軌道優(yōu)化設(shè)計方法方案

1水平井、大位移井軌道

優(yōu)化設(shè)計方法黃根爐

中國石油大學(xué)（華東）石油工程學(xué)院2006年8月28日1水平井、大位移井軌道

優(yōu)化設(shè)計方法2水平井找油方案優(yōu)化設(shè)計方法水平井待鉆軌道施工方案優(yōu)選方法多點約束下的軌道優(yōu)化設(shè)計方法特定井段有鉆入角限制下的軌道優(yōu)化設(shè)計方法考慮方位漂移的軌道優(yōu)化設(shè)計方法恒工具面角曲線軌道設(shè)計方法懸鏈線、修正懸鏈線及準(zhǔn)懸鏈線剖面設(shè)計方法主要內(nèi)容2水平井找油方案優(yōu)化設(shè)計方法主要內(nèi)容31.水平井找油方案優(yōu)化設(shè)計技術(shù)地質(zhì)靶點垂深不確定時水平井找油方法導(dǎo)眼法應(yīng)變法（常用）31.水平井找油方案優(yōu)化設(shè)計技術(shù)地質(zhì)靶點垂深不確定時水平井找41.水平井找油方案優(yōu)化設(shè)計技術(shù)應(yīng)變法找油需要解決的問題何時開始探油頂？以多大的穩(wěn)斜角探油頂？

以浪費的油層段長度最短為目標(biāo)函數(shù)的找油方案優(yōu)化設(shè)計方法。41.水平井找油方案優(yōu)化設(shè)計技術(shù)應(yīng)變法找油需要解決的問題51.水平井找油方案優(yōu)化設(shè)計技術(shù)不同找油方案的效果對比本方案αc=87°△L1=0αc=87°,△L1=0當(dāng)時預(yù)測的井底井斜比設(shè)計井斜大。51.水平井找油方案優(yōu)化設(shè)計技術(shù)不同找油方案的效果對比本方案61.水平井找油方案優(yōu)化設(shè)計技術(shù)程序界面61.水平井找油方案優(yōu)化設(shè)計技術(shù)程序界面72.水平井待鉆軌道施工方案優(yōu)選技術(shù)水平井中靶施工過程根據(jù)新測的井斜、方位數(shù)據(jù)分析不同鉆井方式（滑動鉆進和復(fù)合鉆進）的工具造斜率；預(yù)測測量另長段的軌跡，得到井底的位置和井斜、方位；試湊出一套保證軌跡能進入幾何靶框的施工方案；改變造斜率，重復(fù)b)和c)，并根據(jù)計算結(jié)果選出最優(yōu)方案；施工到一定長度后得到新的測量數(shù)據(jù)，重復(fù)以上工作，直至實鉆軌跡進入靶框。72.水平井待鉆軌道施工方案優(yōu)選技術(shù)水平井中靶施工過程82.水平井待鉆軌道施工方案優(yōu)選技術(shù)水平井中靶施工存在的主要問題由于工具造斜率的不確定性，現(xiàn)場定向井工程師要以不同的造斜率進行多次試湊，分析計算工作量巨大；由于是人工分析，效率低，難以找到最優(yōu)的待鉆軌道施工方案；當(dāng)機械鉆速較快時，會出現(xiàn)停鉆等施工方案的情況。82.水平井待鉆軌道施工方案優(yōu)選技術(shù)水平井中靶施工存在的主要92.水平井待鉆軌道施工方案優(yōu)選技術(shù)考慮造斜率不確定性的待鉆軌道施工方案優(yōu)選方法根據(jù)新測的井斜、方位數(shù)據(jù)分析不同鉆井方式的造斜率范圍；預(yù)測測量另長段的軌跡范圍；設(shè)計下段施工方案并預(yù)測該段完成后的軌跡范圍；自動分析所有軌道能否中靶按設(shè)計方案施工完后得到新的測量數(shù)據(jù)，重復(fù)以上工作主要優(yōu)點：只需預(yù)測造斜率的范圍，更容易做到給出下一部施工方案后就可以自動分析不同造斜率對應(yīng)軌道能否中靶，計算效率更高將下一部施工方案完成后的井底作為中靶分析的起點，可以最大限度地保證中靶92.水平井待鉆軌道施工方案優(yōu)選技術(shù)考慮造斜率不確定性的待鉆102.水平井待鉆軌道施工方案優(yōu)選技術(shù)程序界面102.水平井待鉆軌道施工方案優(yōu)選技術(shù)程序界面112.水平井待鉆軌道施工方案優(yōu)選技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用情況江蘇油田永7平1井自測深2701m至A靶的實測軌跡及預(yù)測軌跡包絡(luò)線112.水平井待鉆軌道施工方案優(yōu)選技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用情況江蘇油田永123.多點約束下的軌道優(yōu)化設(shè)計方法問題的提出多目標(biāo)井靶區(qū)軌道優(yōu)化設(shè)計沒有一套成熟的方法，現(xiàn)在只是能做到“可以設(shè)計”出來，沒有考慮優(yōu)化；復(fù)雜情況下的防碰繞障軌道設(shè)計；在地質(zhì)導(dǎo)向鉆井過程中，隨著隨鉆測井和錄井?dāng)?shù)據(jù)的豐富，可能會發(fā)現(xiàn)實際的含油油藏形狀與設(shè)計不同，如何調(diào)整靶區(qū)軌道來適應(yīng)地質(zhì)目標(biāo)的改變？可以通過多點約束下的軌道優(yōu)化設(shè)計來實現(xiàn)123.多點約束下的軌道優(yōu)化設(shè)計方法問題的提出133.多點約束下的軌道優(yōu)化設(shè)計方法設(shè)計方法——彈性桿撓曲線法設(shè)想存在一個光滑彈性直桿，讓該彈性桿在約束點上被光滑可旋轉(zhuǎn)滑套限制，按能量最低原理，該彈性桿必然以變形彈性能最小的方式形成一條空間彈性桿撓曲線，計算出撓曲線形狀就可以得到多點約束下的軌道。主要特點：摩阻扭矩??；設(shè)計自由、靈活。133.多點約束下的軌道優(yōu)化設(shè)計方法設(shè)計方法——彈性桿撓曲線143.多點約束下的軌道優(yōu)化設(shè)計方法算例三維動坐標(biāo)法求得的彈性桿曲線軌道曲線投影法求得的彈性桿曲線軌道逐點設(shè)計法得到的軌道143.多點約束下的軌道優(yōu)化設(shè)計方法算例三維動坐標(biāo)法求得的彈153.多點約束下的軌道優(yōu)化設(shè)計方法算例分析

