軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)方法方案

1水平井、大位移井軌道

優(yōu)化設(shè)計(jì)方法黃根爐

中國石油大學(xué)（華東）石油工程學(xué)院2006年8月28日1水平井、大位移井軌道

優(yōu)化設(shè)計(jì)方法2水平井找油方案優(yōu)化設(shè)計(jì)方法水平井待鉆軌道施工方案優(yōu)選方法多點(diǎn)約束下的軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)方法特定井段有鉆入角限制下的軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)方法考慮方位漂移的軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)方法恒工具面角曲線軌道設(shè)計(jì)方法懸鏈線、修正懸鏈線及準(zhǔn)懸鏈線剖面設(shè)計(jì)方法主要內(nèi)容2水平井找油方案優(yōu)化設(shè)計(jì)方法主要內(nèi)容31.水平井找油方案優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)地質(zhì)靶點(diǎn)垂深不確定時(shí)水平井找油方法導(dǎo)眼法應(yīng)變法（常用）31.水平井找油方案優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)地質(zhì)靶點(diǎn)垂深不確定時(shí)水平井找41.水平井找油方案優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)變法找油需要解決的問題何時(shí)開始探油頂？以多大的穩(wěn)斜角探油頂？

以浪費(fèi)的油層段長度最短為目標(biāo)函數(shù)的找油方案優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。41.水平井找油方案優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)變法找油需要解決的問題51.水平井找油方案優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)不同找油方案的效果對(duì)比本方案αc=87°△L1=0αc=87°,△L1=0當(dāng)時(shí)預(yù)測(cè)的井底井斜比設(shè)計(jì)井斜大。51.水平井找油方案優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)不同找油方案的效果對(duì)比本方案61.水平井找油方案優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)程序界面61.水平井找油方案優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)程序界面72.水平井待鉆軌道施工方案優(yōu)選技術(shù)水平井中靶施工過程根據(jù)新測(cè)的井斜、方位數(shù)據(jù)分析不同鉆井方式（滑動(dòng)鉆進(jìn)和復(fù)合鉆進(jìn)）的工具造斜率；預(yù)測(cè)測(cè)量另長段的軌跡，得到井底的位置和井斜、方位；試湊出一套保證軌跡能進(jìn)入幾何靶框的施工方案；改變?cè)煨甭?，重?fù)b)和c)，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果選出最優(yōu)方案；施工到一定長度后得到新的測(cè)量數(shù)據(jù)，重復(fù)以上工作，直至實(shí)鉆軌跡進(jìn)入靶框。72.水平井待鉆軌道施工方案優(yōu)選技術(shù)水平井中靶施工過程82.水平井待鉆軌道施工方案優(yōu)選技術(shù)水平井中靶施工存在的主要問題由于工具造斜率的不確定性，現(xiàn)場定向井工程師要以不同的造斜率進(jìn)行多次試湊，分析計(jì)算工作量巨大；由于是人工分析，效率低，難以找到最優(yōu)的待鉆軌道施工方案；當(dāng)機(jī)械鉆速較快時(shí)，會(huì)出現(xiàn)停鉆等施工方案的情況。82.水平井待鉆軌道施工方案優(yōu)選技術(shù)水平井中靶施工存在的主要92.水平井待鉆軌道施工方案優(yōu)選技術(shù)考慮造斜率不確定性的待鉆軌道施工方案優(yōu)選方法根據(jù)新測(cè)的井斜、方位數(shù)據(jù)分析不同鉆井方式的造斜率范圍；預(yù)測(cè)測(cè)量另長段的軌跡范圍；設(shè)計(jì)下段施工方案并預(yù)測(cè)該段完成后的軌跡范圍；自動(dòng)分析所有軌道能否中靶按設(shè)計(jì)方案施工完后得到新的測(cè)量數(shù)據(jù)，重復(fù)以上工作主要優(yōu)點(diǎn)：只需預(yù)測(cè)造斜率的范圍，更容易做到給出下一部施工方案后就可以自動(dòng)分析不同造斜率對(duì)應(yīng)軌道能否中靶，計(jì)算效率更高將下一部施工方案完成后的井底作為中靶分析的起點(diǎn)，可以最大限度地保證中靶92.水平井待鉆軌道施工方案優(yōu)選技術(shù)考慮造斜率不確定性的待鉆102.水平井待鉆軌道施工方案優(yōu)選技術(shù)程序界面102.水平井待鉆軌道施工方案優(yōu)選技術(shù)程序界面112.水平井待鉆軌道施工方案優(yōu)選技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用情況江蘇油田永7平1井自測(cè)深2701m至A靶的實(shí)測(cè)軌跡及預(yù)測(cè)軌跡包絡(luò)線112.水平井待鉆軌道施工方案優(yōu)選技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用情況江蘇油田永123.多點(diǎn)約束下的軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)方法問題的提出多目標(biāo)井靶區(qū)軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)沒有一套成熟的方法，現(xiàn)在只是能做到“可以設(shè)計(jì)”出來，沒有考慮優(yōu)化；復(fù)雜情況下的防碰繞障軌道設(shè)計(jì)；在地質(zhì)導(dǎo)向鉆井過程中，隨著隨鉆測(cè)井和錄井?dāng)?shù)據(jù)的豐富，可能會(huì)發(fā)現(xiàn)實(shí)際的含油油藏形狀與設(shè)計(jì)不同，如何調(diào)整靶區(qū)軌道來適應(yīng)地質(zhì)目標(biāo)的改變？可以通過多點(diǎn)約束下的軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)123.多點(diǎn)約束下的軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)方法問題的提出133.多點(diǎn)約束下的軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)方法——彈性桿撓曲線法設(shè)想存在一個(gè)光滑彈性直桿，讓該彈性桿在約束點(diǎn)上被光滑可旋轉(zhuǎn)滑套限制，按能量最低原理，該彈性桿必然以變形彈性能最小的方式形成一條空間彈性桿撓曲線，計(jì)算出撓曲線形狀就可以得到多點(diǎn)約束下的軌道。主要特點(diǎn)：摩阻扭矩?。辉O(shè)計(jì)自由、靈活。133.多點(diǎn)約束下的軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)方法——彈性桿撓曲線143.多點(diǎn)約束下的軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)方法算例三維動(dòng)坐標(biāo)法求得的彈性桿曲線軌道曲線投影法求得的彈性桿曲線軌道逐點(diǎn)設(shè)計(jì)法得到的軌道143.多點(diǎn)約束下的軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)方法算例三維動(dòng)坐標(biāo)法求得的彈153.多點(diǎn)約束下的軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)方法算例分析

