鉴于大家对土木毕业设计十分关注，我们编辑小组在此为大家搜集整理了“大位移水平井钻井研究”一文，供大家参考学习!
2 水平井井眼轨迹设计 井眼轨道设计主要指的是造斜点以下的轨道设计。水平井轨道设计的基本原则是：设计剖面应尽量避开可能的复杂地层；缩短增斜井段末端是水平位移；缩短增斜井段长度；减少增斜及水平段扭矩和摩阻；减少钻柱承受的弯曲载荷；利用造斜段地质标准层来调整最低中靶井深；为了解决增斜纪律的不够理想的问题，设计一个可调节的稳斜段，进行调整，确保在预计井深进入靶区。针对不同井段水平井轨道设计可分为几种类型。 2.1 增斜井段设计 水平井目的层薄，地层倾角和走向等的变化大，轨道设计要求高，轨迹控制中调整频繁、难度到。这就要求在轨道设计中必须做到以下几点： ⑴ 详细了解地质构造、地层倾角、可钻性等情况；结合邻井地质、钻井、测井资料，卡准、卡好油气层位置，科学准确地给出设计靶区。 ⑵ 结合完井和采油要求以及工具的早些能力确定造斜点或侧钻点（KOP），设计造斜率应适当低于动力钻具组合的造斜能力，缩短动力钻具定向钻井井段，增长导向钻进和转盘增斜钻进井段，确保井眼的平滑、安全。 ⑶ 综合考虑造斜点地层的稳定性、直井段将产生的位移、方位，提前做出预案以指导现场轨迹控制。 ⑷ 优化剖面结构，最大限度减小摩阻和扭矩，为后期水平段施工提供安全基础。 水平井轨迹设计中，增斜段一般采用简单的单圆弧（造斜率一定）或双圆弧（两个造斜率一定的增斜段，中间一个稳斜调整段）剖面。造斜率分为：0~6°/30m，长半径水平井；6~20°/30m，中半径水平井；20°/30m以上，短半径水平井。这种设计在现场施工中发展摩阻、扭矩等较大，特别是入窗调整存在很多不利问题。 通过研究和实践，目前对轨迹设计有了更新的认识，前期低造斜率，中期高造斜率的悬链线或近似悬链线结构配合低造斜率探油层段的增斜剖面在设计中被采用。这种剖面设计在优化了增斜段设计的同时也为水平井后续的入窗控制和水平段控制提供了必要的保障目前悬链线结构造斜率梯级一般为：1°/30m、1.05°/30m、2.5°/30m。由于井口位置、造斜点、目的层结构等的限制近似悬链线结构在实践中更多地被采用。 另外，轨道设计中应强化直井段的技术要求。对于造斜点深的水平井，上部直井段产生的唯一对如此及后期水平井段施工影响很大。 2.2 入窗设计 确保入窗精度和三维矢量优化是水平井轨道设计中另一个不可忽略的重要一环。 轨道设计中入窗点的确定方法有多种,包括：直导眼回填、斜直导眼回填、稳斜预探入窗和直接入窗等（由于成本原因，先进的地质导向系统在国内陆上油田中还未广泛使用，这也一定程度上限制了入窗的设计）。油层位置准确或使用LWD地质导向的水平井可以采用无导眼回填的直接入窗或直导眼回填入窗形式，能够节省钻井实践及成本；油层位置不明采用斜直导眼回填或稳斜预探入窗形式，能够准确探明油层，避免水平井施工是盲目性。 无导眼回填的直接入窗和直导眼回填轨道设计，虽缩短了施工周期，但由于是直接进入窗口或导眼距窗口有一定距离，对构造较复杂的油层，不易采用此方法，应设计为斜直导眼回填或稳斜预探的入窗轨道设计形式。具体为： （1）进入造斜段之前，设计钻探掀起斜直导眼，或者在大斜度（75°~85°）井段设计稳斜预探直井段，准确测算油气层位置和倾角。 （2）延长进入“A”点之前的预入窗水平段井段，通过小幅度变化井斜、方位角度，微调入窗和水平段位置。 （3）着陆钱增斜井段的增斜率设计不可过大，以便着陆控制及后续水平段的钻进和钻压传递。 （4）在地层岩性较稳定、工具造斜率较稳定时应选择较高的造斜率和较少的增斜段。反之，在确定造斜率、靶前位移的增斜段时，应留有充分的余地。 （5）整井段应放在最后增斜段之前。 2.3 水平段设计 由于水平井井眼轨迹及高度要求高，特别是水平段要求沿产层顶部狭小的厚度范围内水平延伸，设计前如果产层空间形态不够详细，有时就会钻偏。所以，除邻井资料外，水平段设计时，应详细了解产层地质、油藏描述、油藏模拟要就资料，掌握岩性、厚度、倾角、走向以及盖层、底层等相关情况。在满足地质设计的同时，尽量减少调整段，且调整段的设计造斜率尽量低。 对有底水或气顶情况的油藏，要防止水锥或气锥。水平井段尽可能远离油水界面或油气界面，沿油层上部或下部水平延伸。在底水和气顶同时存在的油藏中，也应以尽可能减少水锥和气锥速度为原则选定水平井段的轨迹。 有垂直裂缝的油气藏，水平井段的方位应与垂直裂缝带走向相交，应尽可能钻穿更多的垂直裂缝带。 对于水平井段的设计，因为水平井的主要优势是靠长的水平段来增加和油层的接触面积、增大控制泄油面积和减少井数来提高生产能力。所以理论上讲，水平井的水平段越长越好，但是水平井段的增加受到工程技术（包括管柱摩擦力、井眼稳定性和钻井成本等）、油藏地质条件等许多因素的限制。所以设计时应该考虑油藏、成本、作业风险等综合因素。 一般主要有三个因素决定着水平井的最佳长度，即： （1）油底到地面的举升能力； （2）油藏的非均质性； （3）钻井及完井技术。
目录 1 绪论........................................................................................................................... 1 1.1 水平井的基本概念....................................................................................... 1 1.1.1 什么是水平井................................................................................... 1 1.1.2 水平井的分类及特点....................................................................... 1 1.1.3 水平井段适用范围........................................................................... 2 1.2 水平井钻井技术的发展现状....................................................................... 2 1.2.1 国外水平井技术的发展................................................................... 2 1.2.2 国内水平井技术的发展................................................................... 3 1.3 水平井钻井优化设计技术........................................................................... 4 1.3.1 水平井剖面设计............................................................................... 4 1.3.2 水平井钻柱优化设计技术............................................................... 5 2 水平井井眼轨迹设计............................................................................................... 7 2.1 增斜井段设计............................................................................................... 