精品完整版水平井井眼轨迹确定方法.docx

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精品完整版水平井井眼轨迹确定方法

摘要

随着钻井技术的发展，水平井的应用也越来越广泛，同普通竖井相比，水平井有着诸多优点。

通过查阅资料以及相关知识的学习，做出了比较浅显的水平井井眼轨迹的设计。

水平井钻井施工常受到地下复杂地质条件、井下仪器安全要求、工具造斜率能力，入靶条件等因素的限制.在水平井实际施工过程中，往往需要对原轨道设计进行优化，使之能够更加符合现场实际施工要求.又好又快的完成施工。

优化设计技术在油田实际水平井施工中，得到了广泛的运用，取得了很好的效果。

大大提高了水平井施工的成功率。

合理的井眼轨道设计是成功控制井眼轨道的关键。

准确、快速、合理地设计多约条件下的三维井眼轨道是人们期待解决的问题。

文中建立了给定目标点位置和井眼方向的三维轨道设计的一般数学模型，利用矢量分析理论得到了约束变量间的解析表达式和井眼轨道计算式。

这种方法避免了求解多维非线性方程组，设计计算简单、精确。

应用该模型成功地解决了复杂的多约束条件下的三维井眼轨道设计这一难题，具有普遍适用性，可广泛用于设计各种类型水平井、定向井和多目标井，为井眼轨道控制提供了更为准确的理论依据。

关键词：

水平井；三维井眼轨道；设计；数学模型；精确解

Abstract

Thehorizontalwelldrillingoftencomplicatedbytheundergroundgeologicalconditions，minesafetyrequirementsforequipment，tools，abilitytocreatetheslope，intothetargetconditionsandotherfactors.Horizontalwellintheactualconstructionprocess，oftenneedtooptimizethedesignoftheoriginaltrack，toenablemoreinlinewiththeactualconstructionsiterequirements.Fastcompletionofconstruction.OptimaldesignofhorizontalwellsinOilFieldactualconstruction，hasbeenwidelyusedandachievedverygoodresults.Greatlyimprovedthesuccessrateofconstructionofhorizontalwells.Abstract：

thereasonablesuccessofwelltrajectorydesignisthekeytocontrolthewelltrajectory.Accurate，fast，rationaldesignofmorethanaboutthree-dimensionalholeunderthetrackistobeexpectedtosolvetheproblem.Thepaperestablishedthepositionofagiventargetpointandthedirectionthree-dimensionalboreholegeneralmathematicalmodaloftrackdesign，vectoranalysistheoryhasbeenconstrainedvariablesandtheanalyticalexpressionofwelltrajectoryformula.Thismethodavoidsthesolutionofmultidimensionalequations，designsolvecomplexmulti-dimensionalconstraintconditionsofthewelltrajectorydesignproblemhasgeneralapplicability，canbewidelyusedinthedesignofvarioustypesofhorizontalwells，directionalwellsandmulti-targetwell，theboreholeOrbitcontrolprovidesamoreaccuratetheoreticalbasis.

Keywords：

horizontalwells；threewelltrajectory；design；mathematicalmodel；exactsolution

第1章概述

1.1课题研究的背景、目的及意义

水平井钻井涉及许多关键技术，轨道设计是其中之一，它直接影响水平井的经济效益及成败。

有人认为水平井轨道设计只是简单的几何问题，这种观点是完全错误的。

实际上，水平井轨道的优化设计必须综合考虑油藏、钻井、采油的具体条件，涉及流体力学、渗流力学、岩石力学、管柱力学等多学科。

水平井轨道优化设计就是能够优质、快速、低成本地完成钻井作业，并且能最大限度地提高水平井产能。

常见的两维水平轨道有单增和双增轨道两种。

对于单增水平井来说，需确定的参数有造斜点井深、造斜率、水平段长、方位角和目标段的稳斜角，上述参数中可根据地层及造斜工具确定造斜点井深和造斜率第一稳段井斜角可根据造斜工具和油藏位置来确定因此直接影响水平经济效益关系到水平井成败只有三个参数：

即水平段长度方位角和目标段井斜角，所谓水平井轨道优化设计也就是如何确定这三个参数。

水平井钻井技术是在定向井技术基础上发展起来的一项钻井新技术。

由于定向井水平井能够扩大油气层裸露面积，对于提高油气井单井产量，油气采集率效果显著，特别是对于薄层油气藏，高压低渗油藏以及井间剩余油等特殊油气藏。

应用水平井开发具有明显的优势，所以水平井技术已经成为当今重要的钻井技术。

今后也必将作为勘探开发的重要技术得到进一步发展。

针对油气井发生损坏甚至报废不断增加的情况以及降低钻井投入的实际需要，老井的修复和侧钻将不断受到重视，水平井作为提高油气开发效率的重要手段在侧钻井中将会得到新的发展。

