一種確定二維小靶前距水平井的中長半徑軌道的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種確定二維小靶前距水平井的中長半徑軌道的方法，依次包括如下步驟：確定第一靶點(diǎn)、第二靶點(diǎn)和井口位置，求得第一靶點(diǎn)位移、垂深、第二靶點(diǎn)位移垂深，再確定第三部分水平段軌道沿第一靶點(diǎn)與第二靶點(diǎn)之間的連線延伸；然后以第一靶點(diǎn)為終點(diǎn)，向上確定第二部分增斜著陸軌道，包括第一增斜圓弧段、穩(wěn)斜直線段和第二增斜圓弧段；接著以井口為起點(diǎn)，以軌道中點(diǎn)為終點(diǎn)確定反向造斜軌道，包括直井段、反向增斜圓弧段、穩(wěn)斜直線段和降斜圓弧段，各圓弧段的半徑取值范圍均為191m～286.5m。該確定二維小靶前距水平井的中長半徑軌道的方法，通過反向造斜增大靶前位移可以解決解決復(fù)雜地面條件與中長半徑軌道水平井井位優(yōu)選之間的矛盾。
【專利說明】一種確定二維小靶前距水平井的中長半徑軌道的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種水平井的中長半徑軌道，特別涉及一種確定二維小靶前距水平井的中長半徑軌道的方法，屬于石油鉆井【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]在石油鉆井領(lǐng)域，水平井是近年來發(fā)展最快、推廣應(yīng)用最廣的一項(xiàng)鉆井技術(shù)，具有大幅度提高油氣采收率、加快資金回收、降低成本等技術(shù)優(yōu)勢(shì)。水平井按井眼軌道曲率半徑的大小分為五種類型。①長半徑水平井，曲率半徑1? > 286.5m，造斜率K < 20° /IOOm.級(jí)中長半徑水平井，曲率半徑R = 286.5m~86m，造斜率K = (20°~67° )/100m ;③中短半徑水平井，曲率半徑R = 86m~28.65m，K =(67°~200° )/IOOm ;④短半徑水平井，曲率半徑R = 28.65m~5.73m，造斜率K = (200。~1000。)/IOOm ;⑤超短半徑水平井，曲率半徑R= lm~4m。在水平井施工中，井眼軌道的確定是非常重要的一環(huán)，軌道優(yōu)化有利于減輕施工難度，提高施工速度；反之，則增加施工難度。
[0003]目前常規(guī)Φ216井眼在中長半徑水平井技術(shù)方面，已經(jīng)積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，各個(gè)油田的中長半徑水平井技術(shù)都已經(jīng)成熟，特別是曲率半徑為286.5~191米(造斜率20~30度/100米)的中長半徑水平井技術(shù)采用最多，相關(guān)工具及技術(shù)最成熟。相較之下，中短半徑水平井存在以下弊端:(1)若采用中短半徑剖面施工，由于造斜率比常規(guī)的中長半徑水平井要高，造斜工具的結(jié)構(gòu)彎角必然較大，存在造斜鉆具在井內(nèi)能否順利下入的問題，同樣還存在鉆具管柱能否順利下入的問題，一定程度上還影響了鉆柱的壽命。(2)由于造斜段的半徑小，井眼彎曲劇烈，完井方式的確定要根據(jù)套管在彎曲段的受力情況而定，這對(duì)套管的下入、套管螺紋的密封性、套管的壽命都增加了難度。由于套管柱在高井眼曲率的水平井彎曲井段將產(chǎn)生較大彎曲應(yīng)力和較大的徑向變形，較大的彎曲應(yīng)力會(huì)加快套管的失效，直至管體破壞；較大的徑向變形會(huì)產(chǎn)生很大的彈性變形，或是屈曲，甚至被壓扁；經(jīng)過校核甚至不能采用常規(guī)的套管完井方式。(3)中短半徑水平井施工由于造斜率高，需連續(xù)造斜，無穩(wěn)斜調(diào)節(jié)段，著陸的難度和風(fēng)險(xiǎn)大，軌跡控制難度大。測(cè)斜零長，對(duì)井底軌跡數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)提出了挑戰(zhàn)，若預(yù)測(cè)不正確，往往會(huì)造成填井事故的發(fā)生，尤其是對(duì)一些復(fù)雜小斷塊油田，填井事故更聞。(4)造斜率聞、連續(xù)造斜段長易形成鍵槽，卡鉆風(fēng)險(xiǎn)大。
