丛式水平井井眼轨道优化设计

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1、万方数据第一章绪论间距大约5m，平均设计井深1730m，采用“直．增．平”三段制，实钻各项指标均达到设计要求，用丛式水平井组勘探开发特低渗透油藏，在国内尚属首次。丛式钻井防碰的检测设备，目前国内外尚且没有，2001年，张家田研究并开发了丛式井钻井防碰预警系统，此系统可以预防轨道相碰，进而很好地解决丛式钻井中的安全性。2009年周健、王卫忠等从井眼轨迹控制、钻头优选改进、井身剖面优化、钻井液体系应用等方面进行了苏里格气田的相关的研究【_71。2011年利用浅层丛式水平井技术在吉林扶余城区12号丛式水平井组顺利实施32口井(水平井

2、23口)，创下国内单个平台水平井数量最多的记录。2012年7月14日，位于长庆陇东地区的国内首口大偏移距丛式三维水平井——阳平X井开钻，标志着长庆油田丛式三维水平井钻井试验进入实施阶段。在平台井口与靶点的优选方面，2005年葛云华等从油田地面工程建设投资和油气井建井投资角度研究了丛式水平井平台的大小、数量、位置等问题【8】；2013年，闫铁研究了水平井平台井口与靶点的优选与分配问题，提出了用直线法和同心圆法划分靶点，并建立不相交水平位移最小距离法计算模型【9】。在钻井顺序优选方面，目前普遍遵守先钻水平位移大、造斜点浅的井，后钻

3、水平位移小、造斜点深的井和直井的原则【l⋯，2012年刘晓艳、施亚楠、李培丽利用观察法结合系统科学方法，对平台与钻机整拖方向、目标点与井口位置、各目标井方位关系等进行了系统研究，以老168丛式井组为例，借助于Paradigm软件计算辅助手段，提出了一套钻井顺序整体优化思路与方法，并分析了钻井顺序排列规律【11】。1．2．2水平井轨道设计研究现状水平井是最大井斜角保持在90。左右，并在目的层中维持一定长度水平段的特殊井。水平井钻井技术是常规定向井钻井工艺技术的扩展【12】。我国的定向井技术起始于1956年，水平井最早出现在美国，

4、1882年美国加利福尼亚州圣巴巴拉一口直井侧钻井眼。1929年，美国得克萨斯州钻了第一口真正意义上的水平井，该井在1000m深处从井筒横向向外延伸了8m。1965年，磨3井在四川成功完钻，拉开了我国应用水平井开发油气田的序幕，使我国成为继美国和前苏联之后，第三个开展水平井钻井的国家【12-13】。磨3井主要井身参数为：总斜深1685m，垂深1368m，水平位移444m，油层内井段长288m，水平段长160m。限于当时的技术条件，此水平井采用加弯接头的涡轮钻具及氟氢酸瓶测试方式完成。在80年代末，地矿部探矿工程研究所等组织单位科

5、研人员进行了地质勘探孔受控定向钻探新技术的系统研究与开发，取得了多项突破性的研究成果[14】。所研制的造斜钻头、造斜工具和定向仪等工具得到了广泛的应用。国外在钻井技术的方面最主要进展为随钻技术(随钻测量MWD／LWD)与旋转导向系统(RotarySteerableDrilling)的出现与发展，另外螺杆钻具与可控弯接头在钻井中的应用，也显著提高了钻井技术水平。在轨道设计方面，目前二维轨道设计主要以直线和平面圆弧相结合来实现，常用的万方数据西安石油大学硕士学位论文设计方法多达11种【l51。三维轨道设计主要是转化为二维问题来近似

6、处理，或参照具体的施工难度特点另行处理。在计算方面，出现了弧步法、弦步法、真实圆弧法、自然参数法、常曲率法、三次样条函数法等。在轨道设计与随钻设计方面，主要有悬链线、抛物线法，三维设计的斜平面法与柱面螺旋线法、拟螺线法、矢量中靶方法等。轨道设计方法也越来越受到人们的重视。1989年Karlsson针对中半径水平井的特点，提出了设计井眼轨道的真实圆弧法【l吼。此后，又有人提出了复合曲率法和可操控系统法。上世纪的60年代，郑基英推导弯接头的装置角部分计算公式，于70年代提出井身轨迹的计算圆柱螺线法(也称曲率半径法)与校正的平均角法

7、，白家祉将纵横弯曲的连续梁的理论应用到井底钻具组合力学的分析，当时世界上，众多的研究井底钻具组合方法中占用一席之地；在定向井轨道设计和计算方面，韩志勇从空间几何上着手，推导出了一系列解析公式，并提出了三维绕障定向井、考虑方位漂移的定向井、三维多目标井的轨道设计方法及计算公式。在上世纪80年代到90年代末，针对不同假设，学者提出不同的井迹的设计方法，如刘福齐提出了弧步法与弦步法【17】、杜春常提出了自然参数法、数值积分法、真实圆弧法、曲线结构法等。刘修善系统地研究了井眼轨道几何学理论，以微积分方程详细描述了井眼轨道的设计参数，建

8、立了水平井设计的三维控制体模型【l81。1992年，ShcuhEJ．等在研究了水平井造斜段设计方法后，建立了常工具面偏斜时的轨道方程。1993年江胜宗等以系统论方法建立了下部钻具组合优选及井眼轨迹控制的数学模型，同年Shuichi针对侧钻水平井等情况，给出了水平井轨道设计的二