三维靶体水平井轨迹设计方法与流程

本发明属于钻井工程，涉及三维靶体水平井轨迹设计方法。

背景技术：

1、井眼轨迹设计是水平井成功实施的重要依据，它与地层压力、地层应力、地层稳定性及完井工艺、井身剖面和施工钻具水平等因素密切相关，其设计科学合理与否，直接关系到下步井眼安全钻进、油层保护、钻井工程施工的经济性和后继采油气作业。

2、水平井的井身轨迹与定向井不同，水平井的井身要横穿油层，受规则化井网部署条件的限制，水平井部署往往是对向平行部署，然而受河道变迁影响，主砂体经常发生拐弯或尖灭，油藏几何形状、地层结构(地层倾角和方位)、生产层内液体分布情况的限制、导致水平段后期不能沿着主砂带钻进，影响钻遇率，最终导致储量动用程度低，开发效果差。尤其到油气田开发后期，扩边开采的时候，规则化井网对储量的动用程度影响较大。为此，提出了水平井三维靶体轨迹设计的要求，要求水平段轨迹不能按照同一方位直线钻进，需要在水平方向扭摆方位钻进，追踪主砂体沿着主河道进行钻进，达到提高储层钻遇率，增加动用储量的目的。

3、常规水平井井身剖面设计，水平段沿着一个方位钻进，摩阻较小，斜井段的轨迹对后期的施工影响较小，不用过多考虑斜井段的造斜率、狗腿度等因素的影响，因此，常规井的设计难度较小，剖面选择的类型较多。

4、受储层方位的改变，部分水平井需要在水平段不断扭摆方位，追踪主砂体钻进，设计过程中不但要计算靶前距、偏移距、水平段长、垂深、砂体展布预测等因素，还要通过优化第一造斜段造斜率、第二扭方位段造斜率、入窗点井斜角等参数，降低斜井段的施工摩阻，为水平段扭摆方位提供良好的井筒条件，该剖面设计国内尚没有现成的方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种三维靶体水平井轨迹设计方法，解决了现有技术中存在的无法满足适因主砂体变迁不在同一方位上的井身剖面设计的问题。

2、本发明所采用的技术方案是，三维靶体水平井轨迹设计方法，具体按照以下步骤实施：

3、步骤1、划分需要进行水平井三维靶体轨迹设计的井类；

4、步骤2、通过邻井资料确定三维靶体主砂体中心的垂深，依据地质区块整体部署，确定入窗点的位置；

5、步骤3、确定靶前距长度，采用2-5°/30m的造斜率，计算井斜从0°增到90°时靶前距能否满足要求；

6、步骤4、如果靶前距满足增斜要求，则进行下一步设计；如果靶前距过短，则先采用走负位移的方式，向入靶点的反方向走位移，来增加靶前距，再采用步骤3的方法确定合理靶前距；

7、步骤5、确定偏移距大小，采用2～4°/30m的造斜率、选择0～90°的偏移距角度，计算方位从90°或270°摆正至水平段方位时的偏移距，如果是二维水平井，没有偏移距，省略此步骤；

8、步骤6、根据靶前距、偏移距的大小，采用2～5°/30m的造斜率，井斜从0°增至90°、方位从90°或270°摆正至水平段方位时，计算出0～90°的偏移距角度；

9、步骤7、采用分段设计的方式设计不同垂深的井段，具体如下：

10、直井段：从井口开始往下是一段直井段；

11、造斜段：选择第一造斜点，从第一造斜点开始采用2～4°/30m的造斜率走偏移距，井斜控制在20-40°以内进入稳斜段，稳斜段井斜控制在20-40度之间，直至消除三分之二以上的偏移距；

12、扭方位段：选择扭方位点，采用3～5°/30m的造斜率扭方位，方位从90°或270°扭正至水平段的要求方位；

13、增斜入窗段：选择第二造斜点，从第二造斜点开始采用3～5°/30m的增斜率增斜至水平井段后入窗；

14、水平段：入窗点为增斜入窗段增斜入窗段的末端点，从入窗点开始即为水平段，水平段的最末端为完钻点；

15、入窗点定方位延伸一定水平段长度即水平延伸段，从水平段扭方位点开始，采用1～3°/30m的造斜率扭方位，直至方位扭摆到设计方位，水平扭方位段完成，沿着主砂体钻进，直至完钻点，确保井眼轨迹光滑。

16、扭方位只能朝一个方位摆动，不能来回调整，确保套管安全下入；

17、步骤8：进一步计算分析，调整第一造斜点、扭方位点及第二造斜点，水平段扭方位点的位置及造斜率大小，完成三维靶体水平井轨迹设计。

18、本发明的特点还在于：

19、步骤1中的三维靶体轨迹设计的井类包含水平段沿着主砂体向左扭摆钻进或向右扭摆钻进的井眼轨迹，但只能朝一个方位摆动。

20、步骤2中入窗点指地质上钻进至主砂体位置，且井斜大于85°进入水平段钻进的点。

21、步骤3中靶前距长度为采用2～5°/30m的造斜率，井斜从0°增加至90°的斜井段在水平面投影的竖向投影长度，若靶前距长度为430m～860m，则满足钻井增斜要求，若靶前距长度小于430m，则不满足钻井增斜要求。