[0004]在二維水平井設(shè)計(jì)中，從井口到靶點(diǎn)的井身軌跡為通過水平段的鉛垂平面內(nèi)的曲線或曲、直線段組合。依靠曲線段造斜，可實(shí)現(xiàn)井眼從井口位置向一定距離外的靶點(diǎn)延伸，井口與第一靶點(diǎn)在水平方向的距離即為靶前距。對(duì)于水平井，曲線段井斜一般從零度增加至九十度左右，該曲線段所屬圓弧的半徑即造斜所需最小位移。當(dāng)靶前距大于造斜所需最小位移時(shí)，可以通過在曲線段中間增加斜直線段或者使用更大半徑的曲線段來完成造斜。當(dāng)靶前距小于造斜所需最小位移時(shí)，一般則需要使用更小半徑的曲線段來完成造斜。常規(guī)Φ216井眼水平井若使用中長半徑軌道，則要求靶前距大于86m，否則即為小靶前距。
[0005]在各油田的勘探開發(fā)過程中，特別是在人口稠密、村鎮(zhèn)密布、水網(wǎng)縱橫的地面條件復(fù)雜的油田，復(fù)雜地面條件與水平井井位優(yōu)選的矛盾大量存在。部分水平井因復(fù)雜地面條件的限制，適合常規(guī)Φ216井眼水平井施工的井口處可能存在地面建筑或魚塘、河流等障礙物，若根據(jù)地面條件選擇井口位置，可能存在靶前距過小的問題。對(duì)小靶前距水平井，若不得已增加靶前距繞過障礙物來選擇井口位置，則導(dǎo)致靶前距過長，增加了鉆井進(jìn)尺、施工難度和鉆井成本。一些井甚至因靶前距太大而放棄了施工，地下油氣藏得不到有效開采。要很好地解決地面條件和水平井井位優(yōu)選的矛盾，只有從優(yōu)化、創(chuàng)新常規(guī)Φ216井眼小靶前距水平井井眼軌道設(shè)計(jì)入手，才能夠解決目前存在的技術(shù)難題，滿足勘探開發(fā)對(duì)工程技術(shù)的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于，克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種確定二維小靶前距水平井的中長半徑軌道的方法，可以解決復(fù)雜地面條件與水平井井位優(yōu)選之間的矛盾。
[0007]為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明的一種確定二維小靶前距水平井的中長半徑軌道的方法，依次包括如下步驟:(1)確定第一靶點(diǎn)、第二靶點(diǎn)和井口位置，⑵求得第一靶點(diǎn)位移、第一靶點(diǎn)垂深、第二靶點(diǎn)位移和第二靶點(diǎn)垂深，所述第一靶點(diǎn)位移為第一靶點(diǎn)與井口在水平方向的距離，所述第一靶點(diǎn)垂深HC為第一靶點(diǎn)與井口在高度方向的距離，以此類推；⑶確認(rèn)所述第一靶點(diǎn)位移小于86m ;⑷確定第三部分水平段軌道，所述水平段軌道沿第一靶點(diǎn)與第二靶點(diǎn)之間的連線延伸；(5)以所述第一靶點(diǎn)為終點(diǎn)，向上確定第二部分增斜著陸軌道；所述增斜著陸軌道包括自上而下依次相切且井斜角依次增大的第一增斜圓弧段、增斜著陸軌道穩(wěn)斜直線段和第二增斜圓弧段，所述第一增斜圓弧段的上端起點(diǎn)為軌道中點(diǎn)，所述軌道中點(diǎn)的井斜角為零度；所述第一增斜圓弧段的下端終點(diǎn)為增斜著陸軌道穩(wěn)斜直線段的起點(diǎn)，所述增斜著陸軌道穩(wěn)斜直線段的下端終點(diǎn)為第二增斜圓弧段的上端起點(diǎn)，第二增斜圓弧段的下端終點(diǎn)為第一靶點(diǎn)，所述第二增斜圓弧段與所述水平段軌道于第一靶點(diǎn)處相切；所述增斜著陸軌道越往下越向第一靶點(diǎn)靠近，所述第一增斜圓弧段和第二增斜圓弧段的半徑取值范圍均為191m?286.5m ;(6)以井口為起點(diǎn)，以軌道中點(diǎn)為終點(diǎn)確定第一部分反向造斜軌道；所述反向造斜軌道包括自上而下依次相切的直井段、反向增斜圓弧段、反向造斜軌道穩(wěn)斜直線段和降斜圓弧段；所述直井段自井口豎直向下延伸，所述直井段的終點(diǎn)為造斜點(diǎn)，所述造斜點(diǎn)為所述反向增斜圓弧段的上端起點(diǎn)，所述反向增斜圓弧段的下端終點(diǎn)為所述反向造斜軌道穩(wěn)斜直線段的上端起點(diǎn)，所述反向造斜軌道穩(wěn)斜直線段的下端終點(diǎn)為所述降斜圓弧段的上端起點(diǎn)，所述降斜圓弧段的下端終點(diǎn)為所述軌道中點(diǎn)，所述反向造斜軌道中造斜點(diǎn)以下部分越往下越向遠(yuǎn)離第一靶點(diǎn)的方向偏離，所述反向增斜圓弧段和降斜圓弧段的半徑取值范圍均為191m?286.5m。
