水平井轨道设计

套管可通过的最大井眼曲率限 制问题
• 存在问题举例：
– 例如，直径244.47毫米，钢级为Ｎ－80 ， 11.05mm壁厚的套管，按照API推荐的公式 计算，允许通过的最大井眼曲率为6.97 ；按 钻井承包商推荐的公式计算，允许通过的最 大井眼曲率为15.72，二者相差太大。 – 胜利油田和大港油田在“八五”水平井攻关 期间，都曾将244.47mm直径，N80钢级， 11.05mm壁厚的技术套管，下过16.5的井眼 曲率，且未发现有什么问题。
—— 安全系数，API 推荐为1.8， 钻井承包商推荐1.2～1.25； —— 螺纹应力集中系数，API 推荐为3 钻井承包商推荐2～2.25
Fra Baidu biblioteks
D0 —— 套管管体外径，米 ；
K1
K2
套管可通过的最大井眼曲率限 制问题
• API推荐公式存在的问题： – 未考虑套管管体和螺纹连接强度的差别。式中采用 的是管体屈服强度，实际上真正控制“套管可通过 的最大井眼曲率”的因素是螺纹连接强度。 – 未考虑轴向力的影响。套管可通过的最大井眼曲率 问题，就是套管可承受最大弯曲应力的问题。显然 在不同的轴向应力条件下，套管可承受的最大弯曲 应力也将不同。轴向应力越大，则可承受的最大弯 曲应力将越小。 – 将安全系数 K1 和螺纹应力集中系数 K 2 分开， 实无必要。
套管可通过的最大井眼曲率限 制问题
我国的《钻井手册(甲方)》介绍了API推荐的公式和钻井 承包商推荐的公式，两公式的形式完全相同，只是系数不同 而已，如下式 : s Cm 59.9 D0 K1 K 2
式中： Cm
30m ； —— 套管允许通过的最大井眼曲率，
MPa ； —— 套管管体钢材的屈服强度，
套管可通过的最大井眼曲率限 制问题
在分析了套管可通过的最大井眼曲率影响因素的基础上， 参考了文献长庆油田的套管弯曲试验数据和胜利、大港油田的 现场实践经验，提出了一种套管可通过的最大井眼曲率的确定 方法，并给出了计算公式： 16.693( Pj PE ) Cm Do K A
30m ； 式中：C m — 套管允许通过的最大井眼曲率，
• 要求高，是指轨迹 控制的目标区的要求高。 普通定向井的目标区是 一个靶园，井眼只要穿 过此靶园即为合格。水 平井的目标区则是一个 扁平的立方体，如图所 示，•不仅要求井眼准确 进入窗口，而且要求井 眼的方位与靶区轴线一 致，俗称“矢量中靶”。
水平井的主要难度之二—
★井眼轨迹控制难度大
• 难度大，是指在轨迹控制过程中存在“两个不确定 性因素”。轨迹控制的精度稍差，就有可能脱靶。所 谓“两个不确定性因素”，一是目标垂深的不确定性， 即地质部门对目标层垂深的预测有一定的误差；二是 造斜工具的造斜率的不确定性。这两个不确定性的存 在，对直井和普通定向井来说，影响不大，但对水平 井来说，则可能导致脱靶。 • 难度大的另一个原因，水平井的井眼曲率比普通定 向井要高得多，造斜的难度要大得多，需要水平井特 殊的造斜工具。 • 这一方面要求精心设计水平井轨道，一方面要求 具有较高的轨迹控制能力。
两个不确定性的影响
• 造斜率不确定可能 导致脱靶； • 预计为8º /30m实际 7.58.5/30m。 • 曲率半径分别为 214米，202米，229 米。 • 上差12米，下差15 米。 • 若油层厚度为10米， 则可能脱靶。
两个不确定性的影响
• 目标垂深的 不确定可能 导致脱靶； • 4‰ 的预测 精度，2500 米深度，偏 差10米。 • 若油层厚度 为10米，则 可能脱靶。
Pj
KN ； — 套管螺纹联结强度，
KN ； PE — 套管已承受的有效轴向力， Do — 套管管体外径，cm ；
K
— 考虑套管螺纹应力集中等因素的系数，取K=1.65；
2 cm — 套管管体截面积， 。
A
套管可通过的最大井眼曲率限 制问题
• 推荐公式的计算步骤：
– 从《钻井手册（甲方）》或其他有关手册中查得套 管的最小螺纹联结抗拉强度 Pj 。 – 计算套管已经承受的轴向力 PE 。 Pe Pj PE。 – 计算套管可承受的弯曲引起的轴向力： Pe b – 计算套管可承受最大弯曲应力： 。 A – 将K1 和 K 2 两个系数合为一个系数 K ，取值为1.65 。 – 考虑到单位换算，套管可通过的最大井眼曲率为：
Cm 16.693( Pj PE ) Do K A
水平段长的限 制条件问题：
• 水平段长度的限制因素： – 目标段太长，下钻摩阻 可能大得下不下去；滑 动钻进加不上钻压； – 摩阻增大，受压钻柱发 生屈曲失稳，更增大摩 阻； – 摩阻增大，在某种工况 下，钻柱受力可能超过 钻柱的强度极限，导致 钻柱破坏；
水平井轨道设计
水平井分类
水 平 井 分 类
水平井轨道设计问题(B类)
• 水平井轨道设计需要考虑的问题： – 首要考虑的是水平井能否取得预期的经济效益。水平井获 得经济效益的关键是目标段的设计，包括油藏类型的选择， 对油层厚度、性质以及剩余油分布的研究，目标段的走向、 倾向、长度、完井方法等等。 – 考虑两个不确定性问题：
• 目标垂深的不确定性： • 造斜率的不确定性 ：
– 考虑施工人员的轨迹控制能力，特别是增斜段的轨迹控制 能力，是否具备必要的造斜工具和测量工具测量仪器等； – 考虑所选的造斜率，下套管时套管能否顺利通过？ – 目标段的长度，还要受到众多因素的影响。
水平井目标区设计
水平井的主要难度之一—
★井眼轨迹控制要求高
–
–
水平段过长，下钻或开 泵井内波动压力过大， 可能压漏地层； 水平段过长，起钻的抽 吸可能导致井壁坍塌。
水平井轨道设计问题
• 水平井轨道类型：
– A类水平井轨道，适用于 短半径水平井。设计A类 水平井，必须对造斜率和 目标垂深掌握得很准确。 – B，C类水平井适用于中、 长半径水平井。 – C类是在B类的基础上发展 出来的。 • A类水平井，多数属侧钻水平 井。轨道设计又有其特殊性。 • 下面重点讲B、C二类水平井 的设计问题。