“井工厂”水平井组勺形井眼轨道设计方法研究

“井工厂”水平井作业模式已成为经济有效开发非常规油气藏的关键技术,但是由于该作业模式作业井眼相对密集,为解决井眼相碰和减小死油区面积问题,开展了水平井组的勺形井眼轨道剖面优化设计方法研究。在进行井眼轨道优化时,先对井场采用交错式布井方式,对各水平井的靶前距和造斜点位置进行组合优化设计,确保靶区位置能够控制全区面积,从而构建最佳水平井组勺形井眼轨道剖面。现场应用实例表明,勺形水平井较常规水平井起下钻柱和下套管摩阻虽然略有增加,但不会影响正常钻完井作业。对比常规井眼轨道与勺形井眼轨道的“井工厂”水平井组,在相同造斜率下,勺形井眼能够将靶前位移缩减到0m,有效地减小了死油区面积,并且可以更加有效地规避井眼相碰风险,在开发致密油时,能够提高经济效益。

七段式三维水平井井眼轨道设计方法

国内页岩油气储层埋深较大,传统的五段式三维水平井轨道难以满足优快钻井需求。鉴于此,提出了“垂直段−增斜段−稳斜段−扭方位段−稳斜段−增斜段−水平段”七段式三维水平井轨道,给出了与之对应的基本方程组(三元非线性方程组),将上述七段式三维轨道拆分至2个铅垂面和1个斜平面上,建立了与之等效的3个二元非线性方程组,降低了求解难度。实例分析表明,储层埋深较大的丛式三维水平井采用七段式轨道能够显著缩短三维扭方位段长,有助于降低井眼轨迹控制难度并提高钻井速度。该研究成果能够为丛式三维水平井轨道设计提供技术支持。

侧钻水平井三维井眼轨迹设计新方法

针对二维剖面的井眼轨迹被限制在垂直平面内,未考虑方位变化,难以解决侧钻水平井施工作业中所碰到的三维空间问题。基于三维轨迹设计条件分析计算,提出了一种新的侧钻水平井三维井眼轨迹设计新方法。研究表明:针对侧钻水平井侧钻点与目标靶区空间几何关系,提出符号距离概念,并在此基础上重点研究了靶前三维轨迹设计模型与计算方法。对初始扭方位井段提出了完整的三维设计判断准则,给出单、双斜面两种扭方位设计模型,这两种模型可广泛应用于斜向器开窗侧钻井、分支井三维轨迹设计。基于单斜面顺算和双斜面倒算完成三维轨迹设计和程序设计。侧钻水平井三维井眼轨迹设计新方法设计出来的井眼轨迹在技术上可行、成本上最优,为侧钻水平井井眼轨迹控制提供了重要依据。该研究成果不仅对侧钻水平井轨迹控制具有重要的理论意义,而且对油气田开发具有十分重要的实践意义,可广泛应用于定向井、水平井及侧钻定向井、水平井设计计算,还可应用于侧钻分支井。

泾河油田三维水平井井眼轨迹优化设计及应用

在规模化开发过程中,泾河油田面临井场确定困难、剩余油挖潜难度大等难题。基于泾河油田储层地质特点,应用理论计算、数值模拟等方法优化水平井三维井眼轨迹参数;轨迹剖面采用六段制、造斜率(4°~6°)/30 m、靶前距和偏移距相互匹配且不大于600 m。JH17P25井三维轨迹设计及实施结果表明,三维水平井有利于解决泾河油田开发中遇到的难题,满足摩阻和扭矩限制要求,完井管柱可安全下入,实钻轨迹及钻井指标符合设计要求。

水平井待钻井眼轨迹最优化设计方法研究

现有待钻井眼轨迹设计的方法很多 ,涉及到二维方法和三维方法 ,但它们有一个共同的缺点 ,即设计出来的井眼轨迹不能确信为一条最优的待钻轨迹或可行的最优待钻轨迹。为此 ,开展了本文的研究工作。本文将非线性不等式约束下的非线性数学规划理论引入到水平井待钻井眼轨迹设计中 ,提出了水平井待钻井眼轨迹的最优化设计方法。此方法不仅能够满足现场施工条件的限制和待钻井眼轨迹设计的要求 ,而且能够确保得到的待钻井眼轨迹为一条最光滑的、最短的、可行的最优待钻井眼轨迹。文章最后的实例计算表明 ,本文提出的水平井待钻井眼轨迹最优化设计方法是正确的。

