井眼方向控制设计的新方法

为了简化井眼方向控制设计的数学公式推导和施工参数求解,采用矢量代数方法对空间圆弧模型进行了再研究,推导出装置角、井眼方向矢量、井眼高边矢量、圆弧内法向矢量之间的矢量关系式。将圆弧井段参数计算中原来用三角函数表示的复杂公式用简单的矢量公式重新进行描述,极大地简化了有关的公式推导过程和计算。使用新的矢量公式对井眼方向控制方案设计参数求解问题进行研究,求出了全部9种已知设计条件下的设计方案的解,并给出判断初始装置角正负符号的新的、简单的判据。使用实际数据对设计方法进行测试,结果完全正确。给出的圆弧模型参数矢量计算公式,具有较强的几何直观性,比其他使用三角函数的相关公式更加简单,不仅可以用于解决井眼方向控制问题的求解,而且在圆弧型井眼轨道设计与计算的其他问题中都有应用价值。     

空间斜平面上的二维井眼轨道设计方法

二维井眼轨道是指井眼轨道上每一点的井眼切线都与某个固定的非零矢量相垂直的三维井眼轨道,如过井口铅垂面上的S型井眼轨道,空间斜平面上的"稳斜-圆弧-稳斜-圆弧-稳斜"型待钻设计轨道,将三维井眼轨道设计问题转化为空间斜平面上的二维井眼轨道设计问题,可使设计简单易解。讨论了三维井眼轨道退化为空间斜平面上的二维井眼轨道的设计条件,推导出了三维设计参数与空间斜平面上的设计参数之间的变换公式;利用圆弧轨迹的矢量描述技术给出了全局坐标系与局部坐标系之间的矢量变换公式,即先将已知设计参数变换为空间斜平面上的参数,再按照二维S型轨道设计方法在空间斜平面上进行设计求解,最后将设计结果变换到全局坐标系中。数值算例表明,该计算流程简单快捷,易于编程实现,可用于特殊设计条件下的待钻井眼轨道设计、侧钻轨道设计问题。     

最小曲率法的再认识及其应用

在使用最小曲率法推导有关公式的过程中,涉及了大量的三角函数变换,过程有时很复杂,极易出现错误。为了解决这个问题,分析了井眼轨迹切线与井斜角和方位角之间的数学关系,利用井眼方向矢量给出了最小曲率法的矢量形式。这种矢量形式深刻地揭示了圆弧井段弯曲角、井眼曲率、坐标增量、井斜角和方位角之间的关系的数学实质,具有形式简洁和几何直观性。使用矢量形式的最小曲率法对井眼轨迹内插、完钻井段设计等问题进行了研究。结果表明,有关公式的推导过程非常简单,完全避免了复杂的三角函数变换,而且最终得到了计算公式更加简单。同时,还用实际算例进行了验算,证实了本文新公式的正确性。本文提出的矢量形式的最小曲率法新公式可以应用于与圆弧井段有关的井眼轨迹设计和计算问题中。     

杜32-兴H309Z鱼骨水平井钻井技术

为进一步提高采收率,针对辽河油田超稠油储集区杜229块的地层、油藏特性,采用了MRC技术,部署了4分支鱼骨水平井——杜32-兴H309Z井。分析了钻井施工难点：鱼骨剖面设计和井眼轨迹控制难度大,井眼净化要求高。确定了分支井夹角小于30°、水平段主井眼与各分支井眼同径等设计原则。在钻井施工中精确控制了水平段轨迹,应用了悬空侧钻技术。该井最大造斜率14．46°／30m,最大井斜角95．94°,井深1428．66m,水平段油层累计长度1151m。     

最近井距计算理论的完善及应用

在现有的最近井距扫描算法中,只考虑了最近距离点唯一的情况,无法处理最近距离点为多个乃至无穷的情况.在比较井圆弧井段上利用圆弧的垂向轴线建立了局部直角坐标系,使用初等几何方法给出了计算点到圆弧井段的最近距离点的新方法,涵盖了点与圆弧之间的位置关系的全部五种可能的情况.求出了整体坐标系到局部坐标系的变换矩阵.分析了点与稳斜井段之间的三种位置关系,给出了点到稳斜井段的最近距离的计算公式.新方法揭示了点到圆弧井段的最近距离点可能不是唯一的;在某些情况下,最近距离点有两个或者无穷多个.分析了经典的最近距离扫描图的缺点,用实例证明了经典绘图方法丢失了井深信息,提出了一种新的最近距离扫描图的绘图方法.本文方法适用于比较井为实钻轨迹或者圆弧型设计轨迹的邻井最近距离计算.     

