井眼轨迹预测控制技术

通过对底部钻具组合受力变形分析、地层力的计算及井壁变形影响分析，提出了钻具结构集度的概念和计算方法；在分析影响井眼轨迹主要因素的基础上，用数理统计的方法，建立了井眼轨迹预测模式，完善了井眼轨迹预测控制技术。经现场应用，收效显著。     

预测井眼轨迹的实用方法

通过定量计算地层力和分析井眼几何形状、钻头力及钻具结构特性对钻进方向影响，提出了钻具结构柔度概念和算法，建立了定向井井眼轨迹预测新模式，为井眼轨迹控制提供了一种新的实用方法，并经胜利油田十几口井现场应用，收效明显。     

井底岩石受力与井眼轨迹曲线的关系及井眼轨迹预测初探

本文对岩体受力及破碎后形成井眼轨迹曲线间的关系进行了研究,并在相似地质环境下对井眼轨迹曲线的变化增量进行了计算,以期在对井底钻具的力学特性进行分析的基础上,预测该钻具所能形成的三维井眼轨迹曲线。     

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利用下部钻具力学分析和钻头与地层相互作用模型来预测和控制井眼轨道对于大多数钻井作业来说仍是一个难题。文章分析了沿钻头的瞬时钻进方向向前差分存在的问题；在分析井眼轨道形状的基础上，提出了井眼轨道预测的4点新认识，建立了侧向钻速等于零的预测和控制准则；分别建立了井眼轨道预测方程、井眼轨道控制方程、钻具导向能力预测方程，并应用于国家重点科技攻关项目和“863”项目中。预测数据与实测结果误差较小。以井眼轨迹光滑为目标，将下部钻具组合三维力学分析与三维钻速方程相结合建立的井眼轨迹预测方程较其它轨迹预测方法具有明显的理论上的先进性和实际应用上的可靠性与准确性。     

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科学的井眼轨迹设计方法和精确的井眼轨迹预测与控制技术是确保定向井、丛式井、水平井、大位移井、老井重钻、复杂结构井等一系列特殊工艺井钻井成功，降低钻井成本的关键技术。科学的井眼轨迹预测不仅可以指导轨迹设计、预测实钻井眼轨迹参数，而且可以优化下部钻具组合、提高轨迹控制精度。文章对井眼轨迹预测理论及方法作了简要的分类，介绍了几种目前常用的井眼轨迹预测方法及其特点；提出了基于钻井系统动力学的井眼轨迹预测理论及方法，建立了新的预测模式，提出了井眼轨迹不仅与下部钻具组合和钻头与岩石互作用有关，而且与钻柱的振动和钻井液水力作用有关。     

井眼轨迹预测新模式的建立及应用

井眼轨迹控制是定向井的一项重要技术。从50年代至今国内外钻井界在这方面做了大量研究,取得了许多研究成果。以往所建立的及关于影响井眼轨迹的模式中,均未将底部钻具结构特性作为一个独立的因素加以考虑,因此使得预测效果不够理想。本文通过井眼几何形状、钻头力及钻具结构特性对钻进方向影响的综合分析,并将钻具结构特性作为一个独立因素考虑,提出用钻具结构柔度来描述结构特性对钻进方向的影响,以此为基础,建立起井眼轨迹的预测模式。该模式可实现定向井井眼轨迹的定量预测。     

底部钻具组合的参数设计及优化方法

为满足井眼轨道设计或实际钻井过程中对井眼轨迹控制的要求,从底部钻具组合设计角度实现了控制井眼轨迹。基于底部钻具组合力学参数分析方法及钻头与地层相互作用理论,模拟钻井过程,计算出井眼轨道的曲线,且将模拟计算的曲线与设计曲线(或者实际要求曲线)之间误差最小设为目标函数,以底部钻具组合设计参数及操作参数为决策变量,建立了底部钻具组合参数设计及优化方法。该方法综合考虑了钻头侧向力、转角、钻头各向异性、地层各向异性、井眼几何参数等对井眼轨迹的影响,克服了钻具组合设计过程中通常以单一参数作为设计依据的局限,并实现了从定量角度对井眼轨迹的模拟描述。计算和实例分析表明,该方法分析结果准确,可以有效地对钻具组合设计是否最优做出评价。     

