一种钻井井眼轨道设计方法

摘要

本发明涉及石油钻井工程中的钻井工程设计，具体涉及由直线和圆弧井段组成的二维定向井和水平井的井眼轨道设计。包括：第1步列出基本方程；第2步展开方程式；第3步给定已知参数；第4步求解方程组。用解析法得到6大类求解公式，可以直接用于工程设计。本发明将各种定向井和水平井的轨道设计问题归结为统一形式，可以任意选取2个特征参数作为待定参数，包含了计算造斜点位置、工具造斜率等功能。本发明用于钻井工程设计。

主权项

1一种钻井井眼轨道设计方法，其特征是：对于由直线井段和圆弧井段组成的二维定向井和水平井，采用下述步骤设计井眼轨道：第1步：列出基本方程垂直深度方程：$\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}\Delta H_i=H_T$ (1)水平位移方程：$\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}\Delta S_i=S_T$ (2)式中：HT：井眼的总垂直深度，单位：米ST：井眼的总水平位移，单位：米n：井段的总数i：代表第i个井段ΔHi：第i段井段的垂直深度，单位：米ΔSi：第i段井段的水平位移，单位：米第2步：展开方程式第i段井段的垂直深度ΔHi和水平位移ΔSi按以下方式计算：当第i段井段为直线井段时：ΔHi＝ΔLicosαi (3)ΔSi＝ΔLisinαi (4)式中：ΔLi：第i段井段的长度，单位：米αi：第i段井段的井斜角，单位：度当第i段井段为圆弧井段时：$\left\{\begin{array}{cc}\Delta H_i=R_i(\sin {\alpha }_{i+1}-\sin {\alpha }_{i-1})& \left(5\right)\\ \Delta S_i=R_i(\cos {\alpha }_{i-1}-\cos {\alpha }_{i+1})& \left(6\right)\end{array}\right.$ 式中：αi-1：第i段井段的起始井斜角，单位：度αi+1：第i段井段的终止井斜角，单位：度Ri：第i段井段的曲率半径，单位：米当第i段井段为增斜段时，Ri为正值；当第i段井段为降斜段时，Ri为负值；根据具体井眼的直线井段和圆弧井段组合情况，将(3)(4)式和(5)(6)式表达的ΔHi、ΔSi代入(1)(2)式，得到展开的垂直深度方程和水平位移方程；第3步：给定已知参数在展开的(1)(2)式中，HT和ST是已知量；任一个ΔLi、任一个αi、任一个Ri，都可以作为变量；对于两个方程，可以求解任意2个未知变量，其余参数根据设计条件给定为已知参数，代入展开的垂直深度方程和水平位移方程；得到由2个方程组成的，含2个未知变量的方程组；第4步：求解方程组对上述方程组进行数学求解，解出2个未知变量作为设计参数，完成井眼轨道设计。