[发明专利]一种三维水平井井身剖面设计方法

说明书

技术领域

本发明属于钻井工程设计技术领域，具体涉及一种三维水平井井身剖面设计方法。

背景技术

井身结构设计是水平井成功实施额关键技术，它与地层压力、井眼稳定、完井方式、井身剖面和全面施工难度等因素密切相关，其设计科学合理与否，直接关系到下步井眼安全钻进、油层保护、钻井工程施工的经济性和后继采油作业。

水平井的井身轨迹与垂直井不同,水平井的井身要横穿油层,因而在设计中应考虑的因素很多,诸如,油藏几何形状、地层结构(地层倾角和方位)、生产层内液体分布情况的限制、起钻时地面扭矩和大钩负荷(包括阻力)及一F钻遇阻负荷值。另外,根据油层特性确定穿越油气层的水平井段的位置及最优化水平长度和总水平位移、初始造斜点的深度、造斜率及确定进入油层的合适的靶区位置等。这些因素对选择优化井身剖面起着极其重要的作用。井身剖面设计的合理与否,不仅关系到钻井和完井作业能否成功,而且也关系到产能的大小,及是否迅速产生水锥、气锥等问题,甚至造成巨大的经济损失。因此,在设计水平井的井身剖面时要全面掌握该钻井地区的地质结构和其他有影响的重要因素。

常规二维水平井，井口与水平段投影基本在同一条直线上，无偏移距，剖面设计属二维平面设计，设计过程中只分析靶前距、水平段长对钻井摩阻扭矩的影响，影响因素少，设计难度低、方法多。

受地形地貌影响，部分水平井井口与水平段投影无法在同一条直线上，存在一定偏移距，剖面设计属三维空间设计，设计过程中不但要计算靶前距、水平段长、垂深、地层稳定性等因素，还有计算带偏移距条件下，第一造斜点、扭方位点、第二造斜点的参数优选，以及三维剖面条件下诸多因素对剖面设计及现场施工过程中钻井摩阻扭矩的影响，设计难度增大，且国内尚无三维水平井井身剖面设计方法。

发明内容

本发明的目的是克服现有的二维水平井井身剖面设计方法无法适应复杂地貌情况下的井身剖面设计的问题。

为此，本发明提供了一种三维水平井井身剖面设计方法，包括如下步骤，

步骤1：根据区域地质特点，对井筒内不同地层段岩性分析，划分出需要进行三维水平井井身剖面设计复杂层段；

步骤2：确定靶前距长度，采用5～8°/30m的造斜率，计算井斜从0°增加至90°时靶前距能否满足钻井增斜要求；

步骤3：如果靶前距满足增斜要求，则进行下一步设计；如果靶前距过短，则先采用走负位移的方式，来弥补靶前距过短，再采用步骤2的方法计算合理靶前距；

步骤4：确定偏移距大小，采用3～8°/30m的造斜率、选择0～90°的偏移距角度，计算方位从0°或270°摆正至水平方位时的偏移距；

步骤5：根据靶前距、偏移距的大小，采用3～8°/30m的造斜率，井斜从0°至90°、方位从0°或270°摆正至水平方位时，计算出0～90°的偏移距角度；

步骤6：采用分段设计的方式设计不同垂深的井段，

（1）直井段2：从井口开始往下是一段直井段；

（2）斜井段：选择第一造斜点，从第一造斜点开始采用2～4°/30m的第一造斜率走偏移距，井斜控制在20°以内，直至消除三分之二以上的偏移距；

（3）扭方位段：选择扭方位点，采用3～6°/30m的第二造斜率扭方位，方位从90°或270°扭正至水平段的要求方位；

（4）第二增斜段：选择第二造斜点，从第二造斜点开始采用5～8°/30m的增斜率增斜至井段水平后入窗；

（5）水平段：入窗点为第二增斜段的末端点，从入窗点开始即为水平段，水平段的最末端为完钻点。

步骤7：配合钻井摩阻扭矩计算分析软件，进一步调整第一造斜点、扭方位点及第二造斜点，实现整个三维水平井井身剖面低摩阻低扭矩的优化设计。

所述的步骤1中所述的复杂层段包括漏失层和坍塌层。

所述的步骤2中靶前距长度为采用5～8°/30m的造斜率，井斜从0°增加至90°的斜井段的竖直投影长度，若靶前距长度为214m～343m，则满足钻井增斜要求，若靶前距长度小于214m，则不满足钻井增斜要求。

所述的步骤3中采用走负位移的方式，来弥补靶前距过短通过如下过程实现：根据靶前距采用3～5°/30m的造斜率，计算井斜从0°增加至30～40°条件下的负位移，然后采用改变方位、利用直井段先朝着水平方位的反方向钻进计算出的的负位移的距离。

所述的步骤4中所述的步骤4中偏移距长度为采用5～8°/30m的造斜率，井斜从0°增加至90°的斜井段的水平投影长度。

所述的步骤5中偏移角度按照如下公式进行计算：