軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)方法方案

1、水平井、大位移井執(zhí)道優(yōu)化設(shè)廿方法黃根爐中國石油大學(xué)（華東）石油工程學(xué)院2006年8月28日主要內(nèi)容1.水平松油方案優(yōu)化設(shè)計(jì)方法水平井待鉆軌道施工方案優(yōu)選方法2.3.多點(diǎn)約束下的軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)方法5.考慮方位漂移的軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)方法6.恒工具面角曲線軌道設(shè)計(jì)方法7.懸鏈線、修正懸鏈線及準(zhǔn)懸鏈線剖面設(shè)計(jì)方法1 水平井找油方案優(yōu)化設(shè)it技術(shù)1）地質(zhì)靶點(diǎn)垂深不確定時(shí)水平井找油方法 DAB1 水平井找油方案優(yōu)化設(shè)it技術(shù)以浪費(fèi)的油2）應(yīng)變法找油需要解決的問題 何時(shí)開始探油頂？層段長度最短以多大的穩(wěn)斜角探油頂？1 水平井找油方案優(yōu)化設(shè)it技術(shù)3）不同找油方案的效果對比當(dāng)時(shí)預(yù)測 的井底井 斜比設(shè)計(jì) 井斜大。油層

2、垂深誤差，m1 水平井找油方案優(yōu)化設(shè)it技術(shù)3»*>1 水平井找油方案優(yōu)化設(shè)it技術(shù)3»*>4）程序界面忌祀點(diǎn)垂深不確JF時(shí)待鉆釵適分新iSifiSEMCv把點(diǎn)冀SW的配肛“耙點(diǎn)提前時(shí)怖運(yùn)&熾點(diǎn)不跚的想底p »e點(diǎn)淚歸的祀肚配臣慎諂時(shí)左點(diǎn).不支時(shí)配點(diǎn)滯雋時(shí)ra-'請選擇紀(jì)點(diǎn):反Zl_2_ v昱示冋格綾水平投彩因軌道殳后釗點(diǎn)坯麥數(shù)笄空備：2710 57井狀）：才（EC ）：丟繚S）：BU-/S- ）:C4-/IV- M :嚴(yán)黔KT人為牯討崟曲1 夠疑貶劉飯茂昶ISC）：I鑿翊握計(jì)垂涇R翩加F 翩WF廠分析計(jì)融果沿當(dāng)前并眼萬河同下鉆逬妖度g

3、: F§ 垃觀挽油觸斜焙Q）；匠他層夷貳時(shí)中配留口歡平住夠軌雖W； Piels 他啟位不茨中配也口水平便酒即應(yīng) :廠帀一 他層籀圧時(shí)中恕崗口水平位尬中網(wǎng)wpsTT2 水平井待鉆軌道前工方案優(yōu)選技術(shù)1）水平井中靶施工過程a）根據(jù)新測的井斜、方位數(shù)據(jù)分析不同鉆井方式（滑動(dòng)鉆進(jìn)和復(fù)合鉆進(jìn)）的工具造斜率；b）預(yù)測測量另長段的軌跡，得到井底的位置和井斜、 方位；c）試湊出一套保證軌跡能進(jìn)入幾何靶框的施工方案:d）改變造斜率,重復(fù)b）和c）,并根據(jù)計(jì)算結(jié)果選出最 優(yōu)方案；e）施工到一定長度后得到新的測量數(shù)據(jù)”重復(fù)以上工 作,直至實(shí)鉆軌跡進(jìn)入靶框。2 水平井待鉆軌道施工方案優(yōu)選技術(shù)2水平井中靶施工

