井眼轨道的设计方法及其水平井与流程

1.本发明涉及石油勘探开发技术领域，尤其涉及一种井眼轨道的设计方法和水平井。


背景技术：

2.复杂断块油藏具有“小、碎、贫、散、薄”的特点，构造和油气水分布复杂，若全部采用直井开发，不但井网密度大，开采时间长，而且直井控制储量小，产量递减快，开发难度大，效益不明显。近些年随着油藏精细描述技术、水平井井眼轨迹控制技术、地质导向钻井技术、水平井分段压裂技术的发展，应用水平井技术已成为开发复杂断块油藏的重要手段。常规水平井开发，水平段长度受限，一般在200m左右，不仅单井产能低、储层储量控制困难，而且建设成本高、单井综合效益低。
3.因此，基于上述情况，亟需一种新的井眼轨道设计类型及设计方法，增加复杂断块油藏水平井水平段长度，提高油藏钻油率，实现储层储量控制，提高单井产能和勘探开发的综合效益。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供了一种井眼轨道的设计方法和水平井，综合考虑钻井工程及后续作业成本，优化目的层段井眼轨道，增加水平段长度，降低建设成本，提高单井综合效益。
5.一方面，本发明提供了一种井眼轨道的设计方法，包括以下步骤：确定目标地质层段裂缝发育的优势方位；确定目标地质层段完整井眼轨道进入目标油藏的水平投影方位；确定目标地质层段中各个地质目标点的平面位置参数；优化目标地质层段中各个地质目标点的平面位置参数和井眼轨道设计参数；确定完整井眼轨道的地质参数。
6.在一些可选的实施例中，所述确定目标地质层段裂缝发育的优势方位的步骤包括：确定目标地质层段的最大主应力方位σh和最小主应力方位σh。
7.在一些可选的实施例中，所述确定目标地质层段完整井眼轨道进入目标油藏的水平投影方位的步骤包括：确定垂直于最大主应力方位σh的方位为目标地质层段整个井眼轨道的水平投影方位；或者，确定最大主应力方位σh和最小主应力方位σh的差值θ，目标地质层段整个井眼轨道的水平投影方位与σh的最大夹角为
±
(0.5θ+6)
°
。
8.在一些可选的实施例中，所述确定目标地质层段中各个地质目标点的平面位置参数的步骤，包括：确定井口坐标位置；确定目标地质层段中多个地质目标点tn的位置，任意两个相邻的地质目标点tn和t
n+1
将整个井眼轨道划分为多段连续的子井眼轨道dn，n为大于等于1的整数；按照tn、tn+1、tn+2、tn+3
……
的顺序依次优化确定各个子井眼轨道地质目标点tn的位置；分别确定位于目标油藏的内部区域的各子井眼轨道的水平投影方位；分别确定位于目标油藏的外部区域的各子井眼轨道的方位变化率。
9.在一些可选的实施例中，所述优化确定各个子井眼轨道地质目标点tn位置的步骤，包括：确定各个子井眼轨道dn的两个地质目标点tn和t
n+1
的平面位置参数；根据地质目标
点t
n+1
确定子井眼轨道d
n+1
中的t
n+2
的平面位置参数。
10.在一些可选的实施例中，所述确定各个子井眼轨道dn的两个地质目标点tn和t
n+1
的步骤包括：判断确定各个子井眼轨道dn的两个相邻的地质目标点位置是否位于同一断层。
11.在一些可选的实施例中，所述判断确定各个子井眼轨道dn的地质目标点是否位于同一断层的步骤包括：组成各个子井眼轨道dn的两个相邻的地质目标点没有位于同一断层，则确定子井眼轨道dn的两个地质目标点tn和t
n+1
的连接线与最小主应力方位σh之间的夹角β位于
±
(0.5θ+6)
°
内，否则，调整地质目标点tn和t
n+1
中的至少一者的位置，直至地质目标点tn和t
n+1
的连接线与最小主应力方位σh之间的夹角位于
±
(0.5θ+6)
°
。
12.在一些可选的实施例中，所述判断确定各个子井眼轨道dn的地质目标点是否位于同一断层的步骤还包括：确定各个子井眼轨道dn的两个相邻的地质目标点位于同一断层，确定地质目标点t
n+1
和t
n+2
的子井眼轨道的方位变化率k
φ
满足预设值，否则，调整地质目标点t
n+1
的位置，直至地质目标点t
n+1
和t
n+2
的子井眼轨道的方位变化率k
φ
是满足预设值，k
