定向井设计暨compass操作指南.docx

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定向井设计暨compass操作指南

第六章定向井设计暨compass操作指南

一、定向井设计需要的基本数据

1、单井

（1）所钻井井口的大地坐标，靶点的大地坐标并给出相应的经纬度，以及定向井的靶区描述（如定向井靶点半径，水平井等）。

（2）井身结构及套管程序（给定垂深），以及所用套管的型号和单位重量。

（3）若下抽油泵，请给定垂深和该垂深下的前后井段。

（4）该井所在地区的详细地质资料（包括地质分层，岩性及风险提示等）。

（5）该井分段所用的泥浆比重，塑性粘度，切力，屈服值等。

（6）钻机的游动系统重量，以及泥浆泵型号及功率和提供的工作排量。

（7）可提供的钻杆和加重钻杆钢级、公称尺寸，震击器型号，钻头类型等等。

（8）给定工程设计标准及特殊要求。

（9）该区域内已钻井的定向井资料。

2、丛式井

（1）平台的槽口分布，槽口间距，平台结构北角，该平台的中心坐标（大地坐标）和经纬度，以及覆盖区内所有已钻井（包括探井）的井眼轨迹数据（井斜、方位等）。

（2）丛式井的井口和靶点大地坐标及靶点垂深，定向井的靶区描述（如定向井靶点半径，水平井等），以及油底垂深和口袋长度等。

（3）井身结构及套管程序（给定垂深），所用套管的型号和单位重量等。

.

