水平井轨道设计辅导资料

水平井轨道设计水平井分类水

平

井

分

类水平井轨道设计问题(B类)水平井轨道设计需要考虑的问题：首要考虑的是水平井能否取得预期的经济效益。水平井获得经济效益的关键是目标段的设计，包括油藏类型的选择，对油层厚度、性质以及剩余油分布的研究，目标段的走向、倾向、长度、完井方法等等。考虑两个不确定性问题：目标垂深的不确定性：造斜率的不确定性：考虑施工人员的轨迹控制能力，特别是增斜段的轨迹控制能力，是否具备必要的造斜工具和测量工具测量仪器等；考虑所选的造斜率，下套管时套管能否顺利通过？目标段的长度，还要受到众多因素的影响。水平井目标区设计水平井的主要难度之一—

★井眼轨迹控制要求高

要求高，是指轨迹控制的目标区的要求高。普通定向井的目标区是一个靶园，井眼只要穿过此靶园即为合格。水平井的目标区则是一个扁平的立方体，如图所示，不仅要求井眼准确进入窗口，而且要求井眼的方位与靶区轴线一致，俗称“矢量中靶”。水平井的主要难度之二—

★井眼轨迹控制难度大

难度大，是指在轨迹控制过程中存在“两个不确定性因素”。轨迹控制的精度稍差，就有可能脱靶。所谓“两个不确定性因素”，一是目标垂深的不确定性，即地质部门对目标层垂深的预测有一定的误差；二是造斜工具的造斜率的不确定性。这两个不确定性的存在，对直井和普通定向井来说，影响不大，但对水平井来说，则可能导致脱靶。难度大的另一个原因，水平井的井眼曲率比普通定向井要高得多，造斜的难度要大得多，需要水平井特殊的造斜工具。这一方面要求精心设计水平井轨道，一方面要求具有较高的轨迹控制能力。两个不确定性的影响造斜率不确定可能导致脱靶；预计为8º/30m实际7.58.5/30m。曲率半径分别为214米，202米，229米。上差12米，下差15米。若油层厚度为10米，则可能脱靶。两个不确定性的影响目标垂深的不确定可能导致脱靶；4‰的预测精度，2500米深度，偏差10米。若油层厚度为10米，则可能脱靶。套管可通过的最大井眼曲率限制问题

我国的《钻井手册(甲方)》介绍了API推荐的公式和钻井承包商推荐的公式，两公式的形式完全相同，只是系数不同而已，如下式:式中：——套管允许通过的最大井眼曲率，；——套管管体钢材的屈服强度，；——套管管体外径，米；——安全系数，API推荐为1.8，钻井承包商推荐1.2～1.25；——螺纹应力集中系数，API推荐为3钻井承包商推荐2～2.25

套管可通过的最大井眼曲率限制问题API推荐公式存在的问题：未考虑套管管体和螺纹连接强度的差别。式中采用的是管体屈服强度，实际上真正控制“套管可通过的最大井眼曲率”的因素是螺纹连接强度。未考虑轴向力的影响。套管可通过的最大井眼曲率问题，就是套管可承受最大弯曲应力的问题。显然在不同的轴向应力条件下，套管可承受的最大弯曲应力也将不同。轴向应力越大，则可承受的最大弯曲应力将越小。将安全系数和螺纹应力集中系数分开，实无必要。

套管可通过的最大井眼曲率限制问题存在问题举例：例如，直径244.47毫米，钢级为Ｎ－80，11.05mm壁厚的套管，按照API推荐的公式计算，允许通过的最大井眼曲率为6.97；按钻井承包商推荐的公式计算，允许通过的最大井眼曲率为15.72，二者相差太大。胜利油田和大港油田在“八五”水平井攻关期间，都曾将244.47mm直径，N80钢级，11.05mm壁厚的技术套管，下过16.5的井眼曲率，且未发现有什么问题。套管可通过的最大井眼曲率限制问题

在分析了套管可通过的最大井眼曲率影响因素的基础上，参考了文献长庆油田的套管弯曲试验数据和胜利、大港油田的现场实践经验，提出了一种套管可通过的最大井眼曲率的确定方法，并给出了计算公式：

式中：—套管允许通过的最大井眼曲率，；—套管螺纹联结强度，；

—套管已承受的有效轴向力，；

—套管管体外径，；—考虑套管螺纹应力集中等因素的系数，取K=1.65；—套管管体截面积，。套管可通过的最大井眼曲率限制问题推荐公式的计算步骤：从《钻井手册（甲方）》或其他有关手册中查得套管的最小螺纹联结抗拉强度。计算套管已经承受的轴向力。计算套管可承受的弯曲引起的轴向力：。计算套管可承受最大弯曲应力：。将和两个系数合为一个系数，取值为1.65。考虑到单位换算，套管可通过的最大井眼曲率为：

