圆弧井段井斜变化率和方位变化率的计算

推导了圆弧井段的井斜变化率和方位变化率的精确计算公式,并用实际算例对精确计算公式与目前使用的近计算公式进行和对比研究,结果表明,近似计算公式计算出的平均井斜变化率和平均方位变化率与圆弧井段的真实的数据之间存在着不可忽视的偏差。     

圆弧井段井斜变化率和方位变化率的计算

推导了圆弧井段的井斜变化率和方位变化率的精确计算公式，并用实际算例对精确计算公式与目前使用的近计算公式进行和对比研究，结果表明，近似计算公式计算出的平均井斜变化率和平均方位变化率与圆弧井段的真实的数据之间存在着不可忽视的偏差。     

浅谈影响井斜和方位的因素

本文根据国内外钻定向井的实践,粗浅地分析了定向钻井中影响井斜和方位的主要因素,同时给出可用于井斜和方位控制的计算公式,以指导定向井的正确施工。     

最小曲率法计算中的几个问题

最小曲率法是定向井、水平井轨道设计、测斜计算中经常使用的一种方法。在此方法中,假设井段是空间斜平面上的圆弧,对于滑动钻进方式,圆弧是非常合理的井眼轨迹曲线。在此方法计算过程中,提出了水平投影长度的精确计算公式及井段上任意点的井斜变化率和方位变化率的精确计算公式,对最小曲率法进行井身参数计算的流程进行了重新整理。提出的精确计算公式对于提高最小曲率法的计算精度具有重要意义。     

定向井破裂压力计算方法及其应用

针对目前定向井破裂压力计算模型不完善的现状,开展了任意井斜和方位的破裂压力计算研究,依据破裂压力的计算原理及椭圆有关理论,建立了斜井、水平井不同井斜和方位的破裂压力计算公式。利用推导的计算方法对不同井型目的层破裂压力进行了计算,并与现场施工测量的数据进行对比,两者相对误差不超过5%,表明该计算方法具有较高的可靠性。     

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修正轨道设计一直是井眼轨道监控技术中的研究热点,以往的修正轨道设计方法多采用空间圆弧法和圆柱螺线法,它们都是采用两段式剖面,空间圆弧法是在第一个井段上同时完成对井斜和方位的调整,然后稳斜稳方位钻进;而圆柱螺线法则是在两个井段上分别调整井斜角和方位角,文章提出的自然曲线法可以在每个井段上都存在方位的变化,从而解决了造斜段伴随方位变化的轨道设计和考虑方位漂移的轨道设计问题,当某个井段上没有方位变化时,计算模型会得到简化,并由此验证了圆柱螺线法只是自然曲线法的一个特例,文中给出了上述3种典型情况下的修正轨道设计方法和设计实例。     

方位36臂井径成像组合测井仪

为提高套损检测的准确性,研制了方位36臂井径成像组合测井仪.该仪器由组合式井斜方位多功能测井仪和MSC-36多臂井径成像测井仪组合而成.组合式井斜方位多功能测井仪利用挠性陀螺、框架陀螺和3个加速度计测量井身倾斜角、倾斜方位角及多臂井径仪各测量臂的方向角;MSC-36多臂井径成像测井仪通过仪器的36个测量臂与套管内壁接触,测量套管内壁的变化.经现场试验验证,该组合测井仪能准确地指示出套损情况及套损方位,为分析判断套损机理提供准确信息.     

MWD导向系统防斜打直技术在东9井的应用

东9井由于地层倾角大,用常规防斜措施难以保证井身质量。在该井的施工中,应用了MWD导向系 统防斜打直技术和高效PDC钻头,利用其定向控制井眼轨迹能力强的技术特点,可以随时监控井斜、方位,并可根 据井斜、方位变化情况及时采取如定向纠斜或开动转盘导向钻进等技术措施,既保证了井身质量,又提高了机械钻 速,缩短了钻井周期。     

浅析苏北工区方位提前量及井眼轨迹控制技术

方位提前量是指定向钻井过程中，根据地层方位漂移特点所给的一个方位预留量，它是当前井斜方位与预测靶心方位的夹角。方位提前量预留准确，可以大大减少扭方位的几率，减少起下钻次数。在统计苏北几个主要工区定向井方位变化情况的基础上，分析了影响方位变化的主要因素，总结出了苏北工区方位漂移的一般规律，并提出了苏北主要工区方位提前量的预留方法以及井眼轨迹控制技术。     

