第2章 定向井井眼轨道设计.ppt

第2章 定向井井眼轨道设计 2.1 定向井井眼轨道设计原则 2.2 井眼轨道设计基本原理 2.3 轨道设计方法举例 2.1 定向井井眼轨道设计原则 一口定向井的实施，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。 一、总体原则 应能实现钻定向井的目的； 应有利于安全、优质、快速钻井； 满足采油工艺的要求。 2.1 定向井井眼轨道设计原则 二、具体设计原则 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 2.1 定向井井眼轨道设计原则 二、具体设计原则 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 ； 应充分考虑井身结构的要求 。 2.1 定向井井眼轨道设计原则 二、具体设计原则 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。 2.1 定向井井眼轨道设计原则 二、具体设计原则 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。 2.1 定向井井眼轨道设计原则 二、具体设计原则 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； 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。 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。 2.2 井眼轨道设计基本原理 一、基本概念 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； 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。 2.2 井眼轨道设计基本原理 一、基本概念 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7。 2.2 井眼轨道设计基本原理 一、基本概念 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。 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。 2.2 井眼轨道设计基本原理 二、轨道设计基本原理 轨道设计可进行的条件： 需放松的轨道弹性约束数 2.2 井眼轨道设计基本原理 二、轨道设计基本原理 轨道设计基本方程 2.2 井眼轨道设计基本原理 三、轨道设计基本步骤 计算设计轨道的刚性约束数； 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； 根据“轨道设计可进行的条件”确定轨道的组成； 计算设计轨道的自由度，并确定需要放松的弹性约束数； 列出轨道设计基本方程，并求解出关键参数； 计算出设计轨道的节点参数和详细数据。 2.3 轨道设计方法举例 三段式轨道设计方程（以三段式为例） 轨道刚性约束数为2，即靶点垂深Ht和水平位移St； 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为 2，即造斜点深度Ha和圆弧半径Rz； 三段式轨道的自由度为4，经分析满足“轨道设计可进行的条件” ，且无需放松弹性约束； 三段式轨道设计基本方程为： 2.3 轨道设计方法举例 关键参数的求取（以三段式为例） 2.3 轨道设计方法举例 节点参数计算（以三段式为例）——b点 2.3 轨道设计方法举例 分点参数计算（以三段式为例）——造斜段ab 2.3 轨道设计方法举例 分点参数计算（以三段式为例）——稳斜段bt 本章大作业：三增式轨道设计 已知：Ht=4000m，St=2000m，αt=880，Ha=2570m，αa=0，R1=610m，R2=8