三维定向井实钻井眼轨迹视投影长度的计算

三维井眼一般都绘制垂直剖面图，其难点就是怎样在设计井眼轨道的垂直剖面图上描绘实钻井眼轨迹的剖面线，由于三维井眼设计剖面图是用垂深与投影长度绘制，其实钻井眼轨迹剖面图应该是用垂深和视投影长度绘制。在给出视投影长度基本定义的基础上，推导了其计算公式。计算实例表明，在实际钻井过程中，利用视投影长度绘制三维井眼实钻轨迹的垂直剖面图可以直观地对比实钻井眼轨迹与设计井眼轨道的吻合程度，从而起到较好的指导井眼轨迹预测和控制的作用。     

定向井井眼轨迹的三维设计方法

本文介绍了2种设计三维定向井井眼轨迹的方法,即水平面投影法和空间斜平面法。水平面投影法适用于设计稳料变方位的三维定向井井眼轨迹,它是将定向井三维井眼所在的曲面展开后再投影到水平面上,进而根据水平投影图计算出当量水平位移。先在水平面上进行投影轨迹设计,然后扩展到铅垂面上,就是二维设计问题了。通过逐步逼近的办法设计出既能满足设计曲率的限制,又合乎打准目标要求的稳斜变方位的三维井眼轨迹。空间斜平面法适用于定向井增斜和降料变方位及三维侧钻井眼轨迹设计,它的基本作法是进行坐标变换,即通过1次坐标平移及3次分别就变方位开始点的方位角、井斜角和工具面角进行坐标旋转,把原来属于三维设计的问题转化为空间某一斜平面上的二维设计问题,从而大大简化了设计过程     

实钻井眼轨迹视投影长度的计算方法

垂直剖面图是显示实钻井眼轨迹的重要方法,其关键在于计算实钻井眼轨迹在设计柱面上的投影曲线。根据几何学原理得到了投影计算的一般方程。并对井段曲线类型为直线、圆柱螺线、圆弧等几种常用情况进行了详细的分析,得到了投影点参数的计算公式。计算实例表明。在实际钻井过程中,利用视投影长度绘制三维井眼实钻轨迹的垂直剖面图可以直观地对比实钻井眼轨迹与设计井眼轨迹的吻合程度,从而起到较好的指导井眼轨迹预测和控制的作用。     

多控制点水平井靶体参数的计算

石油天然气行业标准中只规定了两种水平井靶型：二维铅垂靶和三维铅垂靶，这远远不能满足水平井钻井设计等工作的实际需要。为了适应更加复杂的地质和工程上的需要，近年来更多采用拱形水平井或阶梯水平井靶区。为此，介绍了由多个关键点控制的水平井三维靶体的数学模型，给出了靶窗平面方程、靶体轴线上任意点的横向偏差和纵向偏差以及靶窗局部坐标变换等靶体参数的基础计算公式；并对描述实钻轨迹与水平井靶体的偏差的方法进行了探讨，建立了一个归一化实钻偏差模型。该模型用归一化正方形中的一条连续平面曲线直观地描述实钻轨迹与靶体轴线的距离和位置关系，可应用于水平井井眼轨道设计、井身质量评价、实钻轨迹控制等。     

实钻井眼轨迹监控的自然曲线模型

在实钻井眼轨道监控过程中,绘制井眼轨迹的水平投影图和剖面展开图是一种重要的和常用的图示方法。绘制实钻轨迹剖面图时需要将实钻轨迹投影到设计柱面上。在井眼轨迹曲线为自然曲线模型的假设条件下,得到了实钻投影点的约束方程,并对求解这个约束方程的数值算法进行了研究,提出了解区间搜索结合二分法求解的数值算法。实际算例表明,这种数值算法具有非常好的收敛性态,是求解投影点约束方程的最有效的和最可靠的数值算法。     

水平井井眼轨迹绘制方法

为描述水平井眼轨迹在地下空间的立体延伸情况，当采用垂直和水平两重深度显示任一解释层段的解释成果时，需要绘制井眼轨迹平面投影图、剖面投影图以及沿井各个方位的投影轨迹。从分析钻井造斜数据的几何和数学关系入手，介绍了模拟井眼轨迹的原理。并编制了相应的模拟软件，对塔河油田TK244H水平井资料井进行了处理，其结果与实钻轨迹完全一致。     

