側(cè)鉆水平井三維井眼軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)與應(yīng)用蘭課件

1、12 1312 13 三維軌跡設(shè)計(jì)必要性分析 三維側(cè)鉆軌跡設(shè)計(jì)方法 三維軌跡設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù) 三維軌跡設(shè)計(jì)軟件開(kāi)發(fā) 三維軌跡設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用 結(jié)論與認(rèn)識(shí) 三維軌跡設(shè)計(jì)必要性分析三維軌跡設(shè)計(jì)必要性分析對(duì)用斜向器開(kāi)窗的側(cè)鉆水平井來(lái)說(shuō)，在進(jìn)行三維井眼軌跡設(shè)計(jì)時(shí)原井眼軌跡對(duì)斜向器定向是有影響的。這種影響在原井眼井斜越大時(shí)表現(xiàn)越突出。一般的三維軌跡設(shè)計(jì)軟件在進(jìn)行側(cè)鉆水平井軌跡設(shè)計(jì)時(shí)，其設(shè)計(jì)過(guò)程不能優(yōu)選節(jié)點(diǎn)參數(shù)，只能將整個(gè)軌跡設(shè)計(jì)成三維扭方位軌跡，加大了現(xiàn)場(chǎng)施工操作的難度。 優(yōu)化側(cè)鉆水平井三維軌跡設(shè)計(jì)有助于避免斜向器定向及扭方位時(shí)完全個(gè)人經(jīng)驗(yàn)化，實(shí)現(xiàn)一定程度的量化、科學(xué)化，以盡可能短的滑動(dòng)進(jìn)尺鉆達(dá)目標(biāo)井深，避免定

2、向失誤、縮短鉆井周期、節(jié)約鉆井成本。 三維軌跡設(shè)計(jì)必要性分析對(duì)用斜向器開(kāi)窗的側(cè)鉆水平井來(lái)說(shuō)，在進(jìn)行為了使現(xiàn)場(chǎng)定向井工程師能準(zhǔn)確地把握實(shí)鉆軌跡參數(shù)與控制趨勢(shì)，確保準(zhǔn)確中靶；對(duì)側(cè)鉆水平井三維軌跡進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，解決其存在的上述問(wèn)題，可最大限度地排除設(shè)計(jì)人員經(jīng)驗(yàn)干擾，使經(jīng)驗(yàn)補(bǔ)償作用越來(lái)越??；側(cè)鉆水平井三維軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)有助于避免斜向器盲目定向及井下動(dòng)力鉆具盲目扭方位，以盡可能短的鉆井進(jìn)尺鉆達(dá)目標(biāo)井深，縮短鉆井周期、節(jié)約鉆井成本。三維側(cè)鉆軌跡設(shè)計(jì)方法原井軌跡斜向器穩(wěn)斜段斜面圓弧段為了使現(xiàn)場(chǎng)定向井工程師能準(zhǔn)確地把握實(shí)鉆軌跡參數(shù)與控制趨勢(shì)，確基本假設(shè)a側(cè)鉆水平井所鉆曲線段是在空間兩個(gè)斜平面上的曲線段。b側(cè)鉆水

3、平井曲線段主要由動(dòng)力鉆具以滑動(dòng)鉆進(jìn)方式完成。c側(cè)鉆水平井曲線段由幾段定曲率曲線光滑連接而成， 且曲線的曲率主要由動(dòng)力鉆具的造斜率決定。d任一定曲率曲線段內(nèi)， 動(dòng)力鉆具的造斜能力及工具面角基本保持不變。三維側(cè)鉆軌跡設(shè)計(jì)方法基本假設(shè)三維側(cè)鉆軌跡設(shè)計(jì)方法三維側(cè)鉆軌跡設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)關(guān) 鍵 技 術(shù) 斜向器定向優(yōu)化三維軌跡數(shù)學(xué)模型三維軌跡設(shè)計(jì)判別三維軌跡剖面優(yōu)化設(shè)計(jì)及節(jié)點(diǎn)優(yōu)選三維側(cè)鉆軌跡設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)斜向器定向優(yōu)化三維軌跡數(shù)學(xué)模型三維軌三維井眼軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)判別標(biāo)準(zhǔn)：側(cè)鉆點(diǎn)不在目標(biāo)靶區(qū)垂直平面內(nèi)判別方法：目標(biāo)垂距 0 根據(jù)目標(biāo)垂距計(jì)算圖可得約束方程：1 三維軌跡設(shè)計(jì)判別技術(shù)式中 推導(dǎo)可得 三維井眼軌跡

