3水平井轨道设计

水平井轨道设计韩志勇培训讲课韩志勇水平井分类培训讲课韩志勇水平井分类培训讲课韩志勇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。培训讲课韩志勇水平井目标区设计培训讲课韩志勇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”。培训讲课韩志勇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。培训讲课韩志勇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7.58.5/30m。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。培训讲课韩志勇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。培训讲课韩志勇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:2109.59KKDCsm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2～2.25mCs0D1Km30aMP2K培训讲课韩志勇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。1K2K培训讲课韩志勇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。培训讲课韩志勇套管可通过的最大井眼曲率限制问题m30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：AKDPPCoEjm)(693.16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，。mCjPEPoDKAKNKNcm2cm培训讲课韩志勇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：jPAPebEjePPP1K2KKEPAKDPPCoEjm)(693.16培训讲课韩志勇水平段长的限制条件问题：限制水平段长度的因素：–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。培训讲课韩志勇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。培训讲课韩志勇水平井轨道设计问题(B类)培训讲课韩志勇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；培训讲课韩志勇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；培训讲课韩志勇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：1.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；2.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。3.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。培训讲课韩志勇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；)cos(cos)sin(sinEaXaaEaEXXaRtgHSRHH培训讲课韩志勇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ESaSaSRRHHHsinsin210ESaSaaERRtgHSScoscos210210SSRRR00020202012RSHRSHtgbbbEaaERRRRSSbcsincos)(coscos2121RS1R1RX1RS2R2RX2培训讲课韩志勇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：EaaERRHHHsinsin210EaaaERRtgHSScoscos210210RRR00012RSHbctgb202020RSHbc培训讲课韩志勇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：1.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；2.计算稳斜段长度Lw以及滑行段长度PE;3.最后计算造斜点垂深Ha和靶前位移SE;培训讲课韩志勇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：21)sin(1cosRoptEEopt21cos1sinRoptopt)sin(sinoptEEESbcSEHHES培训讲课韩志勇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：：)sin(sinoptEoptESPEEoptoptEaoptEaPEbcRRHHcoscos)sin(sin)sin(sin21EoptoptEaoptaEPEbcRRSSsincos)cos(cos)cos(cos21培训讲课韩志勇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：1.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；2.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；3.最后计算稳斜段长bc及滑行段长度PE；培训讲课韩志勇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：)cos(cos)sin(sinEaXaaEaEXXaRtgHSRHHSXEEoptRRsin21cos1培训讲课韩志勇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：)sin(sin)sin(sin210optEaoptaERRHHH)cos(cos)cos(cos210EoptoptaaERRSSSoptEoptEtgStgHbcsincos00EoptEopttgStgHPEsincos00optHbccos0opttgHSPE00当αE=900时，当αE=900时，培训讲课韩志勇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。培训讲课韩志勇水平井轨道设计问题(C类)令：310RRR121RRA322RRAEaaERRDDDsinsin310EaaERRSSScoscos310培训讲课韩志勇水平井轨道设计问题(C类)计算过渡参数δ：–当D00时，–当D00时，