三维水平井井眼轨迹设计最优控制模型及算法

针对三维水平井井眼轨迹优化设计问题 ,首次建立了以非线性状态方程为主要约束条件的目标控制模型 .依该模型的特点 ,构造了改进的 Hooke-Jeeves优化算法 .为获得全局最优解 ,采用均匀设计方法选取初始点 .计算结果证明了模型、算法及研制软件的正确性与有效性 .而且具有计算时间短 。

渤海油田三维水平井井眼轨道优化设计

井眼轨道设计是水平井钻井的首要环节,目前国内外的众多学者对井眼轨道优化进行了大量研究,但目前还没有一种对于"直—增—稳—边增边扭—水平段"型水平井的优化设计方法。假设井眼轨道是由空间直线或圆弧连接而成,因而将井眼轨道优化的问题转化为空间几何问题,应用非线性不等式与等式约束从而建立优化模型。将建立的模型在Matlab中进行编程,并引用工具箱中的fmincon函数进行求解。通过此程序对渤海油田的水平井进行了优化分析。结果表明,可以有效减小井眼轨道的长度,能够有效降低钻井周期,降低钻井成本,且能够满足工程要求,并论证了在渤海油田有较好的适用性。同时运用优化的各项设计参数可有效地指导井眼轨道的设计,对其它油田相同类型的水平设计及优化具有较大的借鉴意义。

延安气田延113-133区块三维水平井井眼轨迹设计技术与应用

分析了延安气田延113-133区块地层、井身结构、开发方案等约束条件,对比了当前国内三维水平井轨迹设计的一些理论与实践经验,通过引入了虚拟靶点辅助设计,在应用行业标准的轨迹计算方法最小曲率法的基础上,改进了传统的“直-增-稳-增扭-平”五段式三维水平井轨迹设计模型,避免了三维水平井轨迹设计中增斜扭方位至A点,实现了三维水平井增斜扭方位,平面圆弧着陆。减少了滑动比例,提高了钻井效率,降低了因为地质不确定性而着陆失败的风险。

涪陵页岩气田三维水平井轨道优化设计方法探讨

为了降低涪陵页岩气田三维水平井的施工难度,保障三维水平井安全高效钻进,提出了三维水平井轨道为"直井段—增斜段—稳斜段—稳斜扭方位段—稳斜段—增斜段—水平段"七段式的优化设计方法。首先根据井眼轨道的水平投影和垂直剖面建立轨道设计模型,再预设稳斜角和造斜方位角求解轨道设计模型,最后以轨道总长度最短为目标优选轨道。该方法将常规三维五段式轨道中增斜扭方位的第二个圆弧井段分为稳斜扭方位井段与铅垂面上的增斜井段进行设计,即先扭方位对准靶点方位再增斜中靶,以避免在极为关键的中靶阶段同时进行增斜与扭方位作业,降低中靶难度。采用该方法对已完钻井焦页14-3HF井重新进行轨道设计,并将设计结果与原设计轨道及实钻轨迹进行了对比,发现新设计的轨道与实钻轨迹更贴近,该井实钻时为降低施工难度就是先扭方位对准靶点方位再增斜中靶的,这表明该三维水平井轨道优化设计方法更适用于涪陵页岩气田三维水平井的轨道设计与现场施工。

