定向井轨迹设计与控制初探

定向井钻井技术已经成为国内外各大油气田应用的一项成熟技术,文章从定向井轨迹设计原则出发,对定向井轨迹类型选取、定向井轨迹控制中的直井段、增斜段和稳斜段进行了细致探讨,以期为定向井从业人员有所帮助。     

两维定向井轨迹设计的通用方程

井眼轨迹设计是定向井能否成功的关键技术之一，文中推导出的两维定向井轨迹设计通用方程，只是针对不同的轨迹类型定义方程的参数，就可以进行多种类型定向井的轨迹设计，简化设计过程。文中分析了三段制、五段制和双增轨迹在设计方面的差异与共同处，对推导出来的通用方程在实际应用中进行设计计算论证。     

用曲线拟合法设计及计算定向井轨迹

根据曲线拟合原理和空间曲线的方向余弦,作者提出用二次多项式拟合定向井井眼轨迹,进而导出了三维定向井轨迹设计及测量计算的模式方程。设计及计算结果表明,采用本文提出的方法进行三维定向井设计及计算,简便而精确,具有实用意义。     

三维定向井轨迹优化设计

定向井井眼轨迹的三维设计目前已有多种方法,且各有所长,但在轨迹类型的可选择性或精确度上均存在不尽人意之处。本文给出的含有井斜变化率、方位变化率、段长等未知数的井眼轨迹三维方程,基本实现定向井所涉及的各类轨迹,在设计精确度上有一定提高。     

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在定向井轨迹控制中,方位控制是个棘手问题。本文从方位漂移的统计规律出发,推导了同时变斜、变方位的三维井眼轨迹方程。根据推导出的公式编制了考虑方位漂移的三维定向井轨迹设计程序。     

定向井待钻井眼轨迹最优化设计方法研究

明确拽出了现有定向井待钻井眼轨迹设计方法的不足之处,即设计出来的井眼轨迹不能确信为一条最优的轨迹或可行的最优待钻轨迹。首次将定向井待外事井眼轨迹最优化设计总理２归结为非线性不等式约束下线性目标函数的非线性规划问题,并序列无约束极小化方法－－ＳＵＭＴ混合法进行优化计算。     

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     

绕障定向井轨迹设计研究

本文研究了存在邻井障碍物时定向井轨迹的设计方法。本方法充分利用防碰扫描程序,得到两维或三维轨迹设计的判断依据,不必建立复杂的数学模型,避免了繁琐的数值计算。做到优先采用两维设计,尽量避免复杂的三维设计,具有简便、易行的特点。这种方法也适用于存在其它类型障碍物时的定向井轨迹设计,对于现场实践具有一定的指导意义。     

定向井井眼轨迹不确定性分析

为了提高定向井井眼轨迹的控制精度,减小实钻定向井井眼轨迹误差,从井眼轨迹计算方法、测斜仪器精度、磁干扰、井斜方位角校正、测斜仪器轴向对中误差等方面进行了探讨。结合定向井施工中的实例数据分析,验证了定向井井眼轨迹误差主要来自于施工现场的测量数据误差,提出了可行的减小定向井井眼轨迹误差的现场操作方法,对定向井的现场施工具有一定的指导意义。     

水平井轨迹设计与控制技术在定向井中的应用研究

介绍了国内东部一些油田和江苏油田水平井轨迹控制技术在常规定向井剖面设计和轨迹控制中的应用现状；指出江苏油田在定向井中推广应用水平井钻井技术条件已经成熟，可开展18°-20°／100m以内的造斜率设计施工；提出了水平井钻井技术在江苏油田定向井中应用的建议。     

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。     

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��In this paper,the directional drilling technology of two directional wells at Ziying exploraring area,Liaodong Gulf,Bohai Sea,is introduced.The characteristics are as following:deviating of big hole of ��345 was successful;directional deviating in whole well was finished only once;directly reached to the target area without correcting the direction;well bore trace was accurately controlled;a considerable reserve had been proved;the accuracy of hole trace control and technology level were rised as a result by using computer technique in design of well bore profile,calculation of hole trace,analysis of mechanical characteristics of drilling tool and design of hydraulic programme and using SST and SRO tools, the operation safety was guaranteed.     

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��The rotary drill stem will engender direction drift in rotary drilling of directional well and cluster well. In this paper. the controlling method of direction drift is explored and the direction drift rate in each formation of Zhongba structure is counted and analyzed by using the data of well deflection measured in cluster wells drilled there. Using this method. the well bore track can be better controlled.     

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文章总结了渤海首次应用定向井反扣井眼钻井工艺技术,实现了在探井ＣＦＤ１８—２—２ＤＳ井的侧钻。该井在２８６８ｍ处开窗侧钻,将ＣＦＤ１８—２—２Ｄ井的水平位移从１４５４ｍ拉回到７１０ｍ,在井斜２７°的情况下,首先降斜至０°,然后再将井眼方位调到１８０°反向增斜进入地质设计的３０ｍ靶区半径内,满足了地质设计要求。该井的主要特点是：深井高钢级Ｐ１１０套管开窗侧钻,可控导向马达反扣井眼轨迹控制,全井计算机软件实施扭矩摩阻的分析,使用ＭＷＤ随钻测量,可控导向马达钻井技术,顶部驱动,ＰＥＭ水基钻井液技术。通过实践,总结和摸索出了一套深井、大位移井眼的反扣井眼轨迹控制技术     

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.     

定向井开窗侧钻水平井的实践与认识

总结分析了国内第一口套管开窗侧钻水平井——草２０—１２—侧平１３井的成功经验。探讨了定向井开窗侧钻水平井的工程设计和施工技术问题，包括井身剖面设计、斜井段套管锻铣开窗、侧钻新眼、井眼轨迹控制与测量、井下安全及固井设计等     

国外大位移井钻井技术发展现状

随着定向井，水平井钻井技术的日趋成熟，大位移钻井技术在国外已有很大的发展。本文是对近十年来英，美，俄等国家的有关资料认真研究分析编写而成的，大位移钻井的关键技术是：井身剖面设计，钻柱设计，扭矩和摩阻，井眼稳定技术及井眼清洁技术，完井技术等６个方面，本文将分别给予介绍，并以大庆油田钻头位移井进行可行性分析。     

涠洲油田随钻井壁修整工艺的应用

海上油气田的开发以丛式井台的定向井为主,受地层非均质性、井眼清洁等条件限制,定向钻进中易产生不规则井壁,大斜度井易形成岩屑床等,导致起下钻阻卡、套管下入困难等问题。为此,在扶正翼上敷焊PDC切削齿,增加划眼和破坏岩屑床功能,形成随钻修整井壁的划眼器,改善井眼质量,进而实现钻井效率的提升。南海西部涠洲油田的现场应用表明,该工艺能够有效清刮渗透性砂岩井壁的厚泥饼、修整PDC钻头在软硬交错地层形成的不规则井壁,破坏大斜度井的岩屑床,减少短起下钻及通井次数,从而提高钻井效率。     

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本文全面概括地总结了我国定向井丛式井技术取得的重大进展,包括钻成了一批定向丛式井,掌握了平台数及平台位置的优化设计,井组总体设计,单井轨迹设计及控制技术,钻具组合技术,绕障和防碰技术,泥浆、固井、取心、测井、射孔、测试、钻头、涡轮和螺杆钻具等配套技术以及数据库及软件系统的应用等,展示了在我国全面推广定向井丛式井的良好前景。