多控制点水平井靶体参数的计算

石油天然气行业标准中只规定了两种水平井靶型：二维铅垂靶和三维铅垂靶，这远远不能满足水平井钻井设计等工作的实际需要。为了适应更加复杂的地质和工程上的需要，近年来更多采用拱形水平井或阶梯水平井靶区。为此，介绍了由多个关键点控制的水平井三维靶体的数学模型，给出了靶窗平面方程、靶体轴线上任意点的横向偏差和纵向偏差以及靶窗局部坐标变换等靶体参数的基础计算公式；并对描述实钻轨迹与水平井靶体的偏差的方法进行了探讨，建立了一个归一化实钻偏差模型。该模型用归一化正方形中的一条连续平面曲线直观地描述实钻轨迹与靶体轴线的距离和位置关系，可应用于水平井井眼轨道设计、井身质量评价、实钻轨迹控制等。     

水平井的中靶分析

在水平井入靶前或水平段钻井过程中，确定待钻井段井斜角和方位角的控制范围是保证水平井中靶和轨迹控制精度的关键，也是水平井井眼轨迹监控的一项重要内容。使用局部坐标变换的方法，通过对几种不同钻井条件的极值分析，得到了水平井中靶井斜角和方位角的控制范围以及中靶横向偏差和纵向偏差的理论计算公式。可应用于水平井井眼轨道设计、井身质量评价、实钻轨迹控制等。     

旋转导向钻井地面监控系统研究

为了将井眼轨迹以及其他有关的钻井参数用图形和数据三维可视化地显示出来,便于现场工程技术人员直观地掌握和分析钻头所在位置以及井下导向工具对井眼轨迹的控制情况,研制了地面监控和井眼轨迹可视化子系统,该系统是调制式旋转导向钻井系统(MRSS)的指挥中心。可实时监控井下导向工具,控制井眼轨迹按设计的轨迹逼近靶区并中靶。文中介绍了MRSS地面监控子系统的总体设计;在导入设计数据和实时采集MWD上传的实钻数据的基础上,进行了设计井眼和实钻井眼的轨迹描述、轨迹偏差分析和轨迹修正设计、进而计算出MRSS轨迹控制参数及相应的下传控制指令;研究了控制指令下传给井下导向工具的方式并给出最佳指令编码方案。系统的各项功能集成在一个一体化的地面监控和井眼轨迹三维可视化软件系统中,是信息化、智能化钻定向井的创新工程。     

水平井地质导向难点及对策分析

昭通页岩气国家级示范区开发的主力目标层位为厚约5 m的下志留统龙马溪组海相页岩,具有靶窗较小、构造起伏大、微断层发育等特点,实钻井眼轨迹存在脱靶和出层的风险。通过分析该区水平井地质导向过程中出现的技术难点及其原因,从着陆入靶导向和水平段地质导向等关键环节入手寻找出解决上述难点的办法：①优化地质导向建模方案,消除传统建模理论在建立和修正模型过程中存在的3点不足,提高了导向模型预测着陆点的精准度,保证井眼轨迹平滑入靶,避免提前入靶或延迟入靶,造成井轨迹不平滑,呈“V”型或“阶梯”型;②采用地震预测技术,提前预测井眼轨迹偏移方向,应用元素录井+随钻伽马技术、蚂蚁体工程预警技术,准确判断钻出储层情况,解决了在水平段导向过程中钻头位置多解性、钻遇断层及挠曲等3类难题,确保钻头在水平段的精准穿行,并采用“抓大、舍小”策略调整井眼轨迹的思路,有效保障了水平段优质储层钻遇率和轨迹平滑。     

LWD定向测量优化了水平分支井

委内瑞拉东部的浅稠油油藏已经钻了100多口水平分支井，井的平均长度为4600ft。这些井依据纵向参数井和3D地震数据，沿着特定的井眼轨迹，用连续定向随钻测量（MWD）和定向随钻测井（LWD）引导井眼穿过储油层。钻井经历显示，该油藏的纵向参数井之间存在着横向不连续性，根据地表地震数据通常不能预测这种不连续性。提供3D图象的LWD定向测量显示井眼方向与河道几何形态有关。     

多靶浅层水平井轨迹控制及尾管柱下入技术

为确保井眼轨迹在油层内有效运移，bTHW404 井水平段随油层的起伏而起伏，钻穿6 个目标靶点，是“鱼钩”状多 靶水平井。该井的主要施工难点是:靶区油层薄，靶窗范围小，要钻穿6 个目标靶点，轨迹精度要求高；井眼轨迹上下起伏，入 井钻具摩阻大，加上垂深浅、钻具轻，钻压不能有效地传递；水平段的起始点处于整个轨迹的最低位置，在此处易形成岩屑堆积， 影响完井管柱下入。施工时，精确地控制井眼轨迹、优化钻具结构、优选钻井参数，采取多种措施保证割缝尾管的安全下入，仅 用53 h 就完成了bTHW404 井水平段钻进和尾管的下入，为今后同类型井施工提供了经验。     

