1、水平井軌道設(shè)計(jì),水平井分類,水平井分類,水平井軌道設(shè)計(jì)問題(B類),水平井軌道設(shè)計(jì)需要考慮的問題： 首要考慮的是水平井能否取得預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效益。水平井獲得經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵是目標(biāo)段的設(shè)計(jì)，包括油藏類型的選擇，對(duì)油層厚度、性質(zhì)以及剩余油分布的研究，目標(biāo)段的走向、傾向、長度、完井方法等等。 考慮兩個(gè)不確定性問題： 目標(biāo)垂深的不確定性： 造斜率的不確定性 ： 考慮施工人員的軌跡控制能力，特別是增斜段的軌跡控制能力，是否具備必要的造斜工具和測量工具測量儀器等； 考慮所選的造斜率，下套管時(shí)套管能否順利通過？ 目標(biāo)段的長度，還要受到眾多因素的影響。,水平井目標(biāo)區(qū)設(shè)計(jì),水平井的主要難度之一 井眼軌跡控制要求高,要

2、求高，是指軌跡控制的目標(biāo)區(qū)的要求高。普通定向井的目標(biāo)區(qū)是一個(gè)靶園，井眼只要穿過此靶園即為合格。水平井的目標(biāo)區(qū)則是一個(gè)扁平的立方體，如圖所示，不僅要求井眼準(zhǔn)確進(jìn)入窗口，而且要求井眼的方位與靶區(qū)軸線一致，俗稱“矢量中靶”。,水平井的主要難度之二 井眼軌跡控制難度大,難度大，是指在軌跡控制過程中存在“兩個(gè)不確定性因素”。軌跡控制的精度稍差，就有可能脫靶。所謂“兩個(gè)不確定性因素”，一是目標(biāo)垂深的不確定性，即地質(zhì)部門對(duì)目標(biāo)層垂深的預(yù)測有一定的誤差；二是造斜工具的造斜率的不確定性。這兩個(gè)不確定性的存在，對(duì)直井和普通定向井來說，影響不大，但對(duì)水平井來說，則可能導(dǎo)致脫靶。 難度大的另一個(gè)原因，水平井的井眼曲率

3、比普通定向井要高得多，造斜的難度要大得多，需要水平井特殊的造斜工具。 這一方面要求精心設(shè)計(jì)水平井軌道，一方面要求具有較高的軌跡控制能力。,兩個(gè)不確定性的影響,造斜率不確定可能導(dǎo)致脫靶； 預(yù)計(jì)為8/30m實(shí)際7.58.5/30m。 曲率半徑分別為214米，202米，229米。 上差12米，下差15米。 若油層厚度為10米，則可能脫靶。,兩個(gè)不確定性的影響,目標(biāo)垂深的不確定可能導(dǎo)致脫靶； 4 的預(yù)測精度，2500米深度，偏差10米。 若油層厚度為10米，則可能脫靶。,套管可通過的最大井眼曲率限制問題,我國的鉆井手冊(cè)(甲方)介紹了API推薦的公式和鉆井承包商推薦的公式，兩公式的形式完全相同，只是系數(shù)

4、不同而已，如下式 :,式中： 套管允許通過的最大井眼曲率， ； 套管管體鋼材的屈服強(qiáng)度， ； 套管管體外徑，米 ； 安全系數(shù)，API 推薦為1.8， 鉆井承包商推薦1.21.25； 螺紋應(yīng)力集中系數(shù)，API 推薦為3 鉆井承包商推薦22.25,套管可通過的最大井眼曲率限制問題,API推薦公式存在的問題： 未考慮套管管體和螺紋連接強(qiáng)度的差別。式中采用的是管體屈服強(qiáng)度，實(shí)際上真正控制“套管可通過的最大井眼曲率”的因素是螺紋連接強(qiáng)度。 未考慮軸向力的影響。套管可通過的最大井眼曲率問題，就是套管可承受最大彎曲應(yīng)力的問題。顯然在不同的軸向應(yīng)力條件下，套管可承受的最大彎曲應(yīng)力也將不同。軸向應(yīng)力越大，則可承

5、受的最大彎曲應(yīng)力將越小。 將安全系數(shù) 和螺紋應(yīng)力集中系數(shù) 分開，實(shí)無必要。,套管可通過的最大井眼曲率限制問題,存在問題舉例： 例如，直徑244.47毫米，鋼級(jí)為80 ，11.05mm壁厚的套管，按照API推薦的公式計(jì)算，允許通過的最大井眼曲率為6.97 ；按鉆井承包商推薦的公式計(jì)算，允許通過的最大井眼曲率為15.72，二者相差太大。 勝利油田和大港油田在“八五”水平井攻關(guān)期間，都曾將244.47mm直徑，N80鋼級(jí)，11.05mm壁厚的技術(shù)套管，下過16.5的井眼曲率，且未發(fā)現(xiàn)有什么問題。,套管可通過的最大井眼曲率限制問題,在分析了套管可通過的最大井眼曲率影響因素的基礎(chǔ)上，參考了文獻(xiàn)長慶油田的

