水平井剖面設計(第二章)(編輯修改稿)
2024-07-22 11:57 本頁面
【文章內容簡介】 定直井段的設計條件為直井段井斜角(或選斜點處井斜角)。直井段長度和井口位置均是未知的。 造斜率的大小是影響軌道形狀的最重要的因素，一般是根據(jù)造斜率(對鉆出的井眼來說就是井眼曲率)大小來對水平井進行分類。雙增軌道主要適用于中、長半徑水平井,而短半徑水平井則使用單增軌道。水平井軌道設計要求精確地知道實鉆造斜率。如果設計造斜率與實鉆造斜率不相符，實鉆軌跡就不可能與設計軌道重合，也就不可能準確鉆達目標。造斜率大小取決于所用的下部鉆具組合、鉆進參數(shù)和地質因素。一口井實鉆之前不可能知道實鉆造斜率的確切數(shù)值，這就給設計帶來了困難。 根據(jù)人們的經(jīng)驗、鄰井資料和理論分析,可以預計實鉆造斜率的范圍，即可給出最低造斜率和最高造斜率，實鉆造斜率必然在最高和最低之間。這就是給定的造斜率條件。 綜上所述，給定的設計條件有：窗頂垂深,窗底垂深,目標段長,目標段井斜角，造斜點處井斜角，最小造斜率，最高造斜率共七項參數(shù)。根據(jù)這些條件，要求設計出井口位置、造斜點位置以及鉆達目標窗口前的井眼軌道形狀及其有關參數(shù)。平行切線法設計雙增軌道 美國卡爾森()等人提出水平井雙增軌道的設計思路和方法，并給出了主要的計算公式。概括起來，其思路和方法如下:（1）根據(jù)窗底垂深Hx和最小造斜率Kx以及和,可以設計一條單增軌道，如圖2中oa23,此軌道可稱為下界軌道,據(jù)此可以算出造斜點垂深和井口位置。 造斜點至窗口的水平位移為： （1） 造斜點至窗底的垂深增量為： （2）造斜點垂深為： （3）圖2平行切線法設計雙增軌道 (2)根據(jù)造斜點位置和窗頂垂深、最高造斜率Ks且以及和,可以設計一條雙增軌道,如圖2中的oade14，此軌道可稱為上界軌道，其上有一個切線段(即穩(wěn)斜段)de,該段井斜角為。 (3)由于實鉆造斜率Kt在Kx和Ks之間，實鉆軌跡必然在下界軌道和上界軌道之間,鉆達目標窗口時的進入點必須在窗頂1點和窗底2點之間。所以實際設計的軌道如圖3所示的oabctp，也是一條雙增軌道。 這條雙增軌道有一個顯著特點，即它的切線段bc與上界軌道的切線段de是平行的，其井斜角。所以將卡爾森的方法稱為“平行切線法”。 根據(jù)卡文的方法，不管實鉆造斜率是多大，只要處在Kx和Ks之間，就可以保證鉆達目標窗口內。其方法是在實鉆造斜段時，盡快取得實鉆造斜率Kt的準確值，造斜至井斜角時開始穩(wěn)斜鉆進。穩(wěn)斜段bc長度需根據(jù)Kt計算，鉆至c點時又第二次造斜即可準確進入目標窗口。在鉆進中若發(fā)現(xiàn)地層有變化，可以調整bc段的長度，即改變第二次造斜點的位置，以確保進入目標窗口。應該說，卡文的思路和方法是可取的。 卡文計算公式的錯誤 卡文給出了比較詳細的計算公式，可是其中最重要的和進入點垂深Ht的計算公式是錯誤的?？ㄎ脑饺缦拢? 將這兩式換用本文的符號，即為： （4） （5） 正確公式應為： （6） （7）卡文中關于軌道設計的其它計算公式是正確的。但由于（4）的錯誤，使得長度的計算結果也是錯誤的。正確的計算公式是： （8） 計算實例 例1 某水平井設計條件為：，，，，試設計該水平井軌道，并設，求進入點垂深。根據(jù)公式（13）設計下界軌道，求得：根據(jù)公式（68）設計上界軌道，求得：圖3 平行切線法設計示意圖圖4 用最優(yōu)進入法設計雙增軌道 根據(jù)求得的也可以算出和，其結果與用式(1)和（2）計算的結果完全相同。說明式(6)和（7）是正確的。 若用卡文的計算公式（即本文中的式(4)，(5)計算則得：，=。由比計算出的，與用公式（1）算的相差至遠，互相矛盾。這個算例也說明卡文計算的公式是錯誤的。最優(yōu)進入法設計雙增軌道 平行切線法存在的問題 最理想的進入點應該與窗口中心重合，即t點應于5點重合，設計的目標井段應該與目標中心線重合。在例l中，理想的進入點垂深應是，這樣在鉆進目標段時，偏出目標區(qū)的可能性將減小?？墒?，平行切線法做不到這點。不同的實鉆造斜率,就有不同的進入點。在例l中，時,；若，要想得到必須使。顯然，在實鉆中很難保證。所以，平行切線法設計雙增仇道，雖然可以保證進入點在窗口以內，卻無法使進入點達到最優(yōu)。 在設計上界軌道和下界軌道以及計算造斜點和井口位置等方面，最優(yōu)進入法都與平行切線法相同。不同之處在于當給出實鉆造斜率以后，設計軌道參數(shù)的計算公式不同。需要計算的設計軌道參數(shù)有和,計算公式如下： （9） （10） 最優(yōu)進入法設計的軌道如圖4所示，顯然，也就是說最優(yōu)設計軌道的切線段與上界軌道切線是不平行的。 計算實例 例2 某水平井設計條件為：，，，，試設計該水平井軌道，并設，試求和。計算過程從略，符號參看圖4，計算結果為：結論 （1）當設計中、長半徑水平井時，若對實鉆造斜率和目的層位的預測不夠準確，則選用雙增形軌道較為合適。 （2）卡文等人提出的平行切線法可以保證井眼準確進入目標窗口，但他給出的計算切線法井斜角的公式是錯誤的。本文給出了正確的計算公式，使平行切線法得以完善。 （3）最優(yōu)進入法能保證在任何造斜率下使進入點與目標點窗口中心重合，從而使鉆進目標井段時偏離目標區(qū)的可能性減小，這是它比平行切線法優(yōu)越之處。第四節(jié) 兩個不
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