水平井轨道控制方案设计(第五章)

第五章轨道控制方案设计

在水平井实际钻井实践过程，油中深度的误差是难免的，它是影响轨道施工方案设计的重要因素之一，油中深度的不确定性将直接影响着轨道控制方案的选择问题。目前常用的减少油中深度的不确定性的方法是通过标准层的对比来实现的。另从施工本身而言，还存在着工具本身的实际造斜率与设计造斜率之间的偏差，这种偏差也是难免的，每种工具在不同地层，不同的钻井条件下，其造斜率总会表现出一定的差异，显然，偏差范围越小，控制精度越高，对轨道的控制越有利。这种偏差也是影响轨道控制方案设计的重要因素之一。

考虑施工中影响轨道控制方案的因素，设计出适当的轨道控制方案，以适应这些因素在实钻中对轨道控制的影响，争取主动，是水平井尤其是薄油层水平井井眼轨道控制工艺的重要内容之一。本文总结出三种目前普遍采用的控制方案的设计方法。王平1井的轨道控制实践充分说明了该方法在薄油层中半径水平井着陆控制方案设计上具有普遍意义。

第一节单元弧法

该法是一单元弧造斜段从着陆控制过程的起始点直接钻至靶区着陆点的方法。适用于油层厚度大，靶窗高度大，且油中的深度相对确定的情况。这样，仅需考虑工具的造斜的误差，以选择合适的造斜率和井斜角。另一方面，为保证工具的造斜率存在误差的情况下亦能顺利中靶着陆，则必须要求以所选工具造斜率的上限造斜时不高出靶窗上方，而以其造斜率的下限造斜时不低于靶窗下方。如图1所示。

设C点为着陆控制段始点，即当前井底位置，L为着陆点，T为设计靶点，为着陆点井斜，C点与T点的垂直深度差为△H，水平位移差为△S，设计的I

L

靶窗高度2h。单元弧法就是从C点设计一圆弧段，与靶中心线相切，设切点为

与T点位置及井斜L。这样便能保证单圆弧着陆。但由于C点的位置及井斜I

C

等条件的限制，实际着陆点L与T点不一定重合，这样就必会出现一段距离，I

L

即着陆平差。平差的大小在某种程度上也反映了轨道控制的准确程度。上图中设圆弧段造斜率为B°/30m。靶区上限及下限着陆的造斜

率分别为Bmax°/30m和Bmin°/30m。则有：

L ctgI S H H ·△△-= （1）

B H COS I I SInI H S ctgI I I I l

C l l l C L

=⋅--=-⋅⋅--1719117191()cos(()sin ∆∆ （2） l

C l L SInI I I COS h ctgI S H B )(11719max --⋅-⋅∆-∆= （3） L

C l l I I I h ctgI S H B sin )cos((11719m in --⋅+⋅∆-∆= （4）

当设计靶区水平段井斜I L =90°时，H=△H ，此时式(2)、(3)、(4)变为： )sin 1(1719L I H

B -⋅∆= （5） )sin 1(1719m ax

C I h

H B -⋅-∆= （6） )sin 1(1719m in

C I h H B -⋅+∆= （7） 通过上述计算可知，应选择造斜率为B °/30m 的工具从C 点开始造斜着陆进靶，且该工具的最大造斜率不应超出Bmax °/30m ，也不应低于Bmin °/30m ，设实钻中工具的造斜率B 。则最终着陆点与设计着陆靶点T 的平差P S 为：

()S I I B S L C p ∆--⋅=cos cos 17190

（8） 当P S 〈0，表示实际着陆点的水平位移小于设计着陆点的位移，即提前着陆，当P S 〉0时表示实际着陆点的水平位移大于设计着陆点的水平位移，即延迟着陆。

单元弧法设计中的另一种情况是已知着陆段所用的工具的造斜率为B °/30m ，其上下限造斜率分别为Bmax °/30m 及Bmin °/30m ，选择合适着陆段初

始井斜角I C 的问题，如上图所示，为使该工具能顺利陆着进靶，则必须满足：

h I I I B B L C L 2sin )cos(117191719max min

=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛- 故着陆始点理想的井斜角应不小于：

))

(1719sin 21arccos(min max min max B B B B I h I I L L C -⋅⋅⋅⋅--= （9） 否则用该工具造斜将可能出靶。

第二节 应变法

该法指在着陆控制中，为适应实钻过程中可能出现的各种误差而在两段增斜段中设置一稳斜调整段的方法。设置调整段的目的，一方面是为了适应在实验中油中深度发生变化时，改变调整方案而不致于使轨道控制处于被动地位，另一方面可通过调整段补偿前段造斜时工具造斜率的误差所造成的轨道偏差，以使在最终着陆时，进靶能够更加准确、顺利。这是一种“以不变应万变”的设计方法，见图2。

应变段井斜e I 的设计满足当以e I 稳斜时，在钻遇并探测到真正的油顶之后，有足够余地留待在轨道着陆控制段控制时，先以造斜率B 1°/30m 从当前井

底位置C 点开始增斜到E 点，即从井斜c I 增至e I ，进入应变段之后一直稳斜，配合地质及油层随钻参数显示，直至探到油顶位置，确定出确切油中深度之后，最后以设计的造斜率B2°/30m 增斜着陆进靶窗。该设计方法中，有三个参数需要确定：

①应变段的井斜

e I ； ②应变段的长度y L ；

③第一增斜段增斜率B1°/30m 。

1、应变井斜e I 的计算

应变井斜e I 的设计应满足当以e I 稳斜时在钻遇并探测到真正的油顶之后，有足够的余地留待造斜率为B 2°/30m 的工具着陆进靶而不致于错过靶窗，设油

层靶中深度离油顶以下距离d 米，r L 为钻具组合中地质参数仪器（如随钻γ参数探测仪）离钻头的最大距离，如图3所示，则e I 应满足： d I I B I I e L e c =-+)sin (sin 1719cos 2

解上方程可得： 22222222

)1719(sin 1719arcsin )1719(1719

arccos B L d I B B L B I r L r e +-+++=

上式求出的e I 角还应根据B 2造斜率在实际应用时变化值的上、下限以及靶

窗高度依式（9）进行校核，取二者中的大者做为应变段井斜角e I 。

2、应变段长度及造斜率B 1的确定。