（4）若下抽油泵，请给定垂深和该垂深下的前后井段。

（5）该井所在地区的详细地质资料（包括地质分层，岩性及风险提示等）。

（6）该井分段所用的泥浆比重、塑性粘度、切力、屈服值等。

（7）钻机的游动系统重量，以及泥浆泵型号及功率和提供的工作排量等。

（8）可提供的钻杆和加重钻杆钢级、公称尺寸，震击器型号，钻头类型等等。

（9）该区域内已钻井的定向井资料。

（10）给定工程设计标准及特殊要求。

二、丛式井设计

1．丛式井的概念

丛式井是指一组定向井（水平井），它们的井口是集中在一个有限范围内，如海上钻井平台、沙漠中钻井平台、人工岛等。

丛式井的广泛应用是由于它与钻单个定向井相比较，大大减少钻井成本，并能满足油田的整体开发要求。

2．丛式井设计应考虑的问题

（1）．井身剖面

在满足油田开发要求的前提下，尽量选择最简单剖面，如典型的“直一增一稳”三段制，这样将减少钻井工序，降低摩阻，减少钻井时复杂情况和事故发生的可能性。

（2）．井身结构

根据地质要求和钻井目的，决定选用何种井身结构。

（3）．造斜点

造斜点应选在稳定、均质、可钻性较高的地层。

造斜点深度的选择应考虑如下几点：

A.相邻井的造斜点上下至少要错开15米以上，通常错开30～50米，防止井眼间窜通和磁干扰；

B.中间井口用于位移小的井，造斜点较深。

外围井口用于位移较大的井，造斜点较浅；

C.如果设计的最大井斜角超过采油工艺或常规测井的限制或要求，应将造斜点提高或增加设计造斜率。

（4）．造斜率

在丛式井中，通常设计各井的造斜率为7～16°米。

（5）．最大井斜角

在保证油田开发要求的前提下，尽量不使井斜角太大，以避免钻井作业时，扭矩和摩阻太大，并保证其它作业的顺利进行，如电测、下套管作业等。

常规测井工具通过的井段其最大井斜为62°。

如果初始设计出最大井斜角达60°以上，则应适当调整造斜点和造斜率，使最大井斜不超过60°。

当然，在一个丛式井平台上，可选择几口边缘井打水平井，以充分地利用平台，扩大采油面积。

（6）．井口分配

井口分配应考虑如下几点：

A.用外围的井口打位移大的井，用中间的井口打位移较小的井。

B.按整个井组的各井方位，尽量均布井口，使井口与井底连线在水平面上的投影图尽量不相交，且成放射状分布，以方便轨迹跟踪。

C.考虑到钻井平台的最大额定载荷分布，将井斜大、位移大、井深较深的井安排在平台额定载荷大的地方。

D.如果按照

（1）、

（2）、（3）的顺序仍有不能错开的井，可以通过调整造斜点或造斜率的方法来解决。

（7）．防止井眼相碰

直井段的井身要符合要求，762毫米（30英寸）套管要求倾斜度小于～l°。

同排井在方位上要错开，避免干扰。

邻井采用不同造斜率。

表层套管下深要错开，斜井段在空间交叉的井，最小距离为20米，直井段安全圆柱半径为15米。

（8）．合理安排钻井顺序

首先要按地质、开发部门有关注水配产要求和进一步对地层情况的掌握来进行。

可采用先外排井，后内排井的顺序，防止内排岩屑堆集须进行清理；或由底盘一侧向另一侧推进的方式。

选择好一条合理的钻台井架移动路线，可省时省力。

（9）．使用优质钻井液，减少摩阻。

对于井斜过大、水平位移过大的井，采用顶部驱动钻井装置来改善钻井作业。

（10）．上部井段采用集束钻井或集中打表层方式，可节约时间，提高钻井速度。

三、钻井平台位置优选

对于丛式井来说，优选平台位置，比一口定向井的设计更重要，且影响更大。

除了考虑钻井工程方面的情况以外，还要考虑输油管道的建设、井场的地貌情况等，单从定向钻井的角度来优选，通常采用两种优选方式，一是累计水平位移最小，二是累计井深最少。

1．累计水平位移最小的平台位置优选

无论平台位置如何，靶点位置是一定的。

因此，计算平台位置与靶点的距离，并使累计值最小就是这种优选方式的关键。

靶点位置通常以座标值给定，即（X，Y）值，值得注意的是X值是南北方向的座标值，Y值是东西方向的座标值，即X值相当于北南位移，Y值相当于东西位移，水平位移的计算可依据两点间的距离公式来求到：

2．累计井深最少的位置优选

采用这种优选方式，首先要依照井底和井口位置进行试算。

把所有井的轨迹全部设计出来，计算出累计的井深，然后改变井口位置，重新作轨迹设计，直到设计出最小的累计井深。

无论哪一种平台位置优选方式，在确定其优选的井口位置时，必须保证所有井都能打成。

因此，第一是平台上的少数井的水平位移不能特别大；第二是少数井的总井深不能特别深；第三是为了有利于进行丛式井作业，应尽可能少地进行绕障作业，至少在丛式井设计中，基本上不存在绕障问题。