設(shè)計方法待鉆軌道指標(biāo)逐點待鉆設(shè)計法彈性桿撓曲線法曲線投影法三維動坐標(biāo)法井眼長度（m）962.63957.46957.76最大曲率（°/30m）8.05.274.96最大曲率變化率（°/900m2）不同井段間曲率存在突變1.1781.127153.多點約束下的軌道優(yōu)化設(shè)計方法算例分析設(shè)163.多點約束下的軌道優(yōu)化設(shè)計方法程序界面163.多點約束下的軌道優(yōu)化設(shè)計方法程序界面174.特定井段有鉆入角限制下的軌道優(yōu)化設(shè)計方法問題的提出174.特定井段有鉆入角限制下的軌道優(yōu)化設(shè)計方法問題的提出184.特定井段有鉆入角限制下的軌道優(yōu)化設(shè)計方法問題的提出由于沒有現(xiàn)成的軟件可用，利用現(xiàn)有的LandMark軟件只能采用試湊的方法來實現(xiàn)如何又快又好解決此種情況下的軌道優(yōu)化設(shè)計問題？184.特定井段有鉆入角限制下的軌道優(yōu)化設(shè)計方法問題的提出194.特定井段有鉆入角限制下的軌道優(yōu)化設(shè)計方法設(shè)計模型解決思路：采用LandMark軌道設(shè)計軟件自由連接設(shè)計思想，根據(jù)靶點處是否有井眼方向要求、靶點處井斜角與鉆入角的關(guān)系、復(fù)雜井段相對靶點的垂直距離等將某點至靶點的軌道設(shè)計問題概括為6個待鉆軌道設(shè)計模型來解決194.特定井段有鉆入角限制下的軌道優(yōu)化設(shè)計方法設(shè)計模型204.特定井段有鉆入角限制下的軌道優(yōu)化設(shè)計方法程序界面204.特定井段有鉆入角限制下的軌道優(yōu)化設(shè)計方法程序界面214.特定井段有鉆入角限制下的軌道優(yōu)化設(shè)計方法程序界面214.特定井段有鉆入角限制下的軌道優(yōu)化設(shè)計方法程序界面225.考慮方位漂移的軌道優(yōu)化設(shè)計方法問題的提出在鉆井過程中，由于地層特性、鉆頭類型、鉆具組合等因素的影響，井眼方位會發(fā)生自然變化，稱之為“方位漂移”