套管扶正器的正确安放间距研究

在不同形状的井眼中,套管柱的受力变形计算模式是不一样的。如在变方位的弯曲井眼中,两扶正器间的套管段由于所受重力和轴向载荷不再位于一个平面内,因此将发生非平面弯曲挠曲变形,同时套管扶正器所承受的侧向压缩力也将发生相应变化。此外,扶正器的正确安放间距应当由控制套管弯曲变形和扶正器压缩变形所引起的套管总偏心距不超过某一规定值来确定,而不能仅按这两种变形中的某一种变形来确定。本文较全面地考虑了上述问题,采用瑞利—里兹能量法计算套管的弯曲变形,按扶正器承受的实际侧向力计算其压缩变形,在变方位的弯曲井眼中采用两平面弯曲变形方法研究实际发生的空间非平面弯曲变形,最后以位移的几何迭加原理求出套管在各种井眼中将发生的最大偏心距表达式,控制最大偏心距不超过许可偏心距(文中取等于许可偏心距[c]),建立了斜直、等方位弯曲和变方位弯曲井眼中的一整套套管扶正器安放间距计算公式。通过计算并绘出斜直井眼和变方位变井斜弯曲井眼的两组套管扶正器间距曲线。     

空间圆弧轨迹的解析描述技术

空间圆弧作为一种典型的井眼轨迹组件,广泛应用于三维井眼轨道设计、实钻轨迹监测和滑动导向钻井轨迹控制等领域。分别基于井眼曲率及初始工具面角和井段两端点的基本轨迹参数来表征空间圆弧轨迹的形状和摆放姿态,建立了空间圆弧轨迹的两种描述方法即坐标转换法和矢量分析法,提出了两套空间圆弧轨迹参数的计算公式。这些计算公式在数学上是精确解,可计算空间圆弧轨迹上任一点的井斜角、方位角、空间坐标、工具面角、定向方位角等参数,并且它们都是井深或弯曲角的单值解析函数。对空间圆弧轨迹模型进行了系统地描述,形成了普遍适用的井眼轨迹内、外插值计算方法,可直接用于计算井眼轨迹的分点参数、外推预测井眼轨迹等,具有形式简明、方法实用等特点。此外,应用此研究成果,还可简化三维井眼轨道设计、邻井防碰扫描等设计与计算方法。应用实例验证了研究结果的科学性和适用性。     

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钻井中，需要对将要钻达的下部地层深度进行预测，特别是在定向井的钻探过程中显得尤为重要。目前的井斜角、方位能不能满足钻达目标靶区的地质需要，或者地下地质情况（地层厚度、倾向、倾角）发生变化后钻井措施的相应改变，以及需要调整改变的钻井参数怎样确定等，都需要经过严密的计算和分析。文章对钻井轨迹和地质情况进行了分析，从地质层位的小层入手，对构造的走向、倾向、倾角，地层的真厚、铅直厚度，钻井的方位、井斜角、实钻地层厚度等参数进行了分析，在三维空间的基础上，建立了实钻的数学模型，明确了各参数间的关系。推导出的公式适用于包括定向井在内的钻井参数计算，可以在地层钻厚预测、深度对比，钻达目标靶区的水平位移及井斜角、方位角的调整，穿越储层厚度的计算及钻井参数的调整，目标靶区是否在气水界面以内及钻达预想海拔高程的钻井参数调整等多个方面进行运用，这对下步钻井达到地质目的具有重要的指导作用。     

旋转导向钻井轨道设计及监测方法

井眼轨道的设计与监测技术一直是定向钻井中的研究热点.为了描述和计算井眼轨道,须建立一定的数学模型,目前国内外普遍采用的井眼轨道模型是圆柱螺线模型和空间圆弧模型.然而,井眼轨道监控中的核心参数是井斜变化率和方位变化率,但以往的井眼轨道模型却不能直接反映出对它们的需求.针对旋转导向钻井的特点,提出了一种具有通用性的三维井眼轨道模型.该模型适用于由直线段和圆弧段所组成的各种井身剖面,可广泛应用于斜直井、定向井、水平井、大位移井的设计与监测.     