孕育中的三维水平井修正轨道设计的二次函数法和弹性管柱插连法

在钻井过程中,实钻井眼轨迹与原设计井眼轨道都有一定的差值。当差值较大时,为了钻达靶区,必须及时地对待钻段井眼轨道进行修正设计。无论原始设计是二维的还是三维的,施工过程的修正井眼轨道设计都是三维的。给出了针对滑动送钻导向钻井系统提出的三维水平井修正井眼轨道设计的斜平面圆弧-直线-斜平面圆弧法的物理模型,提出了更适于旋转导向钻井系统的两种三维水平井修正井眼轨道设计方法——二次函数法和弹性管柱插连法的物理模型、数学模型,并对其潜在价值和待攻克的问题进行了分析。     

涪陵页岩气田三维水平井轨道优化设计方法探讨

为了降低涪陵页岩气田三维水平井的施工难度,保障三维水平井安全高效钻进,提出了三维水平井轨道为"直井段—增斜段—稳斜段—稳斜扭方位段—稳斜段—增斜段—水平段"七段式的优化设计方法。首先根据井眼轨道的水平投影和垂直剖面建立轨道设计模型,再预设稳斜角和造斜方位角求解轨道设计模型,最后以轨道总长度最短为目标优选轨道。该方法将常规三维五段式轨道中增斜扭方位的第二个圆弧井段分为稳斜扭方位井段与铅垂面上的增斜井段进行设计,即先扭方位对准靶点方位再增斜中靶,以避免在极为关键的中靶阶段同时进行增斜与扭方位作业,降低中靶难度。采用该方法对已完钻井焦页14-3HF井重新进行轨道设计,并将设计结果与原设计轨道及实钻轨迹进行了对比,发现新设计的轨道与实钻轨迹更贴近,该井实钻时为降低施工难度就是先扭方位对准靶点方位再增斜中靶的,这表明该三维水平井轨道优化设计方法更适用于涪陵页岩气田三维水平井的轨道设计与现场施工。      

井身轨道设计的优化计算方法

在井眼轨道设计中,假设井眼轨道上的每一段都是空间平面圆弧或直线段,相互之间在连接处相切.根据这一假设,建立了描述井眼参数之间相互关系的非线性方程组,并采用数值优化理论进行井身轨道参数的数值计算.应用这种方法,可以设计出任意轨迹类型的井身轨道,在优化计算时增加适当约束条件,可以解决诸如三维多靶轨道设计、侧钻水平井轨道设计、随钻修正设计以及复杂分支井轨道设计等诸多相关问题,从而开辟了井身轨道设计的新途径.     

定向钻井中方位角及其坐标的归化问题

随着油气勘探开发进程的不断深化,所钻遇的地质环境日趋复杂,对井眼轨迹监测与控制的要求越来越高。为有效地监测和控制井眼轨迹,必须将实钻轨迹和设计轨道归算到同一个坐标系内,这将涉及到磁偏角和子午线收敛角。文中介绍了磁偏角的测算原理和校正方法,论述了子午线收敛角的定义和计算方法,阐述了磁性测斜仪的测量原理,并重点研究讨论了方位角及坐标的归化方法。研究表明,国内的最大子午线收敛角在2°23’以上,这对于水平位移为1000 m的定向井,如果不考虑子午线收敛角的影响,井眼轨迹的计算结果在水平方向上将会产生超过41.68 m的位移误差。文中较系统地论述了方位角及其坐标归化的有关理论和方法,对提高井眼轨迹的监测精度和可靠性具有实用意义。     

三维侧钻绕障井的设计方法

随着加密井和侧钻井数量不断增加,侧钻绕障井越来越多,其设计和施工难度也越来越大。侧钻绕障井设计一般应包含:障碍物的形态描述;绕障井轨道的水平投影图设计;垂直剖面图设计;绕障井轨道计算。考虑井眼轨迹的空间形态和安全绕障距离沿井深变化等因素,将作为障碍物的已钻井抽象为空间曲圆台,给出了障碍物的描述模型。根据侧钻点、靶点和障碍域之间的相互关系,提出了在水平投影图上采用单圆弧绕障和双圆弧绕障的设计方法及优化设计准则。结合侧钻绕障井的特点,提出了垂直剖面图的通用井身剖面及其设计方法。通过分析水平投影图与垂直剖面图上轨道节点之间的耦合关系,得到了符合圆柱螺线模型的计算单元划分方法,从而可以合理地确定障碍域并进行轨道设计与计算。用实例验证了设计方法的科学性和适用性。     

水平井开发低渗透油田的渗流特征研究

方法对比分析了低渗透油藏中水平井和垂直井布井系统的压力梯度分布,并利用启动压力梯度理论建立低渗透油藏中水平井和垂直井产量公式。目的为低渗透油藏的水平井开发提供理论依据。结果水平井布井系统可提高低渗透油田的开发水平。结论对于低渗透油藏来说,利用水平井布井系统可使渗流过程尽快地进入拟线性状态,提高驱油效率;在低渗透油田中,计算水平井和垂直井的产量时,应考虑启动压力梯度;通过改善低渗透油藏的储油物性、加大生产压差以及选择合理的井距来提高低渗透油田的单井产量     

