侧钻水平井三维井眼轨迹优化设计与应用兰.ppt
12,13,三维轨迹设计必要性分析 三维侧钻轨迹设计方法 三维轨迹设计关键技术 三维轨迹设计软件开发 三维轨迹设计软件应用 结论与认识,三维轨迹设计必要性分析,对用斜向器开窗的侧钻水平井来说，在进行三维井眼轨迹设计时原井眼轨迹对斜向器定向是有影响的。这种影响在原井眼井斜越大时表现越突出。一般的三维轨迹设计软件在进行侧钻水平井轨迹设计时，其设计过程不能优选节点参数，只能将整个轨迹设计成三维扭方位轨迹，加大了现场施工操作的难度。优化侧钻水平井三维轨迹设计有助于避免斜向器定向及扭方位时完全个人经验化，实现一定程度的量化、科学化，以尽可能短的滑动进尺钻达目标井深，避免定向失误、缩短钻井周期、节约钻井成本。,为了使现场定向井工程师能准确地把握实钻轨迹参数与控制趋势，确保准确中靶；对侧钻水平井三维轨迹进行优化设计，解决其存在的上述问题，可最大限度地排除设计人员经验干扰，使经验补偿作用越来越小；侧钻水平井三维轨迹优化设计有助于避免斜向器盲目定向及井下动力钻具盲目扭方位，以尽可能短的钻井进尺钻达目标井深，缩短钻井周期、节约钻井成本。,三维侧钻轨迹设计方法,原井轨迹,斜向器稳斜段,斜面圆弧段,基本假设a侧钻水平井所钻曲线段是在空间两个斜平面上的曲线段。b侧钻水平井曲线段主要由动力钻具以滑动钻进方式完成。c侧钻水平井曲线段由几段定曲率曲线光滑连接而成，且曲线的曲率主要由动力钻具的造斜率决定。d任一定曲率曲线段内，动力钻具的造斜能力及工具面角基本保持不变。,三维侧钻轨迹设计方法,三维侧钻轨迹设计关键技术,关 键 技 术,斜向器定向优化,三维轨迹数学模型,三维轨迹设计判别,三维轨迹剖面优化设计及节点优选,三维井眼轨迹优化设计的关键技术,判别标准：侧钻点不在目标靶区垂直平面内,判别方法：目标垂距 0,根据目标垂距计算图可得约束方程：,1 三维轨迹设计判别技术,式中,推导可得,双斜面求解计算模型,2 双斜面轨道约束方程及推导结果,三维轨迹设计关键技术,三维井眼轨迹优化设计的关键技术,斜向器定向原理图,定向装置角,3 斜向器定向优化,斜向器最大扭转方位角计算公式,斜向器装置方位角公式,侧眼初始井斜角计算公式,结论,根据侧钻水平井施工特点，采用双斜面五段制剖面设计，能使施工中的实钻轨迹有充分的调整井段，可以适时弥补工具实际造斜率误差。在确定造斜率时，第二造斜段造斜率可取得比第一造斜段造斜率稍低，这样在后期油藏位置发生变化时有利于调整，并实现中靶。针对不同井的不同情况，优选中间稳斜角，目标井斜角，采用双斜面顺算法，确定目标垂面内二维轨迹起点节点参数。通过优选的目标垂面二维节点参数，实现了现场轨迹控制各阶段的量化：三维轨迹设计在初始段扭方位，中间段在合适的井段从三维扭方位段变为目标垂面内二维轨迹。提高了现场轨迹控制的精确性、科学性。,4 三维轨迹剖面优化设计及节点优选,三维井眼轨迹优化设计的关键技术,三维轨迹设计软件开发,应用Excel VBA开发了侧钻水平井三维轨迹设计程序,程序结构示意图,该程序包含10大模块，分散在12个工作表内，界面友好，操作简单。程序结构示意图如右所示：,2008年至今，运用自主研发的三维轨迹设计程序在新疆油田设计并完成了14口中曲率侧钻水平井施工，设计造斜率与实际造斜率差值基本在1左右，现场指导性强。下面给出14口侧钻水平井运用三维轨迹优化设计程序设计的造斜率与实钻平均造斜率的统计表。,陆梁已完钻14口侧钻水平井设计与实钻造斜率统计表（单位:30m）,三维轨迹设计软件应用,1 三维轨迹优化设计示例（以SN6649井为例）,SN6649侧钻水平井设计侧钻点位置2373m，通过轨迹设计程序的节点计算模块计算得，目标垂距：29.88m，侧钻点与目标垂面不共面，判别为三维轨迹设计。