一種水平井的中長(zhǎng)半徑軌道的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型涉及一種水平井的中長(zhǎng)半徑軌道，靶前距<86m，自井口向下依次包括第一部分反向造斜軌道、第二部分增斜著陸軌道和第三部分水平段軌道；反向造斜軌道包括自上而下依次相切的直井段、反向增斜圓弧段、反向造斜軌道穩(wěn)斜直線段和降斜圓弧段；增斜著陸軌道包括自上而下依次相切且井斜角依次增大的第一增斜圓弧段、增斜著陸軌道穩(wěn)斜直線段和第二增斜圓弧段，第一增斜圓弧段的上端起點(diǎn)為軌道中點(diǎn)；水平段軌道沿第一靶點(diǎn)與第二靶點(diǎn)之間的連線延伸，各圓弧段的半徑取值范圍均為191m~286.5m。該水平井的中長(zhǎng)半徑軌道，通過(guò)反向造斜增大靶前位移可以解決復(fù)雜地面條件與水平井井位優(yōu)選之間的矛盾。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種水平井的中長(zhǎng)半徑軌道，特別涉及一種水平井的中長(zhǎng)半徑軌 道，屬于石油鉆井【技術(shù)領(lǐng)域】。 一種水平井的中長(zhǎng)半徑軌道

【背景技術(shù)】
[0002] 在石油鉆井領(lǐng)域，水平井是近年來(lái)發(fā)展最快、推廣應(yīng)用最廣的一項(xiàng)鉆井技術(shù)，具有 大幅度提高油氣采收率、加快資金回收、降低成本等技術(shù)優(yōu)勢(shì)。水平井按井眼軌道曲率半徑 的大小分為五種類(lèi)型。①長(zhǎng)半徑水平井，曲率半徑R > 286. 5m，造斜率K < 20° /100m ;② 中長(zhǎng)半徑水平井，曲率半徑R = 286. 5m?86m，造斜率K = (20°?67° )/100m;③中短半 徑水平井，曲率半徑R = 86m?28. 65m，K= (67°?200° )/100m;④短半徑水平井，曲率 半徑R = 28. 65m?5. 73m，造斜率K= (200。?1000。）/100m;⑤超短半徑水平井，曲率 半徑R= lm?4m。在水平井施工中，井眼軌道的確定是非常重要的一環(huán)，軌道優(yōu)化有利于 減輕施工難度，提高施工速度；反之，則增加施工難度。
[0003] 目前常規(guī)Φ216井眼在中長(zhǎng)半徑水平井技術(shù)方面，已經(jīng)積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，各個(gè) 油田的中長(zhǎng)半徑水平井技術(shù)都已經(jīng)成熟，特別是曲率半徑為286. 5?191米(造斜率20? 30度/100米）的中長(zhǎng)半徑水平井技術(shù)采用最多，相關(guān)工具及技術(shù)最成熟。相較之下，中短 半徑水平井存在以下弊端：（1)若采用中短半徑剖面施工，由于造斜率比常規(guī)的中長(zhǎng)半徑 水平井要高，造斜工具的結(jié)構(gòu)彎角必然較大，存在造斜鉆具在井內(nèi)能否順利下入的問(wèn)題，同 樣還存在鉆具管柱能否順利下入的問(wèn)題，一定程度上還影響了鉆柱的壽命。（2)由于造斜段 的半徑小，井眼彎曲劇烈，完井方式的確定要根據(jù)套管在彎曲段的受力情況而定，這對(duì)套管 的下入、套管螺紋的密封性、套管的壽命都增加了難度。由于套管柱在高井眼曲率的水平井 彎曲井段將產(chǎn)生較大彎曲應(yīng)力和較大的徑向變形，較大的彎曲應(yīng)力會(huì)加快套管的失效，直 至管體破壞；較大的徑向變形會(huì)產(chǎn)生很大的彈性變形，或是屈曲，甚至被壓扁；經(jīng)過(guò)校核 甚至不能采用常規(guī)的套管完井方式。（3)中短半徑水平井施工由于造斜率高，需連續(xù)造斜， 無(wú)穩(wěn)斜調(diào)節(jié)段，著陸的難度和風(fēng)險(xiǎn)大，軌跡控制難度大。測(cè)斜零長(zhǎng)，對(duì)井底軌跡數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè) 提出了挑戰(zhàn)，若預(yù)測(cè)不正確，往往會(huì)造成填井事故的發(fā)生，尤其是對(duì)一些復(fù)雜小斷塊油田， 填井事故更商。（4)造斜率商、連續(xù)造斜段長(zhǎng)易形成鍵槽，卡鉆風(fēng)險(xiǎn)大。
