计模型来解决
19
4.特定井段有钻入角限制下的轨道优化设计方法
3) 程序界面
20
4.特定井段有钻入角限制下的轨道优化设计方法
3) 程序界面
21
5.考虑方位漂移的轨道优化设计方法
1) 问题的提出
• 在钻井过程中，由于地层特性、钻头类型、钻具组 合等因素的影响，井眼方位会发生自然变化，称之 为“方位漂移”
1) 水平井中靶施工过程
a) 根据新测的井斜、方位数据分析不同钻井方式（滑 动钻进和复合钻进）的工具造斜率；
b) 预测测量另长段的轨迹，得到井底的位置和井斜、 方位；
c) 试凑出一套保证轨迹能进入几何靶框的施工方案； d) 改变造斜率，重复b)和c)，并根据计算结果选出最
优方案； e) 施工到一定长度后得到新的测量数据，重复以上工
2654
140
160
180
200
220
240
260
11
投影位移/(m)
3.多点约束下的轨道优化设计方法
1) 问题的提出
» 多目标井靶区轨道优化设计没有一套成熟的方法， 现在只是能做到“可以设计” 出来，没有考虑优化；
» 复杂情况下的防碰绕障轨道设计； » 在地质导向钻井过程中，随着随钻测井和录井数据
4) 程序界面
10
2.水平井待钻轨道施工方案优选技术
5) 现场应用情况
2634
实测轨迹
江苏油田永7平1
2636
最大造斜率对应的轨迹包络线
最小造斜率对应的轨迹包络线
2638
2640
井 自 测 深 2701m
垂深/(m)
2642
2644
至A靶的实测轨
2646
2648
迹及预测轨迹包
2650
A
2652
络线
K sin 2
a
其中： a Tx / q
30
7.悬链线、修正悬链线和准悬链线剖面设计
2) 悬链线轨道
井斜角的计算
cot

c ot b

l a
垂深的计算 H H b a (cscb csc )
水平位移的计算
31
P

Pb

a

ln

tan( tan( b
1.水平井找油方案优化设计技术
3) 不同找油方案的效果对比
浪费的油层段长 度，m
80
本方案
60
α c=87°
△L1=0
40
α c=87°, △L1=0
20
0
当时预测 的井底井 斜比设计 井斜大。
-6
-4
-2
0
2
4
6
油层垂深误差，m
5
1.水平井找油方案优化设计技术
4) 程序界面
6
2.水平井待钻轨道施工方案优选技术
靶
已测轨道
b) 预测测量另长段的轨 迹范围；
已钻未 测轨道
根据施工方 案预测轨道
9
施工方案拟钻段完成 后设计的中靶轨道
几何靶框
c) 设计下段施工方案并 预测该段完成后的轨 迹范围；
d) 自动分析所有轨道能 否中靶
e) 按设计方案施工完后 得到新的测量数据， 重复以上工作
2.水平井待钻轨道施工方案优选技术
逐点设计法得到 的轨道
3.多点约束下的轨道优化设计方法
4) 算例分析
F
F/2
F/2
FL/2 M(x)
L
设计方法 待钻 轨道指标
逐点待钻 设计法
弹性杆挠曲线法 曲线投影法 三维动坐标法
井眼长度（m）
962.63
最大曲率
（°/30m）
8.0
最大曲率变化率 不同井段间曲
（°/900m2）
率存在突变
15
957.46 5.27 1.178
水平井、大位移井轨道 优化设计方法
黄根炉
中国石油大学（华东）石油工程学院
2006年8月28日
1
主要内容
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
2
水平井找油方案优化设计方法 水平井待钻轨道施工方案优选方法 多点约束下的轨道优化设计方法 特定井段有钻入角限制下的轨道优化设计方法 考虑方位漂移的轨道优化设计方法 恒工具面角曲线轨道设计方法 悬链线、修正悬链线及准悬链线剖面设计方法
• 由于方位漂移的存在，使得钻进过程中经常需要进 行扭方位，降低了钻井时效
• 在轨道设计时就考虑方位漂移的影响是一种较为有 效的方法，但问题是轨道的组成和形状千变万化， 很难找到有效的解决方法。
22
5.考虑方位漂移的轨道优化设计方法
2) 解决方法
• 假设通过一定的途径可以找
到这样一个特殊点c，以c点
13
3.多点约束下的轨道优化设计方法
3) 算例
14
H
2350
2400
2450
2500
2550
2600900 1050 1200 E(+)/W1(3-5)01500 1650 1800
1500 1350 1200 750 900 10N5(0+)/S(-)
三维动坐标法求 得的弹性杆曲线 轨道
曲线投影法求得 的弹性杆曲线轨 道
N
为目标进行轨道设计（包括
待钻轨道），对设计好的轨
道考虑方位漂移影响后正好
可以通过目标点t，这样就可
以实现考虑方位漂移情况下
E
的轨道设计。
23
5.考虑方位漂移的轨道优化设计方法
2) 解决方法
N
E
24
6.恒工具角曲线轨道设计方法
1) 问题的提出
• 在井眼轨道设计过程中，用到的绝大部分曲线为直 线、斜面圆弧线、圆柱螺线、自然曲线（井斜变化 率和方位变化率均为固定常数）等

