[發明專利]利用地層自然造斜規律的懸鏈線鉆井軌道設計方法

有效

• 申請號: 200610137779.7
• 申請日: 2006-10-31
• 公開（公告）號: CN101173598A
• 公開（公告）日: 2008-05-07
• 發明（設計）人: 劉修善
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司石油勘探開發研究院
• 主分類號: E21B7/06
• 分類號: E21B7/06
• 代理公司: 北京思創畢升專利事務所
• 代理人: 韋慶文

技術領域

本發明涉及石油鉆井工程中的鉆井工程設計，具體涉及大位移井的井眼軌道優化設計與控制。

背景技術

大位移井具有水平位移大、控制開采面積廣、鉆穿油層井段長、泄油面積大、采收率以及單井產量高等優點，在開發相同含油面積的油藏時，可以大大減少海上鉆井平臺和人工島的數量，節約大量的投資。自20世紀90年代以來，大位移井在世界范圍內得到了推廣應用，特別是在海上平臺和灘海的油氣田開發中發揮了重要作用，取得了巨大的經濟效益。

如何降低鉆柱的摩阻和扭矩是實現大位移井鉆井的一項關鍵技術。自20世紀80年代出現懸鏈線法鉆井以來，在大位移井中顯示出了顯著的優越性。懸鏈線法鉆井主要具有如下優勢：

①絕大部分鉆柱處于受拉狀態，張力促使鉆柱脫離下井壁，使其在井眼中具有居中趨勢，可以降低摩擦阻力和摩阻力矩，同時也減少了鉆柱和套管的磨損；

②懸鏈線井段的井斜角，隨著井深的增加緩慢遞增，可以施加高鉆壓連續增斜，有利于提高機械鉆速；

③懸鏈線井段的井眼曲率連續變化，且隨著井深的增加而緩慢地增加，有利于改善鉆柱的受力狀況、減輕鉆柱的疲勞破壞、減少產生鍵槽的幾率；

④懸鏈線井眼有利于套管居中，為提高固井質量創造了有利條件。

然而，由于地層自然造斜的作用，在實際定向鉆進過程中，普遍存在著方位漂移現象。特別是，旋轉鉆井中使用牙輪鉆頭鉆進時，方位漂移問題往往更為突出。

方位漂移現象可謂無處不在，以至于幾乎每口定向井、水平井或大位移井都會涉及到方位校正問題。在方位漂移較嚴重的地區，將井眼軌道設計成考慮方位漂移影響的三維軌道是十分必要的。但是現有的懸鏈法鉆井將井眼軌道設計成二維剖面，沒有考慮地層自然造斜規律的影響，與鉆井工程的實際情況存在著較大的差異。不僅無法給出方位超前角大小，而且實鉆的三維軌跡與設計的二維軌道之間的可比性差，不利于鉆井施工過程中井眼軌跡控制。

實踐表明，如果能對方位漂移規律有比較準確的估量，利用自然漂移規律來控制井眼軌道是一種行之有效的方法。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：

針對現有技術的不足，本發明的目的是提供一種三維懸鏈線井眼軌道設計方法，通過考慮地層的自然造斜規律，不僅可以計算出方位超前角和初始方位角，而且實現了懸鏈線軌道的三維設計與計算，使設計結果更符合鉆井工程實際。

本發明的技術方案是：

一種利用地層自然造斜規律的懸鏈線鉆井軌道設計方法；對于由“穩斜段-圓弧段-懸鏈線段”三段式剖面組成的大位移井，或對于由“穩斜段-圓弧段-懸鏈線段-穩斜段”四段式剖面組成的大位移井，采用下述步驟設計井眼軌道：

三段式剖面或四段式剖面中的第一段穩斜段，一般多為直井段，即鉛垂井段。

三段式剖面與四段式剖面的區別在于，三段式剖面沒有第四段穩斜段。

第1步，給定已知參數：

根據設計條件確定下列參數的值：

總垂深H_t；總水平位移A_t；平移方位ψ_t；

第一個井段的段長ΔL₁；第一個井段的井斜角α₁；

圓弧井段的井斜變化率κ_α，b；

懸鏈線井段終點的井斜角α₃；

誤差允許值ε；

對于三段式剖面，需要上述已知參數；

以及對于四段式剖面，除了需要上述已知參數，還需要再增加一個已知參數：給定懸鏈線井段始點的井斜角α₂；

對于一口具體的大位移井，上述參數可根據專業知識和地質數據等由設計人員決定。

第2步，給定方位漂移率κ^f_φ，i：

根據地層條件和自然造斜規律，從井口到目標點按垂深劃分出若干個地層單元，并給出每個地層單元的方位漂移率；其中第i個地層單元的方位漂移率記作：κ^f_φ，i；