预测井眼轨迹的实用方法

通过定量计算地层力和分析井眼几何形状、钻头力及钻具结构特性对钻进方向影响，提出了钻具结构柔度概念和算法，建立了定向井井眼轨迹预测新模式，为井眼轨迹控制提供了一种新的实用方法，并经胜利油田十几口井现场应用，收效明显。     

导眼与扩眼组合钻进模式在定向井轨迹控制中的应用

定向井由于受诸多因素影响,其实钻轨迹有时并不沿着设计轨道钻进,给钻井施工带来很大挑战。不考虑地层特性、钻井参数、井眼轨迹等影响因素,采用简单实用且可满足工程要求的公式,计算和分析了单弯单稳螺杆钻具组合的理论几何造斜率。研究了井眼及钻具尺寸对造斜率的影响,发现相同条件下小井眼比大井眼更易获得高造斜率。由此提出在造斜率要求较高的井段,可先钻一个小尺寸导眼,再扩眼到设计尺寸的组合钻进模式。以X井为例,证实了在轨迹控制困难的定向井中,采用该组合模式后,满足工程要求且降低作业成本,缩短钻井周期。研究结果为井身结构设计和定向井轨迹控制提供了理论指导和借鉴。     

传统底部钻具组合在S形定向井中的应用

东海平湖油气田某S形定向井 ,在直径 311mm及 2 16mm井眼钻进中多次使用了传统非导向旋转底部钻具组合 ,均获得较好的使用效果 ,以简单的底部钻具组合有效地控制了较复杂的井眼轨迹。文中分析了底部钻具组合结构、钻井参数、地层特性及井眼几何特性等因素对底部钻具组合使用效果的影响 ,其结果可供类似井作业借鉴。     

井眼轨迹预测控制技术

通过对底部钻具组合受力变形分析、地层力的计算及井壁变形影响分析，提出了钻具结构集度的概念和计算方法；在分析影响井眼轨迹主要因素的基础上，用数理统计的方法，建立了井眼轨迹预测模式，完善了井眼轨迹预测控制技术。经现场应用，收效显著。     

井眼轨迹控制中过渡井段的研究

在定向钻井的钻进过程中,井眼轨迹控制非常重要,尤其是定向钻进阶段和水平井钻井的水平井段。在这些关键井段,为了精确控制井眼轨迹实现准确中靶,需充分考虑眼轨迹的几何姿态对底部钻具组合(BHA)力学特性的影响。此文通过定量计算,分析了在特定的井眼轨迹几何参数下的BHA力学特性,提出了一种分析过渡井段的方法,指导定向井井眼轨迹控制。     

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科学的井眼轨迹设计方法和精确的井眼轨迹预测与控制技术是确保定向井、丛式井、水平井、大位移井、老井重钻、复杂结构井等一系列特殊工艺井钻井成功，降低钻井成本的关键技术。科学的井眼轨迹预测不仅可以指导轨迹设计、预测实钻井眼轨迹参数，而且可以优化下部钻具组合、提高轨迹控制精度。文章对井眼轨迹预测理论及方法作了简要的分类，介绍了几种目前常用的井眼轨迹预测方法及其特点；提出了基于钻井系统动力学的井眼轨迹预测理论及方法，建立了新的预测模式，提出了井眼轨迹不仅与下部钻具组合和钻头与岩石互作用有关，而且与钻柱的振动和钻井液水力作用有关。     

井眼轨迹预测控制技术

通过对底部钻具组合受力变形分析，地层力的计算及井壁有影响分析，提出了钻具结构柔度的概念和计算方法，在分析影响井眼轨迹主要因素的基础上，用数理统计的方法，建立了蝇眼轨迹预测模式，完善了井眼轨迹预测控制技术，经现场应用，收效显著。     

定向井井眼轨迹预测与控制技术

影响井眼轨迹的主要因素有地质特性、钻具组合结构、井眼轨迹几何形状、钻井工艺参数等。在钻井过程中,预测是控制的基础,如果没有精确的井眼轨迹参数预测,就不可能实现准确的井眼轨迹控制。通过实践经验和研究归纳总结出了一套井眼延伸方向预测的实用程序及井眼轨迹控制原则,供现场钻井施工技术人员参考。     

