一種三維水平井井身剖面設計方法技術

本發(fā)明專利技術涉及一種三維水平井井身剖面設計方法，包含以下步驟：在現有鉆井工具及鉆具組合的造斜能力的基礎上，通過實鉆摩阻扭矩的計算分析，優(yōu)選三維井段的第一造斜點、第一增斜井段、扭方位點、扭方位段、第二造斜點、第二增斜段等關鍵設計參數，優(yōu)化分析調整，實現三維水平井鉆井摩阻、扭矩最小化，形成三維水平井井身剖面優(yōu)化設計。該方法所設計出的三維水平井井身剖面，井眼軌跡光滑、實鉆軌跡控制難度及鉆井摩阻扭矩低，與當前鉆井工具及現場應用結合緊密，推廣應用及適應性強。該剖面設計方法可適應于任何帶偏移距的三維水平井井身剖面設計。

【技術實現步驟摘要】
一種三維水平井井身剖面設計方法
本專利技術屬于鉆井工程設計
，具體涉及一種三維水平井井身剖面設計方法。
技術介紹
井身結構設計是水平井成功實施額關鍵技術，它與地層壓力、井眼穩(wěn)定、完井方式、井身剖面和全面施工難度等因素密切相關，其設計科學合理與否，直接關系到下步井眼安全鉆進、油層保護、鉆井工程施工的經濟性和后繼采油作業(yè)。水平井的井身軌跡與垂直井不同,水平井的井身要橫穿油層,因而在設計中應考慮的因素很多,諸如,油藏幾何形狀、地層結構(地層傾角和方位)、生產層內液體分布情況的限制、起鉆時地面扭矩和大鉤負荷(包括阻力)及一F鉆遇阻負荷值。另外,根據油層特性確定穿越油氣層的水平井段的位置及最優(yōu)化水平長度和總水平位移、初始造斜點的深度、造斜率及確定進入油層的合適的靶區(qū)位置等。這些因素對選擇優(yōu)化井身剖面起著極其重要的作用。井身剖面設計的合理與否,不僅關系到鉆井和完井作業(yè)能否成功,而且也關系到產能的大小,及是否迅速產生水錐、氣錐等問題,甚至造成巨大的經濟損失。因此,在設計水平井的井身剖面時要全面掌握該鉆井地區(qū)的地質結構和其他有影響的重要因素。常規(guī)二維水平井，井口與水平段投影基本在同一條直線上，無偏移距，剖面設計屬二維平面設計，設計過程中只分析靶前距、水平段長對鉆井摩阻扭矩的影響，影響因素少，設計難度低、方法多。受地形地貌影響，部分水平井井口與水平段投影無法在同一條直線上，存在一定偏移距，剖面設計屬三維空間設計，設計過程中不但要計算靶前距、水平段長、垂深、地層穩(wěn)定性等因素，還有計算帶偏移距條件下，第一造斜點、扭方位點、第二造斜點的參數優(yōu)選，以及三維剖面條件下諸多因素對剖面設計及現場施工過程中鉆井摩阻扭矩的影響，設計難度增大，且國內尚無三維水平井井身剖面設計方法。
技術實現思路
本專利技術的目的是克服現有的二維水平井井身剖面設計方法無法適應復雜地貌情況下的井身剖面設計的問題。為此，本專利技術提供了一種三維水平井井身剖面設計方法，包括如下步驟，步驟1：根據區(qū)域地質特點，對井筒內不同地層段巖性分析，劃分出需要進行三維水平井井身剖面設計復雜層段；步驟2：確定靶前距長度，采用5～8°/30m的造斜率，計算井斜從0°增加至90°時靶前距能否滿足鉆井增斜要求；步驟3：如果靶前距滿足增斜要求，則進行下一步設計；如果靶前距過短，則先采用走負位移的方式，來彌補靶前距過短，再采用步驟2的方法計算合理靶前距；步驟4：確定偏移距大小，采用3～8°/30m的造斜率、選擇0～90°的偏移距角度，計算方位從0°或270°擺正至水平方位時的偏移距；步驟5：根據靶前距、偏移距的大小，采用3～8°/30m的造斜率，井斜從0°至90°、方位從0°或270°擺正至水平方位時，計算出0～90°的偏移距角度；步驟6：采用分段設計的方式設計不同垂深的井段，（1）直井段2：從井口開始往下是一段直井段；（2）斜井段：選擇第一造斜點，從第一造斜點開始采用2～4°/30m的第一造斜率走偏移距，井斜控制在20°以內，直至消除三分之二以上的偏移距；（3）扭方位段：選擇扭方位點，采用3～6°/30m的第二造斜率扭方位，方位從90°或270°扭正至水平段的要求方位；（4）第二增斜段：選擇第二造斜點，從第二造斜點開始采用5～8°/30m的增斜率增斜至井段水平后入窗；（5）水平段：入窗點為第二增斜段的末端點，從入窗點開始即為水平段，水平段的最末端為完鉆點。