[发明专利]一种三维水平井井眼轨迹控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种三维水平井井眼轨迹控制方法，属于石油天然气钻井技术领域。

背景技术

在石油天然气领域，低孔、低渗和低压油藏被称为“三低”油藏，这类油藏的特点是单井产量低，中石化华北分公司泾河油田、红河油田、渭北油田和洛河油田均属于这类“三低”油藏，例如泾河油田，孔隙度在10％左右，渗透率小于0.5mD，平均压力系数在0.95以下，水平井平均单井产量3.5吨/天左右，因此在开发时需要尽最大可能节约投资，提高开发效益。为节约投资，采用丛式水平井开发，就是在一个井场打两口以上的水平井，由于黄土塬地表沟壑纵横，井场征地困难，部分井要采用三维水平井钻井，就是钻井过程中既有井斜变化，同时又有方位的变化，钻井难度非常高。

泾河油田、红河油田等位于鄂尔多斯盆地，储层非均质性强，加之为降低成本采用常规钻井装备，实现三维水平井钻井更是“难上加难”，难点之一就是井眼轨迹控制技术。目前所实施的三维水平井比较少，少量实施的三维水平井井眼轨迹控制大都采用旋转导向系统和地质导向系统，例如：Auto Trak旋转导向系统、Power Drive旋转导向系统以及Geo-Pilot旋转导向系统，有的则采用比较高端的钻井装备，还有，国内，201310510905.9《一种高造斜率井眼轨迹控制方法》，这种旋转导向系统在三维水平井井眼轨迹控制中效果较好，但最明显的不足是成本非常高。总之，目前为了实现对三维水平井井眼轨迹控制，要么是借助旋转导向钻井系统，要么是采用高端钻井设备(包括：电动钻机，顶部驱动系统，高性能钻杆，高性能钻井液，高性能钻井泵和离心机等等)，这两种方式的成本都比较高，对于“三低”油藏而言，这两种方式都不太适合。

发明内容

本发明的目的是一种三维水平井井眼轨迹控制方法，以解决现有三维水平井井眼轨迹控制采用高端装备及旋转导向系统导致成本过高的问题。

本发明为解决上述技术问题而提供一种三维水平井井眼轨迹控制方法，该控制方法包括以下步骤：

1)根据被施工三维水平井井眼轨道，自造斜点至A靶点采用二维井段、三维井段和二维井段顺序组合的方式；

2)根据所设计的井眼曲率选择钻具组合，钻具组合的造斜率高于井眼曲率；

3)根据所选用钻具组合类型和环空临界排量确定泵排量，根据地层岩性及所选用钻具组合类型确定钻压；

4)根据所设计的初始方位角定向，按照确定的泵排量和钻压以及钻具组合自造斜点进行二维井段钻进；

5)在钻进至所设定的垂深后，测量此时的井底井深、井斜角和井斜方位角，并计算该点的实钻垂深、东西坐标和南北坐标；

6)通过实钻地质录井数据，对地层层序及对应垂深进行预测，确定A靶点垂深、东西坐标和南北坐标；

7)根据A靶点垂深，设置三维井段末点为虚拟靶点，根据步骤5)和步骤6)中的数据确定虚拟靶点的垂深、井斜角和井斜方位角，并计算三维井段所采用的工具面角；

8)根据步骤6)的地层预测和录井数据以及钻井过程中所选用的管柱的一根钻杆长度计算三维井段各待钻点的井斜角和井斜方位角；

9)按照所计算出的工具面角和各待钻点的井斜角及井斜方位角进行三维段钻井至三维井段末点，测量此时的井深、井斜角和井斜方位角，根据地质录井数据修正A靶点的垂深，进行待钻井眼轨道设计，根据造斜率，确定三维井段末点至A靶点井段井身剖面，进行二维井段钻进至A靶点；

10)根据水平段地层岩性和设计轨道的井眼曲率确定钻具组合，根据地质录井数据，以控制垂深为目标，进行水平段二维井段钻井，从而实现对三维水平井井眼轨迹的控制。

所述水平井二维井段采用圆弧段和直线段组合设计，三维井段采用恒工具面设计，所述三维井段与二维井段井眼曲率值相同。

所述步骤7)中工具面角计算公式如下：

增斜时