6、套管彎曲試驗(yàn)數(shù)據(jù)和勝利、大港油田的現(xiàn)場實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提出了一種套管可通過的最大井眼曲率的確定方法，并給出了計(jì)算公式：,式中： 套管允許通過的最大井眼曲率， ； 套管螺紋聯(lián)結(jié)強(qiáng)度， ； 套管已承受的有效軸向力， ； 套管管體外徑， ； 考慮套管螺紋應(yīng)力集中等因素的系數(shù)，取K=1.65； 套管管體截面積， 。,套管可通過的最大井眼曲率限制問題,推薦公式的計(jì)算步驟： 從鉆井手冊(cè)（甲方）或其他有關(guān)手冊(cè)中查得套管的最小螺紋聯(lián)結(jié)抗拉強(qiáng)度 。 計(jì)算套管已經(jīng)承受的軸向力 。 計(jì)算套管可承受的彎曲引起的軸向力： 。 計(jì)算套管可承受最大彎曲應(yīng)力： 。 將 和 兩個(gè)系數(shù)合為一個(gè)系數(shù) ，取值為1.65 。 考慮到單位換算

7、，套管可通過的最大井眼曲率為：,水平段長的限制條件問題：,水平段長度的限制因素： 目標(biāo)段太長，下鉆摩阻可能大得下不下去；滑動(dòng)鉆進(jìn)加不上鉆壓； 摩阻增大，受壓鉆柱發(fā)生屈曲失穩(wěn)，更增大摩阻； 摩阻增大，在某種工況下，鉆柱受力可能超過鉆柱的強(qiáng)度極限，導(dǎo)致鉆柱破壞；,水平段過長，下鉆或開泵井內(nèi)波動(dòng)壓力過大，可能壓漏地層； 水平段過長，起鉆的抽吸可能導(dǎo)致井壁坍塌。,水平井軌道設(shè)計(jì)問題,水平井軌道類型： A類水平井軌道，適用于短半徑水平井。設(shè)計(jì)A類水平井，必須對(duì)造斜率和目標(biāo)垂深掌握得很準(zhǔn)確。 B，C類水平井適用于中、長半徑水平井。 C類是在B類的基礎(chǔ)上發(fā)展出來的。 A類水平井，多數(shù)屬側(cè)鉆水平井。軌道設(shè)計(jì)又

8、有其特殊性。 下面重點(diǎn)講B、C二類水平井的設(shè)計(jì)問題。,水平井軌道設(shè)計(jì)問題(B類),水平井軌道設(shè)計(jì)問題(B類)解決兩個(gè)不確定性問題的思路,為了降低分析問題的難度，將不確定性問題分成三種情況，分別予以解決。 目標(biāo)垂深確定，造斜率不確定； 造斜率確定，目標(biāo)垂深不確定； 造斜率和目標(biāo)垂深都不確定；,水平井軌道設(shè)計(jì)問題(B類)設(shè)計(jì)條件及要求,存在目標(biāo)垂深不確定時(shí)應(yīng)給定： 目標(biāo)層的井斜角E； 目標(biāo)層進(jìn)入點(diǎn)的預(yù)計(jì)垂深HE； 目標(biāo)層進(jìn)入點(diǎn)的預(yù)計(jì)垂深的誤差%。據(jù)此可以算得： 最高進(jìn)入點(diǎn)垂深HS=HEHE %； 最低進(jìn)入點(diǎn)垂深HX=HEHE %； 目標(biāo)層的厚度； 標(biāo)志層與目標(biāo)進(jìn)入點(diǎn)在垂深方向距離； 發(fā)現(xiàn)標(biāo)志層后鉆

9、頭先入長度； 存在造斜率不確定時(shí)應(yīng)給定： 分別給定第一和第二造斜段的預(yù)期造斜率K1和K2； 據(jù)此可以算出相應(yīng)的曲率半徑R1和R2； 給定造斜率預(yù)期的誤差，并計(jì)算出最高造斜率KS和最低造斜率KX； 據(jù)此可以算出相應(yīng)的曲率半徑RS和RX；,水平井軌道設(shè)計(jì)問題(B類)第一種不確定性：目標(biāo)垂深確定，造斜率不確定,設(shè)計(jì)思路： 根據(jù)最小造斜率RX和目標(biāo)窗口的最低深度HX，設(shè)計(jì)一個(gè)下界軌道，同時(shí)確定造斜點(diǎn)垂深Ha和靶前位移SE； 根據(jù)最高造斜率RS和目標(biāo)窗口的最高深度HS，設(shè)計(jì)一個(gè)上界軌道。 根據(jù)預(yù)計(jì)造斜率R1和R2，設(shè)計(jì)一個(gè)設(shè)計(jì)軌道。設(shè)計(jì)軌道必然處在上界和下界軌道之間，在造斜率誤差范圍之內(nèi)，保證鉆達(dá)目標(biāo)。