4、存在的主要問題由于工具造斜率的不確定性,現(xiàn)場定向井工程師要以不同的造斜率進(jìn)行多次試凄,分析計(jì)算工作量巨大；由于是人工分析,效率低,難以找到最優(yōu)的待鉆軌 道施工方案: 當(dāng)機(jī)械鉆速較快時(shí),會(huì)出現(xiàn)停鉆等施工方案的情況。13施工方案優(yōu)選主要優(yōu)點(diǎn):1 只需預(yù)測造斜率的范圍，更容易做到 t選技術(shù)2.給出下一部施工方案后就可以自動(dòng)分析 不同造斜率對應(yīng)軌道能否中靶，計(jì)算效 率更高3.將下一部施工方案完成后的井底作為中 靶分析的起點(diǎn)，可以最大限度地保證中 靶A根據(jù)施I方 案預(yù)測軌道C)/施工方案擬鉆段完成 X后設(shè)計(jì)的中靶軌道d)e)幾何靶框根據(jù)新測的井斜.方 位數(shù)據(jù)分析不同鉆井 方式的造斜率范圍； 預(yù)測測量另長

5、段的軌 跡范圍；設(shè)計(jì)下段施工方案并 預(yù)測該段完成后的軌 跡范圍；自動(dòng)分析所有軌道能 否中靶按設(shè)計(jì)方案施工完后 得到新的測量數(shù)據(jù), 重復(fù)以上工作2 水平井待鉆軌道施工方案優(yōu)選技術(shù)4）程序界面下次澹IfiiftiU曲輕tiffin Il具迭鶴車不確定時(shí)侍粘秋倉分析-下海a后她住觸濮牙號(hào)驅(qū)()工耳面角1冷動(dòng)鉆違g2015101勵(lì)PH廉貓入飆卻名痢*iEB?&K(.)比20弧段KR（T）«2®J«)»2A&弘曲j包馳0000005為（2恥0D0000000示貶冋2 水平井待鉆軌道前工方案優(yōu)選技術(shù)5）現(xiàn)場應(yīng)用情況2634 -2636 -2638 -

6、2640 -一一實(shí)測軌跡一-最大造斜率對應(yīng)的軌跡包絡(luò)線 一-最小造斜率對應(yīng)的軌跡包絡(luò)線江蘇油田永7平1井自測深2701m8)、bw.2642 -2644 -2646 -2648 -2650 -2652 -A160180200220240260投影位移/(m)至A靶的實(shí)測軌跡及預(yù)測軌跡包絡(luò)線5462O4IX3多貞約東下的軌道優(yōu)化披廿方法1）問題的提出多目標(biāo)井靶區(qū)軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)沒有一套成熟的方法, 現(xiàn)在只是能做到"可以設(shè)計(jì)"出來，沒有考慮優(yōu)化;»復(fù)雜1S況下的防碰繞障軌道設(shè)計(jì)；”在地質(zhì)導(dǎo)向鉆井過程中0隨著隨鉆測井和錄井?dāng)?shù)據(jù) 的豐富，可能會(huì)發(fā)現(xiàn)實(shí)際的含油油藏形狀與設(shè)計(jì)不

7、同,如何調(diào)整靶區(qū)軌道來適應(yīng)地質(zhì)目標(biāo)的改變？ 可以通過多點(diǎn)約束下的軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)133 多點(diǎn)約東下的珈道優(yōu)化披廿方法2)主要特點(diǎn):摩阻扭矩小;設(shè)計(jì)自由、靈活。:在約束點(diǎn) 理,該彈 條空間彈 卜到多點(diǎn)約3 多點(diǎn)約東下的軌道優(yōu)化披it方沫3 多點(diǎn)約東下的軌道優(yōu)化披it方沫3 多點(diǎn)約東下的軌道優(yōu)化披it方沫動(dòng)算例3 多點(diǎn)約東下的軌道優(yōu)化披it方沫3 多點(diǎn)約東下的軌道優(yōu)化披it方沫23502400H I2450255075025001050180015001350 12001050I三維動(dòng)坐標(biāo)法求得的彈性桿曲線軌道曲線投影法求得的彈性桿曲線軌120021350（*）/»1500"