[0004] 在二維水平井設(shè)計(jì)中，從井口到靶點(diǎn)的井身軌跡為通過(guò)水平段的鉛垂平面內(nèi)的曲 線或曲、直線段組合。依靠曲線段造斜，可實(shí)現(xiàn)井眼從井口位置向一定距離外的靶點(diǎn)延伸， 井口與第一靶點(diǎn)在水平方向的距離即為靶前距。對(duì)于水平井，曲線段井斜一般從零度增加 至九十度左右，該曲線段所屬圓弧的半徑即造斜所需最小位移。當(dāng)靶前距大于造斜所需最 小位移時(shí)，可以通過(guò)在曲線段中間增加斜直線段或者使用更大半徑的曲線段來(lái)完成造斜。 當(dāng)靶前距小于造斜所需最小位移時(shí)，一般則需要使用更小半徑的曲線段來(lái)完成造斜。常規(guī) Φ216井眼水平井若使用中長(zhǎng)半徑軌道，則要求靶前距大于86m，否則即為小靶前距。
[0005] 在各油田的勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中，特別是在人口稠密、村鎮(zhèn)密布、水網(wǎng)縱橫的地面條件 復(fù)雜的油田，復(fù)雜地面條件與水平井井位優(yōu)選的矛盾大量存在。部分水平井因復(fù)雜地面條 件的限制，適合常規(guī)Φ216井眼水平井施工的井口處可能存在地面建筑或魚(yú)塘、河流等障 礙物，若根據(jù)地面條件選擇井口位置，可能存在靶前距過(guò)小的問(wèn)題。對(duì)小靶前距水平井，若 不得已增加靶前距繞過(guò)障礙物來(lái)選擇井口位置，則導(dǎo)致靶前距過(guò)長(zhǎng)，增加了鉆井進(jìn)尺、施工 難度和鉆井成本。一些井甚至因靶前距太大而放棄了施工，地下油氣藏得不到有效開(kāi)采。要 很好地解決地面條件和水平井井位優(yōu)選的矛盾，只有從優(yōu)化、創(chuàng)新常規(guī)Φ216井眼小靶前 距水平井井眼軌道設(shè)計(jì)入手，才能夠解決目前存在的技術(shù)難題，滿足勘探開(kāi)發(fā)對(duì)工程技術(shù) 的需求。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0006] 本實(shí)用新型的目的在于，克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提供一種水平井的中長(zhǎng)半 徑軌道，可以解決復(fù)雜地面條件與水平井井位優(yōu)選之間的矛盾。
[0007] 為解決以上技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型的一種水平井的中長(zhǎng)半徑軌道，包括第一靶點(diǎn)、 第二靶點(diǎn)和井口，自井口向下依次包括第一部分反向造斜軌道、第二部分增斜著陸軌道和 第三部分水平段軌道；所述第一部分反向造斜軌道包括自上而下依次相切的直井段、反向 增斜圓弧段、反向造斜軌道穩(wěn)斜直線段和降斜圓弧段；所述直井段自井口垂直向下延伸， 所述直井段的終點(diǎn)為造斜點(diǎn)，所述造斜點(diǎn)為所述反向增斜圓弧段的上端起點(diǎn)，所述反向增 斜圓弧段的下端終點(diǎn)為所述反向造斜軌道穩(wěn)斜直線段的上端起點(diǎn)，所述反向造斜軌道穩(wěn)斜 直線段的下端終點(diǎn)為所述降斜圓弧段的上端起點(diǎn)，所述降斜圓弧段的下端終點(diǎn)為所述軌道 中點(diǎn)，所述軌道中點(diǎn)的井斜角為零度，所述反向造斜軌道中造斜點(diǎn)以下部分越往下越向遠(yuǎn) 離第一靶點(diǎn)的方向偏離，所述反向增斜圓弧段和降斜圓弧段的半徑取值范圍均為191m? 286. 5m ;所述第二部分增斜著陸軌道包括自上而下依次相切且井斜角依次增大的第一增斜 圓弧段、增斜著陸軌道穩(wěn)斜直線段和第二增斜圓弧段，所述第一增斜圓弧段的上端起點(diǎn)為 所述軌道中點(diǎn)；所述第一增斜圓弧段的下端終點(diǎn)為增斜著陸軌道穩(wěn)斜直線段的起點(diǎn)，所述 增斜著陸軌道穩(wěn)斜直線段的下端終點(diǎn)為第二增斜圓弧段的上端起點(diǎn)，第二增斜圓弧段的下 端終點(diǎn)為第一靶點(diǎn)，所述第二增斜圓弧段與所述水平段軌道于第一靶點(diǎn)處相切；所述增斜 著陸軌道越往下越向第一靶點(diǎn)靠近，所述第一增斜圓弧段和第二增斜圓弧段的半徑取值范 圍均為191m?286. 5m ;所述第三部分水平段軌道沿第一靶點(diǎn)與第二靶點(diǎn)之間的連線延伸。
