[發明專利]一種三維水平井井身剖面設計方法

有效

• 申請號: 201510038872.1
• 申請日: 2015-01-27
• 公開（公告）號: CN104747165B
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 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
• 主分類號: E21B47/00
• 分類號: E21B47/00;E21B49/00;E21B47/022;E21B7/06
• 代理公司: 西安吉盛專利代理有限責任公司61108
• 代理人: 張恒陽

技術領域

本發明屬于鉆井工程設計技術領域，具體涉及一種三維水平井井身剖面設計方法。

背景技術

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。

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位置等。這些因素對選擇優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的地質結構和其他有影響的重要因素。

常規二維水平井，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。

發明內容

本發明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，本發明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：