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利用下部钻具力学分析和钻头与地层相互作用模型来预测和控制井眼轨道对于大多数钻井作业来说仍是一个难题。文章分析了沿钻头的瞬时钻进方向向前差分存在的问题；在分析井眼轨道形状的基础上，提出了井眼轨道预测的4点新认识，建立了侧向钻速等于零的预测和控制准则；分别建立了井眼轨道预测方程、井眼轨道控制方程、钻具导向能力预测方程，并应用于国家重点科技攻关项目和“863”项目中。预测数据与实测结果误差较小。以井眼轨迹光滑为目标，将下部钻具组合三维力学分析与三维钻速方程相结合建立的井眼轨迹预测方程较其它轨迹预测方法具有明显的理论上的先进性和实际应用上的可靠性与准确性。     

滑动钻进造斜率预测与分析

滑动钻进工况下造斜率的准确预测是钻井工程面临的难点问题。首先利用加权余量法,建立了导向钻具组合的三维力学模型,得到了滑动钻进过程下钻头机械载荷及导向钻具组合的摩阻分布;其次考虑滑动钻进过程中工具的造斜特性,建立了零侧向钻速准则下的滑动钻进造斜率预测模型及折算系数反演方法;最后利用一口页岩气水平井钻井数据,反演计算了该井造斜率折算系数,验证了滑动钻进造斜率预测模型的精度,并分析了钻井参数、轨迹参数、钻头切削特性、工具结构等对工具造斜率和摩阻的影响规律。研究结果表明:滑动导向模式下,通过适当增加工具结构弯角、降低钻压、提高钻头侧向切削能力等,有利于发挥工具的造斜性能,提高滑动钻进效率,为导向钻井参数优化、工具结构优化设计及井眼轨迹控制等提供重要依据。     

钻头与地层相互作用的新模型

本文综合考虑了地层各向导性和钻头各向异性对井眼轨迹的影响,经过力学分析和数学处理,建立了更为一般的钻头与地层相互作用模型即UPC模型。它是目前已有类似模型的推广。在此基础上,本文给出了有效钻力的概念,从而找到了确定钻头钻进方向的根据。利用UPC模型,并结合底部钻具组合三维分析程序,既可预测井眼轨迹,又可反求地层因素或钻头各向异性指数等。     

一种判断井眼轨迹漂移规律的新方法

从理论上定性地描述了影响常规定向井井眼轨迹的两个主要因素—钻具力和地层力,提出通过对定向井直井段测斜数据分析,判断未来井眼轨迹漂移趋势的方法。     

导向钻具组合在江苏油田的应用

导向钻井技术是井眼轨迹控制的一项领先技术。江苏油田在定向井钻进中应用了导向钻井技术,取得了较好的经济效益。文中着重介绍了导向钻具组合的结构,钻头、钻井参数的优选,优化井身剖面设计,井身轨迹控制技术,导向钻具组合应用等,并总结出了适合江苏油田?2 15.9mm井眼的导向钻具组合系列。对其它采用导向钻井技术的井眼轨迹控制技术有着现实的指导意义。     

考虑钻头与地层相互作用的侧钻水平井轨迹预测方法

在侧钻水平井钻井过程中，由于造斜率高，从造斜点到半点之间的井段长度有限，给侧钻井的井眼轨迹控制带来较大的挑战。考虑钻头与地层之间相互作用、钻头切削各向异性以及钻头侧向力等因素的影响，建立了侧钻水平井造斜井段采用弯外壳螺杆钻具滑动钻进时的轨迹预测模型，并用现场实钻数据对理论模型进行了验证，为侧钻水平井井眼轨迹预测及井眼轨迹控制提供了一种行之有效的方法。     

一种基于支撑向量机学习预测井眼轨迹的新方法

对影响井眼轨迹的几个主要因素进行了分析,提出了一种利用小样本统计学习理论中的支撑向量机来进行井眼轨迹预测的新方法,介绍了用于非线性回归估计的支撑向量机的基本原理,通过对一口或几口已钻井的轨迹数据、钻进方式和底部钻具组合结构参数进行学习训练支撑向量机,建立了井眼轨迹的支撑向量机预测模型,并利用多口实钻井的轨迹数据进行了验证。结果表明,这种新方法的预测精度远高于传统的定曲率几何预测方法。     