10、,水平井軌道設(shè)計(jì)問題(B類)第一種不確定性：目標(biāo)垂深確定，造斜率不確定,有關(guān)計(jì)算公式： 造斜點(diǎn)垂深Ha和靶前位移SE ： 最佳穩(wěn)斜角計(jì)算公式： 最優(yōu)進(jìn)入法：進(jìn)入點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)窗心E點(diǎn)； 平行切線法：穩(wěn)斜角與上界軌道相同；,水平井軌道設(shè)計(jì)問題(B類)第一種不確定性：目標(biāo)垂深確定，造斜率不確定,平行切線法,RS1 R1 RX1 RS2 R2 RX2,水平井軌道設(shè)計(jì)問題(B類)第一種不確定性：目標(biāo)垂深確定，造斜率不確定,最優(yōu)進(jìn)入法：,水平井軌道設(shè)計(jì)問題(B類)第二種不確定性：造斜率確定，目標(biāo)垂深不確定,設(shè)計(jì)思路： 根據(jù)給定的造斜率R1和R2以及目標(biāo)垂深不確定性的所有條件，計(jì)算出最佳穩(wěn)斜角opt； 計(jì)算穩(wěn)斜段

11、長度Lw以及滑行段長度PE; 最后計(jì)算造斜點(diǎn)垂深Ha和靶前位移SE ;,水平井軌道設(shè)計(jì)問題(B類)第二種不確定性：造斜率確定，目標(biāo)垂深不確定,有關(guān)計(jì)算公式： 最佳穩(wěn)斜角計(jì)算公式： 當(dāng)E=900時(shí)， 穩(wěn)斜段長bc ：,水平井軌道設(shè)計(jì)問題(B類)第二種不確定性：造斜率確定，目標(biāo)垂深不確定,有關(guān)計(jì)算公式： 滑行段長度PE： 造斜點(diǎn)垂深Ha和靶前位移SE ： ：,水平井軌道設(shè)計(jì)問題(B類)第三種不確定性：目標(biāo)垂深不確定，造斜率不確定,設(shè)計(jì)思路： 根據(jù)最小造斜率RX和目標(biāo)窗口的最低深度HX，設(shè)計(jì)一個(gè)下界軌道，同時(shí)確定造斜點(diǎn)垂深Ha和靶前位移SE； 根據(jù)預(yù)計(jì)造斜率R1和R2，以及給定的目標(biāo)垂深不確定條件，

12、計(jì)算出最佳穩(wěn)斜角opt； 最后計(jì)算穩(wěn)斜段長bc及滑行段長度PE；,水平井軌道設(shè)計(jì)問題(B類)第三種不確定性：造斜率和目標(biāo)垂深都不確定,有關(guān)計(jì)算公式： 造斜點(diǎn)垂深Ha和靶前位移SE ： 最佳穩(wěn)斜角opt ：,水平井軌道設(shè)計(jì)問題(B類)第三種不確定性：造斜率和目標(biāo)垂深都不確定,有關(guān)計(jì)算公式： 穩(wěn)斜段長度bc 和滑行段長度PE ：,當(dāng)E=900時(shí)，,當(dāng)E=900時(shí)，,水平井軌道設(shè)計(jì)問題(C類),基本思想： 這種軌道式在B類軌道基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。 B類軌道在鉆進(jìn)過程中，當(dāng)鉆到穩(wěn)斜段時(shí)，往往出現(xiàn)穩(wěn)不住的情況。若使用強(qiáng)穩(wěn)斜組合，則組合“太硬”，扶正器太多，不利于鉆柱起下和鉆進(jìn)。于是，人們想到將穩(wěn)斜段改為緩增段。 鉆進(jìn)緩增段時(shí)，使用緩增組合(轉(zhuǎn)盤鉆或動(dòng)力鉆具鉆)。這樣軌跡控制反而比較容易些。,設(shè)計(jì)思路： 給定條件： 造斜點(diǎn)垂深Da和靶前位移SE ； 兩個(gè)主要增斜段曲率半徑R1和R3 ； 緩增段的曲率半徑R2 ； 需要計(jì)算的參數(shù)： 關(guān)鍵是b 點(diǎn)和c點(diǎn)的位置。所以最重要的是計(jì)算出從b點(diǎn)到c點(diǎn)井斜角的增量2 和b點(diǎn)井斜角b 。 b 和2 乃是關(guān)鍵參數(shù)。,水平井軌道設(shè)計(jì)問題(C類),令：,水平井軌道設(shè)計(jì)問題(C類),計(jì)算過渡參數(shù)： 當(dāng)D0 0 時(shí)， 當(dāng)D0 0 時(shí)，