【正文】 維井眼軌道是人們期待解決的問題。大大提高了水平井施工的成功率。 水平井鉆井施工常受到地下復雜地質條件、井下儀器安全要求、工具造斜率能力，入靶條件等因素的限制 .在水平井實際施工過程中，往往需要對原軌道設計進行優(yōu)化，使之能夠更加符合現(xiàn)場實際施工要求 .又好又快的完成施工。 東北石油大學本科生畢業(yè)設計（論文） 摘 要 隨著鉆井技術的發(fā)展，水平井的應用也越來越廣泛，同普通豎井相比，水平井有著諸多優(yōu)點。通過查閱資料以及相關知識的學習，做出了比較淺顯的水平井井眼軌跡的設計。優(yōu)化設計技術在油田實 際水平井施工中，得到了廣泛的運用，取得了很好的效果。合理的井眼軌道設計是成功控制井眼軌道的關鍵 。文中建立了給定目標點位置和井眼方向的三維軌道設計的一般數(shù)學模型，利用矢量分析理論得到了約束變量間的解析表達式和井眼軌道計算式。應用該模型成功地解決了復雜的多約束條件下的三維井眼軌道設計這一難題， 具有普遍適用性，可廣泛用于設計各種類型水平井、定向井和多目標井，為井眼軌道控制提供了更為準確的理論依據(jù)。有人認為水平井軌 道設計只是簡單的幾何問題，這種觀點是完全錯誤的。水平井軌道優(yōu)化設計就是能夠優(yōu)質、快速、低成本地完成鉆井作業(yè)，并且能最大限度地提高水平井產能。對于單增水平井來說，需確定的參數(shù)有造斜點井深、造斜率、水平段長、方位角和目標段的穩(wěn)斜角，上述參數(shù)中可根據(jù)地層及造斜工具確定造斜點井深和造斜率第一穩(wěn)段井斜角可根據(jù)造斜工具和油藏位置來確定因此直接影響水平經濟效益關系 到水平井成敗只有三個參數(shù)：即水平段長度方位角和目標段井斜角，所謂水平井軌道優(yōu)化設計也就是如何確定這三個參數(shù)。由于定向井水平井能夠擴大油氣層裸露面積，對于提高油氣井單井產量，油氣采集率效果顯著，特別是對于薄層油氣藏，高壓低滲油藏以及井間剩余油等特殊油氣藏。今后也必將作為勘探開發(fā)的重要技術得到進一步發(fā)展。與此同時，超短半徑水平井，徑向水平井也將會取得新的進展以及形成配套技術，為老井修復，死井俘獲提供重要技術支持。在側鉆井中將會得到新的發(fā)展與此同時超短半徑水平井徑向水平井也將會取得新的進展以致形成配套技術，為老井修復，死井復活提供重要技術支持。并將水平井技術作為開發(fā)油藏的常規(guī)技術廣泛推廣應用。同時，由于水平井的普遍應用，使原油產量和采收率得意提高，原油成本降低，取得顯著的經濟效益。 1990 年國外鉆成水平井 1290 口，是1989 年的 倍； 1995 年鉆成水平井 2590 口，又比 1990 年增加了一倍以上。據(jù)國外某公司介紹，截止 1994 年美國所鉆的 7000 余口井中，中半徑，長半徑、短半徑水平井各占有 88%， 9%和 3%。油田水平井鉆井技術在油氣勘探開發(fā)中具有顯著的優(yōu)勢，它能夠擴大油氣層裸露面積，不僅能夠提高油氣井的產量，還能夠顯著提高油氣采收率的效果，是現(xiàn)在運用得比較廣泛的鉆井技術，由于其優(yōu)勢明顯，在將來的油氣勘探開發(fā)中，該技術會取得進一步發(fā)展，并將得到更為廣泛的運用。由于水平井鉆井主要以提高老油區(qū)、薄油層、邊際油區(qū)等油氣產量或油氣采收率為根本目標，所以，已經投產的水平井絕大多數(shù)帶來了十分巨大的經濟效益，因此水平井技術被譽為石油工業(yè)發(fā)展過程中的一項 “重大突破 ”。 