[0008] 相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型取得了以下有益效果：⑴本實(shí)用新型的軌道由第一 部分反向造斜軌道、第二部分增斜著陸軌道和第三部分水平段軌道依次光滑連接；⑵通過(guò) 增設(shè)依次相切的反向增斜圓弧段、反向造斜軌道穩(wěn)斜直線段和降斜圓弧段到達(dá)軌道中點(diǎn)處 實(shí)現(xiàn)井斜角為零度，增加了反位移，使靶前位移達(dá)到適合中長(zhǎng)半徑軌道的合適位移，然后再 通過(guò)依次相切的第一增斜圓弧段、增斜著陸軌道穩(wěn)斜直線段和第二增斜圓弧段與水平段軌 道連接；⑶將原來(lái)不能設(shè)計(jì)成中長(zhǎng)半徑軌道的小靶前距水平井井眼軌道確定成中長(zhǎng)半徑 軌道，克服了常規(guī)Φ216井眼小靶前距水平井不能應(yīng)用中短半徑鉆井技術(shù)施工所帶來(lái)的問(wèn) 題；⑷避免了因靶前距小而不得已移動(dòng)井口位置變成長(zhǎng)靶前位移水平井，同常規(guī)靶前位移 水平井相比，增加了鉆井進(jìn)尺，增加了施工難度和鉆井成本；(5)避免了一些井因現(xiàn)場(chǎng)條件移 動(dòng)井口位置太大而放棄施工，有效解決了復(fù)雜地面條件下水平井井口位置確定的難題，為 復(fù)雜小斷塊油田油藏的開(kāi)發(fā)提供了新的手段；(6)圓弧段的半徑均在191m?286. 5m之間，對(duì) 于Φ216井眼造斜率低彎曲平緩，利于鉆具順利下入，鉆柱壽命長(zhǎng)；(7)套管柱在中長(zhǎng)半徑的 彎曲井段彎曲應(yīng)力和徑向變形小，可以采用常規(guī)的套管完井方式；⑶與中短半徑水平井相 比，不需要連續(xù)造斜，有穩(wěn)斜直線段，著陸的難度和風(fēng)險(xiǎn)小，軌跡控制難度小，卡鉆風(fēng)險(xiǎn)小。
[0009] 作為本實(shí)用新型的優(yōu)選方案，所述水平段軌道的長(zhǎng)度

【權(quán)利要求】
1. 一種水平井的中長(zhǎng)半徑軌道，包括第一靶點(diǎn)、第二靶點(diǎn)和井口，其特征在于，自井口 向下依次包括第一部分反向造斜軌道、第二部分增斜著陸軌道和第三部分水平段軌道；所 述第一部分反向造斜軌道包括自上而下依次相切的直井段、反向增斜圓弧段、反向造斜軌 道穩(wěn)斜直線段和降斜圓弧段；所述直井段自井口垂直向下延伸，所述直井段的終點(diǎn)為造斜 點(diǎn)，所述造斜點(diǎn)為所述反向增斜圓弧段的上端起點(diǎn)，所述反向增斜圓弧段的下端終點(diǎn)為所 述反向造斜軌道穩(wěn)斜直線段的上端起點(diǎn)，所述反向造斜軌道穩(wěn)斜直線段的下端終點(diǎn)為所述 降斜圓弧段的上端起點(diǎn)，所述降斜圓弧段的下端終點(diǎn)為所述軌道中點(diǎn)，所述軌道中點(diǎn)的井 斜角為零度，所述反向造斜軌道中造斜點(diǎn)以下部分越往下越向遠(yuǎn)離第一靶點(diǎn)的方向偏離， 所述反向增斜圓弧段和降斜圓弧段的半徑取值范圍均為191m?286. 5m ;所述第二部分增 斜著陸軌道包括自上而下依次相切且井斜角依次增大的第一增斜圓弧段、增斜著陸軌道穩(wěn) 斜直線段和第二增斜圓弧段，所述第一增斜圓弧段的上端起點(diǎn)為所述軌道中點(diǎn)；所述第一 增斜圓弧段的下端終點(diǎn)為增斜著陸軌道穩(wěn)斜直線段的起點(diǎn)，所述增斜著陸軌道穩(wěn)斜直線段 的下端終點(diǎn)為第二增斜圓弧段的上端起點(diǎn)，第二增斜圓弧段的下端終點(diǎn)為第一靶點(diǎn)，所述 第二增斜圓弧段與所述水平段軌道于第一靶點(diǎn)處相切；所述增斜著陸軌道越往下越向第一 靶點(diǎn)靠近，所述第一增斜圓弧段和第二增斜圓弧段的半徑取值范圍均為191m?286. 5m ;所 述第三部分水平段軌道沿第一靶點(diǎn)與第二靶點(diǎn)之間的連線延伸。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水平井的中長(zhǎng)半徑軌道，其特征在于：所述水平段軌道的長(zhǎng) 度
