一种三维水平井井眼轨迹控制方法
【专利摘要】本发明涉及一种三维水平井井眼轨迹控制方法，属于石油天然气钻井【技术领域】。本发明根据钻井装备和地层岩性确定钻井参数；通过随钻测量工具测量井眼参数，利用地质录井修正地层垂深，以已知测点进行待钻点设计，以垂深为控制目标，不断修正三维井段轨迹，钻至三维井段末点扭方位结束；再次利用地质录井修正入靶点垂深，进行二维钻井至靶点，然后利用储层岩性和水平段井斜确定钻具组合进行水平段钻井。本发明的优点在于，一是采用常规钻井、定向装备，成本非常低，具有推广价值；二是利用常规录井进行地质导向，不断修正轨迹，大幅提高了中靶精度；三是通过设计与施工整体一体化，现场定向施工易于操作，便于定向工程师施工。
【专利说明】-种H维水平井井眼轨迹控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种=维水平井井眼轨迹控制方法，属于石油天然气钻井【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 在石油天然气领域，低孔、低渗和低压油藏被称为低"油藏，该类油藏的特点是 单井产量低，中石化华北分公司径河油田、红河油田、渭北油田和洛河油田均属于该类 低"油藏，例如径河油田，孔隙度在10 %左右，渗透率小于0. 5mD，平均压力系数在0. 95 W 下，水平井平均单井产量3. 5吨/天左右，因此在开发时需要尽最大可能节约投资，提高开 发效益。为节约投资，采用丛式水平井开发，就是在一个井场打两口 W上的水平井，由于黄 ±源地表沟壑纵横，井场征地困难，部分井要采用=维水平井钻井，就是钻井过程中既有井 斜变化，同时又有方位的变化，钻井难度非常高。
[0003] 径河油田、红河油田等位于鄂尔多斯盆地，储层非均质性强，加之为降低成本采用 常规钻井装备，实现=维水平井钻井更是"难上加难"，难点之一就是井眼轨迹控制技术。 目前所实施的=维水平井比较少，少量实施的=维水平井井眼轨迹控制大都采用旋转导 向系统和地质导向系统，例如；Auto Trak旋转导向系统、化wer Drive旋转导向系统W及 Geo-Pilot旋转导向系统，有的则采用比较高端的钻井装备，还有，国内，201310510905. 9 《一种高造斜率井眼轨迹控制方法》，该种旋转导向系统在S维水平井井眼轨迹控制中效果 较好，但最明显的不足是成本非常高。总之，目前为了实现对=维水平井井眼轨迹控制，要 么是借助旋转导向钻井系统，要么是采用高端钻井设备（包括：电动钻机，顶部驱动系统， 局性能钻杆，局性能钻井浓，局性能钻井累和罔屯、机等等），该两种方式的成本都比较局，对 于低"油藏而言，该两种方式都不太适合。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是一种=维水平井井眼轨迹控制方法，W解决现有=维水平井井眼 轨迹控制采用高端装备及旋转导向系统导致成本过高的问题。
[0005] 本发明为解决上述技术问题而提供一种=维水平井井眼轨迹控制方法，该控制方 法包括W下步骤：
[0006] 1)根据被施工=维水平井井眼轨道，自造斜点至A祀点采用二维井段、=维井段 和二维井段顺序组合的方式；
[0007] 2)根据所设计的井眼曲率选择钻具组合，钻具组合的造斜率高于井眼曲率；
[000引 3)根据所选用钻具组合类型和环空临界排量确定累排量，根据地层岩性及所选用 钻具组合类型确定钻压；
[0009] 4)根据所设计的初始方位角定向，按照确定的累排量和钻压W及钻具组合自造斜 点进行二维井段钻进；
[0010] 5)在钻进至所设定的垂深后，测量此时的井底井深、井斜角和井斜方位角，并计算 该点的实钻垂深、东西坐标和南北坐标；
[0011] 6)通过实钻地质录井数据，对地层层序及对应垂深进行预测，确定A祀点垂深、东 西坐标和南北坐标；
[001引 7)根据A祀点垂深，设置立维井段末点为虚拟祀点，根据步骤W和步骤6)中的数 据确定虚拟祀点的垂深、井斜角和井斜方位角，并计算=维井段所采用的工具面角；
[0013] 8)根据步骤6)的地层预测和录井数据W及钻井过程中所选用的管柱的一根钻杆 长度计算=维井段各待钻点的井斜角和井斜方位角；
[0014] 9)按照所计算出的工具面角和各待钻点的井斜角及井斜方位角进行=维段钻井 至=维井段末点，测量此时的井深、井斜角和井斜方位角，根据地质录井数据修正A祀点的 垂深，进行待钻井眼轨道设计，根据造斜率，确定=维井段末点至A祀点井段井身剖面，进 行二维井段钻进至A祀点；