地层自然造斜参数计算模型及其应用

为了解决吐哈盆地台北凹陷温吉桑构造带和丘陵构造止直井容易打斜和定向井的井眼轨迹不易控制的问题，建立了地层自然造斜参数计算模型，包括井眼轨迹预测模型，结合该地区测井和地质资料，应用模型计算了有关地层造斜参数，提出了合理的钻具组合，并对下部井眼轨迹做出了合理的预测。     

井眼轨迹的主法线角及其方程

针对井眼轨迹挠曲特性及其变化规律的表征问题，提出了井眼轨迹主法线角的概念及定义，厘清了井眼轨迹弯曲方向与导向钻具定向方向的本质区别。在此基础上，建立了井眼轨迹主法线角的通用方程，并结合常用井眼轨迹模型给出了主法线角的具体计算方法及公式；揭示了不同挠曲参数间的关系，创建了用特性曲线表征井眼轨迹挠曲形态的方法。研究表明:井眼轨迹的主法线角不同于导向钻具的工具面角，基于直角坐标系和极坐标系耦合的特性曲线可表征多组挠曲参数及其相互关系。研究结果厘清了现有理论与技术中的一些模糊认识，发展了井眼轨迹挠曲形态的表征方法。      

定向井井眼轨迹预测与控制技术

影响井眼轨迹的主要因素有地质特性、钻具组合结构、井眼轨迹几何形状、钻井工艺参数等。在钻井过程中,预测是控制的基础,如果没有精确的井眼轨迹参数预测,就不可能实现准确的井眼轨迹控制。通过实践经验和研究归纳总结出了一套井眼延伸方向预测的实用程序及井眼轨迹控制原则,供现场钻井施工技术人员参考。     

下部钻具组合造斜能力的预测方法研究

预测下部钻具组合(BHA)的造斜能力对准确控制井眼轨迹十分重要。在现有BHA造斜能力预测方法的基础上,探讨了一种更能为现场广泛应用的新型预测方法。通过确定一个区块不同地层中的稳斜钻具组合,可以求得该地层中特定条件下的平衡侧向力。以此为基础,可以确定给定BHA的造斜能力。结果表明,这种方法既考虑了井眼轨迹、施工参数的影响,也能很好的考虑地层参数的影响。文中利用长庆油田某区块上的资料,给出了这种方法的计算实例。     

基于ABAQUS的底部钻具组合下垂误差校正分析

井眼轨迹姿态计算精确度受井斜角、方位角以及测深三个关键参数影响,其中底部钻具组合下垂误差是影响井眼轨迹计算精度的主要误差源,对底部钻具组合下垂误差的精确校正能够使井眼轨迹更接近真实值.参照实钻井眼钻具组合,借用ABAQUS仿真软件构建重力场下底部钻具组合受力变形分析模型,求解钻柱轴线各点下垂误差值并获取测点位置下垂误差...     

导向钻具定向造斜方程及井眼轨迹控制机制

为满足各种导向钻井方式的井眼轨迹控制需求,建立了导向钻具的定向造斜方程及井眼轨迹的过程控制方法,并进行算例分析。通过证明导向钻具的定向方向与井眼轨迹的主法线方向相一致,建立了导向钻具的定向造斜方程。通过建立导向钻具的造斜率-工具面角、造斜率-定向方位角关系曲线,提出了井眼轨迹的过程控制技术。研究表明:导向钻具的造斜率决定了井眼轨迹的井眼曲率,导向钻具的定向方向决定了井眼轨迹的主法线方向;定向方位角与工具面角均具有定向功能,二者可以互算且互为补充。研究结果揭示了导向钻具与井眼轨迹之间的相互作用机理及控制机制,据此能根据设计的井眼轨迹形成井眼轨迹的控制方案,并随钻控制和监测导向钻具的工作特性。     