φ
是指井斜方位角随井深变化的快慢程度。
13.在一些可选的实施例中，所述完整井眼轨道地质参数至少包括水平井口坐标位置、多个地质目标点坐标位置以及坐标点的垂深参数。
14.另一方面，本发明提供了一种水平井，所述完整井眼轨道由权利要求1-9任一项所述的井眼轨道的设计方法确定。
15.在一些可选的实施例中，所述水平井目标地质层段井眼轨道的水平投影呈“s型”，包括五个所述子井眼轨道，其中，三个所述子井眼轨道位于目标油藏的内部区域，两个所述子井眼轨道位于目标油藏的外部区域。
16.本发明和现有技术相比具有以下技术效果：
17.确定目标地质层段裂缝发育的优势方位，确定目标地质层段中各个地质目标点的平面位置参数，能够利于压裂施工形成与井眼轴线正交的裂缝，同时也利于完整井眼正交穿越尽量多的地层天然裂缝，提高油气井产量。确定目标地质层段整个井眼轨道的水平投影方位，优化目标地质层段中各个地质目标点的平面位置参数，增加了完整井眼水平段的长度，可以显著提高油藏钻遇率、扩大单井泄油面积，实现复杂断块油藏的低投入高产出。确定完整井眼轨道的地质参数，保证了井眼轨道平滑，降低钻井施工难度，提高钻井施工效率。
附图说明
18.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
19.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1是本发明实施例提供的目标地质层中最大和最小主应力方位与断层展布方位关系示意图；
21.图2是本发明实施例提供的目标地质层井眼轨道位于目标油藏区域内部的水平方位示意图；
22.图3是本发明实施例提供的目标地质层第一子井眼轨道的地质目标点的调整示意图；
23.图4是本发明实施例提供的目标地质层第二子井眼轨道的地质目标点的调整示意图；
24.图5是本发明实施例提供的目标地质层第三子井眼轨道的地质目标点的调整示意图；
25.图6是本发明实施例提供的目标地质层第四子井眼轨道的地质目标点的调整示意图；
26.图7是本发明实施例提供的目标地质层第五子井眼轨道的地质目标点的调整示意图；
27.图8是本发明实施例提供的目标地质层完整井眼轨道初步设计的垂直投影方位示意图；
28.图9是本发明一实施例提供的目标地质层完整井眼轨道的水平投影方位示意图。
29.图10是本发明又一实施例提供的目标地质层完整井眼轨道的水平投影方位示意图。
30.图11是本发明另一实施例提供的目标地质层完整井眼轨道的水平投影方位示意图。
具体实施方式
31.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
32.本技术提供了一种井眼轨道的设计方法，包括以下步骤：确定目标地质层段裂缝发育的优势方位；确定目标地质层段完整井眼轨道进入目标油藏的水平投影方位；确定目标地质层段中各个地质目标点的平面位置参数；优化目标地质层段中各个地质目标点的平面位置参数和井眼轨道设计参数；确定完整井眼轨道的地质参数。
33.具体地，确定目标地质层段裂缝发育的优势方位，确定目标地质层段中各个地质目标点的平面位置参数，能够利于压裂施工形成与井眼轴线正交的裂缝，同时也利于完整井眼正交穿越尽量多的地层天然裂缝，提高油气井产量。确定目标地质层段整个井眼轨道的水平投影方位，优化目标地质层段中各个地质目标点的平面位置参数，增加了完整井眼水平段的长度，可以显著提高油藏钻遇率、扩大单井泄油面积，实现复杂断块油藏的低投入高产出。确定完整井眼轨道的地质参数，保证了井眼轨道平滑，降低钻井施工难度，提高钻井施工效率。
34.在一些可选的实施例中，确定目标地质层段裂缝发育的优势方位的步骤包括：确定目标地质层段的最大主应力方位σh和最小主应力方位σh。
35.具体地，若具有目标地质层取心的实测数据、地层x-mac测井、fmi测井、地层倾角测井等资料，则可以依据这些资料来确定目标地质层最大主应力方位σh和最小主应力方位σh。