二维阶梯形水平井段设计方法研究

阶梯形水平井段用于开发层叠状的多个油层,比用多口水平井来开发具有节省钻井投资、提高开采效率等优点.建立了阶梯形水平井段所满足的二元非线性方程组,对于常用的5种不同的未知数组合情况,使用数学化简技巧将该方程组归结为3种标准形式的三角函数方程组.推导出了3种标准形式方程组的解析解计算公式.在求解阶梯形水平井段设计问题时,增降斜井段的拐点处的井斜角是一个关键未知数,而油层井段的长度、增(降)井段的井眼曲率可以作为另一个未知数.以某水平井开发2个不同深度的薄油层为算例,对计算公式进行了验证,并与文献上的数据进行了对比,证实了计算公式的正确性.计算公式具有与具体未知数组合情况相对独立的特点,更有利于计算机软件开发时的模块化编程实现.     

大位移井侧位抛物线剖面设计的数值计算

侧位抛物线剖面是大位移井轨道设计中常用的剖面类型。对侧位抛物线剖面设计求解过程中的求侧位抛物线初始点井斜角的数值方法和从段长求井斜角的数值方法进行了分析,指出其关键是求解侧位抛物线初始点井斜角所满足的一个三角函数方程。用倍角公式可将该三角函数方程转化成一个四次代数方程,然后用求根公式直接求出解析解。用解析解可简化侧位抛物线剖面设计过程,减少计算工作量,提高计算速度。侧位抛物线井段参数计算中需要通过段长公式来反求井斜角,给出了反求井斜角的二分法。本文的算法可应用于大位移井轨道设计的软件开发。     

国内分支井技术应用面临的主要难题及研究进展

介绍了分支井的技术特点及其在国内外的应用情况,分析认为国内分支井应用面临的主要技术难题有分支井眼参数设计、分支井叉口部位的处理以及分支系统设计的尺寸限制3个方面,总结了国内在分支井领域的研究进展及存在的问题,提出预开窗分支井、地面塑性预成型的6级分支井系统与智能完井技术结合是分支井技术的发展方向。     

金平1井长水平段水平井的设计与施工

胜利油田自主设计并应用常规钻井设备自主施工完成的金平1井,完钻井深2128m,垂深583.9m,位移1636.34m,位垂比达2.803,是目前中国陆上油田位垂比最大的一口水平段水平井。该井的井身结构设计以高效钻井和保护油气层为设计原则,要求井眼轨道具有足够的直井段,并且尽量减小设计造斜率,从而降低摩阻和扭矩,保证水平段有效延伸。最终井眼轨道设计为直—增—增—水平段轨道,造斜率保持在18°～21°/100m。该井井眼尺寸大:一开为准660.4mm,二开为准346.1mm,三开为准241.3mm,造斜点浅,造斜段地层疏松,水平段及斜井段长,摩阻系数相对较大,要求钻井液体系具有良好的抑制性、携岩性、润滑性和防塌、造壁功能,施工难度大。通过不断调整钻具组合,使其满足斜井段和水平段井眼轨迹控制要求,优造钻井液体系,应用随钻测量技术,该井钻探获得成功。     

煤层气井水平段坍塌不规则井眼封固研究

为了提高煤层气的采收率,煤层气开发多采用L形水平井、U形水平对接井和多分支井设计方案。水平井钻井施工进入水平段后,常出现井眼坍塌的情况。针对煤层气井水平段的坍塌情况,结合不规则井眼的实际,对一系列难点和封固井中存在的问题和方法进行深入、细致的研究,以提高煤层气井水平段坍塌不规则井眼的封固质量。     

水平井实钻轨迹监控的算法研究及应用

在水平井的实际钻进的过程中,需要对实钻井眼轨迹进行实时监控,而实时监控的主要技术指标——实钻轨迹与设计轨迹的"距离",即法面距离的计算过程比较复杂,形式也比较繁琐。为解决这一问题,利用空间圆弧模型的矢量描述技术,重新推导出了法面距离计算所需求解的方程,以及横向偏差和纵向偏差的新公式。以某水平井为实际算例进行了验证。采用新公式计算该水平井的法面距离,待钻井眼轨迹能够中靶,并且进入靶体之后一直保持在靶体轴线附近。结果表明,空间圆弧矢量描述技术在有关的数学公式推导中非常简洁,并且具有很直观的几何意义,能够简化理论公式推导过程,不易产生错误。新公式可用于钻井专用计算机软件的开发,不仅可以减少编程工作量,而且有利于代码维护,具有推广价值。     

限定入靶方向的双圆弧型纠偏轨道设计问题的解析解

为了快速可靠地求解双圆弧型纠偏轨道设计问题的多元非线性方程组．研究了该方程组的解析求解方法。使用一些数学变换技巧推导出了该方程组的特征多项式。特征多项式为以某个未知数为变元的一元二次多项式,可以使用解析公式求出实数根．而方程组的其他所有未知数都可以通过特征多项式的实数根的解析公式来计算。根据特征多项式的实根判别式可以事先判定纠偏设计问题是否有解;在设计问题有多个解的情况下,使用本文方法可以求出设计问题的全部解。软件实现及其实际应用表明,与其他数值迭代算法相比较,本文提出的解析解法计算快捷、求解可靠、易于实现。解析解还能用于对设计参数进行允许取值范围分析,对于提高纠偏轨道设计计算机软件的运行稳定性和用户友好性有较大的作用。     