导向钻具定向造斜方程及井眼轨迹控制机制

为满足各种导向钻井方式的井眼轨迹控制需求,建立了导向钻具的定向造斜方程及井眼轨迹的过程控制方法,并进行算例分析。通过证明导向钻具的定向方向与井眼轨迹的主法线方向相一致,建立了导向钻具的定向造斜方程。通过建立导向钻具的造斜率-工具面角、造斜率-定向方位角关系曲线,提出了井眼轨迹的过程控制技术。研究表明:导向钻具的造斜率决定了井眼轨迹的井眼曲率,导向钻具的定向方向决定了井眼轨迹的主法线方向;定向方位角与工具面角均具有定向功能,二者可以互算且互为补充。研究结果揭示了导向钻具与井眼轨迹之间的相互作用机理及控制机制,据此能根据设计的井眼轨迹形成井眼轨迹的控制方案,并随钻控制和监测导向钻具的工作特性。     

大牛地气田长水平段井眼轨迹控制方法

准确掌握钻具组合与地层相互作用表现出来的造斜率是控制水平井井眼轨迹的关键。为了实现对鄂尔多斯盆地大牛地气田长水平段水平井井眼轨迹的高效控制,利用大牛地气田长水平段实钻资料进行了统计分析,获得了使用特定钻具组合在复合钻进条件下地层可钻性级值与井眼全角变化率的对应关系。以此为基础,结合螺杆钻具的实际造斜能力,提出了以地层可钻性级值作为设计依据,构建适应地层可钻性的底部钻具组合设计指导原则,并结合现场应用情况形成了考虑岩石性能变化的井眼轨迹控制方法。该方法提高了底部钻具组合及钻进参数优选的针对性和可操作性,进而可达到提高复合钻进进尺比例和长水平段井眼轨迹控制效率的目的。还从井眼轨迹控制技术的角度出发,提出了一种用于钻具组合及钻进参数优选的地层分级方法,并在实际钻井过程中得到了应用和验证。     

待钻井眼井斜变化率的预测及应用

关于对定向井井斜变化率的定量预测,是实现定向井井眼轨迹定量控制的关键问题。影响井斜变化率的因素很多,本文把这些因素归结为地层因素和钻具力学特性对井斜变化率的影响两类。推导出了待钻井眼的井斜变化率计算式,在四川的10余个地层上进行了统计分析和验证,符合实际情况,具有一定的可靠性和实用性。     

近钻头变径稳定器导向钻具造斜特性研究

为提高现有导向钻具组合井眼轨迹控制能力,针对近钻头变径稳定器导向钻具造斜特性开展了研究。根据纵横弯曲梁法和三弯矩方程,考虑钻具结构弯角和变刚度管柱的影响,建立了带近钻头可变径稳定器的导向钻具组合力学特性分析模型,采用单因素法,对各种条件下近钻头可变径稳定器外径对钻具造斜能力的影响进行分析。分析结果表明,近钻头可变径稳定器外径对钻具造斜能力影响显著,在所研究的参数范围内,钻具长度和井径扩大率对复合钻进造斜率的影响较为明显,上稳定器和钻压的影响次之,螺杆钻具结构弯角对复合钻进造斜率的影响最小。最后根据研究结果并结合现场实际工况,设计并研制出了井下遥控式近钻头可变径稳定器导向钻具。     

深井和大位移井套管磨损程度预测

为提高套管柱强度设计准确性,防止磨损失控情况发生,深入分析了套管磨损预测技术。结合定向井钻柱力学研究成果,考虑钻柱刚度和屈曲的影响,推导了深井和大位移井的钻柱拉力-扭矩方程,建立了基于能量原理的套管磨损程度预测模型,并编制了预测软件。该预测软件可以预测包括钻进、起下钻具等作业过程的,不同套管柱层次、钻具组合、井眼轨迹、钻井液类型和钻井参数等情况的全井段不同井深所对应的套管磨损量。实例计算结果表明,编制的预测软件减小了人为的估计误差,预测值更为准确可靠。研究成果为深井和大位移井安全高效钻进提供了新的技术支持。