一种确定二维小靶前距水平井的中长半径轨道的方法
【专利摘要】本发明涉及一种确定二维小靶前距水平井的中长半径轨道的方法，依次包括如下步骤：确定第一靶点、第二靶点和井口位置，求得第一靶点位移、垂深、第二靶点位移垂深，再确定第三部分水平段轨道沿第一靶点与第二靶点之间的连线延伸；然后以第一靶点为终点，向上确定第二部分增斜着陆轨道，包括第一增斜圆弧段、稳斜直线段和第二增斜圆弧段；接着以井口为起点，以轨道中点为终点确定反向造斜轨道，包括直井段、反向增斜圆弧段、稳斜直线段和降斜圆弧段，各圆弧段的半径取值范围均为191m～286.5m。该确定二维小靶前距水平井的中长半径轨道的方法，通过反向造斜增大靶前位移可以解决解决复杂地面条件与中长半径轨道水平井井位优选之间的矛盾。
【专利说明】一种确定二维小靶前距水平井的中长半径轨道的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种水平井的中长半径轨道，特别涉及一种确定二维小靶前距水平井的中长半径轨道的方法，属于石油钻井【技术领域】。
【背景技术】
[0002]在石油钻井领域，水平井是近年来发展最快、推广应用最广的一项钻井技术，具有大幅度提高油气采收率、加快资金回收、降低成本等技术优势。水平井按井眼轨道曲率半径的大小分为五种类型。①长半径水平井，曲率半径1? > 286.5m，造斜率K < 20° /IOOm.级中长半径水平井，曲率半径R = 286.5m~86m，造斜率K = (20°~67° )/100m ;③中短半径水平井，曲率半径R = 86m~28.65m，K =(67°~200° )/IOOm ;④短半径水平井，曲率半径R = 28.65m~5.73m，造斜率K = (200。~1000。)/IOOm ;⑤超短半径水平井，曲率半径R= lm~4m。在水平井施工中，井眼轨道的确定是非常重要的一环，轨道优化有利于减轻施工难度，提高施工速度；反之，则增加施工难度。
[0003]目前常规Φ216井眼在中长半径水平井技术方面，已经积累了丰富的经验，各个油田的中长半径水平井技术都已经成熟，特别是曲率半径为286.5~191米(造斜率20~30度/100米)的中长半径水平井技术采用最多，相关工具及技术最成熟。相较之下，中短半径水平井存在以下弊端:(1)若采用中短半径剖面施工，由于造斜率比常规的中长半径水平井要高，造斜工具的结构弯角必然较大，存在造斜钻具在井内能否顺利下入的问题，同样还存在钻具管柱能否顺利下入的问题，一定程度上还影响了钻柱的寿命。(2)由于造斜段的半径小，井眼弯曲剧烈，完井方式的确定要根据套管在弯曲段的受力情况而定，这对套管的下入、套管螺纹的密封性、套管的寿命都增加了难度。由于套管柱在高井眼曲率的水平井弯曲井段将产生较大弯曲应力和较大的径向变形，较大的弯曲应力会加快套管的失效，直至管体破坏；较大的径向变形会产生很大的弹性变形，或是屈曲，甚至被压扁；经过校核甚至不能采用常规的套管完井方式。(3)中短半径水平井施工由于造斜率高，需连续造斜，无稳斜调节段，着陆的难度和风险大，轨迹控制难度大。测斜零长，对井底轨迹数据的预测提出了挑战，若预测不正确，往往会造成填井事故的发生，尤其是对一些复杂小断块油田，填井事故更闻。(4)造斜率闻、连续造斜段长易形成键槽，卡钻风险大。
[0004]在二维水平井设计中，从井口到靶点的井身轨迹为通过水平段的铅垂平面内的曲线或曲、直线段组合。依靠曲线段造斜，可实现井眼从井口位置向一定距离外的靶点延伸，井口与第一靶点在水平方向的距离即为靶前距。对于水平井，曲线段井斜一般从零度增加至九十度左右，该曲线段所属圆弧的半径即造斜所需最小位移。当靶前距大于造斜所需最小位移时，可以通过在曲线段中间增加斜直线段或者使用更大半径的曲线段来完成造斜。当靶前距小于造斜所需最小位移时，一般则需要使用更小半径的曲线段来完成造斜。常规Φ216井眼水平井若使用中长半径轨道，则要求靶前距大于86m，否则即为小靶前距。
