水平井井眼轨道设计
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6. 轨道设计可进行的条件： 轨道刚性约束数 ≤轨道自由度≤轨道刚性 约束数+轨道弹性约束数
5.2 水平井轨道设计方法
一、水平井轨道设计基本方程
7. 需放松的轨道弹性约束数
需放松的轨道弹性约束数=轨道刚性约束数+轨道 弹性约束数-轨道自由度
8. 水平井轨道设计基本方程
二 维 水
n
i1
H i
H t
一、总体原则
1. 应能实现钻水平井的目的； 2. 应有利于安全、优质、快速钻井； 3. 满足采油工艺的要求。
5.1 水平井轨道设计的原则
二、具体设计原则
1. 选择合适的井眼形状
• 复杂的井眼形状，势必带来施工难度的增加，因此井眼 形状的选择，力求越简单越好；
• 应尽可能不采用降斜井段的轨道设计
5.1 水平井轨道设计的原则
5.1 水平井轨道设计的原则
二、具体设计原则
4. 选择合适的稳斜段井斜角
• 稳斜段井斜角不宜太小，太小时方位不好控制； • 稳斜段井斜角也不宜太大，太大时施工难度增加； • 稳斜段稳斜角还应避开不利于携岩的稳斜角范围。
一般来讲，井斜角的大小与轨迹控制的难度有下面的关系：
➢ 井斜角小于15°时，方位难以控制； ➢ 井斜角在15°~40°时，既能有效地调整井斜角和方位，也能顺利
为1，假设放松造斜点深度；
• 轨道设计基本方程为： Ha R sin t L3 cost Ht
R 1 cost L3 sint St
5.2 水平井轨道设计方法
三、二维水平井轨道设计
2. 双增轨道
• 双增轨道适合于中半径或长半 径水平井；
• 由于双增水平井中间有一个稳 斜段，当工具造斜率有异常时 可以起到一个调整、缓冲的作 用；
3. 根据“轨道设计可进行的条件”确定轨道的组成；
4. 计算设计轨道的自由度，并确定需要放松的弹性 约束数；
5. 列出轨道设计基本方程，并求解出关键参数；
6. 计算出设计轨道的节点参数和详细数据。
5.2 水平井轨道设计方法
三、二维水平井轨道设计
1. 单圆弧轨道
• 单圆弧轨道适合于短半径或中半径水平井； • 由于整个造斜段由一段圆弧组成，一旦工具造斜率不能
• 应充分考虑井身结构的要求 。
5.1 水平井轨道设计的原则
二、具体设计原则
3. 选择合适的井眼曲率
• 井眼曲率的选择，要考虑工具造斜能力的限制和钻具刚 性的限制，结合地层的影响，留出充分的余地，保证设 计轨道能够实现；
• 在能满足设计和施工要求的前提下，应尽可能选择比较 低的造斜率，这样，钻具、仪器和套管都容易通过，当 然，造斜率过低，会增加造斜段的工作量和成本，因此， 要综合考虑。
5.2 水平井轨道设计方法
一、水平井轨道设计基本方程
4. 轨道刚性约束和轨道刚性约束数
• 轨道刚性约束是指设计轨道必需满足的约束条件； • 轨道刚性约束的个数就是轨道刚性约束数。
5. 轨道弹性约束和轨道弹性约束数
• 轨道弹性约束是指设计轨道最好满足的约束条件； • 轨道弹性约束的个数就是轨道弹性约束数。
地钻井、固井和电测，是较理想的井斜角控制范围； ➢ 井斜角在40°~60°时，钻进速度慢，方位调整困难且不利于携岩； ➢ 井斜角大于60°，电测、完井作业施工的难度很大，易发生井壁
垮塌。
5.1 水平井轨道设计的原则
二、具体设计原则
5. 尽可能减少起下钻和更换钻具的次数
• 转盘钻和滑动钻进段长度的确定应结合钻头、动力马达的 使用寿命，尽可能使各个井段的长度合理，一方面能满足 轨迹控制的要求，另一方面能充分利用单只钻头和动力马 达的有效寿命；
n
平
井
i1
Si
St
三
n
Hi Ht
i1
维 n
水 Ni Nt
平
井
i1 n Ei Et
i1
5.2 水平井轨Βιβλιοθήκη Baidu设计方法
二、轨道设计基本步骤
轨道刚性约束数 ≤轨道自由度≤ 轨道刚性约束数+ 轨道弹性约束数
1. 计算设计轨道的刚性约束数；
2. 根据轨道设计的有关原则和要求确定设计轨道的 弹性约束数；
2. 常见曲线段的自由度
