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水平井剖面设计(第二章)

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第二章水平井剖面设计

第一节水平井剖面的设计内容

1、水平井剖面设计原则

水平井剖面的设计一般依据下面的几点：

根据地质提供的入靶点止靶点三维坐标数据，计算水平段长，水平段稳斜角及设计方位角；

确定剖面类型，考虑是否需要第一稳斜段，并考虑第一次增斜角的范围；

确定水平井钻井方法及造斜率，选择合适的靶前位移；

初步计算井身剖面分段数据，根据水平井剖面设计中可供选择的五个基本参数(即造斜点，第一稳斜角，第一稳斜段长度及第二造斜率)，选择其中的任意三个，求出其它两个参数后，再进行井身剖面分段数据计算；

对初选剖面进行摩阻、扭矩计算分析，通过调整设计的基本参数，选取摩阻及扭矩最小的剖面；

根据初定剖面的靶前位移及设计方位角，计算出井口坐标，并到施工现场落实井位；

复测井口坐标，对设计方位角及剖面数据进行微调，完成剖面设计。

2、水平井剖面设计的原理和方法

2.1水平段的数据计算

假设水平段入靶点为A点，止靶点为B点，X为南北坐标（纵标)，Y为东西坐标（横标）,A点垂深为Ha,B点垂深为Hb(以转盘面为基准),地质提供的三维坐标可表示为A点坐标（Xa,Yb,Ha）,B点坐标(Xb,Yb,Hb)

水平段垂深()的计算

=Hb一Ha

若0,说明水平段井斜角。油藏程—完井方法

若=0,说明水平段井斜角。井身结构—井笛剖面—钻具组合

若0,说明水平段井斜角。地面情况（钻机）

水平段平增(〉的计算

水平段井斜角的计算

水平段长的计算

设计方位角的计算

2.2增斜段的考虑因素、设计方法、数据计算

增斜率的确定，首先应根据油藏特性及工程地质条件，确定水平井的类型，通常选长半径水平井,造斜率应小于6°/300m；若选中半径水平井，选斜率应大于6°/300m；其次，造斜率的大小要考虑现有造斜工具的能力，并留有适当的余地以便进行调节；第三，造斜率的大小应考虑地面因素的影响，当地面条件决定了靶前位移较大时，则选用较低的造斜率，相反，则选用较高的造斜率；第四,在没有其它条件限制时，在现有工具造斜率的范围内，尽可能选用较高的造斜率，根据水平井摩阻与扭矩分析计算，在长、中半径水平井中，造斜率越高则摩阻及扭矩越小。

2.3稳斜段设计方法,考虑因素及数据计算

设计稳斜段的目的

设计稳斜段的目的，首先是在现有工具造斜率不稳定的情况下，设计稳斜段以便用来调节井眼轨迹，若施工中第一造斜段造斜率大于设计造斜率，则可通过适当延长稳斜段来解决，反之，若第一增斜段造斜率小于设计造斜率，则可通过适当缩短稳斜段，增加第一增斜段长度，稳斜段存在也能比较灵活的调整进入靶点的垂深及水平位移，同时为调整井斜角及方位角提供井段，实现水平井的矢量入靶，其次是在有明显标准层的情况下，尤其对于中半径水平探井设计稳斜段以便有转盘钻钻进，探明标准层的位置，调节入靶垂深，在次，在复杂地层设计稳斜段，包括易发生事故或可钻性较差，机械钻速比较慢的地层，用转盘钻钻过这段复杂地层减少井下复杂事故发生，为提高钻井(速度，缩短钻井周期，一般将转盘钻按排在这一段，

变曲率一斜直剖面

变曲率一斜直造斜曲线的设计是为了进一步控制目标的垂直深度。变曲率一斜直造斜曲线的设计方法是用上部造斜井段确定的马达造斜钻具组合的实际造斜能力，但是并不根据这一造斜率，而是利用比实际造斜率要低的预计造斜率来选择下部造斜井段的造斜点。

这种设计最适用于以构造位置为目标的水平井。尤其是构造位置是靠地层的顶层来确定，而这个顶层是在下部造斜曲率井段内，这类水平井采用这种方法设计是最有用。

理想造斜曲率剖面设计

理想造斜曲率剖面就是没有斜直井段的弯曲率造斜剖面。钻这种剖面的水平井，可以使用单斜式的造斜马达，除非由于钻头寿命的限制。这种设计虽然费用最低，但它要求单斜式造斜马达的的性能变化范围要小于下部造斜曲率井段所固有的变化。这种方法也许是将来采用的或者可以作为在该地区的第三口水平井所使用的设计。

第三节水平井双增形轨道设计

水平井双增形轨道设计是中、长半径水平井最常用的设计轨道。卡尔森等人提出了设计双增轨道的平行切线法。本文在肯定卡文的思路和方法的同时,指出卡文中计算切线段井斜角的公式的错误，并给出了正确的计算公式。同时还进一步指出了平行切线法的不足之处,从而提出了设计双增轨道的最优进入法，可使进入点与窗口中心重合，同时给出了计算公式和算例。

水平井轨道的基本形状有两类,一类是单增轨道，由“直-增一平”三段组成，增斜段有圆弧形（恒曲率)的，也有悬链线等（变曲率)形状的。另一类是双增轨道，由“直一增一稳一增一平”五段组成，两次增斜段都