定向井纠偏、绕障设计新方法

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1、定向井纠偏、绕障设计新方法谢国民何开平喻先进（江汉石油管理局钻井工程处）摘要：定向井实用三维设计-方位比较法，给出了造斜工具每钻进10m进行一次装置角补偿值定量设计与计算方法，设计曲线与实钻轨迹相符合，解决了平面和现行三维理论设计与实际施工工艺不一致的问题，设计的井身数据精度高，现场应用效果好，通过江汉油出2口井5个井段的实际应用，可以指导实际施工。主题词：定向井；三维；设计；方法；原理；步骤1冃IJ吕定向钻井是沿着预先设计的井眼轴线钻达目的层的钻井方法。井眼轴线的设计是定向钻井工艺的首要部分，定向井井身轴线设计方法很多，各种设计方法

2、无疑在定向钻井生产中起着不可忽视的作用，然而现有的各种设计都不能满足定向井实际施工的需要，存在着许多不足。为了寻求一种切实可行的设计方法，本文提出一种定向井纠偏、绕障设计新方法■方位比较法，该方法给出了造斜工具装置角不可能恒定及其解决的办法，为尽快完成纠方位工作，少打进尺，在设计中釆用每钻进10m补偿一次工具装置角的方法，这种工具装置角的补偿值从概念性第一次实现定量计算，解决了理论设计与实际施工工艺不一致的问题。2定向井设计方法评选2.1平面设计及其局限性到目前为止，二维定向井剖面类型已有十几种，但是，无论哪一种类型的二维剖面,设计时

3、都不考虑井眼轴线方位变化，故其设计+方法比较简单。但在实际施工中，井眼轴线往往难于保持在同一平面Z内，表现为测量数据（井斜角、方位角）都在改变，也就是说在实际生产中往往会因地质、钻具组合和钻井参数等的影响，使井身方位偏离原设计方位。同样在一些特殊的绕障井或丛式井中，要求井身方位要作变化，而不能局限于同一平面内，显然平面设计就不能再满足要求了。为了解决牛产实际，对定向井井眼轴线设计要同吋考虑井斜角和方位角变化，采用定向井三维设计。2.2三维设计方法及其不足定向井三维设计有斜平面法、螺旋法，基本原理是应用空间解析几何方法，将三维空间问题转

4、化为平面来处理。斜平面法是利用通过纠方位初始点与目标点，建立一个斜平面，在该平面内找到一条恰当的曲线代表待钻井眼轴线，从而反映待钻井眼在钻进过程中，井斜角、方位角随井深的增加而变化的状况。螺旋法则假定待钻井眼可以保持井斜角不变，只作方位角改变，待钻井眼即为一条等距离螺旋线。这两种方法设计的特点都是预先确定一条空间曲线，将纠方位初始点与目标点连接起来代表待钻井眼轴线。在定向井实际施工中，普遍采用动力钻具加弯接头的钻具组合来控制井斜、方位的改变，因此就存在造斜工具装置角的问题，而造斜工具的装置角是随着井眼方位变化而变化的，它不是一个恒定值

5、，装置角的改变量

6、△⑵

7、等于井眼方位的变化量

8、A^

9、o斜平面法和螺旋法在设计、计算时将工具装置角设定为恒定值，就口前定向钻井工艺技术尚无法解决工具装置角与井眼方位角同步变化的问题。因此设计的井眼轴线在实际施工时无法实现，无法保持井眼轴线在同i平面内，实钻井眼必定偏离设计，这是目前三维设计方法的不足Z处。在定向井纠方位时，工具装置角e与造斜率K以及井斜角。有如下关系：a2=cos-1(cos-cosK-sinax-sinKcos69)(1)当工具装置角⑵=

10、90°I，(1)式变为：a2=cos-1(cos6T]・cosK)螺旋法认为造斜

11、率K相对于昇斜角来说较小。把cosK作为1来处理。从而推导出可以稳定井斜角进行纠方位。事实上，当初始井斜角不论为何值，造斜率K的余弦函数值都不可忽略，尤其是当初始井斜角不太大时更是这样。从理论上分析，定向井纠方位吋，要想稳定井斜角只改变井眼方位是不可能的。综上所述，斜平面法和螺旋法三维设计，虽然在形式上可以找到一条表示待钻井眼的空间曲线，反映待钻井眼井斜角、方位角同时变化的情况，但其理论推导和假设条件都与实际施工工艺相差较大，设计岀的待钻井眼在实际生产中是无法实现的。为了寻求一种与牛产实际相符合而施工工艺乂允许的三维设计方法，木文提出

12、严重实用的三维设计方法一方位比较法。3定向井纠偏绕障设计一方位比较法在实际生产中，由于多种主客观原因，井眼方向偏离原设计，就要进行定向纠方位工作。在现有的定向钻井工艺及装备条件下，普遍采用动力钻具带弯接头来完成纠方位工作，这一待钻井眼的设计，原有的平面设计就不再适用了，斜平面法和螺旋法三维设计，因其理论推导与假设条件都与生产实际有较大的差异，设计出的待钻井眼在实际施工中无法实现一设计数学模型不够真实。我们知道，工具装置角是个瞬时值而不是恒定值。生产中无法使工具装置角随同井眼方位同步改变而保持恒定；其次在纠方位钻进过程中，工具装置角绝对

13、值逐渐减小，如不作适时补偿，势必引起井斜变化率心不断增大，而方位变化率Kg则不断减小，使纠方位钻进井段延长许多，其至无法得到足够的方位改变量，使实际施工增加困难和肓目性。目前，对于实际井身轴线的测量尚无直接测量方法，只能