[0005]在各油田的勘探开发过程中，特别是在人口稠密、村镇密布、水网纵横的地面条件复杂的油田，复杂地面条件与水平井井位优选的矛盾大量存在。部分水平井因复杂地面条件的限制，适合常规Φ216井眼水平井施工的井口处可能存在地面建筑或鱼塘、河流等障碍物，若根据地面条件选择井口位置，可能存在靶前距过小的问题。对小靶前距水平井，若不得已增加靶前距绕过障碍物来选择井口位置，则导致靶前距过长，增加了钻井进尺、施工难度和钻井成本。一些井甚至因靶前距太大而放弃了施工，地下油气藏得不到有效开采。要很好地解决地面条件和水平井井位优选的矛盾，只有从优化、创新常规Φ216井眼小靶前距水平井井眼轨道设计入手，才能够解决目前存在的技术难题，满足勘探开发对工程技术的需求。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种确定二维小靶前距水平井的中长半径轨道的方法，可以解决复杂地面条件与水平井井位优选之间的矛盾。
[0007]为解决以上技术问题，本发明的一种确定二维小靶前距水平井的中长半径轨道的方法，依次包括如下步骤:(1)确定第一靶点、第二靶点和井口位置，⑵求得第一靶点位移、第一靶点垂深、第二靶点位移和第二靶点垂深，所述第一靶点位移为第一靶点与井口在水平方向的距离，所述第一靶点垂深HC为第一靶点与井口在高度方向的距离，以此类推；⑶确认所述第一靶点位移小于86m ;⑷确定第三部分水平段轨道，所述水平段轨道沿第一靶点与第二靶点之间的连线延伸；(5)以所述第一靶点为终点，向上确定第二部分增斜着陆轨道；所述增斜着陆轨道包括自上而下依次相切且井斜角依次增大的第一增斜圆弧段、增斜着陆轨道稳斜直线段和第二增斜圆弧段，所述第一增斜圆弧段的上端起点为轨道中点，所述轨道中点的井斜角为零度；所述第一增斜圆弧段的下端终点为增斜着陆轨道稳斜直线段的起点，所述增斜着陆轨道稳斜直线段的下端终点为第二增斜圆弧段的上端起点，第二增斜圆弧段的下端终点为第一靶点，所述第二增斜圆弧段与所述水平段轨道于第一靶点处相切；所述增斜着陆轨道越往下越向第一靶点靠近，所述第一增斜圆弧段和第二增斜圆弧段的半径取值范围均为191m?286.5m ;(6)以井口为起点，以轨道中点为终点确定第一部分反向造斜轨道；所述反向造斜轨道包括自上而下依次相切的直井段、反向增斜圆弧段、反向造斜轨道稳斜直线段和降斜圆弧段；所述直井段自井口竖直向下延伸，所述直井段的终点为造斜点，所述造斜点为所述反向增斜圆弧段的上端起点，所述反向增斜圆弧段的下端终点为所述反向造斜轨道稳斜直线段的上端起点，所述反向造斜轨道稳斜直线段的下端终点为所述降斜圆弧段的上端起点，所述降斜圆弧段的下端终点为所述轨道中点，所述反向造斜轨道中造斜点以下部分越往下越向远离第一靶点的方向偏离，所述反向增斜圆弧段和降斜圆弧段的半径取值范围均为191m?286.5m。
[0008]相对于现有技术，本发明取得了以下有益效果:⑴本发明轨道确定采用正向与反向相结合，先确定第三部分水平段轨道，再确定第二部分增斜着陆轨道，然后确定第一部分反向造斜轨道，即先从第一靶点先由下向上找到轨道中点，再从井口自上而下确定到轨道中点的轨道，最后确定各段的所有参数，使各段平滑连接；⑵通过增设依次相切的反向增斜圆弧段、反向造斜轨道稳斜直线段和降斜圆弧段到达轨道中点处实现井斜角为零度，增加了反位移，使靶前位移达到适合中长半径轨道的合适位移，然后再通过依次相切的第一增斜圆弧段、增斜着陆轨道稳斜直线段和第二增斜圆弧段与水平段轨道连接；⑶将原来不能设计成中长半径轨道的小靶前距水平井井眼轨道确定成中长半径轨道，克服了常规Φ216井眼小靶前距水平井不能应用中短半径钻井技术施工所带来的问题；⑷避免了因靶前距小而不得已移动井口位置变成长靶前位移水平井，同常规靶前位移水平井相比，增加了钻井进尺，增加了施工难度和钻井成本；(5)避免了一些井因现场条件移动井口位置太大而放弃施工，有效解决了复杂地面条件下水平井井口位置确定的难题，为复杂小断块油田油藏的开发提供了新的手段；(6)圆弧段的半径均在191m~286.5m之间，对于Φ216井眼造斜率低弯曲平缓，利于钻具顺利下入，钻柱寿命长；(7)套管柱在中长半径的弯曲井段弯曲应力和径向变形小，可以采用常规的套管完井方式；⑶与中短半径水平井相比，不需要连续造斜，有稳斜直线段，着陆的难度和风险小，轨迹控制难度小，卡钻风险小。
[0009]作为本发明的优选方案，步骤⑷中，确定水平段轨道的长度、水平段轨道井斜角、水平段轨道的位移和水平段轨道的垂深增量；其中水平段轨道的长度
【权利要求】