水平段长的限制条件问题：水平段长度的限制因素：目标段太长，下钻摩阻可能大得下不下去；滑动钻进加不上钻压；摩阻增大，受压钻柱发生屈曲失稳，更增大摩阻；摩阻增大，在某种工况下，钻柱受力可能超过钻柱的强度极限，导致钻柱破坏；水平段过长，下钻或开泵井内波动压力过大，可能压漏地层；水平段过长，起钻的抽吸可能导致井壁坍塌。水平井轨道设计问题水平井轨道类型：A类水平井轨道，适用于短半径水平井。设计A类水平井，必须对造斜率和目标垂深掌握得很准确。B，C类水平井适用于中、长半径水平井。C类是在B类的基础上发展出来的。A类水平井，多数属侧钻水平井。轨道设计又有其特殊性。下面重点讲B、C二类水平井的设计问题。水平井轨道设计问题(B类)水平井轨道设计问题(B类)

解决两个不确定性问题的思路为了降低分析问题的难度，将不确定性问题分成三种情况，分别予以解决。目标垂深确定，造斜率不确定；造斜率确定，目标垂深不确定；造斜率和目标垂深都不确定；水平井轨道设计问题(B类)

设计条件及要求存在目标垂深不确定时应给定：目标层的井斜角αE；目标层进入点的预计垂深HE；目标层进入点的预计垂深的误差Δ%。据此可以算得：最高进入点垂深HS=HE－HE×Δ%；最低进入点垂深HX=HE＋HE×Δ%；目标层的厚度σ；标志层与目标进入点在垂深方向距离δ；发现标志层后钻头先入长度ρ；存在造斜率不确定时应给定：分别给定第一和第二造斜段的预期造斜率K1和K2；据此可以算出相应的曲率半径R1和R2；给定造斜率预期的误差，并计算出最高造斜率KS和最低造斜率KX；据此可以算出相应的曲率半径RS和RX；水平井轨道设计问题(B类)

第一种不确定性：目标垂深确定，造斜率不确定设计思路：根据最小造斜率RX和目标窗口的最低深度HX，设计一个下界轨道，同时确定造斜点垂深Ha和靶前位移SE；根据最高造斜率RS和目标窗口的最高深度HS，设计一个上界轨道。根据预计造斜率R1和R2，设计一个设计轨道。设计轨道必然处在上界和下界轨道之间，在造斜率误差范围之内，保证钻达目标。水平井轨道设计问题(B类)

第一种不确定性：目标垂深确定，造斜率不确定有关计算公式：造斜点垂深Ha和靶前位移SE：最佳稳斜角计算公式：最优进入法：进入点对准窗心E点；平行切线法：稳斜角与上界轨道相同；水平井轨道设计问题(B类)

第一种不确定性：目标垂深确定，造斜率不确定平行切线法RS1R1RX1RS2R2RX2

水平井轨道设计问题(B类)

第一种不确定性：目标垂深确定，造斜率不确定最优进入法：水平井轨道设计问题(B类)

第二种不确定性：造斜率确定，目标垂深不确定设计思路：根据给定的造斜率R1和R2以及目标垂深不确定性的所有条件，计算出最佳稳斜角αopt；计算稳斜段长度Lw以及滑行段长度PE;最后计算造斜点垂深Ha和靶前位移SE;水平井轨道设计问题(B类)

第二种不确定性：造斜率确定，目标垂深不确定有关计算公式：最佳稳斜角计算公式：当αE=900时，稳斜段长bc：水平井轨道设计问题(B类)

第二种不确定性：造斜率确定，目标垂深不确定有关计算公式：滑行段长度PE：造斜点垂深Ha和靶前位移SE：：水平井轨道设计问题(B类)

第三种不确定性：目标垂深不确定，造斜率不确定设计思路：根据最小造斜率RX和目标窗口的最低深度HX，设计一个下界轨道，同时确定造斜点垂深Ha和靶前位移SE；根据预计造斜率R1和R2，以及给定的目标垂深不确定条件，计算出最佳稳斜角αopt；最后计算稳斜段长bc及滑行段长度PE；水平井轨道设计问题(B类)

第三种不确定性：造斜率和目标垂深都不确定有关计算公式：造斜点垂深Ha和靶前位移SE：最佳稳斜角αopt：水平井轨道设计问题(B类)

第三种不确定性：造斜率和目标垂深都不确定有关计算公式：稳斜段长度bc和滑行段长度PE：当αE=900时，当αE=900时，水平井轨道设

计问题(C类)基本思想：这种轨道式在B类轨道基础上发展起来的。B类轨道在钻进过程中，当钻到稳斜段时，往往出现稳不住的情况。若使用强稳斜组合，则组合“太硬”，扶正器太多，不利于钻柱起下和钻进。于是，人们想到将稳斜段改为缓增段。钻进缓增段时，使用缓增组合(转盘钻或动力钻具钻)。这样轨迹控制反而比较容易些。设计思路：给定条件：造斜点垂深Da和靶前位移SE；两个主要增斜段曲率半径R1和R3；缓增段的曲率半径R2；需要计算的参数：关键是b点和c点的位置。所以最重要的是计算出从b点到c点井斜角的增量Δα2

和b点井斜角αb。αb

和Δα2

乃是关键参数。水平井轨道设

计问题(C类)令：水平井轨道设

计问题(C类)计算过渡参数δ：当D0>0时，当D0>0时，当D0＝0且S0>0时，当D0＝0且S0>0时，δ＝90°

δ＝270°

水平井轨道设

计问题(C类)计算过渡参数σ：计算缓增段井斜角增量Δα2及b点和c点井斜角：水平井轨道设

计问题(C类)对