4、優(yōu)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)判別標(biāo)準(zhǔn)：側(cè)鉆點(diǎn)不在目標(biāo)靶區(qū)垂NEVAiTiLaiLtPiTfLafPfOAf 雙斜面求解計(jì)算模型2 雙斜面軌道約束方程及推導(dǎo)結(jié)果三維軌跡設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)NEVAiTiLaiLtPiTfLafPfOAf 三維井眼軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)斜向器定向原理圖定向裝置角3 斜向器定向優(yōu)化斜向器最大扭轉(zhuǎn)方位角計(jì)算公式斜向器裝置方位角公式側(cè)眼初始井斜角計(jì)算公式結(jié)論三維井眼軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)斜向器定向原理圖定向裝置角3 根據(jù)側(cè)鉆水平井施工特點(diǎn)，采用雙斜面五段制剖面設(shè)計(jì)，能使施工中的實(shí)鉆軌跡有充分的調(diào)整井段，可以適時(shí)彌補(bǔ)工具實(shí)際造斜率誤差。在確定造斜率時(shí)，第二造斜段造斜率可取得比第一造斜段造斜

5、率稍低，這樣在后期油藏位置發(fā)生變化時(shí)有利于調(diào)整，并實(shí)現(xiàn)中靶。針對(duì)不同井的不同情況，優(yōu)選中間穩(wěn)斜角，目標(biāo)井斜角，采用雙斜面順?biāo)惴?，確定目標(biāo)垂面內(nèi)二維軌跡起點(diǎn)節(jié)點(diǎn)參數(shù)。通過(guò)優(yōu)選的目標(biāo)垂面二維節(jié)點(diǎn)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)軌跡控制各階段的量化：三維軌跡設(shè)計(jì)在初始段扭方位，中間段在合適的井段從三維扭方位段變?yōu)槟繕?biāo)垂面內(nèi)二維軌跡。提高了現(xiàn)場(chǎng)軌跡控制的精確性、科學(xué)性。4 三維軌跡剖面優(yōu)化設(shè)計(jì)及節(jié)點(diǎn)優(yōu)選三維井眼軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)根據(jù)側(cè)鉆水平井施工特點(diǎn)，采用雙斜面五段制剖面設(shè)計(jì)，能使施工中三維軌跡設(shè)計(jì)軟件開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)模式選擇實(shí)鉆計(jì)算插值計(jì)算井底預(yù)測(cè)待鉆設(shè)計(jì)原井軌跡分析目標(biāo)靶區(qū)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換側(cè)鉆點(diǎn)選擇-計(jì)算-分析目標(biāo)垂面與原井

6、軌跡交匯點(diǎn)識(shí)別套管開(kāi)窗方式段銑開(kāi)窗斜向器開(kāi)窗斜向器定向分析斜向器定向設(shè)計(jì)二維設(shè)計(jì)三維設(shè)計(jì)應(yīng)用Excel VBA開(kāi)發(fā)了側(cè)鉆水平井三維軌跡設(shè)計(jì)程序 程序結(jié)構(gòu)示意圖該程序包含10大模塊，分散在12個(gè)工作表內(nèi)，界面友好，操作簡(jiǎn)單。程序結(jié)構(gòu)示意圖如右所示：三維軌跡設(shè)計(jì)軟件開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)模式選擇實(shí)鉆計(jì)算插值計(jì)算井底預(yù)測(cè)待鉆 2008年至今，運(yùn)用自主研發(fā)的三維軌跡設(shè)計(jì)程序在新疆油田設(shè)計(jì)并完成了14口中曲率側(cè)鉆水平井施工，設(shè)計(jì)造斜率與實(shí)際造斜率差值基本在1左右，現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)性強(qiáng)。下面給出14口側(cè)鉆水平井運(yùn)用三維軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)的造斜率與實(shí)鉆平均造斜率的統(tǒng)計(jì)表。井號(hào)LU9164 LU3057 LU3107 LU115

7、4 SN6649 LU2118 LU2107LU2160 LU3096LU3076LU7155LU3092LU3072C1240設(shè)計(jì)造斜率211918.5514.318.22141815.52119.371519.8919.612.27實(shí)鉆平均造斜率20.6719.3918.2214.518.7513.817.515.220.11915.3620.5419.113陸梁已完鉆14口側(cè)鉆水平井設(shè)計(jì)與實(shí)鉆造斜率統(tǒng)計(jì)表（單位: 30m ）三維軌跡設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用 2008年至今，運(yùn)用自主研發(fā)的三維軌跡設(shè)計(jì)程序在新疆1 三維軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)示例（以SN6649井為例） SN6649側(cè)鉆水平井設(shè)計(jì)側(cè)鉆點(diǎn)位置237

