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1、附件8： 重庆科技学院毕业设计（论文）开题报告题目 三段式定向井轨道设计研究 学 院 石油与天然气工程学院 专业班级 石油工程（2007级） 学生姓名 * * * 学号 （参考样本）指导教师 * * * 2011年 03月 18日开题报告填写要求1.开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作开始后2周内完成，经指导教师签署意见及系主任审查后生效。2.开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网址上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见。3.
2、学生查阅资料的参考文献理工类不得少于10篇，其它不少于12篇（不包括辞典、手册）。4.“本课题的目的及意义，国内外研究现状分析”至少2000字，其余内容至少1000字。毕业设计(论文)开题报告1.本课题的目的及意义，国内外研究现状分析目的及意义定向井是沿着预先设计的井眼轴线钻达目的层的钻井方法。目前关于井眼轨迹设计的方法很多，发表的文章和专著也不少，涉及到二维的设计方法和三维方法，已覆盖到各种井型（水平井、定向井、大位移井、侧钻水平井等）和各种曲率半径（大曲率半径、中曲率半径、短曲率半径和超短曲率半径）。其中三维定向井设计师最常用的一种。在施工定向井时，井身轨迹走向决定着是否按设计到达目标点。
3、因此，对于定向井井眼轨迹的优化和准确设计显得尤其重要。国内外研究现状定向井的设计方法主要有二维设计模型和三维设计模型，二维设计模型中包括了直线模型和圆弧模型，三维设计模型中直线模型、圆柱螺线模型和圆弧模型。对于这几种模型的设计，目前普遍存在解析法和图解法两种设计方法，但用得最多的，研究的最多的是解析法，即通过各种关系的转换和各种方程组求解进行设计。图解法则是利用作图的几何方法进行设计。2000年，张焱，李骥，刘坤芳，曹里民，吴爽，余雷，施太和在定向井井眼轨迹最优化设计方法研究中讲到，现有的井眼轨迹设计方法有很多种，涉及到二维的方法和三维方法。但他们有一个共同的缺点，就是设计出来的井眼轨迹不能从
4、定量的角度确信为一条可行的最优轨迹。为此，文章把非线性不等式约束下非线性目标函数的非线性数学规划理论引入到定向井井眼轨迹的最优化设计中，提出了定向井井眼轨迹设计定量意义上的最优化方法。2000年，谢国民，张良万，杜远洋，钟其沐在定向井实用三维设计方位比较法中讲到，定向井实用三维设计方位比较法，给出了造斜工具每钻进10m进行一次装置角补偿值定量设计与计算方法，设计曲线与实钻轨迹相符合，解决了平面和现行三维理论设计与实际施工工艺不一致的问题。设计的井身数据精度高，现场应用效果好，通过江汉油田2口井5个井段的实际应用，可以指导实际施工。2001年，刘乃震在定向井井眼轨道的最优化设计方法中讲到，针对定
5、向井、侧钻井井眼轨道的常见类型给出了不同的优化数学模型，分析了计算过程，并给出了应用实例。理论与实践证明，用最优化设计方法得到的定向井井眼轨道可实现最短路径钻达靶点，井眼光滑，摩阻力小，是提高钻速、降低钻井成本的最优方案。2001年，吴石磊，冯恩民，江胜宗在二维定向井轨道优化设计及实例研究中讲到，通过对二维定向井轨道影响因素（井轨迹曲线参数）的分析，建立了考虑下部钻具组合特性、轨迹曲线参数、地质要求等因素，以最短井轨迹曲线长为目标的二维井轨道非线性规划模型。根据目标函数及可行域的性质，采用均匀设计法选择初始点，构建了模型求解算法。根据算法研制的软件对二维定向井的十余种常见剖面类型均能很快给出最
6、优设计，提高了剖面设计的灵活性及计算速度和精度，较大曾度地满足了工程上的需要。2003年，韩志勇在三维定向井轨道设计和轨迹控制的新技术中讲到，目前三维定向井存在着设计井眼轨迹曲线与实钻扭方位方式相互脱节的问题，解决该问题的方法有：一是针对目前的恒装置角扭方位方式，将恒装置角曲线作为三维定向井轨迹设计曲线；二是针对目前现有的轨迹设计曲线（斜面圆弧、圆柱螺旋和自然参数曲线），开发新的MWD显示技术，以便显示可表征这些曲线特征的参数。2005年，王俊芳在三维多目标定向井井眼轨道优化设计中讲到，优化井眼轨道设计师保证井身质量，减少井下事故，降低钻井成本的关键环节之一。三维多目标定向井井眼轨道的设计方法
7、众多，但在设计中人为主观因素较多，通常，设计出来的井眼轨道较难成为最优化的轨道。COMPASS（兰德马克轨道设计软件）定向井软件是将非线性数学理论引入到全井井眼轨道的最优化设计中，综合了各种设计方法的优点，简化了设计程序，对于三维多目标井的设计，只需设计者提供必要的约束条件即可设计出操作性强、经济、安全的最优井眼轨道。2008年，刘修善，张海山在考虑地层方位漂移特性的定向井轨道设计方法中讲到，按照地层划分方位漂移规律进行了定向井轨道设计，建立了井眼轨道的自然曲线模型，给出了更为简洁的井眼轨道数学模型。分析了井斜单元和方位单元之间的耦合关系，得到了计算单元的划分方法。论述了定向井和水平井方位漂移
