7水平井井眼軌道設計與軌跡控制技術(shù)研究

《7水平井井眼軌道設計與軌跡控制技術(shù)研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。

1、7水平井井眼軌道設計與軌道控制技術(shù)研究7」定向井軌道設計理論定向井井身軌道的設計方法涉及到二維設計方法和三維設計方法，對斜井井、水平井、大位移井、側(cè)鉆水平井、大曲率半徑、屮曲率半徑、短曲率半徑、超短曲率半徑等井型都有相應的設計方法。其共同的特點就是設計出來的軌道能夠滿足現(xiàn)場的施工要求，卻不能肯定它是一條可行的最優(yōu)軌道。所謂最優(yōu)軌道有以下三個含義：1）設計軌道必須滿足現(xiàn)場施工條件的限制；2）設計軌道應當是滿足各種設計要求下的最短軌道；3）設計軌道的鉆柱和摩阻力應當相對最小，設計出來的軌道具有最小的

2、井斜變化率和方位變化率。7丄1典型的二維井眼軌道模型定向井絕大多數(shù)都設計為二維軌道。即設計軌道位于某個鉛垂平面（過設計方位線）內(nèi)。根據(jù)鉆井工藝技術(shù)要求，一般井眼軌道設計普遍采用直線與圓弧組成井身結(jié)構(gòu)剖面。但隨Z鉆井技術(shù)的發(fā)展，20世紀80年代出現(xiàn)了懸鏈線和拋物線井身剖面，由于能夠顯著降低鉆柱的摩擦阻力，在大位移井設計中顯示出優(yōu)越性。據(jù)此可以將二維井眼軌道分為四類：直線、圓弧線、懸鏈線和拋物線。（1）直線模型直線模型是最簡單的井眼軌道模型。用于直井段、水平井段和穩(wěn)斜井段。實際上，直井段、水平井段都

3、是穩(wěn)斜井段的一種特例。直線AB上任一點M的井眼軌道參數(shù)為（圖7?1所示人(7-1)Dm=Da+ALcosa0SM=SA+ALsina0式中：AL線段AM長度。曲率：K井斜角：=o；=a。。圖7-1井眼軌道的直線模型井眼軌道的圓弧線模型用于描述常規(guī)的增斜井段和降斜井段。對于增斜井段：如果給定圓弧井段的曲率半徑R,那么該井段內(nèi)任一點“出的井眼軌道參數(shù)為（圖7?2所示人180NLaM=購+~(7-2)兀RDm=Z)zJ+7?(sina-sin)SM=SA-t-7?(cos?0一cosg)式中：AL——

4、圓弧段AM長度。圖7?2井眼軌道的圓弧模型（增斜）對于降斜井段：如果給定圓弧井段的曲率半徑R,那么該井段內(nèi)任一點M出的井眼軌道參數(shù)為（圖7?3所示）：180AL%=D4+R(sina()-since)(7-3)SM=SA+7?(cosa-cosa0)圖7?3井眼軌道的圓弧模型（降斜）對于公式（7-2）.（7-3）,如果把降斜井段的曲率半徑R定義為負值，則降斜?井段公式(7-2)在形式上和増斜井段公式(7-3)完全一致，簡化了計算公式。(3)懸鏈線模型懸鏈線可以減小鉆柱摩擦阻力，提高鉆井鉆深能力，

5、有利于套管下入和居中,在大位移井中具有顯著的優(yōu)越性。那么該井段內(nèi)任一點M出的井眼軌道參數(shù)為(圖7?4所示)。tan=幾=6+a(X°_X)SM=S^a(Y0-Y)其屮:X=-Inl2)>Y=l/sinaM(7-4)(7-5)式中：AL—弧段AM長度。圖7-4井眼軌道的懸鏈線模型7.1.2通用圓弧形剖面及設計方法(1)通用弧型剖面目前各種定向井、水平井及其特殊形狀的井段的井身剖面設計有十多種之多，每一種剖面都需要與之對應的井眼軌道設計方法，如水平井普遍采用“雙增剖面J“三增剖面”，其至是特殊的拱形

6、、梯形剖面，這些設計剖面都不具有普遍性。事實上，二維圓弧型井身剖面都是由垂直線段、穩(wěn)斜段、水平段和增斜段及其降斜段組成。而水平段和垂肓段實際上都是直線的軌道模型，同時還可以視為是圓弧段的特例。只要我們定義增斜井段的曲率半徑為正、降斜段曲率半徑為負值，可以給出增斜段和降斜段的等效計算公式。據(jù)此有理由認為通用二維圓弧井身剖面為“穩(wěn)斜段一增斜段一穩(wěn)斜段一……穩(wěn)斜段一增斜段一穩(wěn)斜段"這樣的模型（圖7?5所示）。圖7-5通用圓弧形剖面示意圖實際上，對于任一種井身剖面，只需要在通用井身剖面中確定出井段數(shù)n和

7、部分特征參數(shù)即可。對于三段式，井段數(shù)目n=3；五段式（S型、雙增型）井段數(shù)目n=5。如果設剖面總段數(shù)為n,那么：①穩(wěn)斜段序號為奇數(shù)；②圓弧段序號為偶數(shù)。（2）特征參數(shù)及約束方程穩(wěn)斜段特征參數(shù)是段長和井斜角。圓弧段特征參數(shù)是曲率半徑和起始點井斜角。且起止點的井斜角等于相鄰穩(wěn)斜段井斜角。設標準井身剖面由n段組成，貝h①穩(wěn)斜段數(shù)為（n+1）/2；②圓弧段數(shù)為（n?l）/2；③特征參數(shù)總數(shù)為（3n+l）/2。無論井身剖面有多少個井段組成，整個井身剖面的各井段的垂深和水平位移增量Z和應該等于總垂深和總水平

8、位移。BP：、:（7-6）BP："+l〃2(2)[2E4-cosOC2/-1+SR2jsinH"a2y_1)=Dt(7-7)/=17=15+1〃2(n-)/2E△厶21勸a2i_}+工R2j(cosa?閂一cosa2/+1)=&/=1J=1顯然上述方程組可以最多求解2個特征（關(guān)鍵）參數(shù)。以往選擇穩(wěn)斜段長度和井斜角作為特征參數(shù)，實際上這兩個參數(shù)是可以任選的。所以原設計方法只是滿足上述方程的一組特解。這種交互式的設計方法避免了盲目的試算和人為因素的干擾，實現(xiàn)井身剖而的優(yōu)化設計。對上述方程組的