7 2.2 入窗设计....................................................................................................... 8 2.3 水平段设计................................................................................................... 8 3 水平井水平位移延伸能力研究............................................................................. 10 3.1大位移水平井的延伸极限预测准则.......................................................... 10 3.2 水平井极限延伸能力的判断模型.............................................................. 11 3.2.1 大位移水平井钻柱的力学分析...................................................... 11 3.2.2 大位移井极限延伸能力计算模型................................................. 13 4 水平井的摩阻及扭矩分析..................................................................................... 15 4.1 钻井摩阻预测............................................................................................. 15 4.1.1 钻井摩阻预测................................................................................. 15 4.1.2 钻井摩阻预测的实际应用............................................................. 16 4.2 摩阻扭矩分析............................................................................................. 17 4.2.1 摩阻扭矩实践分析......................................................................... 17 4.2.2 单元钻柱的几何模型..................................................................... 18 4.2.3单元钻柱受力模型分析.................................................................. 20 4.2.4 钻柱摩阻扭矩递推公式................................................................. 21 5 水平位移延伸能力的影响因素............................................................................... 1 5.1 扭矩/摩阻..................................................................................................... 1 5.2 井眼曲率实例计算....................................................................................... 2 5.3 门限钻压实例计算....................................................................................... 3 5.4 转盘转速....................................................................................................... 4 6 大位移水平井井眼轨迹优化设计方案及降摩减阻技术研究............................... 5 6.1 大位移水平井的经验轨迹优化设计方案................................................... 5 6.1.1 水平井井身剖面优化设计............................................................... 5 6.1.2定向侧钻钻具组合选择.................................................................... 5 6.1.3着陆控制技术.................................................................................... 6 6.1.4 水平控制技术................................................................................... 7 6.1.5水平井井眼轨迹控制结论................................................................ 7 6.2 水平井降摩减阻研究................................................................................... 8 6.2.1 扭矩与摩阻的分析........................................................................... 8 6.2.2减阻措施............................................................................................ 9 7 结论......................................................................................................................... 12 7.1 结论............................................................................................................. 12 7.2 认识............................................................................................................. 12 参考文献..................................................................................................................... 13 |
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