四、Compass软件简介

1、基本概念

Origins（来源）

（1）1987JamiesionTechnicalSoftware---DOSCOMPASS

（2）1994DRDofTulsa---Wellpath（DirectionalPackage）

（3）1995MunroGarrett---Target（DirectionalPackage）

（4）1995Landmark---COMPASSforWindows（DOS+Wellpath+Target）

2、测量基础

（1）GeodeticSystem大地测量系统

FlatEarth－

UTM－通用横向墨卡托图

GPS-全球定位系统

CGP-中国高斯投影

（2）Ellipsoid参考椭球体

WGS1984－1984年世界大地测量系统

Krasovsky1940-1940年克拉索夫斯基

（3）GeomagneticModel

IGRF2000－2000年国际地磁参考场

WMM95-1995年WorldmagneticModel

（4）LocalCo-ordinate

（5）mapCo-coordinate（平面直9角坐标系，相对位置）

Easting-横（E）Y坐标

Nothing-纵（N）X坐标

（6）GlobalCo-coordinate（地理坐标系，绝对位置）

Latitude纬度

Longitude经度

（7）LeaseLine（租借线）

North/South-NS向投影

East/West-EW向投影

3、设计内容

（1）靶点限制条件、井眼轨迹

（2）定向造斜方法及后续控制方法

（3）测斜与计算

（4）钻柱扭矩及阻力

4、设计原则

（1）根据油田勘探、开发部署的要求，保证安全钻井

（2）要有利于提高油气产量和采收率

（3）应有利于钻井、采油和修井作业

（4）应尽可能选择比较简单的剖面类型

5、计算参数

基本参数：

井深、井斜、方位

计算参数：

垂深、N和E坐标、水平投影长度、垂直分量、井眼曲率（狗腿严重度）、闭合方位、闭合距……

6、丛式井

防碰扫描技术

（1）.目的

在丛式井设计和施工中，不仅要求中靶，而且要求防止两井交叉相碰

进行邻井距离扫描有助于两井任一井深时的相对位置，以便采取相应的措施

（2）.常用扫描方法介绍

A.最近距离扫描：

可以确定参考井井眼轴线上任一点到比较井井眼轴线的最近距离和最近距离扫描图

B.法面距离扫描：

可以确定参考点切线的法面与扫描点的交点，同时求出两点间的距离及相对方位，进而在极坐标平面上画出法面距离扫描图

遇到丛式井防碰问题时，宜使用最近距离扫描法。

了解分离系数（SF）的概念，如左图所示。

五．Compass软件操作方法

1．创建公司

点击File—→New—→Company出现下面界面：

在公司属性中注意填写以下内容（Anticollision）

2．创建油田（Project）

注意红色箭头指示的地方一定要填上最新的地磁模型（GeodeticModels）

根据实际情况，填入正确的大地投影系统和测量系统。

例如，BZ25-1油田，应该选择如上参数，并选定合适的区域（MapZone），该数据由甲方提供。

3．创建平台

在Map一栏，填入该平台大地坐标值X（N）和Y（E）,注意红色箭头的经纬度一定要和甲方给定的一致（或在其给定的范围内）。

最后注意选定GridNorth（网格北）。

4.创建槽口（如果是单井，该步骤可以省略）。

下面以BZ25-1A平台为例,根据甲方给的资料，如下：

平台槽口结构为4×9，间距为2（列距）×（行距）

平台结构北角－度。

步骤如下：

点击槽口标志，然后点击Geometry（将平台槽口当作整体来设计）—→Rectangle

进入如下界面：

（图6）

（1）、在红色框示意的空格内分别填入最左上方的槽口和中心槽口之间的间距。

（2）、在蓝色框示意的空格内分别填入行数×行距

列数×列距。

然后点击保存出现如下槽口示意图：

注意，我们规定在实际设计过程中规定槽口编号为从下向上编排（即最左下角的编号应为01）。

接下来在图6中的绿色框中填入该平台的结构北角－度，然后点击ConvertToSingleSlot,将整体的平台转换为单个的槽口,如下图所示：

5、井眼轨迹设计

创建单井

在红色框内填入转盘面的高度。

打开一个plan，注意选择下图中红色框中的内容。

接下来，按照甲方给定的数据输入靶点坐标（包括X,Y值和深度）

注意在红色框内输入靶点深度（注：

需要在甲方给定的以海平面为基准的深度基础上再加上转盘面的高度）。

在蓝色框内分别输入X（N）和Y（E）值。

红色框内表示该靶为圆形靶，靶区范围为30m。

下图所示为定向井设计方法，目前常用的为红色框中的四种。

Slant：

常用于二维定向井设计

DoglegToolface：

常用于扭方位、绕障、单靶点设计

Hold：

常用于稳斜设计

OptimumAlign：

常用于双靶点和多靶点的设计

下面以单靶点设计为例：

方法1：

选择Slant

在红色框内分别输入造斜点和造斜率，。