• 直线段的自由度为1； • 二维圆弧段的自由度为2； • 三维圆弧段的自由度为3； • 圆柱螺线段的自由度为3。
5.2 水平井轨道设计方法
一、水平井轨道设计基本方程
3. 轨道自由度
• 井眼轨道自由度为组成该轨道的所有曲线自由度之和； • 三段式轨道自由度为4； • 五段式轨道自由度为7； • 双增式轨道自由度为9。
• 后面井段使用的钻具组合能顺利下至已钻井底，避免划眼 或专门下一趟钻进行通井。
6. 考虑方位漂移的影响
• 在轨道设计时充分利用邻井资料，确定该地区不同地层的 方位漂移规律，进行考虑方位漂移的轨道设计。
5.2 水平井轨道设计方法
一、水平井轨道设计基本方程
1. 自由度的概念
• 将起点位置及方向均给定的轨道或曲线段形状完全固定 需要确定的独立自由变量的个数称为轨道或曲线段的自 由度；
二、具体设计原则
2. 选择合适的造斜点位置
• 造斜点的选择应充分考虑地层稳定性、可钻性的限制。 尽可能把造斜点选择在比较稳定、均匀的硬地层，避开 软硬夹层、岩石破碎带、漏失地层、流沙层、易膨胀或 易坍塌的地段，以免出现井下复杂情况，影响定向施工；
• 造斜点的深度应根据设计井的垂深、水平位移和选用的 轨道类型来决定，并要考虑满足采油工艺的需求 ；
• 双增轨道自由度较大，可以有 更多的弹性约束来体现来自钻 井、采油等轨道的要求；
达到设计值，轨迹控制将非常困难； • 单圆弧轨道目前不是很常用。
5.2 水平井轨道设计方法
三、二维水平井轨道设计
1. 单圆弧轨道
• 轨道刚性约束数为3，即靶点垂深Ht、水平位移St和井斜
角t；
• 根据轨道设计的有关原则和要求确定设计轨道的弹性约 束数2，即造斜点深度Ha和圆弧半径R；
• 经分析单圆弧轨道满足“轨道设计可进行的条件” ； • 因为单圆弧轨道的自由度为4，所以需放松的弹性约束数
第5讲 水平井井眼轨道设计
• 5.1 水平井轨道设计的原则 • 5.2 水平井轨道设计方法
5.1 水平井轨道设计的原则
一口水平井的实施，首先要有一个轨道设计， 才能以此设计为依据进行具体的钻井施工。对于相同 的勘探、开发目的和相同的设计限制条件，可以设计 出不同的轨道，要保证设计轨道合理，就需要按轨道 设计原则进行设计。
5.2 水平井轨道设计方法
一、水平井轨道设计基本方程
7. 需放松的轨道弹性约束数
需放松的轨道弹性约束数=轨道刚性约束数+轨道 弹性约束数-轨道自由度
8. 水平井轨道设计基本方程
二 维 水
n
i1
H i
H t
一、总体原则
1. 应能实现钻水平井的目的； 2. 应有利于安全、优质、快速钻井； 3. 满足采油工艺的要求。
5.1 水平井轨道设计的原则
二、具体设计原则
1. 选择合适的井眼形状
• 复杂的井眼形状，势必带来施工难度的增加，因此井眼 形状的选择，力求越简单越好；
• 应尽可能不采用降斜井段的轨道设计
5.1 水平井轨道设计的原则
5.1 水平井轨道设计的原则
二、具体设计原则
4. 选择合适的稳斜段井斜角
• 稳斜段井斜角不宜太小，太小时方位不好控制； • 稳斜段井斜角也不宜太大，太大时施工难度增加； • 稳斜段稳斜角还应避开不利于携岩的稳斜角范围。
一般来讲，井斜角的大小与轨迹控制的难度有下面的关系：
➢ 井斜角小于15°时，方位难以控制； ➢ 井斜角在15°~40°时，既能有效地调整井斜角和方位，也能顺利
为1，假设放松造斜点深度；
• 轨道设计基本方程为： Ha R sin t L3 cost Ht
R 1 cost L3 sint St
5.2 水平井轨道设计方法
三、二维水平井轨道设计
2. 双增轨道
• 双增轨道适合于中半径或长半 径水平井；
• 由于双增水平井中间有一个稳 斜段，当工具造斜率有异常时 可以起到一个调整、缓冲的作 用；
3. 根据“轨道设计可进行的条件”确定轨道的组成；
4. 计算设计轨道的自由度，并确定需要放松的弹性 约束数；
5. 列出轨道设计基本方程，并求解出关键参数；
6. 计算出设计轨道的节点参数和详细数据。
5.2 水平井轨道设计方法
三、二维水平井轨道设计
1. 单圆弧轨道
• 单圆弧轨道适合于短半径或中半径水平井； • 由于整个造斜段由一段圆弧组成，一旦工具造斜率不能