36.在一些可选的实施例中，确定目标地质层段完整井眼轨道进入目标油藏的水平投影方位的步骤包括：确定垂直于最大主应力方位σh的方位为目标地质层段整个井眼轨道的水平投影方位；或者，确定最大主应力方位σh和最小主应力方位σh的差值θ，目标地质层段整个井眼轨道的水平投影方位与σh的最大夹角为
±
(0.5θ+6)
°
。
37.具体地，如图1所示，若没有目标地质层取心的实测数据或地层x-mac测井、fmi测井、地层倾角测井等资料，则根据目标地质层的断层的走向确定最大主应力方位σh和最小主应力方位σh，依据裂缝向最小能量损失方向扩展的原理，垂直于断层展布方位的主应力为目标地质层的最小主应力σh，与最小主应力σh垂直(平行于断层展布方位)的方位即为σh，可选的，c*σh即为裂缝发育的优势方位，c为常数。垂直于σh的方位即为最佳目标层段完整井眼轨道位于目标油藏的内部区域的水平投影方位，即平行于σh，此方位利于压裂施工，形成与井眼轴线正交的裂缝，同时也利于井眼正交穿越尽量多的地层天然裂缝，提高油气井产量。
38.进一步地，如图2所示，受地层产状影响，若轨道水平投影方位无法垂直于σh时，根据最大主应力方位σh和最小主应力方位σh的差值θ，确定目标地质层段整个井眼轨道位于目标油藏的内部区域的水平投影方位与σh的最大夹角为
±
(0.5θ+6)
°
，进而保证对压裂效果影响较小。
39.在一些可选的实施例中，确定目标地质层段中各个地质目标点的平面位置参数的步骤，包括：确定水平井口坐标位置；确定目标地质层段中多个地质目标点tn的位置，任意两个相邻的地质目标点tn和t
n+1
将整个井眼轨道划分为多段连续的子井眼轨道dn，n为大于等于1的整数；按照tn、tn+1、tn+2、tn+3
……
的顺序依次优化确定各个子井眼轨道地质目标点tn的位置；分别确定位于目标油藏的内部区域的各子井眼轨道的水平投影方位；分别确定位于目标油藏的外部区域的各子井眼轨道的方位变化率。
40.具体地，如图3所示，依据地层构造、地层产状、砂体发育以及石油的开发要求等因素，确定井口坐标位置和目标地质层段中多个地质目标点tn的位置，可选的，可以取6个地质目标点，分别命名为t1、t2、t3、t4、t5和t6，地质目标点可以位于同一断层也可以位于不同的断层，井眼轨道设计软件利用地质目标点t1、t2、t3、t4、t5和t6，以初步设计出井眼轨道。其中，t1、t2、t3、t4、t5和t6将目标地质层段的井眼轨道划分为五段：t
1-t2、t
2-t3、t
3-t4、t
4-t5、t
5-t6，逐段对地质目标点t1、t2、t3、t4、t5和t6的参数平面位置进行调整。
41.在一些可选的实施例中，优化确定各个子井眼轨道地质目标点tn位置的步骤，包括：确定子井眼轨道dn的两个地质目标点tn和t
n+1
的平面位置参数；根据地质目标点t
n+1
确定子井眼轨道d
n+1
中的t
n+2
的平面位置参数。
42.具体地，n取1，首先确定子井眼轨道d1的两个地质目标点t1和t2的平面位置参数，再根据地质目标点t2确定子井眼轨道d2中的t3的平面位置参数，再根据地质目标点t3确定子井眼轨道d3中的t4的平面位置参数，再根据地质目标点t4确定子井眼轨道d4中的t5的平面位置参数，再根据地质目标点t5确定子井眼轨道d5中的t6的平面位置参数。t1、t4和t5位于目标地质层的一个断层，t2、t3和t6位于目标地质层的另一个断层。
43.在一些可选的实施例中，确定各个子井眼轨道dn的两个地质目标点tn和t
n+1
的步骤包括：判断确定各个子井眼轨道dn的地质目标点的位置是否位于同一断层。
44.在一些可选的实施例中，判断确定各个子井眼轨道dn的两个相邻的地质目标点位
置是否位于同一断层的步骤包括：确定各个子井眼轨道dn的两个相邻的地质目标点位置没有位于同一断层，则确定子井眼轨道dn的两个地质目标点tn和t
n+1
的连接线与最小主应力方位σh之间的夹角β位于
±
(0.5θ+6)
°
内，否则，调整地质目标点tn和t
n+1
中的至少一者的位置，直至地质目标点tn和t
n+1
的连接线与最小主应力方位σh之间的夹角位于
±
(0.5θ+6)
°