三维悬链线轨道设计的改进算法

三维悬链线轨道设计是新近提出的一种大位移井轨道设计新方法,由于需要使用数值积分法来计算井段增量,设计约束方程组的数值求解比较困难.求出了垂深增量积分式的原函数,得到了垂深增量的解析计算公式.使用该解析公式,求出了约束设计方程组的一个近似解,可以将它作为求解该方程组的迭代法的初始值；使用该解析公式,还证明了稳斜井段的段长与悬链线特征参数之间存在线性相关性,并将这种线性相关性用于设计约束方程组的降维处理,使得原来的具有3个独立未知数的设计约束方程组简化为具有2个独立未知数,从而降低了该方程组的求解难度.垂深增量公式还被用于简化方程组求解过程中的隐含未知数的递序计算,大量减少了数值积分的计算量.使用数论网格迭代法求解降维后的设计约束方程组,不仅计算过程稳定、可靠,而且易于计算机编程实现.     

限定稳斜角的三维定向井轨道设计问题的求解

为快速、可靠地求解限定稳斜角的三维井眼轨道设计问题,研究了该问题设计方程组的解析求解方法。经过数学公式推导,求出了设计方程组的拟解析解。从理论上证明了从设计方程组出发,可以推导出一个只含有一个未知数的特征函数;而设计方程组的所有未知数,可以由该特征函数的全部实数根和一组解析计算公式依序逐个计算出来。理论分析和实际计算表明,新方法可快速判断设计方程组是否有解,并能在有唯一解和多个解的情况下,快速、准确地计算出该唯一解或全部解。新方法完全克服了初值依赖性、收敛性、不能求多个解等数值迭代类算法的固有缺陷;计算精度只与特征函数求实数根算法有关,是一种几乎精确的算法。研究结果表明,新方法是求解设计方程组快速、可靠、精确的先进计算技术,不仅是算法研究上的理论创新,而且在钻井软件开发上具有很高的实用价值。     

水平井井眼轨迹分析及其应用探讨

在水平井中,井眼轨迹与顶界面地层之间的距离将直接影响测井响应、测井资料解释结果以及油藏开发效果.在碎屑岩水平井中,常规资料由于受到来自井筒环境和仪器偏心的影响,很难对油层进行有效评价.在储层较薄的碎屑岩水平井解释中引入避水高度的计算,一定程度上排除了测井曲线受井眼环境影响对测井解释的干扰;在储层较薄的碎屑岩储层,水平井资料受地层界面影响较大,在没有合适校正方法时,应尽量选用能反映储层自身信息的测井资料.根据各种资料受地层界面的影响情况,建议选择探测深度较浅的测井资料进行评价,如:自然伽马(自然电位)、井径、中感应及八侧向、补偿中于.以塔河油田SIH井为例,利用测井资料对水平井井眼轨迹进行分析,并对其在水平井测井资料认识和避水高度计算等应用上进行探讨.     

普光气田大斜度井井身结构设计

川东北地区尚未形成成熟的钻井工程设计及应用技术,尤其是在井身结构设计方面影响因素较多,难度较大。结合川东北普光气田的地质特点和钻井难点,从工程实际和采气安全出发,通过井下摩阻分析、地质导向技术、井下测量环境、套管磨损预测方法、井眼轨迹控制技术、完井作业能力等方面的研讨、分析,得出了以下结论：三开井身结构的井眼轨迹控制遇到井下磨阻过大、难以实施滑动钻进等问题,可通过使用不同底部钻具组合、钻井参数和复合钻进方式来解决;对于三开井身结构裸眼井段较长,井下情况复杂,存在安全隐患的问题,则需做好各种技术保障措施;三开井身结构设计需根据川东北地区特有的地质特点进行具体分析,有针对性地进行井身结构设计,应特别注意长裸眼井段的选择;考虑到双防合金套管的四开结构存在无法规避的技术风险,建议最好不予采用。     

YH23-2-4侧钻水平井钻井实践

位于新疆牙哈地区的YH23-2-4井是在某直井基础上填井侧钻而成的凝析气田水平井。实钻中,克服了斜井段长、水平位移大、井眼轨迹控制难度大,以及摩阻扭矩大、大斜度井段钻井液携岩困难、钻具疲劳破坏等诸多技术难点,井眼轨道设计采用直—增—增—增—平五段制剖面类型;深井侧钻坚持小钻压、小排量和稳定的工具面的原则,优选适宜的钻具组合;斜井段为满足轨迹对造斜率的需要,选用高速牙轮钻头配合1.75°螺杆钻具及MWD施工;水平段钻进中,合理确定滑动钻进和复合钻进的比例,根据LWD实时测井曲线与邻井测井曲线对比结果,及时调整靶点垂深,控制井眼轨迹在储层中有效穿行,降低钻井风险;采用聚磺类钻井液体系,在膏泥岩地层井底温度升高、井壁缩径、黏切升高、失水量大的情况下,适当提高钻井液密度,并加入一定量的原油和抗高温高压、降低失水量的钻井液材料,以增加钻井液的润滑性和流变性,保证井眼稳定和井下安全。