【正文】 ................................................................................... 20 6 實(shí)例分析 ......................................................................................................................... 23 7 結(jié)論和建議 ..................................................................................................................... 25 結(jié)論 ...................................................................................................................... 25 建議 ..................................................................................................................... 25 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................ 25 致謝 .................................................................................................................................... 27 Ⅰ XX 大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )任務(wù)書 系 石油資源系 專業(yè) 石油工程 班級(jí) XXXXXX 學(xué)生姓名 XX 指導(dǎo)教師 /職稱 XXXXXXXX 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )題目： 水平井井眼軌道設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )起止時(shí)間： 2021 年 2 月～ 2021 年 5 月 25 日 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )所需資料及原始數(shù)據(jù)（指導(dǎo)教師選定部分） （ 1）水平井概況，包括水平井分類、國(guó)外水平井發(fā)展概況、國(guó)內(nèi)水平井發(fā)展概況； （ 2）水平井軌道設(shè)計(jì)內(nèi)容，包括水平井軌道設(shè)計(jì)的基本公式、二維軌道設(shè)計(jì)、三維軌道設(shè)計(jì)； （ 3）查閱文獻(xiàn)。 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )應(yīng)完成的主要內(nèi)容 (1)水平井概況； (2)水平井軌道設(shè)計(jì)內(nèi)容； (3)實(shí)例分析； (4)結(jié)論。另外根據(jù)中、長(zhǎng)半徑水平井的特點(diǎn)，運(yùn)用微分幾何原理，依據(jù)水平井的施工條件和地下約束限制，考慮目標(biāo)點(diǎn)和當(dāng)前點(diǎn)的相對(duì)位置，工具造斜能力及油層位置變化等因素，給出水平井待鉆軌道完整的設(shè)計(jì)方案。 完成畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )所需的條件及上機(jī) 時(shí)數(shù)要求 查閱文獻(xiàn)資料、上機(jī) 120 學(xué)時(shí)。 由于定向井水平井能夠擴(kuò)大油氣層裸露面積，對(duì)于提高油氣井單井產(chǎn)量，油氣采收率效果顯著，特別是對(duì)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)的重點(diǎn)技術(shù)得到進(jìn)一步發(fā)展。