[發明專利]雙二維組合三維水平井軌道設計方法

有效

• 申請號: 202110272041.6
• 申請日: 2021-03-12
• 公開（公告）號: CN112983389B
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發明（設計）人: 石建剛;路宗羽;席傳明;吳繼偉;熊超;張楠;葉雨晨;王雪剛;趙廷峰
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣股份有限公司
• 主分類號: E21B43/30
• 分類號: E21B43/30;G06F30/20;G06F17/10
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 劉娜

本發明提供了一種雙二維組合三維水平井軌道設計方法。雙二維組合三維水平井軌道設計方法，包括：以井口為中心點O確定相互垂直的第一軸D，第二軸N和第三軸E；按二維軌道設計方法確定水平井的上部軌道；按二維軌道設計方法確定水平井的下部軌道；其中，上部軌道的終點為下部軌道的起點，上部軌道位于經過井口的第一個鉛垂面上，下部軌道位于經過水平段的第二個鉛垂面上。本發明解決了現有技術中三維水平井存在井眼軌跡難控制的問題。

技術領域

本發明涉及石油鉆井工程領域，具體而言，涉及一種雙二維組合三維水平井軌道設計方法。

背景技術

在石油鉆井工程領域，水平井是指進入目的層時井眼軸線接近水平(井斜角90°左右)并在目的層中延伸一定長度的定向井。如果一口水平井的井眼軌道(是指預先設計的井眼軸線)位于同一個鉛垂面上，該水平井就稱為二維水平井；如果一口水平井的井眼軌道不在同一個鉛垂面上，該水平井就稱為三維水平井。與二維水平井相比，三維水平井軌道設計及施工難度較大。上世紀90年代以來，國內外均建立了三維水平井軌道設計模型及求解方法。傳統的三維水平井井眼軌道都有一個三維變方向井段，該井段要同時承擔扭方位和增斜功能，使得該井段相對較長，增加了井眼軌跡控制難度，也影響鉆井速度。

也就是說，現有技術中三維水平井存在井眼軌跡難控制的問題。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種雙二維組合三維水平井軌道設計方法，以解決現有技術中三維水平井存在井眼軌跡難控制的問題。

為了實現上述目的，本發明提供了一種雙二維組合三維水平井軌道設計方法，其特征在于，包括：以井口為中心點O確定相互垂直的第一軸D，第二軸N和第三軸E；按二維軌道設計方法確定水平井的上部軌道；按二維軌道設計方法分確定水平井的下部軌道；其中，上部軌道的終點為下部軌道的起點，上部軌道位于經過井口的第一個鉛垂面上，下部軌道位于經過水平段的第二個鉛垂面上。

進一步地，按二維軌道設計方法確定水平井的上部軌道包括：由中心點O向第一軸D的方向延伸距離D_a到達第一造斜點a，中心點O到第一造斜點a的軌跡為第一直井段；預先設定上部軌道方位角φ_b，上部軌道位于經過中心點O和上部軌道方位角φ_b的第一個鉛垂面上。在第一個鉛垂面上，以第一造斜點a為起點、與第一軸D的距離R₁₁為半徑、點M為第一圓心做弧線確定第一穩斜點b，第一穩斜點b對應井斜角α_b，第一造斜點a到第一穩斜點b的軌跡為第一增斜段；以第一穩斜點b為起點，沿井斜角α_b的方向延伸距離L_W1到達降斜點c，第一穩斜點b到降斜點c的軌跡為第一穩斜段；以降斜點c為起點、與第一穩斜段的距離R₁₂為半徑、點P為第二圓心做弧線確定直井點d，直井點d對應的井斜角等于0，點P和降斜點c之間的連線與點M和第一穩斜點b的連線平行，均與第一穩斜段垂直，直井點d和點P的連線與第一軸D垂直，降斜點c到直井點d的軌跡為降斜段，點M和點P位于降斜段的兩側；由直井點d向第一軸D的方向延伸到第二造斜點e，第二造斜點e對應垂深為D_e，直井點d到第二造斜點e的軌跡為第二直井段；其中，第一直井段、第一增斜段、第一穩斜段、降斜段和第二直井段形成上部軌道。