定向井安全钻井液密度窗口测井计算方法

井壁稳定技术是钻井工作中的重要内容，研究定向井井壁稳定与井眼钻进的井斜和方位之间的关系对于正确设计定向井安全钻井液密度窗口，确保井壁稳定，减少由井漏、井塌而引起的井下事故，促进定向井施工成功有着重要意义。介绍了在定向井井壁力学分析的基础上，使用测井资料计算定向井安全钻井液密度窗口的一套系统方法。根据这一方法，成功地对桌油田定向井施工井壁稳定性进行了判断，并计算出了在沿不同井斜、方位钻进情况下的安全钻井液密度窗口值。     

定向井实用三维设计─方位比较法

定向井实用三级设计─方位比较法,给出了造斜工具每钻进１０ｍ进行一次装置角补偿值定量设计与计算方法,设 计曲线与实钻轨迹相符合,解决了平面和现行三维理论设计与实际施工工艺不一致的问题,设计的井身数据精度高,现场 应用效果好,通过江汉油田２口井５个井段的实际应用,可以指导实际施工。     

空间圆弧轨迹的矢量描述技术

为了简化空间圆弧轨迹上任一点井身参数的计算公式,对空间圆弧模型的矢量描述方法进行了研究。以矢量代数为基本的数学工具,从圆弧的基本数学属性和装置角的定义出发,建立了空间圆弧轨迹的矢量描述法。推导出了两套空间圆弧轨迹上任一点的井眼方向矢量、圆弧内法线矢量、矢径等矢量的计算公式,和井斜角、方位角、装置角、定向方位角等参数的计算公式。其中一套公式以圆弧曲率和初始装置角为基本参数,另一套公式以井段两端的井深、井斜角、方位角为基本参数。提出了同时使用装置角的正弦值和余弦值来正确计算装置角的新规则。研究结果表明,提出的新计算公式不仅形式上更加简洁,具有几何直观性,而且可以极大地简化井眼轨迹监控、中靶分析、邻井防碰等计算问题的理论公式推导过程;在软件开发中更易于编程实现,便于代码维护。     

实钻井眼轨迹的客观描述与计算

通过研究井眼轨迹上某测点邻近的结构形状及其变化规律,得到了测段内井眼轨迹的一般性方程,从而可以客观地描述和计算实钻井眼轨迹。研究结果表明:井眼轨迹上某点的井眼曲率和井眼挠率决定了邻近区域内井眼轨迹的空间形状,其局部三维坐标可分别表示为曲线长度的一次、二次和三次函数。为了确定井眼曲率和井眼挠率,在充分阐述其理论依据的基础上构造出了井眼样条函数,给出了井斜函数和方位函数的模拟方法以及井眼轨迹参数的计算公式。利用井眼轨迹结构参数来描述和计算井眼轨迹更具有普遍性,而且具有很高的计算精度和稳定性,可以客观地描述出井眼轨迹的实际形状。     

MWD GAMMA 测量技术在地质导向钻井中的应用

MWD GAMMA测量是MWD无线随钻仪在完成井眼井斜、方位、工具面等定向参数测量的基础上,对MWD仪器的GAMMA测量功能加以开发应用。地质人员利用测量的地层自然伽马值可以及时分析地层岩性变化,进行地层对比,为地质决策提供科学的参考。目前,该技术已在濮侧平130井和桥69-平1井得到了成功应用。     

定向钻井造斜工具面控制方法研究与应用

在定向钻井中常常会遇到表层直井段不能打直且直井段井底井斜方位偏离目标井斜方位较远,二开定向造斜时定向井工程师一般直接朝着目标井斜方位定向,由于井眼惯性的影响使实钻轨迹不能很快贴近轨道设计方位。为了解决这个问题,在造斜点初始定向时不应按照设计方位定向,可提出科学的定向方法使实钻轨迹尽快贴近轨道设计方位,当接近目标井斜方位时再朝着目标井斜方位定向。根据"空间斜面圆弧"模型以及在直井段没有打直的情况下定向工具面的"全力扭方位"计算模型,并以BZ13-1A2井为实例,计算出定向工具面角并用landmark软件计算了各个定向工具面角对井眼轨迹控制的影响。实例计算结果表明:通过该方法,能够尽快使实钻轨迹贴近设计线,从而减小扭方位井段的长度,提高定向造斜效率和控制精度,同时减小丛式井防碰的潜在风险。     

定向井套管应力随地应力条件的变化规律研究

基于坐标变换方法建立了适用于任意井眼轨迹的定向井套管应力三维有限元计算模型.以室内岩心试验结果和现场常用套管尺寸为基础,研究了三种不同地应力条件下软、硬地层内套管最大有效应力随井斜角、方位角的变化规律.地应力条件包括:上覆岩层压力为最大主应力且水平地应力均匀、上覆岩层压力为最大主应力且水平地应力非均匀,上覆岩层压力为中间主应力.计算结果表明,复杂的原地应力场、井眼轨迹及地层性质对定向井套管的受力状态有重要影响,各种组合条件下均存在井眼轨迹优选值.在油井设计时,应充分考虑这些特点,合理确定井眼轨迹.