• 应充分考虑井身结构的要求 。
5.1 水平井轨道设计的原则
二、具体设计原则
3. 选择合适的井眼曲率
• 井眼曲率的选择，要考虑工具造斜能力的限制和钻具刚 性的限制，结合地层的影响，留出充分的余地，保证设 计轨道能够实现；
• 在能满足设计和施工要求的前提下，应尽可能选择比较 低的造斜率，这样，钻具、仪器和套管都容易通过，当 然，造斜率过低，会增加造斜段的工作量和成本，因此， 要综合考虑。
5.2 水平井轨道设计方法
一、水平井轨道设计基本方程
4. 轨道刚性约束和轨道刚性约束数
• 轨道刚性约束是指设计轨道必需满足的约束条件； • 轨道刚性约束的个数就是轨道刚性约束数。
5. 轨道弹性约束和轨道弹性约束数
• 轨道弹性约束是指设计轨道最好满足的约束条件； • 轨道弹性约束的个数就是轨道弹性约束数。
地钻井、固井和电测，是较理想的井斜角控制范围； ➢ 井斜角在40°~60°时，钻进速度慢，方位调整困难且不利于携岩； ➢ 井斜角大于60°，电测、完井作业施工的难度很大，易发生井壁
垮塌。
5.1 水平井轨道设计的原则
二、具体设计原则
5. 尽可能减少起下钻和更换钻具的次数
• 转盘钻和滑动钻进段长度的确定应结合钻头、动力马达的 使用寿命，尽可能使各个井段的长度合理，一方面能满足 轨迹控制的要求，另一方面能充分利用单只钻头和动力马 达的有效寿命；
n
平
井
i1
Si
St
三
n
Hi Ht
i1
维 n
水 Ni Nt
平
井
i1 n Ei Et
i1
5.2 水平井轨Βιβλιοθήκη Baidu设计方法
二、轨道设计基本步骤
轨道刚性约束数 ≤轨道自由度≤ 轨道刚性约束数+ 轨道弹性约束数
1. 计算设计轨道的刚性约束数；
2. 根据轨道设计的有关原则和要求确定设计轨道的 弹性约束数；
2. 常见曲线段的自由度
• 直线段的自由度为1； • 二维圆弧段的自由度为2； • 三维圆弧段的自由度为3； • 圆柱螺线段的自由度为3。
5.2 水平井轨道设计方法
一、水平井轨道设计基本方程
3. 轨道自由度
• 井眼轨道自由度为组成该轨道的所有曲线自由度之和； • 三段式轨道自由度为4； • 五段式轨道自由度为7； • 双增式轨道自由度为9。
• 后面井段使用的钻具组合能顺利下至已钻井底，避免划眼 或专门下一趟钻进行通井。
6. 考虑方位漂移的影响
• 在轨道设计时充分利用邻井资料，确定该地区不同地层的 方位漂移规律，进行考虑方位漂移的轨道设计。
5.2 水平井轨道设计方法
一、水平井轨道设计基本方程
1. 自由度的概念
• 将起点位置及方向均给定的轨道或曲线段形状完全固定 需要确定的独立自由变量的个数称为轨道或曲线段的自 由度；
二、具体设计原则
2. 选择合适的造斜点位置
• 造斜点的选择应充分考虑地层稳定性、可钻性的限制。 尽可能把造斜点选择在比较稳定、均匀的硬地层，避开 软硬夹层、岩石破碎带、漏失地层、流沙层、易膨胀或 易坍塌的地段，以免出现井下复杂情况，影响定向施工；
• 造斜点的深度应根据设计井的垂深、水平位移和选用的 轨道类型来决定，并要考虑满足采油工艺的需求 ；
• 双增轨道自由度较大，可以有 更多的弹性约束来体现来自钻 井、采油等轨道的要求；
达到设计值，轨迹控制将非常困难； • 单圆弧轨道目前不是很常用。
5.2 水平井轨道设计方法
三、二维水平井轨道设计
1. 单圆弧轨道
• 轨道刚性约束数为3，即靶点垂深Ht、水平位移St和井斜
角t；
• 根据轨道设计的有关原则和要求确定设计轨道的弹性约 束数2，即造斜点深度Ha和圆弧半径R；
• 经分析单圆弧轨道满足“轨道设计可进行的条件” ； • 因为单圆弧轨道的自由度为4，所以需放松的弹性约束数
第5讲 水平井井眼轨道设计
• 5.1 水平井轨道设计的原则 • 5.2 水平井轨道设计方法
5.1 水平井轨道设计的原则
一口水平井的实施，首先要有一个轨道设计， 才能以此设计为依据进行具体的钻井施工。对于相同 的勘探、开发目的和相同的设计限制条件，可以设计 出不同的轨道，要保证设计轨道合理，就需要按轨道 设计原则进行设计。