阶梯水平井轨迹优化设计

阶梯水平井轨迹优化以设计井深或者摩阻为目标函数,这些都是基于纯技术层面上的,对经济和钻井安全考虑较少。根据其特点,提出了阶梯水平井井眼轨迹的最优化设计方法,以安全、有用和费用最低为井眼轨迹的设计原则,根据阶梯水平井井眼轨迹的设计原理,应用数学优化理论,建立了追求费用最低的最优井身轨迹的目标函数,这是一个非线性有约束的目标函数,利用外罚函数法可以对其求解,进而求得最优井身轨迹。现场试验表明,提出的阶梯水平井井眼轨迹最优化设计方法是正确的、可靠的,可以满足现场要求。

侧钻水平井轨道三维优化设计模型及应用

对目前几种轨道设计方法进行了讨论。结合侧钻水平井轨道控制技术的特点 ,依据数学优化理论 ,建立了侧钻水平井轨道三维优化设计的数学模型。该模型以最短曲线段长度为目标函数 ,定量地考虑了影响轨道设计与控制的主要因素。理论分析与 10多口井的验证表明 ,与常规轨道设计方法相比 ,该模型真实地反映了侧钻水平井轨道控制的规律 ,提高了轨道设计的科学性 ,避免了重复调整设计的缺点 ,极大地简化了轨道三维设计的过程。另外 ,该模型具有中靶精度可调。

连通水平井工程设计与井眼轨迹控制技术

为了提高地下矿层的采收率,江苏芒硝矿开采应用了连通水平井技术,即钻一口水平井与另一口生产井(一般为直井)连通,使整个水平段在矿层底部穿过,将套管下至矿层顶部有效的位置,从而实现一口井注水,另一口井生产矿层溶解液。这种开采方式不用下中心管,大大提高了地下矿层的溶解度,可以连续生产,提高了综合经济效益。在分析连通水平井钻井技术难点的基础上,详细介绍了连通水平井工程设计和井眼轨迹控制技术,并给出了判断井眼连通的几种地面显示。

哈拉哈塘超深水平井井眼轨道优化设计

哈拉哈塘区块已钻水平井井眼轨道设计虽可以满足施工的需要,但设计的造斜率偏小,定向施工时间较长,导致定向仪器和造斜工具在井底时间长,增加了仪器和工具高温下失效的风险。从造斜率优化的角度出发,分析计算了不同套管可以通过的最大井眼曲率和工具的造斜能力,结合钻井现场造斜工具的实际造斜情况,选择哈拉哈塘区块水平井双增轨道中第一造斜段的造斜率为7°/30m,第二造斜段的造斜率为10°/30m。然后运用Landmark软件计算分析了以下内容:所选造斜率的轨道,垂深变化对造斜率带来的影响是否影响螺杆钻具的选择,造斜率增大情况下管柱能否安全下入井底,摩阻的变化情况。计算结果显示,采用大造斜率设计是可靠的。现场应用表明,优化后的水平井井眼轨道设计更利于控制井眼轨迹,同时缩短了定向施工时间。

多分支三维水平井轨迹设计

针对分支井的三维轨迹特性,采用空间解析几何的方法建立了三维空间斜平面内水平井轨迹设计计算模型,根据推导出的轨迹设计模型编制了轨迹设计软件,该软件可以计算出轨迹设计的分段数据。经过测试,该轨迹设计软件计算出了预期的数据,这些结果为可视化三维轨迹设计提供了数据支持。同时该研究成果也可广泛应用于分支井、定向井、水平井、以及大位移井的设计计算。

水平井造斜段待钻井眼轨迹设计及应用

在水平井钻井中，进行水平井造斜段实钻井眼轨迹中靶情况判别和待钻井眼轨迹的设计是非常复杂而又至关重要的问题，它们相互影响，并直接关系着水平井钻井的成败。文中揭示了实钻井眼轨迹和待钻井眼轨迹间的相互关系。首先通过实钻井眼轨迹数据和井下钻具的造斜能力来判别实钻井眼轨迹与原设计井眼轨迹的偏离情况，然后根据偏离的情况来修正待钻井段的井眼轨迹设计，并对待钻井段造斜钻具组合进行判别：当未发生偏离时，不改变原钻具组合，继续钻进；当实钻井眼与原设计轨迹发生偏离时，利用实钻中正在使用的造斜钻具另加一套稳斜钻具可准确钻达水平段的入靶点。这样可充分保证在钻达水平段入靶点时的垂深、水平位移都能达到原设计要求，为水平段在产层内准确钻进打下良好的基础。