与此同时，超短半径水平井，径向水平井也将会取得新的进展以及形成配套技术，为老井修复，死井俘获提供重要技术支持。

针对油气井发生损坏甚至报废不断增加的情况以及降低钻井投入的实际需要老井的修复和侧钻将不断受到重视，水平井作为提高油气开的的效率的重要手段。

在侧钻井中将会得到新的发展与此同时超短半径水平井径向水平井也将会取得新的进展以致形成配套技术，为老井修复，死井复活提供重要技术支持。

1.2国内外水平井井眼轨迹设计发展状况

国外水平井钻井技术始于20世纪30年代，发展于80年代，特别是经过近10多年的迅速发展，使其水平井钻完井工艺技术较为完善，专用工具、仪器完善配套。

并将水平井技术作为开发油藏的常规技术广泛推广应用。

水平井完钻优化设计技术、井眼轨迹控制技术、下部钻具组合优选、确保施工安全和防止油层污染的钻井液完井液技术、组合完井工艺技术、大扭矩多级马达、可控弯接头、变经稳定器、水力加压器、高效PDC钻头、MWD和LWD仪器等一大批先进的工艺技术、工具和仪器在水平井钻井中广泛应用，创造多项水平井井深、水平位移、水平段长度和水平井施工周期等世界纪录。

同时，由于水平井的普遍应用，使原油产量和采收率得意提高，原油成本降低，取得显著的经济效益。

进入20世纪90年代以来，世界水平井轨道设计以更快的速度推广和普及，成为提高油田勘探开发综合效益的重要途径。

1990年国外钻成水平井1290口，是1989年的5.2倍；1995年钻成水平井2590口，又比1990年增加了一倍以上。

在1990-1995年的6年中，世界上共钻成水平井12590口，是1984-1989的6年中所钻水平井总数的近15倍。

据国外某公司介绍，截止1994年美国所钻的7000余口井中，中半径，长半径、短半径水平井各占有88%，9%和3%。

在以前的油气勘探开发过程中，定向井技术的运用比较广泛，并发挥着重要作用，随着技术研究的突破，水平井钻井技术取得了较快的发展并逐渐得到了广泛的应用。

油田水平井钻井技术在油气勘探开发中具有显著的优势，它能够扩大油气层裸露面积，不仅能够提高油气井的产量，还能够显著提高油气采收率的效果，是现在运用得比较广泛的钻井技术，由于其优势明显，在将来的油气勘探开发中，该技术会取得进一步发展，并将得到更为广泛的运用。

水平井钻井技术是上世纪80年代国际石油界迅速发展，并日益完善的一项综合技术，它包括水平井油藏工程和优化设计技术、水平井井眼轨道控制技术、水平井钻井液与油层保护技术、水平井测井和水平井完井技术等一系列重要技术，它综合了多种学科的一些先进技术成果。

由于水平井钻井主要以提高老油区、薄油层、边际油区等油气产量或油气采收率为根本目标，所以，已经投产的水平井绝大多数带来了十分巨大的经济效益，因此水平井技术被誉为石油工业发展过程中的一项“重大突破”。

近日，由我国第二大油田胜利油田钻井工程技术公司所属单位完成的分支水平井TK908DH井顺利完钻，并创出了我国分支水平井5239.88米的最深新记录，标志着我国分钻井技术跨人世界先进行列。

70年代末到80年代，我国新发现的大多数油气地质储量，基本上都是边缘地区低压，低渗透油藏和稠油藏，采用常规方法开采已变得很不经济;处于开发中后期的东部老油田含水上升问题非常突出，严重影响油气产量。

开发剩余可开采储量己成为当务之急。

但薄油层、低压渗透油层采用常规方法开采所带来的高投入和低产出已成为不可忽视的问题。

国外的实践证明，水平井技术正是解决这些问题的重要涂径。

油田水平井钻井技术现状分析经过多年的技术攻关与推广运用，油田水平井钻井技术取得了发展和进步，具体表现在以下几个方面[1]：

（1）超薄油层水平井钻井技术。

该技术改变了运用常规的水平井技术难以实现对超薄油层有效开发难情况，它的运用，大大推动了超薄油层的有效开发，目前该技术已经较为成熟；

（2）大位移井钻井技术。

该技术主要运用于“海油陆采”钻井，在井身轨道设计和轨迹控制上采用了悬链线剖面，保证了施工的顺利进行，取得了良好的效果；

（3）欠平衡水平井钻井技术。

在欠平衡井中运用水平井钻井技术能够达到更好的开发效果，但是增加了钻井难度。

经过对相关技术改造之后，形成了配套钻井技术，取得了良好的开发效果；

（4）分支井钻井技术。

该技术起步较早，经过技术攻关和研究，该技术越来越成熟，并取得良好的开采效果；

（5）丛式水平井钻井技术。

该技术能够大幅度提高钻井效益和勘探开发效益。

一些油田运用该技术也取得了良好的效益，显著的提高了钻井的综合效益；

（6）其它技术。

除了上述技术之外，油田水平井钻井技术还包括：

“小井眼水平井钻井技术：

复合大井眼水平井井钻井技术、阶梯式水平井钻井技术、井间剩余油开发技术、双井连通水平井钻井技术、短半径、超短半径水平井技术。

这些技术在实际运用中发挥各自的作用，并且随着技术的攻关和研究运用，这些技术取得在实际运用中发挥各自的作用，并且随着技术的攻关和研究运用，这些技术取得了不断的进步，在油气勘探开发中发挥越来越重要的作用，收到的效果也更加显著。

油田水平井钻井技术发展趋势通过分析油山泉平井钻井技术的现状，并结合当前水平井技术研究的实际情况，可以预知该技术将来的发展趋势[2]：

（1）FEWD、LWD的应用将更广泛。

经过多年的勘探开发，大型整装油田已经投入了开发，在开发中，如果使用直井技术或者常规定向井技术，开发所收到的效果往往不佳，一些地区存在着大量薄