K cos d
27
E j
Eb

js
b
in

s
in

b


tan

ln

tan( tan(b
/ 2) / 2)

K cos d
6.恒工具角曲线轨道设计方法
4) 恒工具面角曲线轨道设计方法
• 按照轨道自由度和轨道约束方程数相等的原则分析 并确定轨道的组成段数，并得到轨道设计方程组
• 如何又快又好解决 此种情况下的轨道 优化设计问题？
18
4.特定井段有钻入角限制下的轨道优化设计方法
2) 设计模型
• 解决思路：采用LandMark轨
道设计软件自由连接设计思想，
Ha
根据靶点处是否有井眼方向要
Ht
求、靶点处井斜角与钻入角的
关系、复杂井段相对靶点的垂
直距离等将某点至靶点的轨道
St
设计问题概括为6个待钻轨道设
的丰富，可能会发现实际的含油油藏形状与设计不 同，如何调整靶区轨道来适应地质目标的改变？ » 可以通过多点约束下的轨道优化设计来实现
12
3.多点约束下的轨道优化设计方法
2) 设主计要方特法—点—：弹性杆挠曲线法 » 设想存在一个光滑弹性直杆，让该弹性杆在约束点 摩阻扭矩小； 上被光滑可旋转滑套限制，按能量最低原理，该弹 性杆必然以变形弹性能最小的方式形成一条空间弹 性束设杆下挠的计曲轨自线道，。由计算、出灵挠曲活线形。状就可以得到多点约
• 准悬链线是曲率变化率为常数的曲线
29
7.悬链线、修正悬链线和准悬链线剖面设计
2) 悬链线轨道
X 0
y
2T
T
T sin (T dT) sin( d)
α
T+dT
2
α+dα
+
d
Y 0
q
T
x
悬链线微元受力示意
T cos (T dT) cos( d) q dl
自然参数曲线： K、K 恒定
圆柱螺线： K KH , K K A sin
26
6.恒工具角曲线轨道设计方法
3) 恒工具面角曲线的轨道参数计算公式
L j Lb Lj
j b K cos Lj
j
b

tan ln
tan( j tan(b
/ 2) / 2)

b l
αb
α
c
αc
一段悬链线
7.悬链线、修正悬链线和准悬链线剖面设计
3) 修正悬链线轨道
sin 2
K a
K sin
a
l
井斜角的计算 tan( / 2) e a tan(b / 2)
垂深的计算
H

Hb

a

ln

sin s in b

957.76 4.96 1.127
3.多点约束下的轨道优化设计方法
5) 程序界面
16
4.特定井段有钻入角限制下的轨道优化设计方法
1) 问题的提出
17
4.特定井段有钻入角限制下的轨道优化设计方法
1) 问题的提出
• 由于没有现成的软 件可用，利用现有 的LandMark软件 只能采用试凑的方 法来实现
8
主要优点：
12. .只水需平预测井造待斜率钻的轨范围道，施更容工易方做到案优选技术
2. 给出下一部施工方案后就可以自动分析
3) 不考同虑造造斜率斜对率应不轨确道定能否性中的靶待，钻计轨算效道施工方案优选
率方更法高
3. 将下一部施工方案完成后的井底作为中a)
根据新测的井斜、方 位数据分析不同钻井
பைடு நூலகம்
靶分析的起点，可以最大限度地保证中 方式的造斜率范围；