步驟7：配合鉆井摩阻扭矩計算分析軟件，進一步調整第一造斜點、扭方位點及第二造斜點，實現整個三維水平井井身剖面低摩阻低扭矩的優(yōu)化設計。所述的步驟1中所述的復雜層段包括漏失層和坍塌層。所述的步驟2中靶前距長度為采用5～8°/30m的造斜率，井斜從0°增加至90°的斜井段的豎直投影長度，若靶前距長度為214m～343m，則滿足鉆井增斜要求，若靶前距長度小于214m，則不滿足鉆井增斜要求。所述的步驟3中采用走負位移的方式，來彌補靶前距過短通過如下過程實現：根據靶前距采用3～5°/30m的造斜率，計算井斜從0°增加至30～40°條件下的負位移，然后采用改變方位、利用直井段先朝著水平方位的反方向鉆進計算出的的負位移的距離。所述的步驟4中所述的步驟4中偏移距長度為采用5～8°/30m的造斜率，井斜從0°增加至90°的斜井段的水平投影長度。所述的步驟5中偏移角度按照如下公式進行計算：其中，L—偏移距（m）；D—靶前距（m）；Dmin—最小靶前距,取214m。所述的步驟6中第一造斜點選擇在上整體井段的上1/3井段中任意一點，扭方位點為斜井段的末端點，第二造斜點為扭方位段的末端點。所述的步驟7中的優(yōu)化設計為基于wellplan計算軟件，在已形成的剖面設計條件下，對不同鉆具組合、鉆機最大載荷能力、摩阻系數、泥漿性能、剖面實鉆摩阻扭矩進行理論分析，最終形成剖面優(yōu)化設計科學、實鉆摩阻扭矩低、現場可操作性強的三維水平井剖面優(yōu)化設計。本專利技術的有益效果：本專利技術提供的這種三維水平井井身剖面設計方法，根據靶前距、偏移距、偏移角度、水平段長、垂深等參數，結合摩阻扭矩分析，分段設計，形成了一套三維水平井井身剖面設計方法，該方法所設計出的三維水平井井身剖面，井眼軌跡光滑、實鉆軌跡控制難度及鉆井摩阻扭矩低，與當前鉆井工具及現場應用結合緊密，推廣應用及適應性強。該剖面設計方法可適應于任何帶偏移距的三維水平井井身剖面設計。以下將結合附圖對本專利技術做進一步詳細說明。附圖說明圖1是二維水平井井身設計以及本專利技術的井身設計對比圖。附圖標記說明：1、井口；2、直井段；3、第一造斜點；4、斜井段；5、第一造斜率；6、扭方位點；7、第二造斜率；8、扭方位段；9、第二造斜點；10、增斜率；11、第二增斜段；12、入窗點；13、水平段；14、完鉆點。具體實施方式顯然，本領域技術人員基于本專利技術的宗旨所做的許多修改和變化屬于本專利技術的保護范圍。實施例1：本實施例提供一種三維水平井井身剖面設計方法，如圖1所示，包括如下步驟，步驟1：根據區(qū)域地質特點，對井筒內不同地層段巖性分析，劃分出需要進行三維水平井井身剖面設計復雜層段；步驟2：確定靶前距長度，采用5～8°/30m的造斜率，計算井斜從0°增加至90°時靶前距能否滿足鉆井增斜要求；步驟3：如果靶前距滿足增斜要求，則進行下一步設計；如果靶前距過短，則先采用走負位移的方式，來彌補靶前距過短，再采用步驟2的方法計算合理靶前距；步驟4：確定偏移距大小，采用3～8°/30m的造斜率、選擇0～90°的偏移距角度，計算方位從0°或270°擺正至水平方位時的偏移距；步驟5：根據靶前距、偏移距的大小，采用3～8°/30m的造斜率，井斜從0°至90°、方位從0°或270°擺正至水平方位時，計算出0～90°的偏移距角度；步驟6：采用分段設計的方式設計不同垂深的井段，如圖1所示，（1）直井段2：從井口1開始往下是一段直井段2；（2）斜井段4：選擇第一造斜點3，從第一造斜點3開始采用2～4°/30m的第一造斜率5走偏移距，井斜控制在20°以內，直至消除三分之二以上的偏移距，第一造斜點3即為直井段2的最末端；（3）扭方位段8：選擇扭方位點6，采用3～6°/30m的第二造斜率7扭方位，方位從90°或270°扭正至水平段的要求方位，扭方位點6即為斜井段4的最末端；（4）第二增斜段11：選本