水平井軌道創(chuàng)新設(shè)計輔導(dǎo)資料

1、水平井分類水平井分類水平井軌道設(shè)計問題(B類)水平井軌道設(shè)計需要考慮的問題：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，包括油藏類型的選擇，對油層厚度、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?？紤]兩個不確定性問題：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)計水平井的主要難度之一 井眼軌跡控制要求高 要求高，是指軌跡控制的目標(biāo)區(qū)的要求高。普通

2、定向井的目標(biāo)區(qū)是一個靶園，井眼只要穿過此靶園即為合格。水平井的目標(biāo)區(qū)那么是一個扁平的立方體，如下圖，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。這兩個不確定性的存在，對直井和普通定向井來說，影響不大，但對水平井來說，那么可能導(dǎo)致脫靶。 難度大的另一個原因，水平井的井眼曲率比普通定向井要高得多，造斜的難度要大得多，需要

3、水平井特殊的造斜工具。 這一方面要求精心設(shè)計水平井軌道，一方面要求具有較高的軌跡控制能力。兩個不確定性的影響造斜率不確定可能導(dǎo)致脫靶；預(yù)計為8/30m實際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。假設(shè)油層厚度為10米，那么可能脫靶。 兩個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。假設(shè)油層厚度為10米，那么可能脫靶。套管可通過的最大井眼曲率限制問題 我國的?鉆井手冊(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)不同而已，如下式 :式中： 套管允許通過的最大井眼曲率

4、， ； 套管管體鋼材的屈服強(qiáng)度， ； 套管管體外徑，米 ； 平安系數(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)度的差異。式中采用的是管體屈服強(qiáng)度，實際上真正控制“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，那么可承受的最大彎曲應(yīng)力將越小。 將平安系數(shù) 和螺紋應(yīng)力集中系數(shù) 分

5、開，實無必要。 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，鋼級為80 ，11.05mm壁厚的套管，按照API推薦的公式計算，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，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根底上，參考了文獻(xiàn)長慶油田的套管彎曲試驗數(shù)據(jù)和勝利、大港油田的現(xiàn)場實踐經(jīng)驗，提出了一種套管可通過

6、的最大井眼曲率確實定方法，并給出了計算公式： 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算步驟：從?鉆井手冊甲方?或其他有關(guān)手冊中查得套管的最小螺紋聯(lián)結(jié)抗拉強(qiáng)度 。計算套管已經(jīng)承受的軸向力 。計算套管可承受的彎曲引起的軸向力： 。計算套管可承受最大彎曲應(yīng)力： 。將 和 兩個系數(shù)合為一個系數(shù) ，取值為1.65 ?？紤]到單位換算，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)

7、段太長，下鉆摩阻可能大得下不下去；滑動鉆進(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A類水平井，必須對造斜率和目標(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類的根底上開展出來的。A類水平井，多數(shù)屬側(cè)鉆水平井。軌道設(shè)計又有其特殊性。下面重點講B、C二類水平井的設(shè)計問題。水平井軌道設(shè)計問題(B類)水平井軌道設(shè)計問題(B類)解決

8、兩個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)計問題(B類)設(shè)計條件及要求存在目標(biāo)垂深不確定時應(yīng)給定：目標(biāo)層的井斜角E；目標(biāo)層進(jìn)入點的預(yù)計垂深HE；目標(biāo)層進(jìn)入點的預(yù)計垂深的誤差%。據(jù)此可以算得：最高進(jìn)入點垂深HS=HEHE %；最低進(jìn)入點垂深HX=HEHE %；目標(biāo)層的厚度；標(biāo)志層與目標(biāo)進(jìn)入點在垂深方向距離；發(fā)現(xiàn)標(biāo)志層后鉆頭先入長度；存在造斜率不確定時應(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

9、誤差，并計算出最高造斜率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)計一個下界軌道，同時確定造斜點垂深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)計一個上界軌道。根據(jù)預(yù)計造斜率R1和R2，設(shè)計一個設(shè)計軌道。設(shè)計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)。水平井軌道設(shè)計問題(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)計算公式：造斜點垂深Ha和靶前位移SE ：最正確穩(wěn)斜角計算公式：最優(yōu)進(jìn)入法：進(jìn)入點對準(zhǔn)窗

10、心E點；平行切線法：穩(wěn)斜角與上界軌道相同；水平井軌道設(shè)計問題(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 RX1RS2 R2 RX2 水平井軌道設(shè)計問題(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，計算出最正確穩(wěn)斜角opt；計算穩(wěn)斜段長度Lw以及滑行段長度PE;最后計算造斜點垂深Ha和靶前位移SE ;水平井軌道設(shè)計問題(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)計算公式：最正確穩(wěn)斜角計算公式：當(dāng)E=900時

11、，穩(wěn)斜段長bc ：水平井軌道設(shè)計問題(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)計算公式：滑行段長度PE：造斜點垂深Ha和靶前位移SE ： ：水平井軌道設(shè)計問題(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)計一個下界軌道，同時確定造斜點垂深Ha和靶前位移SE；根據(jù)預(yù)計造斜率R1和R2，以及給定的目標(biāo)垂深不確定條件，計算出最正確穩(wěn)斜角opt；最后計算穩(wěn)斜段長bc及滑行段長度PE；水平井軌道設(shè)計問題(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)計算公式：造斜點垂深Ha和靶前位移SE ：最正確穩(wěn)斜角opt ：水平井軌道設(shè)計問題(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)計算公式：穩(wěn)斜段長度bc 和滑行段長度PE ：當(dāng)E=900時，當(dāng)E=900時，水平井軌道設(shè)計問題(C類)根本思想：這種軌道式在B類軌道根底上開展起來的。B類軌道在鉆進(jìn)過程中，當(dāng)鉆到穩(wěn)斜段時，往往出現(xiàn)穩(wěn)不住的情況。假設(shè)使用強(qiáng)穩(wěn)斜組合，那么組合“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，使用緩增組合(轉(zhuǎn)盤鉆或動力鉆具鉆)。這樣軌跡控制反而比較容易些。設(shè)計思路：給定條件：造斜點垂深Da和靶前位移SE ；兩個主要增斜段曲率半徑R1和R3 ；緩增段的曲率半徑R2 ；需要計算的