70 年代末到 80 年代，我國新發(fā)現(xiàn)的大多數(shù)油氣地質儲量，基本上都是邊緣地區(qū)低壓，低滲透油藏和稠油藏，采用常規(guī)方法開采已變得很不經濟 。開發(fā)剩余可開采儲量己成為當務之急。國外的實踐證明，水平井技術正是解決這些問題的重要涂徑。該技術改變了運用常規(guī)的水平井技術難以實現(xiàn)對超薄油層有效開發(fā)難情況，它的運用，大大推動了超薄油層的有效開發(fā)，目前該技術已經較為成熟 ； （ 2）大位移井鉆井技術。在欠平衡井中運用水平井鉆井技術能夠達到更好的開發(fā)效果，但是增加了鉆井難度。該技術起步較早，經過技術攻關和研究，該技術越來越成熟，并取得良好的開采效果 ； （ 5）叢式水平井鉆井技術。一些油田運用該技術也取得了良好的效益，顯著的提高了鉆井的綜合效益 ； （ 6）其它技術。這些技術在實際運用中發(fā)揮各自的作用，并且隨著技術的攻 關和研究運用，這些技術取得在實際運用中發(fā)揮各自的作用，并且隨著技術的攻關和研究運用，這些技術取得了不斷的進步，在油氣勘探開發(fā)中發(fā)揮越來越重要的作用，收到的效果也更加顯著。經過多年的勘探開發(fā)，大型整裝油田已經投 入了開發(fā)，在開發(fā)中，如果使用直井技術或者常規(guī)定向井技術，開發(fā)所收到的效果往往不佳，一些地區(qū)存在著大量薄油層儲量，在開發(fā)這些薄油層 的工作中，為了找到油層，保證油層的鉆穿率，必須采用隨鉆地層儲量評價技術，而 FEWD、LWD 是實現(xiàn)油田精細開發(fā)的重要保證，在將來油氣勘探中必將有著更為廣泛的運用 ； （ 2）大位移水平井鉆井技術將得到發(fā)展。而大位移水平井鉆井技術正好適應了這些地區(qū)油氣資源的開發(fā)，必將得到更為廣泛的運用 ； （ 3） 旋轉導向鉆井技術會取得突破。油田的勘探開發(fā)將從淺、中深井向深 井、超深井方向發(fā)展，尤其是對于采用直井開發(fā)效果比較差的儒，水平井技術會得到 更加廣泛的運用。由于油氣井會發(fā)生損壞甚至出現(xiàn)報廢現(xiàn)象，為了保證勘探開發(fā)工作的順利進行，對老井進行修復和側鉆將會受到不斷的重視，水平井在側鉆井中將會有新的發(fā)展，并為老井修復、死井復活提供技術支持 ； （ 7） 多井聯(lián)合 SAGD 開發(fā)將會普遍應用。在將來的油氣資源勘探和開發(fā)中，要想有所突破并 實現(xiàn)有效開發(fā)，必須以先進的工程技術作為保障，而水平井鉆井技術正好滿足這方面的 需求，是將來應該重點發(fā)展的技術 ； ② 鉆井技術需要突破和創(chuàng)新。為了更好的適應這種情況，需要對鉆井技術進行創(chuàng)新和突破，其中，水平井鉆井技術是重展的方向 ； ③ 水平井為鉆井技術發(fā)展打下良好的基礎。油田水平井鉆井技術要想取得進一步發(fā)辰 國內產生重要的影響，并與國際先進的技術接軌，就必須加大創(chuàng)新的力度，以不斷耳 新的突破和進展，滿足自身發(fā)展的需求，提高市場競爭力。最后中建立了給定目標點位置和井眼方向的二維、三維軌道設計的一般數(shù)學模型，利用矢量分析理論得到了約束變量間的 東北石油大學本科生畢業(yè)設計（論文） 5 解析表達式和井眼軌道計算式。