

大地椭圆体面上的某点经纬度称为该点的大地坐标，以（L、

B）表示；该点在高斯投影平面上的直角坐标称为高斯投影坐标，以（x、y）表示。

3、 高斯投影的分带

高斯投影是一种正行投影，它虽然没有角度变形，但存在长

度变形（除中央子午线外）。限制长度变形的最有效方法是“分带”，用分带的办法把投影区域限定在中央子午线两旁的一定范围之内。具体做法如下：先将旋转椭圆面沿子午线划分为若干个经差相等（例如六或三度）的瓜瓣形，各瓜瓣形分别按高斯投影规律进行投影，于是得出不同的投影带。位于各带的中央午子午线即为该带的中央子午线。我国规定中规定，所有国家大地点均按高斯投影正形投影计算其在六度带的平面直角坐标……。

分带的具体规定：

（1） 投影带的编号

 高斯投影六度带，自O度子午线起每隔六度自西向东分带，

依次编号为1、2、3、……。

（2） 坐标写法的规定

 为了避免横坐标出现负号，规定将y值上500.000米；又

为了区别各带坐标的不同，规定在y值（已加500.000米）的前面冠以带号，以符号y规定表示。例如在第六度带第20带中，y=-200.25米，按规定却写成y规定=20499799.75米。至于纵坐标x值，无论哪一带都是由赤道起算的实际值。

4、 收敛角          

真北方向线与网格北方向线的交角称为平面子午线收敛角

（Grid convergence），简称收敛角，以γ表示。收敛角与磁偏角类似也有正负之分，当网格北方向线在真北方向线以东时为正，以西为负。

5、 网格方位与真北方位和磁方位之间的关系

真北方位=磁方位 磁偏角

网格方位=真北方位-收敛角

网格方位=磁方位 磁偏角-收敛角

某点磁方位为80度，磁偏角为6度，收敛角为1度，则其

网格方位=80 6-1=85度。

二、为什么要采用网格参考并补偿收敛角

现在我国的定向井数据处理多采用真北作为方位角，然而地质设计中给出的井口（X0，Y0）和目标点（Xt，Yt）坐标是高斯投影坐标根据着两个点的坐标差值ΔX=Xt-X0和ΔY=Yt-Y0直接算出的方位角是高斯平面方位角（网格方位角），并参考北是网格北。真北和网格北的交角称为平面子午线收敛角，简称收敛角，所以真方位和网格方位相差了γ角。过去我们总是近似以γ=0作数据处理，在γ很小时是可以接受的，然而当γ和位移都很大时，就会产生较大的误差。例如某地γ约为0.63度，当位移2000米时，误差将为2×2000×sin（0.63/2）=22米，这是不可忽略的。因此需要对收敛角进行校正。