與此同時(shí)，超短半徑水平井，徑向水平井 也將會(huì)取得新的進(jìn)展以至形成配套技術(shù)，為老井修復(fù)，死井復(fù)活提供重要技術(shù)支撐。 在側(cè)鉆井中將會(huì)得到新的發(fā)展與此同時(shí)超短半徑水平井徑向水平井也將會(huì)取得新的進(jìn)展以至形成配套技術(shù)，為老井修復(fù)，死井復(fù)活提供重要技術(shù)支撐。隨著水平鉆井技術(shù)的不斷發(fā)決，鉆井成本逐年下降。 下面就把國(guó)外和國(guó)內(nèi)的不同發(fā)展情況分析如下： 國(guó)外水平井井眼軌道設(shè)計(jì)發(fā)展?fàn)顩r 進(jìn)入 20世紀(jì) 90 年代以來， 世界水平井軌道設(shè)計(jì)以更快的速度推廣和普及，成為 Ⅱ 提高油田勘探開發(fā)綜合效益的重要途徑。在 19901995年的 6年中，世界上共鉆成水平井 12590 口，是 19841989 的 6年中所鉆水平井總數(shù)的近 15倍。在加拿大所鉆的 3000 余口水平井中，中半經(jīng)、長(zhǎng)半徑、短半徑水平井的比例各占 88%， 9%和 3%。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(chǎn)量或油氣采收率為根本目標(biāo)，所以，已經(jīng)投產(chǎn)的水乎井絕大多數(shù)帶來了十分巨大的經(jīng)濟(jì)效益，因此水平井技術(shù)被譽(yù)為石油工業(yè)發(fā)展過程中的一項(xiàng)“重大突破”。 70年代末到 80 年代，我國(guó)新發(fā)現(xiàn)的大多數(shù)油氣地質(zhì)儲(chǔ)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)方法開采巳變得很不經(jīng)濟(jì)；處于開發(fā)中后期的東部老油田含水上升問題非常突出，嚴(yán)重影響油氣產(chǎn)量。但薄油層、低壓滲透油層采用常規(guī)方法開采所帶來的高投入和低產(chǎn)出已成為不可忽視的問題。 4 主要研究?jī)?nèi)容，重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問題及解決思路 主要研究?jī)?nèi)容：定向井的設(shè)計(jì)軌道一般是由四總井段組成：垂直井段、增斜井段、穩(wěn)斜井段和降斜井段?？偟恼f，一口定向井的軌跡控制過要分三個(gè)階段。 ，但它是從垂直井段開始增斜的。 Ⅱ 段結(jié)束，至鉆完全井，都屬于跟蹤控制階段。 解決思路：（ 1）使用轉(zhuǎn)盤鉆扶正器組合已難以滿足增斜或降斜要求時(shí)，改用動(dòng)力鉆具造斜工具進(jìn)行強(qiáng)力增斜或降斜。當(dāng)井眼方位有較大偏差，有可能造成脫靶時(shí)，必須使用動(dòng)力鉆具造斜工具來完成扭方位。重點(diǎn)掌握水平井的基本概念，水平井鉆井的難度所在，以及垂直段、增斜段、穩(wěn)斜段、降斜段、目標(biāo)段等方面的內(nèi)容。 解決辦法： 認(rèn)真復(fù)習(xí)書本水平井軌道設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)，鞏固知識(shí)點(diǎn)。 6 主要參考文獻(xiàn)及資料名 【 1】蘇義腦，孫寧。是由鉆采工藝。黑龍江科學(xué) 教育出版社， 1993 Ⅱ 【 3】孫振純，許岱文。石油鉆采工藝。學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度和組織紀(jì)律，學(xué)生掌握基礎(chǔ)和專業(yè)知識(shí)的情況，解決實(shí)際問題的能力， 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )是否完成規(guī)定任務(wù)，達(dá)到了學(xué)士學(xué)位論文的水平，是否同意參加答辯 。學(xué)生掌握基礎(chǔ)和專業(yè)知識(shí)的情況，解決實(shí)際問題的能力，畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )是否完成規(guī)定任務(wù)，達(dá)到了學(xué)士學(xué)位論文的水平，是否同意參加答辯 。優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)在勝利油田實(shí)際水平井施工中，得到了廣泛的運(yùn)用，取得了很好的效果。