設(shè)計(jì)方法待鉆軌道指標(biāo)逐點(diǎn)待鉆設(shè)計(jì)法彈性桿撓曲線法曲線投影法三維動(dòng)坐標(biāo)法井眼長度（m）962.63957.46957.76最大曲率（°/30m）8.05.274.96最大曲率變化率（°/900m2）不同井段間曲率存在突變1.1781.127153.多點(diǎn)約束下的軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)方法算例分析設(shè)163.多點(diǎn)約束下的軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)方法程序界面163.多點(diǎn)約束下的軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)方法程序界面174.特定井段有鉆入角限制下的軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)方法問題的提出174.特定井段有鉆入角限制下的軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)方法問題的提出184.特定井段有鉆入角限制下的軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)方法問題的提出由于沒有現(xiàn)成的軟件可用，利用現(xiàn)有的LandMark軟件只能采用試湊的方法來實(shí)現(xiàn)如何又快又好解決此種情況下的軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)問題？184.特定井段有鉆入角限制下的軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)方法問題的提出194.特定井段有鉆入角限制下的軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)模型解決思路：采用LandMark軌道設(shè)計(jì)軟件自由連接設(shè)計(jì)思想，根據(jù)靶點(diǎn)處是否有井眼方向要求、靶點(diǎn)處井斜角與鉆入角的關(guān)系、復(fù)雜井段相對(duì)靶點(diǎn)的垂直距離等將某點(diǎn)至靶點(diǎn)的軌道設(shè)計(jì)問題概括為6個(gè)待鉆軌道設(shè)計(jì)模型來解決194.特定井段有鉆入角限制下的軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)模型204.特定井段有鉆入角限制下的軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)方法程序界面204.特定井段有鉆入角限制下的軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)方法程序界面214.特定井段有鉆入角限制下的軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)方法程序界面214.特定井段有鉆入角限制下的軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)方法程序界面225.考慮方位漂移的軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)方法問題的提出在鉆井過程中，由于地層特性、鉆頭類型、鉆具組合等因素的影響，井眼方位會(huì)發(fā)生自然變化，稱之為“方位漂移”