。判断确定各个子井眼轨道dn的地质目标点的位置是否位于同一断层的步骤还包括：确定各个子井眼轨道dn的地质目标点的位置位于同一断层，确定地质目标点t
n+1
和t
n+2
的子井眼轨道的方位变化率k
φ
满足预设值，否则，调整地质目标点t
n+1
的位置，直至地质目标点t
n+1
和t
n+2
的子井眼轨道的方位变化率k
φ
是否满足预设值，k
φ
是指井斜方位角随井深变化的快慢程度。
45.具体地，判断子井眼轨道d1的水平投影方位，根据目标地质层的断层的走向确定子井眼轨道d1最大主应力方位σh和最小主应力方位σh，依据裂缝向最小能量损失方向扩展的原理，垂直于σh的方位即为最佳目标层段完整井眼轨道位于目标油藏的内部区域水平投影方位，若轨道水平投影方位无法垂直于σh时，根据最大主应力方位σh和最小主应力方位σh的差值θ，确定目标地质层段整个井眼轨道位于目标油藏的内部区域水平投影方位与σh的最大夹角为
±
(0.5θ+6)
°
。
46.进一步地，如图3所示，首先判断地质目标点t1和t2的连接线所在直线与σh的夹角β是否在
±
(0.5θ+6)
°
以内，如果不能满足，需要将t1向t
11
方向调整，或，t2向t
21
方向调整，或，t1向t
11
方向与t2向t
21
方向同时调整，直到t1和t2的连接线所在直线与σh的夹角β在
±
(0.5θ+6)
°
以内。
47.具体地，子井眼轨道d1中的t1和t2的平面位置确定后，再调整子井眼轨道d2中的地质目标点t3的平面位置参数。判断地质目标点t2和t3之间的井眼轨道的方位变化率k
φ
是否满足工具造斜率要求。k
φ
是指井斜方位角随井深变化的快慢程度，可以用相邻两测点间的井斜方位变化值(δ
φ
)与两测点间井段长度(δ
l
)的比值来表示。按照图4所示，确定地质目标点t2和t3的井斜方位角φb和φc，计算k
φ
，如果k
φ
大于工具造斜率，需要将t3向t
31
方向调整(如图4所示)，直到k
φ
满足工具造斜率要求。
48.进一步地，子井眼轨道d2中地质目标点t3的平面位置确定后，再调整子井眼轨道d3中的地质目标点t4的平面位置参数，按照图5所示，首先判断地质目标点t3和t4的连接线所在直线与σh的夹角β是否在
±
(0.5θ+6)
°
以内，如果不能满足，需要将t4向t
41
方向调整，直到t3和t4的连接线所在直线与σh的夹角β在
±
(0.5θ+6)
°
以内。
49.进一步地，子井眼轨道d3中地质目标点t4的平面位置确定后，再调整子井眼轨道d4中的地质目标点t5的平面位置参数。判断地质目标点t4和t5之间的井眼轨道的方位变化率k
φ
是否满足工具造斜率要求。k
φ
是指井斜方位角随井深变化的快慢程度，可以用相邻两测点间的井斜方位变化值(δ
φ
)与两测点间井段长度(δ
l
)的比值来表示。按照图6所示，确定地质目标点t4和t5的井斜方位角φb和φc，计算k
φ
，如果k
φ
大于工具造斜率，需要将t5向t
51
方向调整，直到k
φ
满足工具造斜率要求。
50.进一步地，子井眼轨道d4中地质目标点t5的平面位置确定后，再调整子井眼轨道d5中的地质目标点t6的平面位置参数。如图7所示，判断地质目标点t5和t6的连接线所在直线与σh的夹角β是否在
±
(0.5θ+6)
°
以内，如果不能满足，需要将t6向t
61
方向调整，直到t6和t
61
的连接线所在直线与σh的夹角β在
±
(0.5θ+6)
°
以内。
51.在一些可选的实施例中，所述完整井眼轨道地质参数至少包括水平井口坐标位
置、多个地质目标点坐标位置以及坐标点的垂深参数。
52.具体地，如图8和图9中虚线所示，利用井口位置坐标、以上提到的六个地质目标点的位置坐标及坐标点垂深参数，通过井眼轨道设计软件完成井眼轨道初步设计。在完成井眼轨道初步设计的基础上，在满足钻遇储层控制要求条件下，兼顾工程需求，按照以上调节地质目标点(t1、t2、t3、t4、t5、t6)的方法重新调整目标点参数，调整后的地质目标点如t
11
、t
21
、t
31
、t
41
、t
51
、t
61
。将重新确定的地质目标点(t
11
、t
21
、t
31
、t
41
、t
51