合理的井眼軌道設(shè)計(jì)是成功控制井眼軌道的關(guān)鍵。文中建立了給定目標(biāo)點(diǎn)位置和井眼方向的三維軌道設(shè)計(jì)的一般數(shù)學(xué)模型， 利用矢量分析理論得到了約束變量間的解析表達(dá)式和井眼軌道計(jì)算式。應(yīng)用該模型成功地解決了復(fù)雜的多約束條件下的三維井眼軌道設(shè)計(jì)這一難題，具有普遍適用性，可廣泛用于設(shè)計(jì)各種類型的水平井、定向井和多目標(biāo)井，為井眼軌道控制提供了更為準(zhǔn)確的理論依據(jù)。 design,mathematical model,exact solution,calculation 緒論 第 1 頁（ 共 27 頁） 水平井井眼軌道設(shè)計(jì) 1 緒論 課題的研究背景及意義 水平井鉆井涉及許多關(guān)鍵技術(shù)，軌道設(shè)計(jì)是其中之一，它直接影響水平井的經(jīng)濟(jì)效益及成敗。實(shí)際上，水平井軌道的優(yōu)化設(shè)計(jì)必須綜合考慮油藏、鉆井、采油的具體條件，涉及流體力學(xué)、滲流力學(xué)、巖石力學(xué)、管柱力學(xué)等多學(xué)科。常見的兩維水平軌道有單增和雙增軌道兩種。 國(guó)外水平井井眼軌道設(shè)計(jì)發(fā)展?fàn)顩r 進(jìn)入 20 世紀(jì) 90 年代以來，世界水平井軌道設(shè)計(jì)以更快的速度推廣和普及，成為提高油田勘探開發(fā)綜合效益的重要途徑。在 19901995年的 6 年中，世界上共鉆成水平井 12590 口，是 19841989 的 6 年中所鉆水平井總數(shù)的近 15 倍。 國(guó)內(nèi)水平井井眼軌道設(shè)計(jì)發(fā)展?fàn)顩r 水平井鉆井技術(shù)是上世紀(jì) 80 年 代國(guó)際石油界迅速發(fā)展并日益完善的一項(xiàng)綜合 技術(shù)，它包括水平井油藏工程和優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)、水平井井眼軌道控制技術(shù)、水平井鉆井液與油層保護(hù)技術(shù)、水平測(cè)井技術(shù)和水平完井技術(shù)等一系列重要技術(shù)，它綜合了多種學(xué)科的一些先進(jìn)技術(shù)成果。近日，由我國(guó)第二大油田勝利油田鉆井工程技術(shù)公司所屬單位完成的分支水平井TK908DH 井順利完鉆，并 創(chuàng)出了我國(guó)分支水平井 米的最深新記錄，標(biāo)志著我國(guó)分鉆井技術(shù)跨人世界先進(jìn)行列。開發(fā)剩余可開采儲(chǔ)量已成為當(dāng)務(wù)之急。國(guó)外的實(shí)踐證明，水平井技術(shù)正是解決這些問題的重要途徑。不同的地層造斜率也不盡相同。很難控制井斜和方位變化率，施工時(shí)應(yīng)盡量采取復(fù)合鉆進(jìn)方式。一般來說，現(xiàn)有的 MWD 測(cè)量?jī)x器能滿足中曲率半徑水平井的測(cè)量要求； FEWD 儀器則要 求最大造斜率小于等于 25176。 3．工具造斜能力 原軌道設(shè)計(jì)造斜率基本是上下穩(wěn)定的數(shù)值。但是在實(shí)際施工過程中一旦進(jìn)入油層，這個(gè)造斜率往往無法實(shí)現(xiàn)，很容易打沉。 優(yōu)化方法 針對(duì)以上現(xiàn)實(shí)情況。設(shè)計(jì)出似圓弧狀軌跡控制剖面。由于井斜小，地層淺。所以優(yōu)化時(shí)應(yīng)把開始造斜時(shí)的造斜率設(shè)計(jì)小一點(diǎn)，符合實(shí)際施工要求。設(shè)計(jì)該段的造斜率要偏大一點(diǎn)，這樣有利于壓低下地質(zhì)導(dǎo)向后的軌道造斜率，更大限度地保證地質(zhì)導(dǎo)向儀器在井下的施工安全。 第四增斜水平井井眼軌道設(shè)計(jì) 第 4 頁 （共 27 頁） 段： 入 A 靶前 50米左右到 A 靶應(yīng)設(shè)計(jì)為第四增鉆進(jìn)過程中測(cè)得的井斜和方位明位超出正常范圍值，這種情況首先應(yīng)考慮探管問題或是磁干擾問題。這種問題出現(xiàn)時(shí)要針對(duì)具體情況可通過更換探管或無磁鉆鋌來解決。