,首先运用三维轨迹设计判别技术确定给定井眼的属性,三维轨迹设计软件应用,该井设计使用斜向器导斜角为2.5，原井眼侧钻点位置2373m处井斜角2.31,方位角309.99，该井目标垂面设计方位为235.62，通过优选期望方位，斜向器定向设计模块程序计算得到如下图所示结果,其次运用斜向器优化设计技术，计算斜向器定向装置角,SN6649井斜向器定向计算,三维轨迹设计软件应用,通过双斜面三维轨迹设计模块，输入合适中稳角48，计算得到符合现场定向井工程师所需要的三维轨迹：,三维轨迹设计软件应用,2 三维轨迹优化设计与三维常规双斜面设计对比分析,三维轨迹设计软件应用,由上表分析可知：三维轨迹优化剖面设计的思路很清晰，在初始井段大力扭方位，在设计至中稳斜角48时，轨迹已由三维变向为二维轨迹，便于现场施工操作；而常规双斜面剖面设计，其设计在两个斜面内不停的扭方位至到目标靶点，如上表所示，绿表中常规设计扭方位井段从2408m扭至2592.82m而红表优化剖面设计中扭方位井段从2408m扭至2528.82m即结束，大大缩短了扭方位井段，符合现场施工要求。,轨迹优化,三维轨迹设计软件应用,2 三维轨迹优化设计与三维常规双斜面设计对比分析,定向优化,误差曲线,对比优化设计与常规三维设计，常规三维设计存在定向设计误差大，大斜度井段扭方位设计与现场施工严重不符等问题。不进行优化设计，在现场施工中会造成以下问题：1、原井井斜大时将有可能出现斜向器定向失误，给后续施工带来困难。2、大斜度井段摩阻大，扭方位困难，螺杆造斜率难以预测，大大增加了轨迹控制的难度；3、大斜度段扭方位，往往需要摆工具面至90进行，而且要消耗大量垂深，这在薄层侧钻时容易造成脱靶。因此三维轨迹优化剖面设计比常规双斜面轨迹设计更科学、准确性高、现场指导性强。,三维轨迹设计软件应用,四、结论及认识,1、本文所推导的斜向器定向计算公式，为侧钻水平井三维轨迹的科学设计奠定了基础。依托斜向器定向设计计算的三维轨迹优化设计程序在现场中可以提高斜向器定向准确程度、缩短侧眼扭方位、滑动钻进井段长度，更符合现场施工实际。2、双斜面五段制轨迹剖面是目前现场最实用的侧钻水平井轨迹设计剖面，通过固定中稳角的方法，可以为现场提供合适的节点设计参数，实用性强。3、依托VBA编程环境结合Excel Chart对象，编制了三维侧钻水平井轨迹设计计算程序，图形界面友好，简单、实用，对硬件要求低，适用于普通Office办公电脑，可为工程设计人员提供更准确、更直观的轨迹设计与控制计算平台。,谢谢大家！,理量的意义 返回,软件界面 返回,10大模块1、原井轨迹计算2、节点分析3、单增设计4、双增设计5、单面设计6、双面设计7、实钻计算8、距离扫描9、控制分析10、投影图输出,三维轨迹设计软件开发,斜向器定向原理图 返回,目标垂距计算图 返回,水平投影图 返回,原井参数对斜向器指向与初始井眼方向误差的影响,返回1 返回2,返回,斜向器定向公式推导,斜向器定向程序优化设计,指导轨迹设计,1,斜向器定向装置角公式,1=,1,三维轨迹设计关键技术,斜向器定向优化技术,三维轨迹设计关键技术,3 斜向器定向优化技术,用上述公式进行计算可以看出，侧钻点井斜角越大，斜向器装置方位角与设计侧钻方位角差值越大，该结果表明：当井斜角较大时，斜向器扭方位能力是有限的，如使用设计侧钻方位对斜向器进行定向，更难取得最佳效果。具体计算结果后面有个实例。返回,