煤层气多分支水平井井眼轨道优化设计模型

煤储层具有低压﹑低渗特征,致使煤层气开发困难,单井产量低;而多分支水平井能显著增加井筒与煤层的接触面积,提高单井产量,缩短经济回收期。为此,提出了煤层气多分支水平井井眼轨道优化设计准则和主水平井方位的选择方法,建立了煤层侧钻水平井井眼轨道优化设计模型,并将该模型用于鄂尔多斯盆地2号和10号煤层的煤层气多分支水平井井眼轨道优化设计。结果表明,该模型实现了以较短的井眼轨道进入目标靶点,保证了分支井眼的平滑度,对煤层气钻井设计具有重要的指导意义。

基于地应力特征的水平井井眼轨迹与分段压裂优化技术——以塔里木盆地塔中地区碳酸盐岩储集层为例

以往的碳酸盐岩储集层水平井井眼轨迹和分段压裂优化,缺少地应力综合分析依据,无法预测储集层改造的难易程度和井周有利裂缝的沟通状况。以储集层地应力特征为基础,建立了基于波阻抗反演数据体的储集层三维地应力模型,它兼顾了裂缝带的钻遇率、井壁稳定和后期储集层改造等水平井井眼轨迹和分段压裂优化技术。此技术适用于塔里木盆地塔中地区碳酸盐岩非均质性储集层,为其水平井井眼轨迹设计和分段压裂改造提供依据。

基于多目标约束三维水平井轨道优化设计研究

三维水平井轨道设计由于轨道剖面复杂,利用常规设计方法难以在满足工程约束下实现轨道精确入靶,增加了设计难度。针对这一难题,提出了满足一定入靶精度的“直-增-稳-增扭-稳-水平段”五段制井眼轨道优化设计方法,以入靶精度和最短井深作为双优化目标,以造斜段造斜率和扭方位段全角变化率作为约束条件,建立了多目标约束的三维水平井轨道优化设计模型,并采用宽容分层法对模型进行求解。通过实例验证,结果表明提出的模型不仅满足设计井深最短,而且保证了入靶前扭方位段狗腿度较小,实现了三维水平井井眼轨道优化设计,降低了作业难度。

径向水平井转向器轨迹优化设计

为了降低径向水平井转向器对柔性钻柱的阻力 ,对转向器的轨迹参数进行了优化设计。根据经验公式 ,建立了转向器轨迹参数优化设计的数学模型 ,并采用内点惩罚函数法处理和运算 ,得出转向器轨迹最优设计参数 :α =2 5 5° ,R =349 9mm ,δ =- 1 4mm ,对应转向器最小阻力Fz=6 1975kN。考虑到摩擦阻力的存在 ,对阻力公式进行了修正 ,修正系数kz 取 1 5～ 1 8,从而预测出优化后的转向器实际阻力Fsz在 9 2 96 3～ 11 15 5

采用蚁群算法优化设计径向水平井转向器轨迹

径向水平钻井技术主要包括油气层套管段铣技术、井下大直径扩孔技术、完井技术和水力喷射钻井技术,前三项技术已日趋完善,而喷射技术因为在水平井段较短,达不到预期的深度。为有效地降低转向器对钻柱的阻力,对转向器阻力进行了受力分析,并以钻柱通过转向器发生弯曲变形时,对转向器产生的轴向反作用力为目标函数,在满足转筒与垂直方向的夹角、转向器轨迹最小弯曲半径、矫直转筒对钻柱的矫直偏量等设计变量最佳的条件下,采用蚁群算法对径向水平井转向器轨迹进行了优化设计。仿真结果表明,转向器对钻柱的阻力达到最小,与原设计值相比,转向器阻力减小了46.98%。同遗传算法仿真结果比较,转向器阻力减小了3.17%,蚁群算法仿真结果比遗传算法仿真结果好,符合实际情况。