8、（、）1650900逐點(diǎn)設(shè)計(jì)法得到 的軌道3 多點(diǎn)約東下的軌道優(yōu)化披it方沫3 多點(diǎn)約東下的軌道優(yōu)化披it方沫4)算例分析FL/2設(shè)計(jì)方法 待鉆、 軌道指標(biāo)逐點(diǎn)待鉆 設(shè)計(jì)法井眼長度(m)962.63最大曲率 (° /30m)8.0最大曲率變化率 (° /900m2)不同井段間曲 率存在突變彈性桿撓曲線法曲線投影法三維動(dòng)坐標(biāo)法957.46957.765.274.961.1781.1273 多點(diǎn)約東下的軌道優(yōu)化披it方沫S）程序界面3 多點(diǎn)約東下的軌道優(yōu)化披it方沫迷性忤境曲線妙追筑點(diǎn)坊束金數(shù) 廠PR定起點(diǎn)的井輜角和力便角 廠P丸定終點(diǎn)的井斜角和方15角 超點(diǎn)井斜垢）麗一 超點(diǎn)

9、） fgTTK超點(diǎn)約朮劇址cCom）： （5鉤點(diǎn)井斜用（）|90鉤點(diǎn)Tjrteft c） go繆點(diǎn)約束刖度a/ws）：（5沒汁蠡多點(diǎn)約束下釣彈性桿撓曲繡紈AS設(shè)計(jì)（口卩乂員性桿坯囚躍機(jī)UHWyfH慾的驗(yàn)入垂深(n)： I12S6.251H-/S- (n )卜 178 64E+/W- (n)卜匝 3 井斜(°). r 萬圧(° )廠|cl28-p3-l2d當(dāng)筋設(shè)汁林;苦殺點(diǎn)多數(shù)序號(hào)垂探G北面On）東西E11299.05-97.6A-292. 0121298.25-176. 64-582 0131»3-2C8.75-850得設(shè)計(jì)媳哇桿撓曲嫂軌逬盤朗束點(diǎn)垂斥帰）：j：2

10、9C. 17 井移廠）：|?：« ：5 1H/S- M : | : ；：_ C 2才位廠）：|j-.l "»：.E+/W- （m） . | hit $P計(jì)點(diǎn)稈® 盪末性航 01毀址點(diǎn)P且示剛?cè)ち庑詶U摒曲罐軟述般至困磔性桿握曲送枕逍詳如邈據(jù)4特定井段有鉆入角眼制下的珈道優(yōu)化披廿方法由于沒有現(xiàn)成的軟1）問題的提出件可用,利用現(xiàn)有 的LandMark軟件 只能采用試湊的方 法來實(shí)現(xiàn)如何又快又好解決 此種情況下的軌道 優(yōu)化設(shè)計(jì)問題？4 特定井段有鉆入角眼制下的珈道優(yōu)化設(shè)廿方法2）設(shè)計(jì)模型解決思路：采用La nd Mark軌道設(shè)計(jì)軟件自由連接設(shè)計(jì)思想根據(jù)靶點(diǎn)處是否

11、有井眼方向要求.靶點(diǎn)處井斜角與鉆入角的關(guān)系.復(fù)雜井段相對靶點(diǎn)的垂直距離等將某點(diǎn)至靶點(diǎn)的軌道設(shè)計(jì)問題概括為6個(gè)待鉆軌道設(shè) 計(jì)模型來解決4 特定井段有鉆入角眼制下的珈道優(yōu)化設(shè)it方法3）程序界面并斥S）；«wr）：方nxr）：:eie&計(jì)箔臬紀(jì)熙渙；廠 "ZI卻S）；F/5- b）: to）: 軸）： 方倫）：匚際？!:切1（余用而金“。）F-廠f '廠SlHStKtt?-.* ACO.J-血強(qiáng)BB«( /total以H二3積祕更峑04 特定井段有鉆入角眼制下的珈道優(yōu)化設(shè)it方法3）程序界面5 考慮方位漂移的軌道優(yōu)化設(shè)it方法1）問題的提出在鉆井過程中