1.一种确定二维小靶前距水平井的中长半径轨道的方法，其特征在于，依次包括如下步骤:(1)确定第一靶点、第二靶点和井口位置，⑵求得第一靶点位移、第一靶点垂深、第二靶点位移和第二靶点垂深，所述第一靶点位移为第一靶点与井口在水平方向的距离，所述第一靶点垂深He为第一靶点与井口在高度方向的距离，以此类推；ω确认所述第一靶点位移小于86m ;⑷确定第三部分水平段轨道，所述水平段轨道沿第一靶点与第二靶点之间的连线延伸；(5)以所述第一靶点为终点，向上确定第二部分增斜着陆轨道；所述增斜着陆轨道包括自上而下依次相切且井斜角依次增大的第一增斜圆弧段、增斜着陆轨道稳斜直线段和第二增斜圆弧段，所述第一增斜圆弧段的上端起点为轨道中点，所述轨道中点的井斜角为零度；所述第一增斜圆弧段的下端终点为增斜着陆轨道稳斜直线段的起点，所述增斜着陆轨道稳斜直线段的下端终点为第二增斜圆弧段的上端起点，第二增斜圆弧段的下端终点为第一靶点，所述第二增斜圆弧段与所述水平段轨道于第一靶点处相切；所述增斜着陆轨道越往下越向第一靶点靠近，所述第一增斜圆弧段和第二增斜圆弧段的半径取值范围均为191m~286.5m ;(6)以井口为起点，以轨道中点为终点确定第一部分反向造斜轨道；所述反向造斜轨道包括自上而下依次相切的直井段、反向增斜圆弧段、反向造斜轨道稳斜直线段和降斜圆弧段；所述直井段自井口竖直向下延伸，所述直井段的终点为造斜点，所述造斜点为所述反向增斜圆弧段的上端起点，所述反向增斜圆弧段的下端终点为所述反向造斜轨道稳斜直线段的上端起点，所述反向造斜轨道稳斜直线段的下端终点为所述降斜圆弧段的上端起点，所述降斜圆弧段的下端终点为所述轨道中点，所述反向造斜轨道中造斜点以下部分越往下越向远离第一靶点的方向偏离，所述反向增斜圆弧段和降斜圆弧段的半径取值范围均为191m~286.5m。
2.根据权利要求1所述的确定二维小靶前距水平井的中长半径轨道的方法，其特征在于:步骤⑷中，确定水平段轨道的长度、水平段轨道井斜角、水平段轨道的位移和水平段轨道的垂深增量；其中水平 段轨道的长度1^ =;所述水平段轨道的井斜角;所述水平段轨道的位移ss=s，_se;所述水平段轨道的垂深增量AHs = H0 - Hc ;其中SC、HC为第一靶点位移及垂深，SD、HD为第二靶点位移及垂深。
3.根据权利要求1所述的确定二维小靶前距水平井的中长半径轨道的方法，其特征在于:步骤(5)中，确定增斜着陆轨道位移和增斜着陆轨道垂深增量；增斜着陆轨道位移 Ss = i(l - CK t Lir1IlMr11 R:{cos%, - Cl %]-所述增斜着陆轨道位移SN为轨道中点与第一靶点之间的水平距离；增斜着陆轨道垂深增量It1 = I1 sin%: + Liy1 m %: +- Si?%.)>所述增斜着陆轨道垂深增量δ ηζι为轨道中点与第一靶点之间的垂直距离；其中Rl为第一增斜圆弧段的半径，R2为第二增斜圆弧段的半径；a Wl为增斜着陆轨道稳斜直线段井斜角，取值范围为40°~60° ;LW1为增斜着陆轨道稳斜直线段的长度，Lffl的取值范围为50~150米。
4.根据权利要求3所述的确定二维小靶前距水平井的中长半径轨道的方法，其特征在于:步骤(5)中，确定中点位移SB和中点垂深HB，中点位移纟:中点垂深
5.根据权利要求4所述的确定二维小靶前距水平井的中长半径轨道的方法，其特征在于:步骤(6)中，初选造斜点垂深HA并确定反向造斜轨道斜井段垂深增量Λ ΗΖ2，Mizz = Hs -Ha,接着确定反向造斜轨道稳斜直线段的长度LW2，
6.根据权利要求5所述的确定二维小靶前距水平井的中长半径轨道的方法，其特征在于:步骤(6)中，确定反向造斜轨道稳斜直线段井斜角a W2，
7.根据权利要求6所述的确定二维小靶前距水平井的中长半径轨道的方法，其特征在于:步骤(7)，以井口 O为原点，靶点水平方向为正，深度向下方向为正，确定第一部分反向造斜轨道各段的长度和垂深增量，其中反向增斜圆弧段垂深增量
8.根据权利要求6所述的确定二维小靶前距水平井的中长半径轨道的方法，其特征在于:步骤⑶，确定第二部分增斜着陆轨道各段的长度和垂深增量，其中第一增斜圆弧井段垂深增量
【文档编号】E21B7/04GK103993830SQ201410199359
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年5月13日 优先权日:2014年5月13日
【发明者】陈小元, 莫钺, 马开良, 杨国杰, 王委, 秦春 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中石化江苏石油工程有限公司