水平井轨道设计辅导资料(ppt 34页).ppt

1、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

2、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

3、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8/30m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

4、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1.21.25； 螺纹应力集中系数，API 推荐为3 钻井承包商推荐22.25,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

5、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

6、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

7、，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

8、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E； 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%。据此可以算得： 最高进入点垂深HS=HEHE %； 最低进入点垂深HX=HEHE %； 目标层的厚度； 标志层与目标进入点在垂深方向距离； 发现标志层后钻

9、头先入长度； 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。

10、,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,RS1 R1 RX1 RS2 R2 RX2,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opt； 计算稳斜段

11、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E=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，

12、计算出最佳稳斜角opt； 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opt ：,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E=900时，,当E=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2 和b点井斜角b 。 b 和2 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： 当D0 0 时， 当D0 0 时，