三维定向井随钻监测的曲面投影方法

井眼轨道的投影图是监测实钻轨迹沿设计轨道行进情况的重要方法,但现有的平面投影方法对于三维定向井和水平井存在较大的误差,甚至导致失真和错误的分析结果。过设计轨道上诸点的铅垂线构成一个铅垂柱面,将实钻轨迹投影到该设计轨道所在的铅垂曲面上,能够科学有效地分析和评价实钻轨迹与设计轨道的符合程度。阐述了井眼轨道曲面投影的原理,建立了曲面投影视平移和水平偏距的概念和计算方法,从而可真实地反映实钻轨迹沿设计轨道在水平方向上的进程以及实钻轨迹与设计轨道的横向偏离程度。通过简单的数学模型,分析了平面投影产生误差的原因及误差估算方法。最后,用计算实例验证了曲面投影方法的科学性和可靠性。     

水平井井眼轨迹绘制方法

为描述水平井眼轨迹在地下空间的立体延伸情况，当采用垂直和水平两重深度显示任一解释层段的解释成果时，需要绘制井眼轨迹平面投影图、剖面投影图以及沿井各个方位的投影轨迹。从分析钻井造斜数据的几何和数学关系入手，介绍了模拟井眼轨迹的原理。并编制了相应的模拟软件，对塔河油田TK244H水平井资料井进行了处理，其结果与实钻轨迹完全一致。     

考虑钻头与地层相互作用的侧钻水平井轨迹预测方法

在侧钻水平井钻井过程中，由于造斜率高，从造斜点到半点之间的井段长度有限，给侧钻井的井眼轨迹控制带来较大的挑战。考虑钻头与地层之间相互作用、钻头切削各向异性以及钻头侧向力等因素的影响，建立了侧钻水平井造斜井段采用弯外壳螺杆钻具滑动钻进时的轨迹预测模型，并用现场实钻数据对理论模型进行了验证，为侧钻水平井井眼轨迹预测及井眼轨迹控制提供了一种行之有效的方法。     

井眼轨迹模式定量识别方法

为了准确计算实钻轨迹,提出了井眼轨迹模式定量识别方法,并进行实例分析。随钻测量数据可以提供井斜角、方位角以及工具面角的实测值,据此提出利用工具面角来识别井眼轨迹模式的技术思路。根据导向钻具的定向造斜机理建立了适用所有井眼轨迹的工具面角方程,结合各种井眼轨迹模型的特征参数便可计算工具面角理论值。评价工具面角理论值与实测值之间的误差,可优选出最符合实际的井眼轨迹模型。井眼轨迹模式识别提供了测斜计算方法的定量评价指标和选用依据,可避免主观和随意选用测斜计算方法等问题,从而能提高井眼轨迹的监测精度及可靠性。     

定向钻井造斜工具面控制方法研究与应用

在定向钻井中常常会遇到表层直井段不能打直且直井段井底井斜方位偏离目标井斜方位较远,二开定向造斜时定向井工程师一般直接朝着目标井斜方位定向,由于井眼惯性的影响使实钻轨迹不能很快贴近轨道设计方位。为了解决这个问题,在造斜点初始定向时不应按照设计方位定向,可提出科学的定向方法使实钻轨迹尽快贴近轨道设计方位,当接近目标井斜方位时再朝着目标井斜方位定向。根据"空间斜面圆弧"模型以及在直井段没有打直的情况下定向工具面的"全力扭方位"计算模型,并以BZ13-1A2井为实例,计算出定向工具面角并用landmark软件计算了各个定向工具面角对井眼轨迹控制的影响。实例计算结果表明:通过该方法,能够尽快使实钻轨迹贴近设计线,从而减小扭方位井段的长度,提高定向造斜效率和控制精度,同时减小丛式井防碰的潜在风险。     

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侧钻水平井轨迹起始段工艺技术，是侧钻水平井钻井工艺的关键技术。为了考虑侧钻点位置及老井的初始井斜、方位对侧钻水平井起始段的影响，需要对侧钻水平井进行三维轨迹设计考虑。章运用空间斜平面法分析了对侧钻水平井起始段有重要影响的主要初始井眼条件，包括侧钻点(地层因素)、侧钻点初始井斜角、侧钻点初始方位角等对起始段轨迹的影响。为满足油藏工程、钻井工程对侧钻水平井方位、水平位移的要求，达到井眼轨迹平滑，顺利实现钻井、完井工艺，提高中靶精度提供了保证。     

