水平井軌道控制方案設(shè)計(第五章)

1、第五章 軌道控制方案設(shè)計 在水平井實際鉆井實踐過程，油中深度的誤差是難免的，它是影響軌道施工方案設(shè)計的重要因素之一，油中深度的不確定性將直接影響著軌道控制方案的選擇問題。目前常用的減少油中深度的不確定性的方法是通過標(biāo)準(zhǔn)層的對比來實現(xiàn)的。另從施工本身而言，還存在著工具本身的實際造斜率與設(shè)計造斜率之間的偏差，這種偏差也是難免的，每種工具在不同地層，不同的鉆井條件下，其造斜率總會表現(xiàn)出一定的差異，顯然，偏差范圍越小，控制精度越高，對軌道的控制越有利。這種偏差也是影響軌道控制方案設(shè)計的重要因素之一?？紤]施工中影響軌道控制方案的因素，設(shè)計出適當(dāng)?shù)能壍揽刂品桨?，以適應(yīng)這些因素在實鉆中對軌道控制的影響，爭取

2、主動，是水平井尤其是薄油層水平井井眼軌道控制工藝的重要內(nèi)容之一。本文總結(jié)出三種目前普遍采用的控制方案的設(shè)計方法。王平1井的軌道控制實踐充分說明了該方法在薄油層中半徑水平井著陸控制方案設(shè)計上具有普遍意義。第一節(jié) 單元弧法 該法是一單元弧造斜段從著陸控制過程的起始點直接鉆至靶區(qū)著陸點的方法。適用于油層厚度大，靶窗高度大，且油中的深度相對確定的情況。這樣，僅需考慮工具的造斜的誤差，以選擇合適的造斜率和井斜角。另一方面，為保證工具的造斜率存在誤差的情況下亦能順利中靶著陸，則必須要求以所選工具造斜率的上限造斜時不高出靶窗上方，而以其造斜率的下限造斜時不低于靶窗下方。如圖1所示。 設(shè)C點為著陸控制段始點，

3、即當(dāng)前井底位置，L為著陸點，T為設(shè)計靶點，IL為著陸點井斜，C點與T點的垂直深度差為H，水平位移差為S，設(shè)計的靶窗高度2h。單元弧法就是從C點設(shè)計一圓弧段，與靶中心線相切，設(shè)切點為L。這樣便能保證單圓弧著陸。但由于C點的位置及井斜IC與T點位置及井斜IL等條件的限制，實際著陸點L與T點不一定重合，這樣就必會出現(xiàn)一段距離，即著陸平差。平差的大小在某種程度上也反映了軌道控制的準(zhǔn)確程度。上圖中設(shè)圓弧段造斜率為B°/30m。靶區(qū)上限及下限著陸的造斜率分別為Bmax°/30m和Bmin°/30m。則有： （1） （2） （3） （4） 當(dāng)設(shè)計靶區(qū)水平段井斜IL=90

4、6;時，H=H，此時式(2)、(3)、(4)變?yōu)椋?（5） （6） （7） 通過上述計算可知，應(yīng)選擇造斜率為B°/30m的工具從C點開始造斜著陸進(jìn)靶，且該工具的最大造斜率不應(yīng)超出Bmax°/30m，也不應(yīng)低于Bmin°/30m，設(shè)實鉆中工具的造斜率B。則最終著陸點與設(shè)計著陸靶點T的平差為： （8） 當(dāng)0，表示實際著陸點的水平位移小于設(shè)計著陸點的位移，即提前著陸，當(dāng)0時表示實際著陸點的水平位移大于設(shè)計著陸點的水平位移，即延遲著陸。 單元弧法設(shè)計中的另一種情況是已知著陸段所用的工具的造斜率為B°/30m，其上下限造斜率分別為Bmax°/30m及Bm

5、in°/30m，選擇合適著陸段初始井斜角IC的問題，如上圖所示，為使該工具能順利陸著進(jìn)靶，則必須滿足： 故著陸始點理想的井斜角應(yīng)不小于： （9） 否則用該工具造斜將可能出靶。第二節(jié) 應(yīng)變法 該法指在著陸控制中，為適應(yīng)實鉆過程中可能出現(xiàn)的各種誤差而在兩段增斜段中設(shè)置一穩(wěn)斜調(diào)整段的方法。設(shè)置調(diào)整段的目的，一方面是為了適應(yīng)在實驗中油中深度發(fā)生變化時，改變調(diào)整方案而不致于使軌道控制處于被動地位，另一方面可通過調(diào)整段補(bǔ)償前段造斜時工具造斜率的誤差所造成的軌道偏差，以使在最終著陸時，進(jìn)靶能夠更加準(zhǔn)確、順利。這是一種“以不變應(yīng)萬變”的設(shè)計方法，見圖2。 應(yīng)變段井斜的設(shè)計滿足當(dāng)以穩(wěn)斜時，在鉆遇并探測