大庆老区水平井的矿场试验

通过大庆老区水平井矿场试验,可挖掘油层顶部的剩余油,提高油层采收率。笔者根据水平井地质评价技术,优选了水平井矿场试验区并设计轨迹。采用地质导向技术,实时监控钻井轨迹。根据水平井钻井轨迹,选择不同的射孔方式。先后完钻2口水平井,效果差别悬殊,尤其是钻出了大庆第一口日产百吨的高产水平井。从砂体沉积类型、河道砂体规模、韵律及夹层发育状况、注采井距、避水厚度、水平段的长度和射孔层位等方面,分析对比了2口典型水平井产能的影响因素。结果表明,水平井的设计必须与三次采油、区块层位的注采井网和储层沉积类型等相结合。     

致密砂岩气藏水平井参数优化

鄂尔多斯盆地致密砂岩气藏总体呈现储层横向变化快、纵向多层发育的地质特征,水平井有效规模开发难度较大。为提高其开发效果,基于对已投产水平井单井控制动态储量、递减率、产能等动态指标的精细评价,从沉积位置、储层厚度、钻遇储层长度、井段位置、轨迹类型、改造方式等方面入手,分析了苏里格气田某区块水平井开发指标的影响因素,并应用灰色关联法定量分析了各参数对水平井产气能力的贡献值。研究结果表明:钻遇储层长度对水平井产能的影响最大,其次是储层位置、沉积微相、储层厚度、轨迹类型,改造方式。结论认为,该区块致密气藏水平井开发设计应遵循以下原则:(1)部署应以心滩和河道中部微相为主;(2)优质砂体厚度大于8 m,横向展布相对稳定;(3)水平段长度在经济效益允许的条件下尽可能长;(4)轨迹类型以平直型为主;(5)改造方式以裸眼封隔器为主。     

水平井高精度三维地质建模技术及应用

传统水平井解释方法是利用邻近直井地层对比投影到水平井井眼轨迹主方向上,拾取地层关键界面点绘制井眼轨迹与地层的关系,由于地层构造变化使该方法存在一定局限性。基于水平井周围邻近直井的砂体对比,通过剖面完全约束的方式采用最近邻算法建立高精度三维地质模型。在模型中提取沿水平井井眼轨迹的砂体切片,结合水平井测井曲线,采用人机交互的方式实现水平井井眼轨迹与地层关系的可视化表征及精细刻画。该项技术解决了传统地质建模方法的不足,提升了水平井轨迹钻遇砂体预测的精确度。     

三维定向井轨道设计和轨迹控制的新技术

目前三维定向井存在着设计井眼轨迹曲线与实钻扭方位方式相互脱节的问题，解决该问题的方法有：一是针对目前的恒装置角扭方位方式，将恒装置角曲线作为三维定向井轨迹设计曲线；二是针对目前现有的轨迹设计曲线(斜面圆弧、圆柱螺旋和自然参数曲线)，开发新的MWD显示技术，以便显示可表征这些曲线特征的参数。     

ZH8Es-H5大位移水平井钻井技术

大港油田滩海地区2007年进入实质性开发,受地面条件的限制,为实现滩海油田少井高产、高效开发,采用了人工端岛丛式井为主的海油陆采方式,近两年来打出了诸多高水平的大位移水平井（最高位移垂深比3.92）。文中介绍了ZH8Es-H5大位移水平井实施过程中井身结构和井眼轨迹优化、摩阻扭矩预测与控制、井眼轨迹精确控制、保持井壁稳定及井眼清洁、大井斜长稳斜井段套管下入、环空ECD监测、井眼防碰、优质钻井液应用等多项先进技术或措施,对大位移水平井的设计、施工具有较高的借鉴意义。     

考虑地层方位漂移特性的定向井轨道设计方法

按照地层划分方位漂移规律进行了定向井轨道设计,建立了井眼轨道的自然曲线模型,给出了更为简洁的井眼轨道数学模型。分析了井斜单元和方位单元之间的耦合关系,得到了计算单元的划分方法。论述了定向井和水平井方位漂移轨道设计的特点,提出了约束方程和设计方法。解决了按地层划分方位漂移规律的井眼轨道设计问题,适用于各种定向井和水平井的漂移轨道设计。定向井和水平井的设计实例验证了该设计方法的科学性和实用性。