轨道优化设计方法.ppt

1,水平井、大位移井轨道优化设计方法,黄根炉中国石油大学（华东）石油工程学院2006年8月28日,2,水平井找油方案优化设计方法水平井待钻轨道施工方案优选方法多点约束下的轨道优化设计方法特定井段有钻入角限制下的轨道优化设计方法考虑方位漂移的轨道优化设计方法恒工具面角曲线轨道设计方法悬链线、修正悬链线及准悬链线剖面设计方法,主要内容,3,1.水平井找油方案优化设计技术,地质靶点垂深不确定时水平井找油方法,导眼法,应变法（常用）,4,1.水平井找油方案优化设计技术,应变法找油需要解决的问题何时开始探油顶？以多大的稳斜角探油顶？,以浪费的油层段长度最短为目标函数的找油方案优化设计方法。,5,1.水平井找油方案优化设计技术,不同找油方案的效果对比,本方案c=87L1=0c=87,L1=0,当时预测的井底井斜比设计井斜大。,6,1.水平井找油方案优化设计技术,程序界面,7,2.水平井待钻轨道施工方案优选技术,水平井中靶施工过程根据新测的井斜、方位数据分析不同钻井方式（滑动钻进和复合钻进）的工具造斜率；预测测量另长段的轨迹，得到井底的位置和井斜、方位；试凑出一套保证轨迹能进入几何靶框的施工方案；改变造斜率，重复b)和c)，并根据计算结果选出最优方案；施工到一定长度后得到新的测量数据，重复以上工作，直至实钻轨迹进入靶框。,8,2.水平井待钻轨道施工方案优选技术,水平井中靶施工存在的主要问题由于工具造斜率的不确定性，现场定向井工程师要以不同的造斜率进行多次试凑，分析计算工作量巨大；由于是人工分析，效率低，难以找到最优的待钻轨道施工方案；当机械钻速较快时，会出现停钻等施工方案的情况。,9,2.水平井待钻轨道施工方案优选技术,考虑造斜率不确定性的待钻轨道施工方案优选方法,根据新测的井斜、方位数据分析不同钻井方式的造斜率范围；预测测量另长段的轨迹范围；设计下段施工方案并预测该段完成后的轨迹范围；自动分析所有轨道能否中靶按设计方案施工完后得到新的测量数据，重复以上工作,主要优点：只需预测造斜率的范围，更容易做到给出下一部施工方案后就可以自动分析不同造斜率对应轨道能否中靶，计算效率更高将下一部施工方案完成后的井底作为中靶分析的起点，可以最大限度地保证中靶,10,2.水平井待钻轨道施工方案优选技术,程序界面,11,2.水平井待钻轨道施工方案优选技术,现场应用情况,江苏油田永7平1井自测深2701m至A靶的实测轨迹及预测轨迹包络线,12,3.多点约束下的轨道优化设计方法,问题的提出多目标井靶区轨道优化设计没有一套成熟的方法，现在只是能做到“可以设计”出来，没有考虑优化；复杂情况下的防碰绕障轨道设计；在地质导向钻井过程中，随着随钻测井和录井数据的丰富，可能会发现实际的含油油藏形状与设计不同，如何调整靶区轨道来适应地质目标的改变？可以通过多点约束下的轨道优化设计来实现,13,3.多点约束下的轨道优化设计方法,设计方法弹性杆挠曲线法设想存在一个光滑弹性直杆，让该弹性杆在约束点上被光滑可旋转滑套限制，按能量最低原理，该弹性杆必然以变形弹性能最小的方式形成一条空间弹性杆挠曲线，计算出挠曲线形状就可以得到多点约束下的轨道。,主要特点：摩阻扭矩小；设计自由、灵活。,14,3.多点约束下的轨道优化设计方法,算例,15,3.多点约束下的轨道优化设计方法,算例分析,16,3.多点约束下的轨道优化设计方法,程序界面,17,4.特定井段有钻入角限制下的轨道优化设计方法,问题的提出,18,4.特定井段有钻入角限制下的轨道优化设计方法,问题的提出由于没有现成的软件可用，利用现有的LandMark软件只能采用试凑的方法来实现如何又快又好解决此种情况下的轨道优化设计问题？,19,4.特定井段有钻入角限制下的轨道优化设计方法,设计模型解决思路：采用LandMark轨道设计软件自由连接设计思想，根据靶点处是否有井眼方向要求、靶点处井斜角与钻入角的关系、复杂井段相对靶点的垂直距离等将某点至靶点的轨道设计问题概括为6个待钻轨道设计模型来解决,20,4.特定井段有钻入角限制下的轨道优化设计方法,程序界面,21,4.特定井段有钻入角限制下的轨道优化设计方法,程序界面,22,5.考虑方位漂移的轨道优化设计方法,问题的提出在钻井过程中，由于地层特性、钻头类型、钻具组合等因素的影响，井眼方位会发生自然变化，称之为“方位漂移”由于方位漂移的存在，使得钻进过程中经常需要进行扭方位，降低了钻井时效在轨道设计时就考虑方位漂移的影响是一种较为有效的方法，但问题是轨道的组成和形状千变万化，很难找到有效的解决方法。,23,5.考虑方位漂移的轨道优化设计方法,解决方法假设通过一定的途径可以找到这样一个特殊点c，以c点为目标进行轨道设计（包括待钻轨道），对设计好的轨道考虑方位漂移影响后正好可以通过目标点t，这样就可以实现考虑方位漂移情况下的轨道设计。,E,N,24,5.考虑方位漂移的轨道优化设计方法,解决方法,25,6.恒工具角曲线轨道设计方法,问题的提出在井眼轨道设计过程中，用到的绝大部分曲线为直线、斜面圆弧线、圆柱螺线、自然曲线（井斜变化率和方位变化率均为固定常数）等理论上没有方位漂移的稳斜钻具组合钻出的井眼为直线轨道、井口锁定的滑动导向钻具组合对应着斜面圆弧轨道、有方位漂移的增/降斜钻具组合对应着自然曲线轨道目前现场最常见轨迹控制方法是保持工具面角不变,26,6.恒工具角曲线轨道设计方法,恒工具面角曲线的特点,自然参数曲线：,圆柱螺线：,27,6.恒工具角曲线轨道设计方法,恒工具面角曲线的轨道参数计算公式,28,6.恒工具角曲线轨道设计方法,恒工具面角曲线轨道设计方法按照轨道自由度和轨道约束方程数相等的原则分析并确定轨道的组成段数，并得到轨道设计方程组仅最大可能地在方程组中进行消元处理构造轨道设计精度控制目标函数，目标函数最小值对应的轨道及时要求的轨道。,29,7.悬链线、修正悬链线和准悬链线剖面设计,各种曲线的由来为了减小大位移井中的摩阻扭矩，人们想到了悬链线，认为悬链线剖面由于管柱与井壁的接触力最小，所以摩阻扭矩也最小实际轨道设计过程中，发现悬链线轨道剖面曲率随井斜角的变化太快(与井斜角正弦的平方成正比)，所以人为构造了一个曲率随井斜角的正弦成正比的曲线，即为修正悬链线准悬链线是曲率变化率为常数的曲线,30,7.悬链线、修正悬链线和准悬链线剖面设计,悬链线轨道,其中：,31,7.悬链线、修正悬链线和准悬链线剖面设计,悬链线轨道,井斜角的计算,垂深的计算,水平位移的计算,32,7.悬链线、修正悬链线和准