22、步骤4中采用走负位移的方式，来增加靶前距，具体按照以下实施：根据靶前距采用2～4°/30m的造斜率，计算井斜从0°增加至20～40°条件下的负位移，然后采用改变方位、利用造斜段先朝着水平方位的反方向钻进计算出的的负位移的距离。

23、步骤5中偏移距长度为采用2～4°/30m的造斜率，井斜从0°增加至90°的斜井段在水平面投影的横向投影长度。

24、步骤6中偏移角度按照大于如下公式计算所得夹角：

25、

26、其中，l为偏移距，单位为m；d为靶前距，单位为m；dmin为最小靶前距，dmin取值为430m。

27、步骤7中第一造斜点选择在上部井段，确保小角度造斜，保证轨迹光滑，第二造斜点为扭方位段完成的终点。

28、步骤8中，利用兰德马克软件的计算进行计算分析。

29、本发明的有益效果是：本发明三维靶体水平井轨迹设计方法，解决了现有技术中存在的无法满足适因主砂体变迁不在同一方位上的井身剖面设计的问题。提高储层钻遇率，增加动用储量。根据靶前距、偏移距、偏移角度、水平段长、垂深、水平段扭摆方位大小等参数，结合摩阻扭矩分析，分段设计，形成了一套三维靶体水平井轨迹设计方法，本发明一种三维靶体水平井轨迹设计方法所设计出的三维靶体水平井井身剖面，井眼轨迹光滑、实钻轨迹控制难度及钻井摩阻扭矩低，紧密依托现场使用的双扶结构钻具组合，推广应用及适应性强。本发明一种三维靶体水平井轨迹设计方法可适应于任何三维靶体的水平井轨迹设计。

技术特征：

1.三维靶体水平井轨迹设计方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

2.根据权利要求1所述的三维靶体水平井轨迹设计方法，其特征在于，所述步骤1中所述的三维靶体轨迹设计的井类包含水平段沿着主砂体向左扭摆钻进或向右扭摆钻进的井眼轨迹，但只能朝一个方位摆动。

3.根据权利要求1所述的三维靶体水平井轨迹设计方法，其特征在于，所述步骤2中入窗点(10)指地质上钻进至主砂体位置，且井斜大于85°进入水平段钻进的点。

4.根据权利要求1所述的三维靶体水平井轨迹设计方法，其特征在于，所述步骤3中靶前距长度为采用2～5°/30m的造斜率，井斜从0°增加至90°的斜井段在水平面投影的竖向投影长度，若靶前距长度为430m～860m，则满足钻井增斜要求，若靶前距长度小于430m，则不满足钻井增斜要求。

5.根据权利要求1所述的三维靶体水平井轨迹设计方法，其特征在于，所述步骤4中采用走负位移的方式，来增加靶前距，具体按照以下实施：根据靶前距采用2～4°/30m的造斜率，计算井斜从0°增加至20～40°条件下的负位移，然后采用改变方位、利用造斜段先朝着水平方位的反方向钻进计算出的的负位移的距离。

6.根据权利要求1所述的三维靶体水平井轨迹设计方法，其特征在于，所述步骤5中偏移距长度为采用2～4°/30m的造斜率，井斜从0°增加至90°的斜井段在水平面投影的横向投影长度。

7.根据权利要求1所述的三维靶体水平井轨迹设计方法，其特征在于，所述步骤6中偏移角度按照大于如下公式计算所得夹角：

8.根据权利要求1所述的三维靶体水平井轨迹设计方法，其特征在于，所述步骤7中第一造斜点(3)选择在上部井段，确保小角度造斜，保证轨迹光滑，第二造斜点(8)为扭方位段(7)完成的终点。

9.根据权利要求1所述的三维靶体水平井轨迹设计方法，其特征在于，所述步骤8中，利用兰德马克软件的计算进行计算分析。

技术总结
本发明公开了一种三维靶体水平井轨迹设计方法，具体按照以下实施：划分出需要进行水平井三维靶体轨迹设计的井类；通过实钻摩阻扭矩的计算分析，优选水平井轨迹的第一造斜点、造斜井段、稳斜井段、扭方位点、第二造斜点、水平扭摆方位点的设计参数，实现三维靶体水平井钻井摩阻、扭矩最小化，形成三维靶体水平井轨迹优化设计。解决了现有技术中存在的无法满足适因主砂体变迁不在同一方位上的井身剖面设计的问题。

技术研发人员：付锁堂,杜玉斌,张矿生,谢文敏,蒙华军,费世祥,欧阳勇,段志锋,谢江锋,李建君
受保护的技术使用者：中国石油天然气股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13