[0008]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明取得了以下有益效果:⑴本發(fā)明軌道確定采用正向與反向相結(jié)合，先確定第三部分水平段軌道，再確定第二部分增斜著陸軌道，然后確定第一部分反向造斜軌道，即先從第一靶點(diǎn)先由下向上找到軌道中點(diǎn)，再從井口自上而下確定到軌道中點(diǎn)的軌道，最后確定各段的所有參數(shù)，使各段平滑連接；⑵通過增設(shè)依次相切的反向增斜圓弧段、反向造斜軌道穩(wěn)斜直線段和降斜圓弧段到達(dá)軌道中點(diǎn)處實(shí)現(xiàn)井斜角為零度，增加了反位移，使靶前位移達(dá)到適合中長半徑軌道的合適位移，然后再通過依次相切的第一增斜圓弧段、增斜著陸軌道穩(wěn)斜直線段和第二增斜圓弧段與水平段軌道連接；⑶將原來不能設(shè)計(jì)成中長半徑軌道的小靶前距水平井井眼軌道確定成中長半徑軌道，克服了常規(guī)Φ216井眼小靶前距水平井不能應(yīng)用中短半徑鉆井技術(shù)施工所帶來的問題；⑷避免了因靶前距小而不得已移動(dòng)井口位置變成長靶前位移水平井，同常規(guī)靶前位移水平井相比，增加了鉆井進(jìn)尺，增加了施工難度和鉆井成本；(5)避免了一些井因現(xiàn)場(chǎng)條件移動(dòng)井口位置太大而放棄施工，有效解決了復(fù)雜地面條件下水平井井口位置確定的難題，為復(fù)雜小斷塊油田油藏的開發(fā)提供了新的手段；(6)圓弧段的半徑均在191m~286.5m之間，對(duì)于Φ216井眼造斜率低彎曲平緩，利于鉆具順利下入，鉆柱壽命長；(7)套管柱在中長半徑的彎曲井段彎曲應(yīng)力和徑向變形小，可以采用常規(guī)的套管完井方式；⑶與中短半徑水平井相比，不需要連續(xù)造斜，有穩(wěn)斜直線段，著陸的難度和風(fēng)險(xiǎn)小，軌跡控制難度小，卡鉆風(fēng)險(xiǎn)小。
[0009]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，步驟⑷中，確定水平段軌道的長度、水平段軌道井斜角、水平段軌道的位移和水平段軌道的垂深增量；其中水平段軌道的長度
【權(quán)利要求】
1.一種確定二維小靶前距水平井的中長半徑軌道的方法，其特征在于，依次包括如下步驟:(1)確定第一靶點(diǎn)、第二靶點(diǎn)和井口位置，⑵求得第一靶點(diǎn)位移、第一靶點(diǎn)垂深、第二靶點(diǎn)位移和第二靶點(diǎn)垂深，所述第一靶點(diǎn)位移為第一靶點(diǎn)與井口在水平方向的距離，所述第一靶點(diǎn)垂深He為第一靶點(diǎn)與井口在高度方向的距離，以此類推；ω確認(rèn)所述第一靶點(diǎn)位移小于86m ;⑷確定第三部分水平段軌道，所述水平段軌道沿第一靶點(diǎn)與第二靶點(diǎn)之間的連線延伸；(5)以所述第一靶點(diǎn)為終點(diǎn)，向上確定第二部分增斜著陸軌道；所述增斜著陸軌道包括自上而下依次相切且井斜角依次增大的第一增斜圓弧段、增斜著陸軌道穩(wěn)斜直線段和第二增斜圓弧段，所述第一增斜圓弧段的上端起點(diǎn)為軌道中點(diǎn)，所述軌道中點(diǎn)的井斜角為零度；所述第一增斜圓弧段的下端終點(diǎn)為增斜著陸軌道穩(wěn)斜直線段的起點(diǎn)，所述增斜著陸軌道穩(wěn)斜直線段的下端終點(diǎn)為第二增斜圓弧段的上端起點(diǎn)，第二增斜圓弧段的下端終點(diǎn)為第一靶點(diǎn)，所述第二增斜圓弧段與所述水平段軌道于第一靶點(diǎn)處相切；所述增斜著陸軌道越往下越向第一靶點(diǎn)靠近，所述第一增斜圓弧段和第二增斜圓弧段的半徑取值范圍均為191m~286.5m ;(6)以井口為起點(diǎn)，以軌道中點(diǎn)為終點(diǎn)確定第一部分反向造斜軌道；所述反向造斜軌道包括自上而下依次相切的直井段、反向增斜圓弧段、反向造斜軌道穩(wěn)斜直線段和降斜圓弧段；所述直井段自井口豎直向下延伸，所述直井段的終點(diǎn)為造斜點(diǎn)，所述造斜點(diǎn)為所述反向增斜圓弧段的上端起點(diǎn)，所述反向增斜圓弧段的下端終點(diǎn)為所述反向造斜軌道穩(wěn)斜直線段的上端起點(diǎn)，所述反向造斜軌道穩(wěn)斜直線段的下端終點(diǎn)為所述降斜圓弧段的上端起點(diǎn)，所述降斜圓弧段的下端終點(diǎn)為所述軌道中點(diǎn)，所述反向造斜軌道中造斜點(diǎn)以下部分越往下越向遠(yuǎn)離第一靶點(diǎn)的方向偏離，所述反向增斜圓弧段和降斜圓弧段的半徑取值范圍均為191m~286.5m。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的確定二維小靶前距水平井的中長半徑軌道的方法，其特征在于:步驟⑷中，確定水平段軌道的長度、水平段軌道井斜角、水平段軌道的位移和水平段軌道的垂深增量；其中水平 段軌道的長度1^ =;所述水平段軌道的井斜角;所述水平段軌道的位移ss=s，_se;所述水平段軌道的垂深增量AHs = H0 - Hc ;其中SC、HC為第一靶點(diǎn)位移及垂深，SD、HD為第二靶點(diǎn)位移及垂深。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的確定二維小靶前距水平井的中長半徑軌道的方法，其特征在于:步驟(5)中，確定增斜著陸軌道位移和增斜著陸軌道垂深增量；增斜著陸軌道位移 Ss = i(l - CK t Lir1IlMr11 R:{cos%, - Cl %]-所述增斜著陸軌道位移SN為軌道中點(diǎn)與第一靶點(diǎn)之間的水平距離；增斜著陸軌道垂深增量It1 = I1 sin%: + Liy1 m %: +- Si?%.)>所述增斜著陸軌道垂深增量δ ηζι為軌道中點(diǎn)與第一靶點(diǎn)之間的垂直距離；其中Rl為第一增斜圓弧段的半徑，R2為第二增斜圓弧段的半徑；a Wl為增斜著陸軌道穩(wěn)斜直線段井斜角，取值范圍為40°~60° ;LW1為增斜著陸軌道穩(wěn)斜直線段的長度，Lffl的取值范圍為50~150米。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的確定二維小靶前距水平井的中長半徑軌道的方法，其特征在于:步驟(5)中，確定中點(diǎn)位移SB和中點(diǎn)垂深HB，中點(diǎn)位移纟:中點(diǎn)垂深
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的確定二維小靶前距水平井的中長半徑軌道的方法，其特征在于:步驟(6)中，初選造斜點(diǎn)垂深HA并確定反向造斜軌道斜井段垂深增量Λ ΗΖ2，Mizz = Hs -Ha,接著確定反向造斜軌道穩(wěn)斜直線段的長度LW2，
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的確定二維小靶前距水平井的中長半徑軌道的方法，其特征在于:步驟(6)中，確定反向造斜軌道穩(wěn)斜直線段井斜角a W2，
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的確定二維小靶前距水平井的中長半徑軌道的方法，其特征在于:步驟(7)，以井口 O為原點(diǎn)，靶點(diǎn)水平方向?yàn)檎?，深度向下方向?yàn)檎?，確定第一部分反向造斜軌道各段的長度和垂深增量，其中反向增斜圓弧段垂深增量
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的確定二維小靶前距水平井的中長半徑軌道的方法，其特征在于:步驟⑶，確定第二部分增斜著陸軌道各段的長度和垂深增量，其中第一增斜圓弧井段垂深增量
【文檔編號(hào)】E21B7/04GK103993830SQ201410199359
【公開日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2014年5月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月13日
【發(fā)明者】陳小元, 莫鉞, 馬開良, 楊國杰, 王委, 秦春 申請(qǐng)人:中國石油化工股份有限公司, 中石化江蘇石油工程有限公司