特殊水平井井眼轨道设计方法研究

发布时间：2017-09-24 20:21

  本文关键词：特殊水平井井眼轨道设计方法研究

  更多相关文章： 特殊水平井 长水平段水平井 多控制点 “井工厂” 井眼轨道设计

【摘要】：在水平井技术开发致密油气藏时,利用常规井眼轨道设计方法无法完全满足某些特殊要求,主要体现在长水平段水平井和“井工厂”水平井组等方面,即长水平段水平井会不会因为设计与测量的参考系不一致而出现井眼轨道设计偏差的问题?开发背斜褶皱等复杂构造油气藏的靶区多控制点轨道设计问题以及“井工厂”水平井组的优化设计问题。地球表面是一个椭球面,以大地水准面作为大地测量的参考系,它是一个近似于地球形状的椭球面,井眼上任意一点对应的大地水准面位置与井口坐标系所在位置不在同一平面上,这就可能导致设计的井眼位置与实际位置出现偏差。为此,建立了包括垂向偏差和水平位移偏差的井眼轨道设计偏差模型,它们受纬度、水平位移和所在深度等因素的影响。通过分析不同地区的井眼轨道设计偏差得出,长水平段水平井井眼轨道存在设计偏差,且随着纬度和水平位移的增加而增大,水平位移偏差受所在深度的影响,深度越深水平位移偏差越大。特别是长水平段水平井开发高纬度地区的薄油层时,设计轨道可能穿出储层。为此,在设计时需要加上垂深偏差量和减去水平位移偏差量,以得到与实际相符的井眼轨道,减少钻井过程中的调整。利用长水平段水平井开发致密油气储层时,若遇到储层起伏,需要在靶区内设置多个控制点来保证水平段轨道在储层内延伸。目前针对这种靶区多控制点水平井轨道设计常采用试算法来完成,设计得到的轨道造斜段多,轨迹控制作业难度大,不利于快速钻井。结合国内水平井“PDC钻头+弯外壳螺杆钻具”的低成本复合钻模式,提出了靶区多控制点水平井轨道设计采用控制单元替换控制点的设计思路,即先用直线间隔连接控制点得到控制单元,再通过选择适当曲线连接相邻控制单元形成二维或三维控制单元体。计算表明,利用该方法设计的靶区多控制点水平井轨道,稳斜段总进尺长,有利于复合钻快速钻井；此外,用该方法设计的三维水平井轨道可在装置角保持不变的情况完成轨迹控制作业,有利于提高作业效率,为长水平段水平井靶区多控制点轨道优化设计提供了理论依据。在“井工厂”水平井作业模式开发致密油时,采用常规三维井眼轨道设计方法设计的水平井组,在两井排靶区之间出现了较大面积的死油区,石油资源不能被有效动用,国外采用勺形井眼轨道解决了这一问题。勺形井眼轨道在造斜点位置开始反向钻进,钻进一段后再次造斜向着靶区钻进,这能更早钻遇储层,减少死油区面积。通过研究勺形井眼轨道的特征,结合三维井眼轨道设计理论,得出勺形井眼轨道设计的关键在于优化靶前距。由于“井工厂”井眼间距很小以及勺形井眼轨道具有反向钻进特征,可能会导致井排井眼在直井段、造斜初始井段、入靶前井段等位置出现相碰风险,为了减小相碰风险,提出了优化井场布局、错开造斜点和靶区位置的“井工厂”水平井作业轨道优化设计方法。实例计算表明,相比于常规设计方法,所提方法能明显减小死油区。对井眼相碰风险和摩阻扭矩分析表明,优化设计方法能降低井眼相碰风险,勺形井眼轨道对摩阻扭矩的影响有限,水平段钻进能正常延伸。根据井眼轨道设计理论和特殊水平井井眼轨道理论模型,基于SQL Server 2008数据库平台设计了特殊水平井井眼轨道设计数据库,在Visual Studio 2013开发平台下,基于WPF框架运用C#语言开发了特殊水平井井眼轨道设计软件。该软件不仅能满足常规水平井的井眼轨道设计要求,也能满足水平井设计的特殊要求。经测试,软件运行稳定、计算可靠。
【关键词】：特殊水平井 长水平段水平井 多控制点 “井工厂” 井眼轨道设计
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE243
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 研究目的及意义9-10
• 1.2 国内外技术发展现状10-13
• 1.3 主要研究任务及研究思路13-14
• 1.3.1 主要研究任务13-14
• 1.3.2 研究思路14
• 1.4 完成的主要研究工作及创新点14-16
• 1.4.1 完成的主要研究工作14-15
• 1.4.2 创新点15-16
• 第2章 长水平段井眼轨道设计偏差问题研究16-31
• 2.1 坐标系统转换16-20
• 2.1.1 大地坐标系与高斯平面直角坐标系之间的转换16-19
• 2.1.2 高斯平面直角坐标系与井口坐标系之间的转换19
• 2.1.3 井口坐标系与井口极坐标系之间的转换19-20
• 2.2 井眼轨道设计偏差模型建立20-24
• 2.2.1 大地水准面相对高程21-23
• 2.2.2 大地水准面切线的相对角度23-24
• 2.3 长水平段水平井井眼轨道设计偏差分析24-30
• 2.3.1 井眼轨道设计偏差对长水平段水平井的影响24
• 2.3.2 长水平段水平井井眼轨道设计偏差程度分析24-30
• 2.3.3 长水平段水平井井眼轨道设计偏差解决方法30
• 2.4 本章小结30-31
• 第3章 长水平段水平井靶区多控制点井眼轨道设计31-46
• 3.1 常用三维井眼轨道设计模型31-37
• 3.1.1 斜面圆弧曲线31-33
• 3.1.2 圆柱螺旋曲线33-34
• 3.1.3 恒装置角曲线34-36
• 3.1.4 自然曲线36-37
• 3.2 靶区多控制点井眼轨道优化设计原则37
• 3.3 靶区多控制点井眼轨道优化设计37-45
• 3.3.1 划分控制单元37-39
• 3.3.2 二维控制单元体设计39-41
• 3.3.3 三维控制单元体设计41
• 3.3.4 算例设计41-43
• 3.3.5 算例分析43-45
• 3.4 本章小结45-46
• 第4章 “井工厂”井眼轨道设计方法46-60
• 4.1 “井工厂”井眼轨道常规设计方法46-49
• 4.1.1 “井工厂”二维井眼轨道设计46-47
• 4.1.2 “井工厂”三维井眼轨道设计47-49
• 4.2 “井工厂”井眼轨道优化设计方法49-55
• 4.2.1 死油区问题49-50
• 4.2.2 减小死油区的设计方法50
• 4.2.3 勺形井眼轨道50-55
• 4.3 “井工厂”水平井组优化设计方案55-59
• 4.3.1 “井工厂”水平井组优化设计55-58
• 4.3.2 实例分析58-59
• 4.4 本章小结59-60
• 第5章 特殊水平井井眼轨道设计软件60-77
• 5.1 特殊水平井井眼轨道设计软件60-67
• 5.1.1 软件总体构架60
• 5.1.2 软件功能模块60-67
• 5.2 特殊水平井井眼轨道设计软件与COMPASS软件的对比67-73
• 5.2.1 功能模块对比67-68
• 5.2.2 设计精度对比68-73
• 5.3 设计实例73-76
• 5.4 本章小结76-77
• 第6章 结论与建议77-78
• 6.1 结论77
• 6.2 建议77-78
• 致谢78-79
• 参考文献79-83
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果83

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本文编号：913278