12、，由于地層特性、鉆頭類型、鉆具組 合等因素的影響，井眼方位會(huì)發(fā)生自然變化，稱之為“方位漂移 由于方位漂移的存在，使得鉆進(jìn)過程中經(jīng)常需要進(jìn) 行扭方位，降低了鉆井時(shí)效在軌道設(shè)計(jì)時(shí)就考慮方位漂移的影響是一種較為有效的方法，但問題是軌道的組成和形狀千變?nèi)f化, 很難找到有效的解決方法。5 考慮方位漂移的軌道優(yōu)化設(shè)it方法為目標(biāo)進(jìn)行軌道設(shè)計(jì)（包括以實(shí)現(xiàn)考慮方位漂移情況下的軌道設(shè)計(jì)。2）解決方法假設(shè)通過一定的途徑可以找 到這樣一個(gè)特殊點(diǎn)6以C點(diǎn)待鉆軌道），對設(shè)計(jì)好的軌 道考慮方位漂移影響后正好 可以通過目標(biāo)點(diǎn)t,這樣就可5 考慮方位漂移的軌道優(yōu)化設(shè)it方法6 恒工具角曲線軌道設(shè)廿方法W問題的提出在井眼軌道設(shè)

13、計(jì)過程中，用到的絕大部分曲線為直線、斜面圓弧線、圓柱螺線、自然曲線（井斜變化率和方位變化率均為固定常數(shù)）等理論上沒有方位漂移的穩(wěn)斜鉆具組合鉆出的井眼為直線軌道、井口鎖定的滑動(dòng)導(dǎo)向鉆具組合對應(yīng)著斜弧軌道.有方位漂移的增/降斜鉆具組合對應(yīng)著自然曲線軌道目前現(xiàn)場最常見軌跡控制方法是保持工具面角不變6 恒工具角曲線珈道設(shè)廿方法2）恒工具面角曲線的特點(diǎn)6 恒工具角an線軌道披廿方沫恒工具面角曲線的軌道參數(shù)計(jì)算公式Lj S + AL. a. - ah + Kcp）- cph + tan co Incos（x>-AL;tan（6r. /2）、tan（Qb /2）, j J/（KcosQ -COSQ/

14、）/（K COSt>）Hj Hh + （sin aj 一 sin ab Sj = Sh +（COSQ/,sinacoscph + tan co In嚴(yán)jE. Eh + sin a sin cph + tanninJa”tan（6Z / 2） 、tan（6r/? / 2） "tan（a/2） ' < tan（M / 2）?COS69）Qcos（v）-da6 恒工具角曲線珈道設(shè)廿方法4）恒工具面角曲線軌道設(shè)計(jì)方法按照軌道自由度和軌道約束方程數(shù)相等的原則分析并確定軌道的組成段數(shù)，并得到軌道設(shè)計(jì)方程組僅最大可能地在方程組中進(jìn)行消元處理構(gòu)造軌道設(shè)計(jì)精度控制目標(biāo)函數(shù)，目標(biāo)函數(shù)

15、最小值 對應(yīng)的軌道及時(shí)要求的軌道。7 懸鏈線、修正懸鏈線和準(zhǔn)懸鏈線剖面設(shè)廿W各種曲線的由來為了減小大位移井中的摩阻扭矩，人們想到了懸鏈7 懸鏈線、修正懸鏈線和準(zhǔn)懸鏈線剖面設(shè)廿7 懸鏈線、修正懸鏈線和準(zhǔn)懸鏈線剖面設(shè)廿線，認(rèn)為懸鏈線剖面由于管柱與井壁的接觸力最小, 所以摩阻扭矩也最小實(shí)際軌道設(shè)計(jì)過程中，發(fā)現(xiàn)懸鏈線軌道剖面曲率隨 井斜角的變化太快（與井斜角正弦的平方成正比）, 所以人為構(gòu)造了 一個(gè)曲率隨井斜角的正弦成正比的曲線，即為修正懸鏈線7 懸鏈線、修正懸鏈線和準(zhǔn)懸鏈線剖面設(shè)廿7 懸鏈線、修正懸鏈線和準(zhǔn)懸鏈線剖面設(shè)廿準(zhǔn)懸鏈線是曲率變化率為常數(shù)的曲線7 懸鏈線、修正懸鏈線和準(zhǔn)懸鏈線剖面設(shè)廿懸鏈線微