應用該模型成功地解決了復雜的多約束條件下的三維井眼軌道設計這一難題， 具有普遍適用性，可廣泛用于設計各種類型水平井、定向井和多目標井，為井眼軌道控制提供了更為準確的理論依據(jù)。 井身 沿著 水平 方向鉆進一定長度的井。有時為了某種特殊的需要，井斜角可以超過 90176。一般來說，水平井適用于薄的 油氣層 或 裂縫性油氣藏 ，目的在于增大油氣 層的裸露面積 [3]。 表 21 水平井分類 類別 造斜率 /（176。 水平井井眼軌跡的基本參數(shù) 測斜：一 口實鉆井的井眼軸線乃是一條空間曲線。目前常用的測斜方法并不是連續(xù)測斜，而是每隔一定長度的井段測一個點。 測深 (MD)： 指井口 (通常以轉盤面為基準 )至測點的井眼長度。井深是以鉆柱或電纜的長度來量測。 井深： 指井口 (通常以轉盤面為基準 )至鉆頭的井眼長度，也有人稱之為斜深。 井底水平位移： 它是指井口與井底兩點在水平面上投影的連線長度，又稱閉合距，單位為 m。 東北石油大學本科生畢業(yè)設計（論文） 7 造斜點： 開始定向造斜的位置。 造斜率： 表示造斜工具的造斜能力。 增斜（降）率： 是指增（降）斜井段 的井斜變化率。 工具面： 在造斜鉆具組合中，有彎曲工具的兩個軸線所確定的那個面，與磁北方向的夾角為工具面角。 定向角（裝置角）： 井下動力鉆具啟動后，工具面所處的位置（方位）。正為東磁偏角，負為西磁偏角。井眼方向線與重力 線之間的夾角就是井斜角。井斜角表示了井眼軌跡在該測點處傾斜的大小。)。 圖 21 井斜角示意圖 井斜方位角： 某測點處的井眼方向線投影到水平面上，稱為井眼方位線，或井斜方位線。注意，正北方位線是指地理子午線沿正北方向延伸的線段。 圖 22 井斜方位角示意圖 井斜方位角常以字母 φ 表示，單位為度 (176。井斜方位角的增量是下測點的井斜方 東北石油大學本科生畢業(yè)設計（論文） 8 位角減去上測點的井斜方位角，以 Δφ表示。 范圍內變化。它反映了相鄰兩測點間井斜與方位的空間角度的變化量。單位為（ 176。 井斜 變化率： 單位井段內井斜角的變化值稱為井斜變化率。常用單位為（ 176。） /30m。通常以兩測點間方位角的變化量與兩測點間井段長度的比值表示。） /25m、（ 176。 全角變化率： 它是指單位長度井段內全角的變化值。它既包含了井斜角的變化又包含著方位角的變化。單位為（ 176。） /30m。 垂直深度： 簡稱垂深，是指軌跡上某點至井口所在水平面的距離。垂深常以字母Ｄ表示，垂增以 ΔＤ表示。水平長度的增量稱為平增。 N 坐標和 E 坐標：是指軌跡上某點在以井口為原點的水平面坐標系里的坐標值。此投影線稱為平移方位線。 平移方位角： 指平移方位線所在的方位角，即以正北方位為始邊順時針轉至平移線上所轉過的角度，常以字母 θ 表示。我國現(xiàn)場常特指完鉆時的水平位移為閉合距，平移方位角為閉合方位角。視平移以字母Ｖ表示。 圖 25 平移與視平移示意圖 東北石油大學本科生畢業(yè)設計（論文） 10 第 3 章 水平井井眼軌跡設計的影響因素及原則 水平井井眼軌跡設計的影響因素 地質條件 從造斜點到入靶，實控井眼軌跡穿越多種地層。一般來講，造斜點處地層相對松軟，不易起井斜，造斜中往往達不到設計造斜率要求；入靶前要穿越油蓋層，油蓋層的特點是堅硬，定向時易大幅度的增斜。 井下儀器安全要求 水平井井眼曲率比較大，為確保隨鉆測斜儀器以及井下安全，必須考慮 MWD儀器的彎曲能力和地質導向承受能力。