、t
61
)的地质参数作为最终地质目标点参数，通过井眼轨道设计软件完成完整井眼轨道设计，为保证井眼轨道平滑，降低钻井施工难度，提高钻井施工效率，进一步优化井眼轨道设计参数，获得最终井眼轨道设计方案(图9中实线所示井眼轨道)。
53.进一步地，最终目标层段井眼轨道的水平投影为“s型”。目标层段井眼轨道由t
1-t2、t
2-t3、t
3-t4、t
4-t5、t
5-t6五段组成，其中t
1-t2、t
3-t4、t
5-t6三段位于断层之间的油藏内部。t
2-t3和t
4-t5位于油藏外部，属于目标层段井眼轨道的方位调整段。目标层段井眼轨道有三段位于油藏内部，增加了水平段长度，可以显著提高油藏钻遇率、扩大单井泄油面积，实现复杂断块油藏的低投入高产出。
54.另一方面，本发明实施例提供了一种水平井，完整井眼轨道由以上任意位置所提到的井眼轨道的设计方法确定。
55.在一些可选的实施例中，所述水平井目标地质层段井眼轨道的水平投影呈“s型”，包括五个所述子井眼轨道，其中，三个所述子井眼轨道位于目标油藏的内部区域，两个所述子井眼轨道位于目标油藏的外部区域。
56.具体地，目标地质层段完整井眼轨道水平投影呈“s型”，确定的目标层段井眼轨道的由五段子井眼轨道组成，其中，三段位于两个相邻断层之间的油藏内部，这样增加了水平段长度，另外两段位于油藏区域的外部，也就是说，两个子井眼轨道未进入目标油藏区域，属于目标层段井眼轨道的方位调整段。
57.例如，根据本井区完钻老井x-mac测井解释，目的层段最大水平主应力方位为北东55
°‑
65
°
之间，与本井区内的主断层的展布方向50
°‑
70
°
基本一致，因此确定最大主应力σh和最小主应力方位σh分别为北东55
°‑
65
°
和北东145
°‑
155
°
。根据本井区水平最大最小主应力差值＜10mpa，确定井眼轨道水平最佳方位与σh的最大夹角为
±
15
°
，即北东130
°‑
170
°
。确定的井眼轨道最佳方位及地层产状、构造特征，确定井口位置坐标和六个目标点位置坐标初步方案，井口位置坐标为东西：491080m，南北：4216100m，目标点位置坐标见下表1。
58.表1
59.[0060][0061]
依据地质设计提供的井口位置坐标和目标点坐标，利用井眼轨道设计软件完成井眼轨道初步设计，逐段调整目标点t1、t2、t3、t4、t5、t6的平面位置参数。调整后的井眼轨道设计如图10中实线所示，调整后目标点参数见表2。
[0062]
表2
[0063][0064]
确定目标点参数。应用井眼轨道设计软件，形成井眼轨道初步设计(如图11中虚线所示)，其中目标点t
11
至井底间的井眼轨道为目的层段井眼轨道设计，具体设计参数见表3。
[0065]
表3
[0066]
[0067][0068]
为降低钻井施工轨迹控制难度，对目标地质层段全角变化率进行调整优化。目标点t
21
和t
31
之间的全角变化率由7.32
°
/30m优化至6.803
°
/30m，t
31
和t
41
之间的全角变化率由8.345
°
3/30m优化至3.00
°
/30m，t
41
和t
51
之间的全角变化率由9.688
°
/30m优化至9.3
°
/30m，t
51
和t
61
之间的全角变化率由6.094
°
/30m优化至3.00
°
/30m，形成最终井眼轨道设计(如图11中实线所示)，具体设计参数见表4。
[0069]
表4
[0070]
[0071][0072]
另外，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
[0073]
应理解，在本发明实施例中，“与a相应的b”表示b与a相关联，根据a可以确定b。但还应理解，根据a确定b并不意味着仅仅根据a确定b，还可以根据a和/或其它信息确定b。
[0074]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何
熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。