曾遇到：壓力傳感器先漏漿，電焊絲扣后專用機(jī)波形倒立，司顯全部顯示小雜波，泵壓表有壓差，更換壓力傳感器 后，波形恢復(fù)正常。下鉆到底開泵有蹩泵現(xiàn)象，沒有壓差的情況時(shí)。 這也是一種常見故障，當(dāng)雜波的波峰明顯低于正常波波峰并明顯低于壓力門限，且數(shù)量也不多時(shí)，并不影響儀器的正常工作。遇到這種問題，首先要調(diào)整壓力門限，使其界于正 常波與雜波的波峰之間 (最好盡量靠近正常波的波峰遠(yuǎn)離雜波波峰 )，并適當(dāng)?shù)恼{(diào)整信號(hào)的放大值。另外，泵的性能也與雜波的出現(xiàn)有關(guān)。只要充分循環(huán)好泥漿后波形就會(huì)恢復(fù)正常。定向井、側(cè)鉆井、水平井、側(cè)鉆水平井、分支井、大位移井都屬于非直井的范疇。本文中 “ 井跡 ” 是指一種具有強(qiáng)烈的工程含義的空間 (平面 )曲線，或者說是以石油工程中的側(cè)鉆水平井、水平井、定向井、大位移井、分支井中鉆頭運(yùn)行的軌道為背景的。它可以視為靜態(tài)的，亦可以視為動(dòng)態(tài)的。同樣地，當(dāng)將井跡視為動(dòng)態(tài)時(shí)，它就需要用動(dòng)態(tài)模型來刻畫并由相應(yīng)的算法來計(jì)算與求解。本文中將要用到如下參數(shù)： a)井深：井跡 (井眼軌道 )上任意一點(diǎn)到井口的曲線長(zhǎng)度，也稱為斜深或測(cè)量深度。 c)方位角：井跡上任意一點(diǎn)方向線 (切線方向 )在水平面上投影與正北的夾角，單位為度或弧度。 e)水平位移 (DISP)：井跡上任意一點(diǎn)至井口或井跡上另外一點(diǎn)所在鉛垂線的距離，單位為 m。視平移是繪制垂直投影圖的重要參數(shù)。 h)Z 具面角：沿非直井跡切線方向所構(gòu)成的平面順時(shí)針轉(zhuǎn)向造斜工具彎曲平 面而形成的夾角，單位為度或弧度。 水平井井眼軌道設(shè)計(jì) 第 6 頁 （共 27 頁） i)井斜變化率與方位變化率：井跡上任意一點(diǎn)單位長(zhǎng)度上井斜角與方位角變化量，它分別反映了井斜角與方位角隨井深變化的程度。 k)井眼曲率：非直井跡切線矢量對(duì)于弧長(zhǎng)的旋轉(zhuǎn)程度，它反映了井跡的彎曲程度。 (5)井跡圖示法在非直井現(xiàn)場(chǎng)施工中，通常采用三維圖、投影圖與柱面圖來直觀描述井跡的變化規(guī)律。采用右手系，以 非直井井口為坐標(biāo)原點(diǎn)，以正北 FN)作為 X軸的正向，以正東 (E)方向作為 Y 軸的正向， Z 軸鉛垂向下指向地心。 n)投影陶表示法。 p)柱面圖表示法。由通過井跡上無窮點(diǎn)鉛垂線構(gòu)成的柱面展成平面后形成的井跡圖 稱為垂直剖面圖，它可反映井跡大多數(shù)參數(shù)如井深、井斜角、方位角、坐標(biāo)等。 (2)隨鉆軌道由幾段定曲率曲線光滑連接而成，且曲線的曲率主要由動(dòng)力鉆具的廣義造斜率決定。 為了建立三維水平井井眼軌道最優(yōu)控制系統(tǒng)我們作如下假設(shè)： n：表示三維水平井井眼軌道由光滑曲線連接而成的段數(shù)。 基本參數(shù)的工程解釋及優(yōu)化方法 第 7 頁 （共 27 頁） 優(yōu)化方法 從地質(zhì)及油藏工程的角度主要是根據(jù)油藏的具體條件， 在盡量降低鉆井成本的前提下使產(chǎn)量 最高。Joshi(1988)提出水平井的產(chǎn)量公式為 ： ? ? ? ?2/ ( / 2 ) ( / ) l n / [ ( 1 ) ]H s n i s n i w s n iq K h p B a a L I h L I h r I h??? ? ? ? ? ???μ ln (31) /sni H VI K K? (32) 40 . 5 0 . 2 5 [ / ( / 2 ) ] / 2ea L r H L? ? ? (33) 直井的產(chǎn)量計(jì)算公式為： /[q Kh p B?? 181。 假設(shè)：滲透率的各向異性對(duì)水平井產(chǎn)量的影響如圖 所 示， 其中縱坐標(biāo)為水平井產(chǎn)量與直井產(chǎn)量之比 。 把水平井與直井產(chǎn)量相同時(shí) 的水平段長(zhǎng)定義為水平井的最小段長(zhǎng) L， 則滲透率 的各向異性與水平井最短水平段長(zhǎng)的關(guān)系由圖 可以看出 ， 隨著垂向滲透率減小 ，