丛式水平井井眼轨道优化设计

目录目录第一章绪论11问题的提出及研究的目的意义11.1.1问题的提出11.1.2研究的目的意义11.2国内外研究现状21.2.1丛式井轨道设计研丸现状21.2.2水平井轨道设计研究现状31.3本文的主要工作 51.3.1主要内容51.3.2创新点5第二章丛式水平井单井轨道设计基本模型62丛式水平井单井常规二维井眼轨道设计62.1.1三段式轨道72.1.2五段式轨道82.1.3轨道参数计算92.2丛式水平井单井常规三维井眼轨道设计102.2.1圆柱螺法模型112.2.2空间圆弧模型122.2.3恒工具面模型1423丛式水平井防碰扫描方法分析15第三章丛式水平井轨道设计关键问题研究193丛式水平井井口靶点优选193.1.1井口靶点优选分析193.1.2低渗油藏浅层丛式水平井井口布局优选223.2丛式水平井偏移距 243.2.1偏移距对摩阻的影响 243.2.2影响管柱下入的主要因素 253.2.3实例分析293.3丛式水平井组钻井顺序优化研究403.3.1基于防碰井段总长度最小的丛式水平井组钻井顺序优化方法403.3.2应用实例分析42第四章丛式水平井轨道优化设计模型建立与求解444.1丛式水平井单井最优化设计模型的建立444.1.1二维轨道最优化设计模型444.1.2三维轨道最优化设计模型464.2丛式水平井单井最优化设计模型求解484.2.】 Matlab有约束非线性最优化问题484.2.2基于Matlab-fmincon函数的最优化轨迹求解51第五章结论58致谢 59参考文献.60攻读硕士学位期间发表的论文63VI第一章绪论第一章绪论1.1问题的提出及研宪的目的意义1.1.1问题的提出当前全球油气勘探开发正从常规油气懑向低渗透、非常规发展.从陆地向海洋发展， 从浅层向深层、超深层发展。国内待开发油气资源，主要集中于低渗透、深层油气藏、 海洋油气藏、非常规油气藏等。资源品质越差，对工程技术的需求越大，而传统的常 规钻井方式，越来越难以满足发展的趋势。批量化钻完井作业由传统到现代，由分散到集中，由低效到集约，将多口井移到一 个平台，进行工厂化标准作业，统一指挥，统一行动，在此背景F丛式水平井钻井技术 便应运而生。丛式水平井井眼轨道优化设计则是实现丛式水平井钻井的首要环节。将多口井布置 在一个平台作业，则必然要综合考虑在避免井迹交碰、轨道长度较小、施工可行性、成 本较低等前提下进行井口靶点优选、偏移距设计、钻井顺序优选和单井轨道最优化设计 等亟待解决的问题。1.1.2研究的目的意义随着石沽开采难度的逐渐增大，丛式水平井开始越来越广泛的应用。丛式水平井疑 指在一个丛式井组中部暑2 口以上的水平井，或在原丛式水平井组加密井中部署1到多 口大偏移距水平井。近年来己较多应用于低渗透、非常规油气田的开发，具有投资少、 见效快、便于集中管理、位移更大、控油面积更广等优点，是提高油田采收率和采油速 率的经济有效手段。丛式水平井井眼轨道设计对于钻井施工和完井具有重大影响，是丛式水平井关键技 术，也是目前困扰丛式水平井进步大面积推广应用的技术难题。丛式水平井轨道优化 设计具体体现为：根据平行最小水平主应力所确定的水平段走向，首先合理布置平台井 位，遵照最短轨迹确定的井口和水平段靶窗，使井口与靶点连线在水平面上的投影不相 交且水平位移平方和最小、满足偏移距需要；考虑丛式水平井備移距对于轨道设计的影 响，结合当前工艺设备条件，基于施工可行性，给出偏移距设计的原则和方法；选用井 深最短、井斜角适当的鼓简单剖面，优选造斜率；根据井组间防碰井段的总长度最小， 同时保证在钻井作业过程中，丛式水平井组中待钻井与老井不发生碰撞事故，合理安排 钻井作业顺序；单井轨道以井深最短为目标，优化造斜率、井斜角等设计变量，优化出 来的轨道具有相对最小的井眼曲率、最短的井深长度、最小的扭矩和摩阻力等特点。丛式水平井轨道多为空间三维轨道，三维轨道相对于二维轨道不但有井斜角的变化， 还要考虑井眼方位的变化。目前三维轨道设计主要有空间圆弧模型、圆柱螺线模型、自 然曲线模型、恒工具面模型、样条曲线模型。这其中尤以空间圆弧模型和圆柱螺线模型 应用最广。空间圆弧模型是通过利用扭方位初始点和目标点建立一个斜平面，造斜工具