[001引 10)根据水平段地层岩性和设计轨道的井眼曲率确定钻具组合，根据地质录井数 据，W控制垂深为目标，进行水平段二维井段钻井，从而实现对=维水平井井眼轨迹的控 制。
[0016] 所述水平井二维井段采用圆弧段和直线段组合设计，=维井段采用恒工具面设 计，所述=维井段与二维井段井眼曲率值相同。
[0017] 所述步骤7)中工具面角计算公式如下：
[0018] 增斜时
[0019]
【权利要求】
1. 一种三维水平井井眼轨迹控制方法，其特征在于，该控制方法包括以下步骤： 1) 根据被施工三维水平井井眼轨道，自造斜点至A靶点采用二维井段、三维井段和二 维井段顺序组合的方式； 2) 根据所设计的井眼曲率选择钻具组合，钻具组合的造斜率高于井眼曲率； 3) 根据所选用钻具组合类型和环空临界排量确定泵排量，根据地层岩性及所选用钻具 组合类型确定钻压； 4) 根据所设计的初始方位角定向，按照确定的泵排量和钻压以及钻具组合自造斜点进 行二维井段钻进； 5) 在钻进至所设定的垂深后，测量此时的井底井深、井斜角和井斜方位角，并计算该点 的实钻垂深、东西坐标和南北坐标； 6) 通过实钻地质录井数据，对地层层序及对应垂深进行预测，确定A靶点垂深、东西坐 标和南北坐标； 7) 根据A靶点垂深，设置三维井段末点为虚拟靶点，根据步骤5)和步骤6)中的数据确 定虚拟靶点的垂深、井斜角和井斜方位角，并计算三维井段所采用的工具面角； 8) 根据步骤6)的地层预测和录井数据以及钻井过程中所选用的管柱的一根钻杆长度 计算三维井段各待钻点的井斜角和井斜方位角； 9) 按照所计算出的工具面角和各待钻点的井斜角及井斜方位角进行三维段钻井至三 维井段末点，测量此时的井深、井斜角和井斜方位角，根据地质录井数据修正A靶点的垂 深，进行待钻井眼轨道设计，根据造斜率，确定三维井段末点至A靶点井段井身剖面，进行 二维井段钻进至A靶点； 10) 根据水平段地层岩性和设计轨道的井眼曲率确定钻具组合，根据地质录井数据，以 控制垂深为目标，进行水平段二维井段钻井，从而实现对三维水平井井眼轨迹的控制。
2. 根据权利要求1所述的三维水平井井眼轨迹控制方法，其特征在于，所述水平井二 维井段采用圆弧段和直线段组合设计，三维井段采用恒工具面设计，所述三维井段与二维 井段井眼曲率值相同。
3. 根据权利要求2所述的三维水平井井眼轨迹控制方法，其特征在于，所述步骤7)中 工具面角计算公式如下：
其中，?为所求工具面角，《s为三维井段起点井斜角，《e为三维井段末点井斜角，小s 为三维井段起点井斜方位角，巾6为三维井段末点井斜方位角。
4. 根据权利要求2所述的三维水平井井眼轨迹控制方法，其特征在于，所述步骤8)中 三维井段各待钻点的井斜角和井斜方位角的计算公式为：
其中h为已知测点井斜角，ai+1为下一待钻点井斜角，Di为已知测点垂深，Di+1为下 一待钻点垂深，^为管柱的一根钻杆长度，巾i+1为下一待钻点的井斜方位角，AEi+1为下一 待钻点东西坐标，ANi+1为下一待钻点南北坐标，i为正整数序列。
5. 根据权利要求1所述的三维水平井井眼轨迹控制方法，其特征在于，所述步骤4)在 进行二维井段钻井过程中是以垂深为控制目标的。
6. 根据权利要求1所述的三维水平井井眼轨迹控制方法，其特征在于，所述钻具组合 造斜率高于井眼曲率30%以上，钻具组合包括钻头、弯螺杆、稳定器、随钻测量工具、无磁钻 铤、加重钻杆和钻杆，三维井段采用三牙轮钻头，二维井段采用PDC钻头或三牙轮钻头。
7. 根据权利要求6所述的三维水平井井眼轨迹控制方法，其特征在于，所述步骤3)中 泵排量Q的范围确定公式如下：
其中Q为泵排量，Qp_，Qpmin分别为钻井泵的最大排量和最小排量，Qb_，QbmiI^别为所 选钻头的最大排量和最小排量，Qs_，Qsmin分别为所选动力钻具的最大排量和最小排量，Q 为环空临界排量。
8. 根据权利要求6所述的三维水平井井眼轨迹控制方法，其特征在于，所述步骤3)中 钻压W取值如下：
其中W为钻压，Wb为所选钻头推荐钻压，Ws为所选动力钻具推荐钻压，Wq为管柱屈曲时 钻压。
【文档编号】E21B47/022GK104481400SQ201410759360
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月10日 优先权日:2014年12月10日
【发明者】闫吉曾 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司华北分公司工程技术研究院