這四個公式是最常用的計算公式:
(3)第三種表達形式
(4)曲率半徑法的特殊情況處理
③第三種特殊情況,α1≠α2,且其中之一等於零。此時,按二測點方位角相等來處理,然後代入第二種特殊情況的計算式中。
4.最小曲率法
最小曲率法假設兩測點間的井段是一段平面的圓弧,圓弧在兩端點處與上下二測點處的井眼方向線相切。測段計算如圖9-8。
測段計算公式如下:令fM=(2/γ)×tg(γ/2),fM是個大於1但很接近1的值。在狗腿角γ足夠小的情況下,可近似認為fM=1,這時上述四個計算公式就完全變成平衡正切法的公式了,它是對平衡正切法公式的校正。
ΔS′是切線1M和M2在水平面上的投影之和,即ΔS′=1′M′ M′2′。 ΔS′並不是測段的水平投影長度ΔS。要作出井身垂直剖面圖,需要求出ΔS,而最小曲率法卻求不出ΔS,這是最小曲率法的缺點。為了作出垂直剖面圖,可用下式近似地求出ΔS′:
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第二節 定向井剖面設計
在開鑽前認真進行設計,可以大大節約定向鑽井的成本。影響井眼軌蹟的因素很多,其中一些因素很難進行估算(如在某些地層中的方位漂移情況等)。因此,在同一地區得到的鑽井經驗很重要,這些經驗可以在其他井設計過程中起重要的參考作用。
一.設計資料
要進行一口定向井的軌道設計工作,作業者至少應提供靶點的垂深、水平位移和方位角,或提供井口與靶點的座標位置,通過座標換算,計算出方位角和水平位移。此外,定向井工程師還要收集下列資料:
1.作業區域和地理位置。通過作業區域,通常可以找到該地區已完井的鑽井作業資料(野貓井除外),並對地層情況、方位漂移有一定的了解,根據地理位置,可以計算或查得到地磁偏角。
2.地質設計書和井身結構。了解有關地層壓力、地溫梯度、地層傾角、走向、岩性、斷層,可能遇到的複雜情況,以及油藏工程師的特殊要求等。
3.作業者對造斜點、造斜率、增(降)斜率的要求,以及安全圓柱、最大井斜等井身質量的要求。
4.了解鑽井承包商的情況,如泥漿泵性能,井下鑽具組合各組件的基本情況等。
二.設計原則
1.能實現鑽定向井的目的
定向井設計首先要保證實現鑽井目的,這是定向井設計的基本原則。設計人員應根據不同的鑽探目的對設計井的井身剖麵類型、井身結構、鑽井液類型、完井方法等進行合理設計,以利於安全、優質、快速鑽井。
如救險井的鑽井目的是製服井噴和滅火,保護油、氣資源。因此,救險井的設計應充分體現其目的:一是靶點的層位選擇合理。二是靶區半徑小(小於10米),中靶要求高;三是盡可能選擇簡單的剖麵類型,以減小井眼軌跡控制和施工難度,加快鑽井速度。四是井身結構、井控措施等應滿足要求。
2.盡可能利用方位的自然漂移規律在使用牙輪鑽頭鑽進時,方位角的變化往往有向右增加的趨勢,稱為右手漂移規律。如圖9-9所示,靶點為T,設計方位角為j′。若按j′定向鑽進,則會鑽達T′點,只有按照j角方向鑽進,才會鑽達目標點T。 Δj角稱為提前角,提前角的大小,要根據地區的實鑽資料,統計出方位漂移率來確定,我國海上開發井一般取2∼7度。
目前流行的PDC鑽頭(如RC426型等),對方位右漂具有較好的抑制效果。在地
層傾角小、岩性穩定時,PDC鑽頭具有方位左漂的趨勢,這主要是由於PDC鑽頭的切削方式造成的。因此,要使用PDC鑽頭鑽進的定向井,提前角要適當地小一點。
3.根據油田的構造特徵,有利於提高油氣產量,提高投資效益。
4.有利於安全、優質和快速鑽井,滿足採油和修井的作業要求。
三.剖面設計中應考慮的問題
1.選擇合適的井眼曲率
井眼曲率不宜過小,這是因為井眼曲率限制太小會增加動力鑽具造斜井段、扭方位井段和增(降)斜井段的井眼長度,從而增大了井眼軌跡控制的工作量,影響鑽井速度。
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