8、3m，通過(guò)軌跡設(shè)計(jì)程序的節(jié)點(diǎn)計(jì)算模塊計(jì)算得，目標(biāo)垂距：29.88m，側(cè)鉆點(diǎn)與目標(biāo)垂面不共面，判別為三維軌跡設(shè)計(jì)。 首先運(yùn)用三維軌跡設(shè)計(jì)判別技術(shù)確定給定井眼的屬性三維軌跡設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用1 三維軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)示例（以SN6649井為例） SN664該井設(shè)計(jì)使用斜向器導(dǎo)斜角為2.5，原井眼側(cè)鉆點(diǎn)位置2373m處井斜角2.31,方位角309.99，該井目標(biāo)垂面設(shè)計(jì)方位為235.62，通過(guò)優(yōu)選期望方位，斜向器定向設(shè)計(jì)模塊程序計(jì)算得到如下圖所示結(jié)果 其次運(yùn)用斜向器優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)，計(jì)算斜向器定向裝置角SN6649井斜向器定向計(jì)算三維軌跡設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用該井設(shè)計(jì)使用斜向器導(dǎo)斜角為2.5，原井眼側(cè)鉆點(diǎn)位置2373通過(guò)雙斜

9、面三維軌跡設(shè)計(jì)模塊，輸入合適中穩(wěn)角48，計(jì)算得到符合現(xiàn)場(chǎng)定向井工程師所需要的三維軌跡：三維軌跡設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用通過(guò)雙斜面三維軌跡設(shè)計(jì)模塊，輸入合適中穩(wěn)角48，計(jì)算得到符 三維剖面優(yōu)化設(shè)計(jì)三維常規(guī)雙斜面設(shè)計(jì)井深段長(zhǎng)井斜角方位角井深段長(zhǎng)井斜角方位角237300.44200237302.5235.622408350.442002408352.5235.622468.8560.8536.93184.392447.843025.52198.392469.710.8736.93184.392477.843025.52198.392528.8259.1148235.622507.843040.55216.202

10、528.82048235.622537.843056.98225.252595.5466.7288.03235.622567.843073.86231.362595.54088.03235.622592.8224.9888.03235.642755.65160.1188.03235.622752.93160.1188.03235.642 三維軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)與三維常規(guī)雙斜面設(shè)計(jì)對(duì)比分析三維軌跡設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用 由上表分析可知：三維軌跡優(yōu)化剖面設(shè)計(jì)的思路很清晰，在初始井段大力扭方位，在設(shè)計(jì)至中穩(wěn)斜角48時(shí)，軌跡已由三維變向?yàn)槎S軌跡，便于現(xiàn)場(chǎng)施工操作；而常規(guī)雙斜面剖面設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)在兩個(gè)斜面內(nèi)不停的扭方位

11、至到目標(biāo)靶點(diǎn)，如上表所示，綠表中常規(guī)設(shè)計(jì)扭方位井段從2408m扭至2592.82m而紅表優(yōu)化剖面設(shè)計(jì)中扭方位井段從2408m扭至2528.82m即結(jié)束，大大縮短了扭方位井段，符合現(xiàn)場(chǎng)施工要求。 軌跡優(yōu)化 三維剖面優(yōu)化設(shè)計(jì)三維常規(guī)雙斜面設(shè)計(jì)井深段長(zhǎng)井斜角方位角井深三維軌跡設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用2 三維軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)與三維常規(guī)雙斜面設(shè)計(jì)對(duì)比分析定向優(yōu)化項(xiàng)目原井眼方位120,斜向器導(dǎo)斜角2.5,單位斜向器斜面指向方位0306090120150180210240270300330裝置角-120-90-60-300306090120150180210井斜0.5計(jì)算方位114169951201451711992292

12、63300337誤差1111950-5-9-11-11-707井斜1.5計(jì)算方位3761821011201391581792032383002誤差373122110-11-22-31-37-32032井斜2計(jì)算方位49708610312013715417019121730022誤差494026130-13-26-40-49-53053井斜2.5計(jì)算方位607590105120135150165180195045誤差604530150-15-30-45-60-756075誤差曲線三維軌跡設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用2 三維軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)與三維常規(guī)雙斜面設(shè)計(jì)對(duì)比優(yōu)化設(shè)計(jì)與常規(guī)三維設(shè)計(jì)，常規(guī)三維設(shè)計(jì)存在定向設(shè)計(jì)誤差大