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種三維水平井井身剖面設計方法，其特征在于：包括如下步驟，步驟1：根據區(qū)域地質特點，對井筒內不同地層段巖性分析，劃分出需要進行三維水平井井身剖面設計復雜層段；步驟2：確定靶前距長度，采用5～8°/30m的造斜率，計算井斜從0°增加至90°時靶前距能否滿足鉆井增斜要求；步驟3：如果靶前距滿足增斜要求，則進行下一步設計；如果靶前距過短，則先采用走負位移的方式，來彌補靶前距過短，再采用步驟2的方法計算合理靶前距；步驟4：確定偏移距大小，采用3～8°/30m的造斜率、選擇0～90°的偏移距角度，計算方位從0°或270°擺正至水平方位時的偏移距；步驟5：根據靶前距、偏移距的大小，采用3～8°/30m的造斜率，井斜從0°至90°、方位從0°或270°擺正至水平方位時，計算出0～90°的偏移距角度；步驟6：采用分段設計的方式設計不同垂深的井段，（1）直井段（2）：從井口（1）開始往下是一段直井段（2）；（2）斜井段（4）：選擇第一造斜點（3），從第一造斜點（3）開始采用2～4°/30m的第一造斜率（5）走偏移距，井斜控制在20°以內，直至消除三分之二以上的偏移距；（3）扭方位段（8）：選擇扭方位點（6），采用3～6°/30m的第二造斜率（7）扭方位，方位從90°或270°扭正至水平段的要求方位；（4）第二增斜段（11）：選擇第二造斜點（9），從第二造斜點（9）開始采用5～8°/30m的增斜率（10）增斜至井段水平后入窗；（5）水平段（13）：入窗點（12）為第二增斜段（11）的末端點，從入窗點（12）開始即為水平段（13），水平段（13）的最末端為完鉆點（14）；步驟7：配合鉆井摩阻扭矩計算分析軟件，進一步調整第一造斜點（3）、扭方位點（6）及第二造斜點（9），實現整個三維水平井井身剖面低摩阻低扭矩的優(yōu)化設計。...

【技術特征摘要】
1.一種三維水平井井身剖面設計方法，其特征在于：包括如下步驟，步驟1：根據區(qū)域地質特點，對井筒內不同地層段巖性分析，劃分出需要進行三維水平井井身剖面設計復雜層段；步驟2：確定靶前距長度，采用5～8°/30m的造斜率，計算井斜從0°增加至90°時靶前距能否滿足鉆井增斜要求；步驟3：如果靶前距滿足增斜要求，則進行下一步設計；如果靶前距過短，則先采用走負位移的方式，來彌補靶前距過短，再采用步驟2的方法計算合理靶前距；步驟4：確定偏移距大小，采用3～8°/30m的造斜率、選擇0～90°的偏移距角度，計算方位從0°或270°擺正至水平方位時的偏移距；步驟5：根據靶前距、偏移距的大小，采用3～8°/30m的造斜率，井斜從0°至90°、方位從0°或270°擺正至水平方位時，計算出0～90°的偏移距角度；步驟6：采用分段設計的方式設計不同垂深的井段，1）直井段（2）：從井口（1）開始往下是一段直井段（2）；2）斜井段（4）：選擇第一造斜點（3），從第一造斜點（3）開始采用2～4°/30m的第一造斜率（5）走偏移距，井斜控制在20°以內，直至消除三分之二以上的偏移距；3）扭方位段（8）：選擇扭方位點（6），采用3～6°/30m的第二造斜率（7）扭方位，方位從90°或270°扭正至水平段的要求方位；4）第二增斜段（11）：選擇第二造斜點（9），從第二造斜點（9）開始采用5～8°/30m的增斜率（10）增斜至井段水平后入窗；5）水平段（13）：入窗點（12）為第二增斜段（11）的末端點，從入窗點（12）開始即為水平段（13），水平段（13）的最末端為完鉆點（14）；步驟7：...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：王勇茗，巨滿成，吳學升，高云文，王彥博，趙巍，李波，張燕娜，周文軍，余世福，艾磊，陳春宇，
申請(專利權)人：中國石油天然氣股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：北京;11