[發明專利]基于地層和鉆具特性的井眼軌跡預測方法

在審

• 申請號: 201811293148.3
• 申請日: 2018-11-01
• 公開（公告）號: CN111119855A
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 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工程技術研究院
• 主分類號: E21B47/022
• 分類號: E21B47/022
• 代理公司: 北京聿華聯合知識產權代理有限公司 11611
• 代理人: 朱繪;張文娟

本發明提供了一種基于地層和鉆具特性的井眼軌跡預測方法，其包括以下步驟：表征并反演待鉆井的地層自然造斜規律，得到地層井斜率和地層方位率，以表征由地層自然造斜所產生的井斜變化率和方位變化率；用工具造斜率和工具面角來表征鉆具的定向造斜特性；基于地層井斜率、工具造斜率和工具面角來預測井眼軌跡的井斜變化率和井斜角；基于地層方位率、工具造斜率、工具面角以及井斜角來預測井眼軌跡的方位變化率和方位角。本發明的基于地層和鉆具特性的井眼軌跡預測技術能定量預測任一井深處的井斜角、方位角、井斜變化率、方位變化率等井眼軌跡參數及其變化情況，普遍適用于各種導向鉆井方式和井眼軌跡模型，解決了目前只能定性預測井眼軌跡等問題。

技術領域

本發明涉及油氣井工程領域，具體說涉及一種基于地層和鉆具特性的井眼軌跡預測方法。

背景技術

自上世紀50年代以來，定向鉆井技術從幾何導向和滑動導向鉆井發展到地質導向和旋轉導向鉆井，已成為提高勘探成功率、儲層鉆遇率和開發采收率的重要技術手段。然而，數十年來，井眼軌跡預測技術卻沒有新突破，已明顯滯后于鉆井技術發展及需求。

現有的井眼軌跡預測技術是：首先，基于鉆具組合力學特性分析，計算出鉆頭側向力、鉆頭傾角等參數；然后，再基于鉆頭與地層的相互作用模型，計算出三維鉆速，并據此預測井眼軌跡的平衡井斜角和平衡方位角(白家祉,蘇義腦.井斜控制理論與實踐.北京:石油工業出版社,1990；高德利,劉希圣,徐秉業.井眼軌跡控制.山東東營:石油大學出版社,1994)。然而，平衡井斜角和平衡方位角只是井眼軌跡的發展趨勢，并非所能鉆達的井斜角和方位角。換句話說，當繼續鉆進時，井斜角和方位角將趨近于平衡井斜角和平衡方位角，卻不能真正達到這種平衡狀態，況且隨著井深增加平衡狀態將不斷變化。

總之，現有技術只能定性預測井眼方向的發展趨勢，不能定量預測“繼續鉆進多少井深所鉆達的井斜角和方位角”。因此，為滿足鉆井技術的發展需求，亟待解決井眼軌跡定量預測問題。

發明內容

針對現有技術中存在的不足，本發明提供一種基于地層和鉆具特性的井眼軌跡預測方法，該方法包括以下步驟：

表征并反演待鉆井的地層自然造斜規律，得到地層井斜率和地層方位率，以表征由地層自然造斜所產生的井斜變化率和方位變化率；

用工具造斜率和工具面角來表征鉆具的定向造斜特性，其中所述工具造斜率用于表征造斜能力，所述工具面角用于表征工具姿態；

基于所述地層井斜率、所述工具造斜率和所述工具面角來預測井眼軌跡的井斜變化率和井斜角；

基于所述地層方位率、所述工具造斜率、所述工具面角以及所述井斜角來預測井眼軌跡的方位變化率和方位角。

根據本發明的基于地層和鉆具特性的井眼軌跡預測方法，優選的是，在表征并反演待鉆井的地層自然造斜規律的步驟中，用所述地層井斜率和所述地層方位率來表征地層各向異性對井眼軌跡的影響，基于鄰井實鉆資料反演得到所述地層井斜率和所述地層方位率：

式中：L為井深，單位：米；κ_α為井斜變化率，(°)/30米；κ_φ為方位變化率，(°)/30米；下標f表示地層。

根據本發明的基于地層和鉆具特性的井眼軌跡預測方法，優選的是，在用工具造斜率和工具面角來表征鉆具的定向造斜特性的步驟中，基于鉆井工藝的實施方案來確定工具造斜率和工具面角沿井深的變化關系：

式中：κ_t為工具造斜率，(°)/30米；ω_t為工具面角，(°)；下標t表示鉆具。

根據本發明的基于地層和鉆具特性的井眼軌跡預測方法，優選的是，在預測井眼軌跡的井斜變化率和井斜角的步驟中，按如下公式預測井眼軌跡的井斜變化率：