/100m。特別是入靶時設計的造斜率很高。現(xiàn)在大部分老油區(qū)的水平井施工并不是通過打導眼的方法來確定油層深 度，而是通過鄰井資料對比和該區(qū)塊的地震剖面圖來確定油層深度，往往實際油頂垂深和設計垂深有差別，實鉆過程中必須留出下探或上調的余量。在大斜度和水平井的綜合解釋中，首先要注意的是測井儀器、大斜度或水平井眼與地層的空間相對位置關系，井眼軌跡 和地層剖面的二維或三維顯示對綜合解釋有很大幫助。其次是在解釋中要綜合考慮各種影響因素，如儀器的測量位置、井眼、侵入、地層的各向異性以及非均質性等。然后是注意進行抽象思維和逆向思維，比較水平井測井與垂直井測井間的響應異同，這種異同不只是定性的，更多的應該是定量化的。最后是要善于利用各種資料和工具。 水平井井眼軌跡設計的原則 靶區(qū)設計原則 （ 1）對裂縫性油藏面設計側鉆方位應與裂縫垂直相交，以便盡可能地鉆遇裂縫；對礫巖油藏，側鉆方位應與高滲方向垂直相交，以擴大泄油面積 ； （ 2）由于儲層內泥巖夾層嚴重影響儲層的垂直滲透率，如果水平段平 行于地層層面，泄油田面積僅限制在水平段所在的油層內，靶區(qū)傾角設計應該使井眼與地層層面成一定角度，以便盡可能地鉆遇油層 ； （ 3）側鉆方位，靶前位移設計應該使靶區(qū)避開原井水淹區(qū)域，以免新老井眼竄通影響正常生產，一般要求目標靶區(qū)距離原井 120150m[6]。側鉆水平井項目實施初期增采用單增型剖面，后根據(jù)原井井況及井眼軌跡控制難易程度，改用雙增型剖面。 井眼軌跡控制范圍 井眼軌跡控制范圍包括垂向允許偏差、橫向允許偏差哈與水平段長度。而水平段長度除應該滿足增產要求外，還應考慮目前工藝技術水平。 井眼曲率的確定 在側鉆水平井井眼軌跡設計中，井眼曲率是一個很重要的參數(shù)。根據(jù)國產單彎外殼螺桿鉆具造斜特性，有線隨鉆測斜儀使用條件及中半徑水平井井眼曲率要求，側鉆水平井井眼軌跡設計曲率一般控制在（ 1215176。 東北石油大學本科生畢業(yè)設計（論文） 13 第 4 章 井眼延伸方向預測及軌跡控制原則 井眼軌跡預測依據(jù) 由力學可知，力是改變物體運動狀態(tài)的原因。 通過研究表明，鉆頭前進方向是由鉆頭受力狀態(tài)所決定。 就目前，因尚無準確預測，計算井眼延伸方向的力學一數(shù)學模型。實現(xiàn)時時監(jiān)測，并通過測斜結果進行計算，采用測斜結果繪圖的方法，預測井眼延伸方向的趨勢 ； （ 2）待鉆地層因素分析。對近鉆頭鉆具組合結構進行受力變形分析。通過 構建力學一教學數(shù)學模型軟件預測的延伸方向趨勢 ； （ 4）實鉆外推預測。 方向參數(shù)有： 井斜角：dii iiii LLL 11 1212 ?? ???? ???? ???? 方位角：121212 )(?????? ????iidiiii LL L???? 再依據(jù)該點（ i+2）及待鉆井段長度 ? L， Kz 繼續(xù)用外推法預測待鉆井段終點（ i+3）處的方向參數(shù)（ 3?i? ， 3?i? ）。 井眼軌跡控制原則 控制理論中控制的定義，是指被控制對象中某一 (某些 )被控制量，克服干擾影響達到預先要求狀態(tài)的手段 (或操作 )。 通過運用控制理論對井眼軌跡控制分析可知，目前的井眼軌跡控制系統(tǒng)是一個開環(huán)的人工控制系統(tǒng) (圖 42)