13、，大斜度井段扭方位設(shè)計(jì)與現(xiàn)場(chǎng)施工嚴(yán)重不符等問(wèn)題。不進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，在現(xiàn)場(chǎng)施工中會(huì)造成以下問(wèn)題：1、原井井斜大時(shí)將有可能出現(xiàn)斜向器定向失誤，給后續(xù)施工帶來(lái)困難。2、大斜度井段摩阻大，扭方位困難，螺桿造斜率難以預(yù)測(cè)，大大增加了軌跡控制的難度；3、大斜度段扭方位，往往需要擺工具面至90進(jìn)行，而且要消耗大量垂深，這在薄層側(cè)鉆時(shí)容易造成脫靶。因此三維軌跡優(yōu)化剖面設(shè)計(jì)比常規(guī)雙斜面軌跡設(shè)計(jì)更科學(xué)、準(zhǔn)確性高、現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)性強(qiáng)。三維軌跡設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用對(duì)比優(yōu)化設(shè)計(jì)與常規(guī)三維設(shè)計(jì)，常規(guī)三維設(shè)計(jì)存在定向設(shè)計(jì)誤差大，四、結(jié)論及認(rèn)識(shí)1、本文所推導(dǎo)的斜向器定向計(jì)算公式，為側(cè)鉆水平井三維軌跡的科學(xué)設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。依托斜向器定向設(shè)計(jì)計(jì)

14、算的三維軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)程序在現(xiàn)場(chǎng)中可以提高斜向器定向準(zhǔn)確程度、縮短側(cè)眼扭方位、滑動(dòng)鉆進(jìn)井段長(zhǎng)度，更符合現(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)際。2、雙斜面五段制軌跡剖面是目前現(xiàn)場(chǎng)最實(shí)用的側(cè)鉆水平井軌跡設(shè)計(jì)剖面，通過(guò)固定中穩(wěn)角的方法，可以為現(xiàn)場(chǎng)提供合適的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)參數(shù)，實(shí)用性強(qiáng)。3、依托VBA編程環(huán)境結(jié)合Excel Chart對(duì)象，編制了三維側(cè)鉆水平井軌跡設(shè)計(jì)計(jì)算程序，圖形界面友好，簡(jiǎn)單、實(shí)用，對(duì)硬件要求低，適用于普通Office辦公電腦，可為工程設(shè)計(jì)人員提供更準(zhǔn)確、更直觀的軌跡設(shè)計(jì)與控制計(jì)算平臺(tái)。四、結(jié)論及認(rèn)識(shí)1、本文所推導(dǎo)的斜向器定向計(jì)算公式，為側(cè)鉆水平謝謝大家！謝謝大家！ 理量的意義 返回 理量的意義 軟件界面 返回10

15、大模塊1、原井軌跡計(jì)算2、節(jié)點(diǎn)分析3、單增設(shè)計(jì)4、雙增設(shè)計(jì)5、單面設(shè)計(jì)6、雙面設(shè)計(jì)7、實(shí)鉆計(jì)算8、距離掃描9、控制分析10、投影圖輸出三維軌跡設(shè)計(jì)軟件開(kāi)發(fā) 斜向器定向原理圖 返回 斜 目標(biāo)垂距計(jì)算圖 返回 目標(biāo)垂距計(jì)算圖 水平投影圖 返回 水原井參數(shù)對(duì)斜向器指向與初始井眼方向誤差的影響項(xiàng)目原井眼方位120,斜向器導(dǎo)斜角2.5,單位斜向器斜面指向方位0306090120150180210240270300330裝置角-120-90-60-300306090120150180210井斜0.5計(jì)算方位11416995120145171199229263300337誤差1111950-5-9-11-11-707井斜1.5計(jì)算方位3761821011201391581792032383002誤差373122110-11-22-31-37-32032井斜2計(jì)算方位49708610312013715417019121730022誤差494026130-13-26-40-49-53053井斜2.5計(jì)算方位607590105120135150165180195045誤差604530150-15-30-45-60-756075原井參數(shù)對(duì)斜向器指向與初始井眼方向誤差的影響項(xiàng)目原井眼方位1返回1 返回2返回1 返回2返