6、到真正的油頂之后，有足夠余地留待在軌道著陸控制段控制時，先以造斜率B1°/30m從當(dāng)前井底位置C點開始增斜到E點，即從井斜增至，進(jìn)入應(yīng)變段之后一直穩(wěn)斜，配合地質(zhì)及油層隨鉆參數(shù)顯示，直至探到油頂位置，確定出確切油中深度之后，最后以設(shè)計的造斜率B2°/30m增斜著陸進(jìn)靶窗。該設(shè)計方法中，有三個參數(shù)需要確定：應(yīng)變段的井斜；應(yīng)變段的長度；第一增斜段增斜率B1°/30m。1、應(yīng)變井斜的計算應(yīng)變井斜的設(shè)計應(yīng)滿足當(dāng)以穩(wěn)斜時在鉆遇并探測到真正的油頂之后，有足夠的余地留待造斜率為B2°/30m的工具著陸進(jìn)靶而不致于錯過靶窗，設(shè)油層靶中深度離油頂以下距離d米，為鉆具組合中地

7、質(zhì)參數(shù)儀器（如隨鉆參數(shù)探測儀）離鉆頭的最大距離，如圖3所示，則應(yīng)滿足： 解上方程可得： 上式求出的角還應(yīng)根據(jù)B2造斜率在實際應(yīng)用時變化值的上、下限以及靶窗高度依式（9）進(jìn)行校核，取二者中的大者做為應(yīng)變段井斜角。2、應(yīng)變段長度及造斜率B1的確定。 如圖所示，由于已求出，F(xiàn)點的相對位置便可確定。 式中：HF：F點相對于C點的垂差。 ：F點相對于C點的水平距離。 為計算方便，在圖中過F點作靶中心線的平行線KF交過C點的垂線于K點，CK的距離為H。則有： 從而可得穩(wěn)斜段長Ly與B1的關(guān)系：解上式得： (10)此時平增大小為： (11) 從式(10)及(11)可知，減少時，也隨之減少，此時造斜段和水平段

8、的位移減少，當(dāng)減為0時，即為單圓弧，此時水平位移最短。如圖4所示：(應(yīng)變段末端必須落在KF線上)。 顯然，越長，越大，水平位移越遠(yuǎn)，可能造成的平差越大，為此，在設(shè)計時應(yīng)選擇合適的，不但要吸收誤差，而且具有足夠的長度使軌道穿過油頂，故應(yīng)根據(jù)油頂實際可能存在的大小E來設(shè)計穩(wěn)斜段長，不但要吸收誤差，而且具有足夠的長度使軌道穿過油頂，故應(yīng)根據(jù)油頂實際可能存在的誤差大小E來設(shè)計穩(wěn)斜段長，從而最終確定。由圖知穩(wěn)斜段長度至少應(yīng)為： (12) 可將式(12)代入式(10)求得第一造斜段造斜率B1°/30m。 從上面的設(shè)計可以看出，當(dāng)用(12)式求得的及式(10)求得的進(jìn)行計算水平位移時，如果此時的水

9、平位移比原設(shè)計的水平位移小時，可以適當(dāng)增加的長度，增加第一段造斜率，縮短平差，從而達(dá)到調(diào)整的目的。第三節(jié) 導(dǎo)眼法 所謂導(dǎo)眼法即在水平井著陸控制之前，先以一定的井斜直接穩(wěn)斜鉆入油層，探得油頂及油中深度之后，回填到一定深度后以單元弧方式直接進(jìn)行著陸。采用這種方法，主要地對油層的確切深度把握不準(zhǔn)，且在油層上部無合適的標(biāo)準(zhǔn)層可做參考，這樣為確保水平井鉆井目的，該法不失為行之有效的最直接的方法。 當(dāng)決定要用導(dǎo)眼法且工程上可行時，在軌道控制方面，需要解決的問題是：l 導(dǎo)眼段的井斜；l 回填的井段長度。 由于該法與單圓弧法基本類似，在確定了造斜工具的造斜率B及其上、下限變化范圍之后,根據(jù)所設(shè)計的靶區(qū)高度，可按式(9)直接求得，如圖所示。式中，：水平段設(shè)計井斜； h:靶窗單邊高度(靶窗總高為2h) 。如圖5所示，設(shè)C點為回填到的井底那一點，作靶中心線的延長線交過C點的垂線于K點。則有：即在導(dǎo)眼段鉆遇油中后，回填米，便能保證在回填后，以單圓弧造斜，順利著陸進(jìn)靶。結(jié)論： （1）在中半徑水平井著陸控制中，除了要有一套靈活、多