8、轨道设计的特点，提出了约束方程和设计方法。解决了按地层划分方位漂移规律的井眼轨道设计问题，适用于各种定向井和水平井的漂移轨道设计。2008年，刘维凯，闫铁，毕雪亮，高磊，徐月庆在三维绕障定向井设计方法中讲到，随着油气田加密井的不断增加，加密定向井的设计变得越来越困难。为此，针对密井网的特点，通过对密井网障碍井空间位置和空间形态的描述，经过坐标转换，建立了适合密井网三维绕障定向井设计的双图设计法设计模型。该方法的特点是将垂直剖面图和障碍水平投影图联合使用，分别研究出障碍物的区间和可行域范围。同时充分考虑了障碍物的数量、形状及位置，可绕多障、复杂形状的井，具有一定的通用性。根据以上方法，应用Del
9、phi语言和OpenGL编写了软件，对绕障定向井进行了实际计算，设计效果良好。2009年，杨涛在定向井井身轨迹的计算方法中讲到，定向的目的就是使井身轨迹按照设计的方位、位移达到目标点，井身轨迹图式根据测井数据经过计算得出的。目前普遍采用“两点法”来计算相邻两测点间的小段井眼中心的垂直深度、水平位移、南北坐标、东西坐标、水平位移等。对“两点法”中不同计算方法的公式应用范围及误差进行了对比。以化122-24石油定向井的数据为例，运用平均角法和最小曲率法进行了测斜数据的计算，计算结果表明最小曲率法比平均角法更为合理。2009年，王立波，鲁港 在三维定向井轨道设计新方法恒装置角法中讲到由于在恒装置角曲
10、线井眼轨道的坐标增量计算中使用了定积分，致使相应的井眼轨道设计问题的求解非常困难，不仅计算时间长，且算法收敛性差。在假设弯曲井段为恒装置角曲线条件下，建立了新的三维定向井和侧钻井井眼轨道设计数学模型；使用幂级数展开方法计算井段坐标增量公式中的定积分，将井眼轨道设计模型中的多元非线性方程组求解问题降维转化为二元非线性优化问题，极大地降低了数值计算的复杂度。使用数值优化算法对恒装置角井眼轨道设计问题进行求解，不仅减少了计算时间，增强了算法稳定性，而且具有全局收敛性质。实际算例表明，新方法能够快速、有效地求解恒装置角型井眼轨道设计问题，所使用的幂级数展开方法适用于解决恒装置角井眼轨道计算的一系列问题
11、，是一种有效的数学简化方法。2005年，Tommy Warren，SPE，Bruce Houtchens，SPE，and Garret Madell，SPE，Tesco Corp在Directional Drill with Casing中指出，用套管进行定向钻进（CwD）已被证明是一个能有效降低钻井成本，解决钻井问题的方法。目前大部分的用套管进行定向钻进都侧重于垂直井钻井，但正如用套管进行定向钻进目前在直井眼中的有效应用已经被广泛接受一样，是其在定向井中的应用也开始变得越来越多。一套定向用套管进行定向钻进系统的成功运行已经足以用来证明定向用套管进行定向钻进的实用性，系统中所下套管尺寸范围在7
12、 英寸到13 38 英寸。该系统采用钢丝绳-可回收的定向钻具组合（定位在底部套管），以取代了当用钻杆进行钻进时所采用的传统的定向工具。这些工具被用来钻进井斜角大于90 的井，在工具回收以后，又可以重新钻进井斜角变化范围在垂直和水平之间的井。定向用套管进行定向钻进在垂直井具有很大的优势，这一点已被无数的事实证明，现在该技术又可以广泛应用于定向作业。 通过对与本课题相关的文献进行调研，关于定向井井眼轨迹的设计，已经有很多人对其在不同的条件下，不同的方法上做了大量的研究，在理论上达到了一定的高度，并且将其运用到实际中也能起到较好的效果。但是，大部分定向井设计都是采用的解析的方法进行设计的，虽然设计的
13、结果比较准确，但计算比较繁琐，如果没有计算机的话，用解析法进行定向井井眼轨迹设计将非常困难。因此，为了应对这种特殊的情况，我觉得应该在对定向井井眼轨迹设计的图解法上面做更多的和进一步的研究。毕业设计(论文)开题报告2.本课题的任务、重点内容、实现途径课题任务：三段式定向井轨道设计有图解法和解析法两类方法，给定条件不同其设计过程会有一定差别，分析三段式定向井轨道设计各种方法，并通过设计井例进行应用分析，对所用方法提出自己的认识。主要内容：1.关于三段式定向井轨道设计的两类方法；图解法和解析法的设计方法及适用的条件等。2.给定条件不同的三段式定向井轨道设计；在不同条件下，定向井的最优设计方法也不同
14、。3.设计井例应用分析。实现途径：1、通过文献调研，充分查阅相关文献资料，了解定向井轨道设计的方法，写出综述报告。2、与指导老师多交流，在指导老师指下进行。3、了解各种条件和情况下的定向井轨道设计，按要求完成设计内容，有文献综述、问题研究论述、计算过程或程序、实例分析。3.完成本课题所需工作条件（如工具书、计算机、实验、调研等）及解决办法 所需工作条件：1.石油钻井工程专业标准化委员会.SY 5435-2003 定向井轨道设计与轨迹计算S.2003.2.计算机一台（自备）3.可连接到以下网络（通过校网连接）：中国期刊全文数据库维普科技期刊数据库万方数字期刊美国石油工程师协会（SPE）会议论文毕业设计(论文)开题报告指导教师意见：（对本课题的深度、广度及工作量的意见、对设计结果的预测，并明确是否可以开题）本课题具有适当的深度、广度，完成本课题的工作量符合本科学生毕业设计要求，通过学生的毕业设计工作，按要求对本课题进行研究，可得出有工程意义的结论。 同意开题。 指导教师（签字） 年 月 日系审查意见：同意开题。 系主任（签字） 年 月 日