选上靶点，即可计算（红色箭头表示的两项不参入计算）。

计算结果如下

方法2：

先选择Hold，表示造斜之前的稳斜段。

如下图红框内所示。

然后选择DoglegToolface，出现如下界面，选择红色框中所示内容，

然后计算，出现如下界面：

经过对比，两种设计方法计算得出的结果完全一致。

双靶点井的设计方法：

第一步同单靶点的设计方法2，先选择Hold稳斜，然后选择OptimumAlign，出现下图：

选中两个靶点，以3°/30m的造斜率计算即可。

6、导出数据

可以根据要求导出不同格式的数据如txt、excel、pdf等。

方法如下：

导出txt：

点击file→export→surveydata，进入界面如下：

红色方框中的格式为定向井内部编写的格式（每30m一点）。

导出excel，pdf格式：

点击report→planning→standardplan，出现下面界面

红色框内可根据需要选择不同的间隔点，蓝色框内是轨迹数据的范围，可以任意选择

轨迹数据报告出来之后，点击savereporttofile，再点击上图中的红色框可以选择想要保存的格式。

7、出图（垂直投影图，水平投影图，3D立体投影图等）

垂直投影图：

点击Plot→SectionView（或者直接点击快捷方式

），

点击File→Export→GraphExport→WindowsMetafile保存即可。

水平投影图：

点击Plot→PlanView（或者直接点击快捷方式

），

保存方法同上。

3D立体投影图：

点击Plot→3DView（或者直接点击快捷方式

），

如果要将所有井的轨迹都加上，方法如下：

点击SelectOffsetDesigns

，在蓝色框内选择想要的设计类型，在红色框内选择想要的井，如下：

点击OK，然后再点击

（ToggleOffsetDesigns），

可以按照要求选择标注一口井的靶点

，也可以选择标注所有井的靶点

（如上图所示）。

除以上作图方法外，还可以选择使用WallPlotComposer（

）来作图。

点击

出现如下界面，通过点击鼠标左键就可以画自己想要的各种轨迹图。

如图所示：

蓝框内为垂直投影图，红框内为水平投影图，绿框内为平台的槽口图。

注：

用这种方法作图的好处是可以将不同类型的图放在一起，如下图所示：

8、防碰扫描方法的应用。

点击Analysis，出现下图，

点击AnticollisionSettings出现

右图，蓝色框内为扫描间隔点的距离，红色框内为扫描的井段范围，绿色框内为相邻两井间的误差椭圆中心距离。

这些值都可以根据具体要求来设定。

然后再点击

即可出防碰扫描报告，如下：

注意CC/SF/ES这3个英文简写所表示的定义。

一般来说，随着井深的不断增加，CC值也是逐渐增大的。

SF值一定要在以上才是安全范围。

在创建公司时已经有规范（如下图）。

9、设计过程种需要引起注意的一些问题。

（1）如何添加工具

在做设计时，如果新建一个公司，首先需要将工具添加进去，可以将以前的公司的工具先导出（export）至某一目录下，再导入（import）至公司属性下的工具设置中。

例如，将公司BOC中的工具先导出来，操作如下：

新建公司cnooc后，点击

将上述导出的工具导入，如下图所示。

（2）如果转盘面高度发生变化，应该如何修改。

例如某井初始RKB为28m，现在变为35m，操作方法如下：

先选中现在的RKB高度

点击设计属性：

修改红色框中

的深度标准。

最后再将此处的高度修正即可完成。

（3）投影方向的选择。

点击PlanDesignProperties→VertSection，如下图：

可以根据需要选择不同的投影方向。

（4）如何导入txt、excel等数据。

A.导入txt数据，点击

找到想要导入的txt文件，如左图

如左图，选择红色框，蓝色框中选择纯数值的起始点，不能包含类似绿色框中英文或中文的任何字符。

点击下一步：

选择红色框中的选项

点击下一步：

按照左图中所示内容，选择红色框和蓝色框中的选项，点击完成即可。

B.导入excel数据时，可以先将excel数据转化为txt格式的，然后按照上述步骤导入，也可使用下述方法：

打开excel格式文件，复制survey数据的前项MD/INC/AZI,如下：

点击

，

点击Open后剩下的步骤和上述导入txt格式文件的方法相同。

（5）侧钻井的设计方法，如何使用tieon功能。

首先新建一个Wellbore

在红色框中选上希望从现有的那个Wellbore侧钻

点击确定――creatplan

选择红色框中的内容，然后在蓝色框中填入适当的侧钻深度，点击确定即可按照甲方要求进行下一步的设计。

（6）如何使用平台优选功能。

如左图，点击Tools――SiteOptimiser。

如左图，按照红色框中内容输入平均造斜点，造斜率，再点击Optimise，即可得出蓝色框计算出的平台中心位置。

（7）导出xml格式数据时，最好注意将公司图标删掉，这样导出的文件占用空间小。

如下：

点击Delete将图片删除（有时图片不只一张，需要反复删除才行）。