井眼弯曲度、扭矩、钻井参数和能源与井眼轨道设计的关系

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1、SPE123710井眼曲折、扭转、钻井参数和能量：在井眼轨道设计中起什么作用？RobelloSamuel,哈里伯顿，刘修善，中石化版权所有2009年，石油工程师学会这篇论文准备是2009SPE技术年会上的演示文稿并于2009年10月在美国路易斯安那州新奥尔良展览。摘要井身质量通常与井身的“光滑度”相关，它有很多的衡量方法，这些方法都与钻井过程和钻进的效率以及完井成本息息相关。目前，有几个参数如井眼的曲折、曲率、扭转角和钻井的各项指标，都被用于量化的井眼轨迹，或评估钻得光滑井眼的难度。除此之外，没有明确的标准来衡量的井身质量。与定性地量化井眼相比，钻井指数更主观地描述井身质量

2、。在某些情况下，他们仅作为衡量井的难钻程度，而不是实钻井眼多么光滑。另外一个在计算时被忽略重要参数是井眼的扭转。井眼的扭转描述了井眼轨迹的副法线向量对弧长的旋转速度，或密切面改变副法线方向的程度。它确保光滑的井眼轨并减少大位移和超深大位移井的摩阻扭矩。由于还没有行业标准量化这些参数，它们很容易混淆，在还没有适当的证明和理解时，就互换使用它们。本文提供这些参数，以及它们明确的定义和可以使用环境。几个计算示例以作简单指导。本文还提供了评价相对和绝对项在光滑井眼轨迹上应用这些参数的方法。本文还提供了用于衡量井身质量的最小能量，它是基于薄弹性梁非线性弯曲的数学标准。介绍随着更新的、

3、更复杂的井底钻具组合的出现，监测这些工具的性能和井身质量的要求就更加迫切。滑动钻进和旋转钻进的交替进行，导致井眼成螺旋形；经常的滑动钻进，使井眼振荡变的更加明显。对摩阻扭矩定性的质量评价和定性估计在钻井施工的很多阶段相当的重要。当地质导向工具配合使用时，它们可以调整随后的钻井方案，从而确保大位移井和超深大位移井的圆满完成。在钻井工业中，很多年以前我们就知道井眼螺旋线和井眼轨迹振荡的发生。螺旋的范围和使用光滑底部钻具组合的机械转速“钻头偏离中心”的程度很早以前就被报道（Lesso等1989，Pastusek等2003）。随着钻井成像技术和测井工具的发展，我们对他的特点和影响进

4、行了深入的讨论和分析。更多井眼呈螺旋形的证据被报道（Gaynor学组2002；Paustrsek学组2003；和Luo学组2003）。螺旋形井眼对钻井施工和完井过程有深远的影响。在设计阶段，井眼螺旋或振荡可以通过对井眼运用一定的曲折因子而有效地描述。目前，工业上使用不同代的旋转导向系统和可调节井下工具来减小井眼弯曲。当设计一口井时，井眼轨迹模型一般产生光滑曲线，然而实际井眼可能有严重的狗腿或其他的不规则性。设计的光滑井眼轨道与实钻井眼轨迹之间的不同主要影响井的摩阻扭矩损失。到目前为止，几乎没有关于曲折度定义的讨论，也没有行业标准量化它。在修正测点间井斜和方位的基础上，波痕面

5、和波动可以被应用。在计划阶段被设计时，既可以通过对设计井眼轨道应用人工曲折，也可以叠加一定大小和周期的螺距。准确地量化复杂井眼轨迹，对研究不同底部钻具组合表现的敏感性具有可靠的指导意义。以前发表的论文（Oag和Williams.2000;Williamsetal.2001;Dodson和Dodson2003;和Masonetal.2005）在描述井眼质量时更主观，而不是定性地。除此之外，没有明确的标准来衡量井身质量。在目前的研究中，可以利用空间曲线的基本原理方法考察钻井难度。钻井难度系数（DDI）（Oag和Williams2000）是计算总测量深度内累积狗腿度，从而提供一种

6、不同的钻井难度估计方法。在定义钻井难度系数（DDI）时，弯曲度只被用作衡量井难钻程度，而不是用来衡量实钻井眼的光滑程度。使用弯曲度来定义DDI在某种程度上提供了一种简单的方法来标定要钻得一光滑井眼难度的界限。这个标准基于能量的方法，提供了一种优选设计井眼轨道，以及监测实钻井眼轨迹方法。井眼曲折度井眼曲折度为设计者提供了一个弄清楚自然曲折的机会，它是该井井眼轨迹的波动。在井眼轨道设计中，人工曲折度的选择可以使设计的光滑井眼轨迹处于受载状态，在实钻井眼中它表现的更有价值。曲折度如下：mαn−1+ΔD×δii=1Τ=...............................

7、.................................................................................(1)Di−Di−1根据光滑井眼数据抖动原理，可以使用几种模型描述井眼曲折。模型对已设计的井眼轨道应用不同的“振荡”和“粗糙”技术，模拟实钻井眼轨迹的变化。这种处理使设计的（光滑）井身剖面处于能够更加真实的预测载荷。这种方法提供了一种间接的公式用来量化设计井眼轨迹波动的程度，它通常用°/100ft，类似于狗腿严重度的表达。应用波痕面或波动理论，基于以下四种