由于方位漂移的存在，使得鉆進(jìn)過程中經(jīng)常需要進(jìn)行扭方位，降低了鉆井時(shí)效在軌道設(shè)計(jì)時(shí)就考慮方位漂移的影響是一種較為有效的方法，但問題是軌道的組成和形狀千變?nèi)f化，很難找到有效的解決方法。225.考慮方位漂移的軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)方法問題的提出235.考慮方位漂移的軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)方法解決方法假設(shè)通過一定的途徑可以找到這樣一個(gè)特殊點(diǎn)c，以c點(diǎn)為目標(biāo)進(jìn)行軌道設(shè)計(jì)（包括待鉆軌道），對(duì)設(shè)計(jì)好的軌道考慮方位漂移影響后正好可以通過目標(biāo)點(diǎn)t，這樣就可以實(shí)現(xiàn)考慮方位漂移情況下的軌道設(shè)計(jì)。EN235.考慮方位漂移的軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)方法解決方法EN245.考慮方位漂移的軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)方法解決方法EN245.考慮方位漂移的軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)方法解決方法EN256.恒工具角曲線軌道設(shè)計(jì)方法問題的提出在井眼軌道設(shè)計(jì)過程中，用到的絕大部分曲線為直線、斜面圓弧線、圓柱螺線、自然曲線（井斜變化率和方位變化率均為固定常數(shù)）等理論上沒有方位漂移的穩(wěn)斜鉆具組合鉆出的井眼為直線軌道、井口鎖定的滑動(dòng)導(dǎo)向鉆具組合對(duì)應(yīng)著斜面圓弧軌道、有方位漂移的增/降斜鉆具組合對(duì)應(yīng)著自然曲線軌道目前現(xiàn)場最常見軌跡控制方法是保持工具面角不變256.恒工具角曲線軌道設(shè)計(jì)方法問題的提出266.恒工具角曲線軌道設(shè)計(jì)方法恒工具面角曲線的特點(diǎn)自然參數(shù)曲線：圓柱螺線：266.恒工具角曲線軌道設(shè)計(jì)方法恒工具面角曲線的特點(diǎn)自然參數(shù)276.恒工具角曲線軌道設(shè)計(jì)方法恒工具面角曲線的軌道參數(shù)計(jì)算公式276.恒工具角曲線軌道設(shè)計(jì)方法恒工具面角曲線的軌道參數(shù)計(jì)算286.恒工具角曲線軌道設(shè)計(jì)方法恒工具面角曲線軌道設(shè)計(jì)方法按照軌道自由度和軌道約束方程數(shù)相等的原則分析并確定軌道的組成段數(shù)，并得到軌道設(shè)計(jì)方程組僅最大可能地在方程組中進(jìn)行消元處理構(gòu)造軌道設(shè)計(jì)精度控制目標(biāo)函數(shù)，目標(biāo)函數(shù)最小值對(duì)應(yīng)的軌道及時(shí)要求的軌道。286.恒工具角曲線軌道設(shè)計(jì)方法恒工具面角曲線軌道設(shè)計(jì)方法297.懸鏈線、修正懸鏈線和準(zhǔn)懸鏈線剖面設(shè)計(jì)各種曲線的由來為了減小大位移井中的摩阻扭矩，人們想到了懸鏈線，認(rèn)為懸鏈線剖面由于管柱與井壁的接觸力最小，所以摩阻扭矩也最小實(shí)際軌道設(shè)計(jì)過程中，發(fā)現(xiàn)懸鏈線軌道剖面曲率隨井斜角的變化太快(與井斜角正弦的平方成正比)，所以人為構(gòu)造了一個(gè)曲率隨井斜角的正弦成正比的曲線，即為修正懸鏈線準(zhǔn)懸鏈線是曲率變化率為常數(shù)的曲線297.懸鏈線、修正懸鏈線和準(zhǔn)懸鏈線剖面設(shè)計(jì)各種曲線的由來307.懸鏈線、修正懸鏈線和準(zhǔn)懸鏈線剖面設(shè)計(jì)懸鏈線軌道懸鏈線微元受力示意xyT+dTTα+dααTT+dTq其中：307.懸鏈線、修正懸鏈線和準(zhǔn)懸鏈線剖面設(shè)計(jì)懸鏈線軌道懸鏈線317.懸鏈線、修正懸鏈線和準(zhǔn)懸鏈線剖面設(shè)計(jì)懸鏈線軌道一段懸鏈線lbcαbαcα井斜角的計(jì)算垂深的計(jì)算水平位移的計(jì)算317.懸鏈線、修正懸鏈線和準(zhǔn)懸鏈線剖面設(shè)計(jì)懸鏈線軌道一段懸327.懸鏈線、修正懸鏈線和準(zhǔn)懸鏈線剖面設(shè)計(jì)修正懸鏈線軌道井斜角的計(jì)算垂深的計(jì)算水平位移的計(jì)算327.懸鏈線、修正懸鏈線和準(zhǔn)懸鏈線剖面設(shè)計(jì)修正懸鏈線軌道井337.懸鏈線、修正懸鏈線和準(zhǔn)懸鏈線剖面設(shè)計(jì)準(zhǔn)懸鏈線軌道井斜角的計(jì)算垂深的計(jì)算水平位移的計(jì)算337.懸鏈線、修正懸鏈線和準(zhǔn)懸鏈線剖面設(shè)計(jì)準(zhǔn)懸鏈線軌道井斜347.懸鏈線、修正懸鏈線和準(zhǔn)懸鏈線剖面設(shè)計(jì)大位移井剖面優(yōu)化設(shè)計(jì)界面347.懸鏈線、修正懸鏈線和準(zhǔn)懸鏈線剖面設(shè)計(jì)大位移井剖面優(yōu)化35謝謝各位！

歡迎批評(píng)指正