由于方位漂移的存在，使得鉆進過程中經(jīng)常需要進行扭方位，降低了鉆井時效在軌道設(shè)計時就考慮方位漂移的影響是一種較為有效的方法，但問題是軌道的組成和形狀千變?nèi)f化，很難找到有效的解決方法。225.考慮方位漂移的軌道優(yōu)化設(shè)計方法問題的提出235.考慮方位漂移的軌道優(yōu)化設(shè)計方法解決方法假設(shè)通過一定的途徑可以找到這樣一個特殊點c，以c點為目標(biāo)進行軌道設(shè)計（包括待鉆軌道），對設(shè)計好的軌道考慮方位漂移影響后正好可以通過目標(biāo)點t，這樣就可以實現(xiàn)考慮方位漂移情況下的軌道設(shè)計。EN235.考慮方位漂移的軌道優(yōu)化設(shè)計方法解決方法EN245.考慮方位漂移的軌道優(yōu)化設(shè)計方法解決方法EN245.考慮方位漂移的軌道優(yōu)化設(shè)計方法解決方法EN256.恒工具角曲線軌道設(shè)計方法問題的提出在井眼軌道設(shè)計過程中，用到的絕大部分曲線為直線、斜面圓弧線、圓柱螺線、自然曲線（井斜變化率和方位變化率均為固定常數(shù)）等理論上沒有方位漂移的穩(wěn)斜鉆具組合鉆出的井眼為直線軌道、井口鎖定的滑動導(dǎo)向鉆具組合對應(yīng)著斜面圓弧軌道、有方位漂移的增/降斜鉆具組合對應(yīng)著自然曲線軌道目前現(xiàn)場最常見軌跡控制方法是保持工具面角不變256.恒工具角曲線軌道設(shè)計方法問題的提出266.恒工具角曲線軌道設(shè)計方法恒工具面角曲線的特點自然參數(shù)曲線：圓柱螺線：266.恒工具角曲線軌道設(shè)計方法恒工具面角曲線的特點自然參數(shù)276.恒工具角曲線軌道設(shè)計方法恒工具面角曲線的軌道參數(shù)計算公式276.恒工具角曲線軌道設(shè)計方法恒工具面角曲線的軌道參數(shù)計算286.恒工具角曲線軌道設(shè)計方法恒工具面角曲線軌道設(shè)計方法按照軌道自由度和軌道約束方程數(shù)相等的原則分析并確定軌道的組成段數(shù)，并得到軌道設(shè)計方程組僅最大可能地在方程組中進行消元處理構(gòu)造軌道設(shè)計精度控制目標(biāo)函數(shù)，目標(biāo)函數(shù)最小值對應(yīng)的軌道及時要求的軌道。286.恒工具角曲線軌道設(shè)計方法恒工具面角曲線軌道設(shè)計方法297.懸鏈線、修正懸鏈線和準(zhǔn)懸鏈線剖面設(shè)計各種曲線的由來為了減小大位移井中的摩阻扭矩，人們想到了懸鏈線，認(rèn)為懸鏈線剖面由于管柱與井壁的接觸力最小，所以摩阻扭矩也最小實際軌道設(shè)計過程中，發(fā)現(xiàn)懸鏈線軌道剖面曲率隨井斜角的變化太快(與井斜角正弦的平方成正比)，所以人為構(gòu)造了一個曲率隨井斜角的正弦成正比的曲線，即為修正懸鏈線準(zhǔn)懸鏈線是曲率變化率為常數(shù)的曲線297.懸鏈線、修正懸鏈線和準(zhǔn)懸鏈線剖面設(shè)計各種曲線的由來307.懸鏈線、修正懸鏈線和準(zhǔn)懸鏈線剖面設(shè)計懸鏈線軌道懸鏈線微元受力示意xyT+dTTα+dααTT+dTq其中：307.懸鏈線、修正懸鏈線和準(zhǔn)懸鏈線剖面設(shè)計懸鏈線軌道懸鏈線317.懸鏈線、修正懸鏈線和準(zhǔn)懸鏈線剖面設(shè)計懸鏈線軌道一段懸鏈線lbcαbαcα井斜角的計算垂深的計算水平位移的計算317.懸鏈線、修正懸鏈線和準(zhǔn)懸鏈線剖面設(shè)計懸鏈線軌道一段懸327.懸鏈線、修正懸鏈線和準(zhǔn)懸鏈線剖面設(shè)計修正懸鏈線軌道井斜角的計算垂深的計算水平位移的計算327.懸鏈線、修正懸鏈線和準(zhǔn)懸鏈線剖面設(shè)計修正懸鏈線軌道井337.懸鏈線、修正懸鏈線和準(zhǔn)懸鏈線剖面設(shè)計準(zhǔn)懸鏈線軌道井斜角的計算垂深的計算水平位移的計算337.懸鏈線、修正懸鏈線和準(zhǔn)懸鏈線剖面設(shè)計準(zhǔn)懸鏈線軌道井斜347.懸鏈線、修正懸鏈線和準(zhǔn)懸鏈線剖面設(shè)計大位移井剖面優(yōu)化設(shè)計界面347.懸鏈線、修正懸鏈線和準(zhǔn)懸鏈線剖面設(shè)計大位移井剖面優(yōu)化35謝謝各位！

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