；所述水平段軌道的井斜角
；所述水平段 軌道的位
；所述水平段軌道的垂深增I
其中\(zhòng)、氏為第一靶點(diǎn) 位移及垂深，SD、HD為第二靶點(diǎn)位移及垂深，所述第一靶點(diǎn)位移為第一靶點(diǎn)與井口在水平方 向的距離，所述第一靶點(diǎn)垂深H。為第一靶點(diǎn)與井口在高度方向的距離，以此類(lèi)推。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水平井的中長(zhǎng)半徑軌道，其特征在 于：所述增斜著陸軌道的位移SN為軌道中點(diǎn)與第一靶點(diǎn)之間的水平 距離，
；所述增 斜著陸軌道的垂深增量Λ HZ1為軌道中點(diǎn)與第一靶點(diǎn)之間的垂直距離，
;其中&為第一增斜圓弧段的半徑，R2為 第二增斜圓弧段的半徑；awl為增斜著陸軌道穩(wěn)斜直線段井斜角，取值范圍為40°?60° ; LW1為增斜著陸軌道穩(wěn)斜直線段的長(zhǎng)度，LW1的取值范圍為50?150米。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的水平井的中長(zhǎng)半徑軌道，其特征在于：中點(diǎn)位移SB為所述軌 道中點(diǎn)與井口在水平方向的距離
中點(diǎn)垂深HB為軌道中點(diǎn)與井口在高度方向 的距離，
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的水平井的中長(zhǎng)半徑軌道，其特征在于：所述造斜點(diǎn)與井口 之間的高度差為造斜點(diǎn)垂深HA，所述造斜點(diǎn)與所述軌道中點(diǎn)之間的高度差為反向造斜 軌道斜井段垂深增量Λ HZ2
，所述反向造斜軌道穩(wěn)斜直線段的長(zhǎng)度LW2，
且LW2>0 ;其中h為反向增斜圓弧段半徑，'為降斜圓 弧段半徑。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的水平井的中長(zhǎng)半徑軌道，其特征在于：所述反向造斜軌道穩(wěn) 斜直線段的井斜角為α
且aW2〈55°。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的水平井的中長(zhǎng)半徑軌道，其特征在于：以井口 0為原點(diǎn)，靶點(diǎn) 水平方向?yàn)檎疃认蛳路较驗(yàn)檎?，所述反向增斜圓弧段的垂深增量
;所述反向增斜圓弧段的位移增1
;所述反向增斜圓弧段的長(zhǎng)度
;所述反向造斜軌道穩(wěn)斜直線段的垂深增量
;所述反向造斜軌道穩(wěn)斜直線段的位移增I
;所述降斜圓弧井段的長(zhǎng)度
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的水平井的中長(zhǎng)半徑軌道，其特征在于：所述第一增 斜圓弧井段的垂深增量
；所述第一增斜圓弧井段的位移增量
所述第一增斜圓弧井段的長(zhǎng)度
所述增斜 著陸軌道穩(wěn)斜直線段的垂深增量』
所述增斜著陸軌道穩(wěn)斜直線段的位 移增I
;所述第二增斜圓弧井段的長(zhǎng)，
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【文檔編號(hào)】E21B7/04GK203846999SQ201420242425
【公開(kāi)日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2014年5月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月13日
【發(fā)明者】莫鉞, 陳小元, 馬開(kāi)良, 楊國(guó)杰, 王委, 秦春 申請(qǐng)人:中國(guó)石油化工股份有限公司, 中石化江蘇石油工程有限公司