侧钻水平井井眼轨迹控制技术

井眼轨迹控制是侧盐水平井钻井施工的关键技术，是决定侧盐水平井钻井成败、钻井费用及生产能力的重要因素。与常规水平井相比，侧盐水平井由于井眼曲率大、钻具刚度低、中靶要求高，因此要求井眼轨迹控制不仅要有较高的控制精度和预测准确度，还应对油层垂深误差、工具造斜率误差、井底参数预测误差具有较强的适应能力。本文介绍了φ139．7mm套管开窗侧钻水平井井眼轨迹设计、钻具组合设计与井眼轨迹控制施工工艺，包括初始造斜侧钻、井眼轨迹测量、井眼轨迹控制软件及造斜段、水平段轨迹控制方案。     

偏心垫块对螺杆钻具造斜能力影响的预测方法

钻具造斜率预测是水平井井眼轨迹控制中的关键问题之一。通过理论分析，研究了加偏心垫块对羊弯螺杆钻具造料能力的影响，推导出产生的造斜率增量表达式，并对长庆油田塞平－１水平井所用１°２５′单弯螺杆钻具加偏心垫块对造斜率的影响进行了现场预测，预测结果与实钻数据一致性较好。     

井眼轨迹控制中过渡井段的研究

在定向钻井的钻进过程中,井眼轨迹控制非常重要,尤其是定向钻进阶段和水平井钻井的水平井段。在这些关键井段,为了精确控制井眼轨迹实现准确中靶,需充分考虑眼轨迹的几何姿态对底部钻具组合(BHA)力学特性的影响。此文通过定量计算,分析了在特定的井眼轨迹几何参数下的BHA力学特性,提出了一种分析过渡井段的方法,指导定向井井眼轨迹控制。     

井眼轨迹控制问题的力学分析方法

对井眼轨迹控制问题的力学分析模型进行了讨论.给出了底部钻具组合三维受力和变形的控制方程及其简化形式的通解;综合考虑地层和钻头的各向异性钻井特性,建立了钻头与地层相互作用的一个矢量模型;讨论了井眼轨迹预测和控制计算方法.     

大位移井摩阻扭矩力学分析新模型

钻前的摩阻和扭矩分析是大位移井可行性研究、钻机设备选择或升级改造以及优化井眼轨迹剖面设计的重要依据，对比预测的摩阻扭矩和实测的摩阻扭矩，可以监测井筒清洗程度，预防严重事故的发生。为此，建立了一种大位移井摩阻扭矩力学分析新模型。对于井眼轨迹曲率不同的部分及钻柱刚度不同的部分，采用不同的计算模型，这将提高模型的计算精度；钻柱的某个部分采用何种模型不需人为指定，而完全由程序自动判断控制，这将增强模型的适应能力。考虑底部钻具组合（BHA）中稳定器的影响，将底部钻具组合作为纵横弯曲梁模型，采用加权余量法进行力学分析；考虑钻柱的刚度和井斜、方位的变化，对于除底部钻具组合的钻柱其余部分，由程序根据井眼轨迹曲率及钻柱刚度的大小，自动选用软绳分析模型或刚杆分析模型。     

用钻后分析和数理统计方法进行井眼轨迹控制

文章通过分析吉眼底部钻具组合、钻井操作参数、已钻井井眼几何形状及地层特性等因素对吉眼轨迹的影响，根据已钻井的资料，用钻后分析和数理统计方法，建立了井眼轨迹预测模型，为定向钻吉井眼轨迹控制提供了一种实用方法，经数１０口井现场实践，效果良好。     

下部钻具组合造斜能力的影响因素分析

利用平衡侧向力法对现场常用的井底钻具组合的造斜能力进行了预测,探讨了井眼轨迹参数、施工参数对ＨＢＡ造斜能力的影响,并给出了影响规律的具体表达式,这对了地控制井眼轨迹具有一定的参考价值,利用长度油田某区块的资料,给出了计算实例。