信噪比和炮点方位对海底电缆方位角求取精度的影响

海底电缆三分量检波器的布设通常采用拖放方式,因受海流、船速等因素影响,其两个水平分量难以完全与设计方位重合。为了精确求取方位角,需对两个水平分量的方位角做高精度分析,并获取不同情形下的方位角误差。本文基于二维数据分析了不同噪声水平下的方位角误差,基于三维数据分析了不同方位角和不同噪声水平双因素影响下的方位角误差,并得出结论：如果在X和Y分量某道的直达波时段给定一个时窗,则X和Y分量对应采样点数据满足线性关系;在不考虑方位角自身因素影响的条件下,方位角误差随信噪比的增大而减小;当已知实际资料的信噪比时,可求出方位角误差范围;在信噪比较低时,靠近坐标轴方向计算的方位角误差最小;随着信噪比由低增高,最小角度误差区域由靠近坐标轴方向向各象限45°角方向分散。     

邻井套管对井斜方位角的影响

为了明确邻近油井套管对井眼轨迹描述的影响,测试研究了套管在不同倾斜角状态、距离和方位对在钻井井斜方位角的影响。试验中用测斜仪记录井斜方位角数据,通过井斜方位角失真值来表征受干扰后的井斜方位偏转状态和趋势,总结了数据失真规律。试验表明,竖直套管引起的井斜方位角严重失真区域在0.9 m范围内,相对方位角0°~180°对应的方位失真值是正值,相对方位角180°~360°对应的方位失真值是负值;倾斜和水平套管引起井斜方位角失真区域分布类似,严重失真区域在1.5 m范围内,相对方位角0°~120°和300°~360°对应的方位失真值是正值,相对方位角120°~300°对应的方位失真值是负值。研究结果表明,可以用方位失真值表征邻井对井斜方位角的干扰,为有邻井存在时的井眼轨迹描述和矫正提供了技术支持。      

赵东F-1大位移定向井钻井技术

赵东F-1井是大港油田第一口对外反承包的四段制定向探井,是我国陆上迄今为止水平位移最大的定向井,共有4个靶点。完钻井深4420m,垂深3329.02m,水平位移2624.70m,最大井斜52.48°;中靶精度高,靶区偏差最大17.94m,井眼轨迹与设计线最大偏差仅2.3°。应用电动钻机和顶部驱动钻井设备,优化钻具组合,完善钻井液性能,仅用79d就安全优质地钻成了这口大斜度高难度定向井。详细介绍了施工过程及技术措施。     

涪陵页岩气田三维水平井轨道优化设计方法探讨

为了降低涪陵页岩气田三维水平井的施工难度,保障三维水平井安全高效钻进,提出了三维水平井轨道为"直井段—增斜段—稳斜段—稳斜扭方位段—稳斜段—增斜段—水平段"七段式的优化设计方法。首先根据井眼轨道的水平投影和垂直剖面建立轨道设计模型,再预设稳斜角和造斜方位角求解轨道设计模型,最后以轨道总长度最短为目标优选轨道。该方法将常规三维五段式轨道中增斜扭方位的第二个圆弧井段分为稳斜扭方位井段与铅垂面上的增斜井段进行设计,即先扭方位对准靶点方位再增斜中靶,以避免在极为关键的中靶阶段同时进行增斜与扭方位作业,降低中靶难度。采用该方法对已完钻井焦页14-3HF井重新进行轨道设计,并将设计结果与原设计轨道及实钻轨迹进行了对比,发现新设计的轨道与实钻轨迹更贴近,该井实钻时为降低施工难度就是先扭方位对准靶点方位再增斜中靶的,这表明该三维水平井轨道优化设计方法更适用于涪陵页岩气田三维水平井的轨道设计与现场施工。      

SAGD双水平井入靶控制技术

水平段的水平度和上下2口井水平段的平行度是SAGD双水平井钻井的两项关键指标,为了控制这两项指标,必须对入靶点处井斜及井眼方向进行有效的控制,否则将会增大水平段轨迹控制难度和工作量,给施工带来不利影响,并且影响原油采收率。在理论推导入靶控制平均造斜率范围的基础上,分析了入靶控制的影响因素:造斜率、方位及磁干扰,提出了SAGD平行水平井入靶井斜角确定原则及对轨迹控制出现各种情况的处理方法。理论分析和实践表明,实钻轨迹点的位置接近或少量滞后于设计轨道,并保持井斜角适当超前,更有利于水平井的着陆。研究结果对SAGD双水平井入靶轨迹控制技术具有重要参考作用,对今后采用SAGD双水平井方式大规模开发稠油油藏具有指导意义。     

A Comprehensive Study of Well Trajectory Effect on Reservoir Performance

The interface of a reservoir with a well is a determining factor in inflow performance. Therefore, well trajectory is a key factor that determines how the well is in contact with the pay zone. This article presents the effect of well azimuth and deviation angle on inflow performance. The inflow performance of different well azimuths at different well deviation angles is generated. The results showed that wells drilled in the direction of the long side of a reservoir have the best inflow performance. To investigate the effect of deviation angle, a two-part scenario is defined: single-phase and two-phase fluid flow. The results showed that wells that have vertical contact with the reservoir have the best performance.