16、元受力示意其中:2）懸鏈線軌道T -sma = (T + dT) sin(a + da)T cosa = (T + dT) cos® + da) + q dlsin2 aK =a2）懸鏈線軌道井斜角的計(jì)算T cota = cotah 垂深的計(jì)算H = H& + 么(cscQ/ 一 csca)水平位移的計(jì)算P = Pb +Q lntan(cr / 2) tan(a/? / 2)修正懸鏈線軌道7 懸鏈線、修正懸鏈線和準(zhǔn)懸鏈線剖面設(shè)廿7 懸鏈線、修正懸鏈線和準(zhǔn)懸鏈線剖面設(shè)廿sin2 aK =asin aK =a7 懸鏈線、修正懸鏈線和準(zhǔn)懸鏈線剖面設(shè)廿7 懸鏈線、修正懸鏈線和準(zhǔn)懸鏈線

17、剖面設(shè)廿井斜角的計(jì)算tan(c(f/2) = ea tan(ah /2)7 懸鏈線、修正懸鏈線和準(zhǔn)懸鏈線剖面設(shè)廿7 懸鏈線、修正懸鏈線和準(zhǔn)懸鏈線剖面設(shè)廿垂深的計(jì)算|H = Hh +a-n. smasin 勺?7 懸鏈線、修正懸鏈線和準(zhǔn)懸鏈線剖面設(shè)廿7 懸鏈線、修正懸鏈線和準(zhǔn)懸鏈線剖面設(shè)廿水平位移的計(jì)算P = Pb+aa-ah)4）準(zhǔn)懸鏈線軌道K = Gl + Kh井斜角的計(jì)算=也+G廠+K7 懸鏈線、修正懸鏈線和準(zhǔn)懸鏈線剖面設(shè)廿7 懸鏈線、修正懸鏈線和準(zhǔn)懸鏈線剖面設(shè)廿垂深的計(jì)算H=Hh+cos/7 d0Jk/+2.G.（0-勺）sin00曲+2心（0 色）7 懸鏈線、修正懸鏈線和準(zhǔn)懸鏈線剖面設(shè)

18、廿7 懸鏈線、修正懸鏈線和準(zhǔn)懸鏈線剖面設(shè)廿5)大位移井剖面優(yōu)化設(shè)計(jì)界面a大位移井軌道設(shè)計(jì)目標(biāo)類型選擇q單靶丈位移井O大位移水平井造斜曲線類型選擇F7畫IK線廠懸捱銭V修正懸犍線R準(zhǔn)懸鏈線軌道設(shè)計(jì)所齋參數(shù)井口 N坐標(biāo)5)：井口 E坐標(biāo)6)：A靶垂深Gn):陽635A 靶N坐標(biāo)G)： |-430A 靶E坐標(biāo)(m): |i7qoB 靶垂深 6)： |861. 6B靶N坐標(biāo)®):卜502B 靶E坐標(biāo)®): |2080摩阻扭拒計(jì)篡所齋數(shù)據(jù)全部選中；本次設(shè)計(jì)軌道造斜點(diǎn)深度GO靶前穗斜段長6): 準(zhǔn)懸鏈線曲率變化厲 率° /12000m"2)：|摩阻系數(shù)：匡髒霽圓弧過渡段1曲 率 C* /100m)：凰弧過渡段1角度C ):圓弧過機(jī)段2曲 率 C ZlOOm)： 最犬造斜率限 制° /1