CN102162355A - 一种水平井着陆时地质导向方法 - Google Patents

Abstract

一种水平井着陆时地质导向方法，涉及石油、天然气等钻井勘探开发技术领域，尤其是涉及一种适用于水平井钻进过程中，在造斜段完成后，水平井着陆时地质导向方法。其特征是，在造斜段完成后，着陆之前使井眼轨迹按一定的井斜角稳斜钻进探寻目的层，当现场实时数据确定钻遇目的层时，增斜钻进，直至井眼轨迹与地层倾角平行，并处于目的层砂岩显示最好的位置时，保持稳斜钻进。本发明以目的井现场实钻数据资料为基础，综合考虑了目的层垂深提前和滞后两种可能，可有效减少水平段浪费，又能有效预防井眼轨迹钻穿目的层。

Description

一种水平井着陆时地质导向方法

技术领域

本发明涉及石油、天然气等钻井勘探开发技术领域，尤其是涉及一种适用于水平井钻进过程中，在造斜段完成后，水平井着陆时地质导向方法。

背景技术

目前，在石油、天然气等钻井勘探开发技术领域，水平井作业中，使用随钻测井工具、随钻测量工具和现场综合录井工具。随钻测量工具、随钻测井工具位于离钻头不远的地方，在钻机钻进的同时获取地层的各种资料和井眼轨迹资料，包括井斜、方位、自然伽马、深浅侧向电阻率等。现场综合录井工具获取钻时、岩屑、荧光、气测录井等，这样利用随钻测量工具、随钻测井工具测得的钻井参数、地层参数和现场综合录井资料推导出目的层位置和钻头在目的层中实际位置，并及时调整钻头轨迹，使之顺着地质导向人员的设想钻进。

但是地下地质条件复杂，地层并不是非常稳定和平坦的，目的层垂深存在不确定性，地质部门对目的层垂深的预测有一定的误差，参见陈庭根，“钻井工程理论与技术，”山东，中国石油大学出版社209，210(2006)。当完全根据设计书和地质构造图控制井眼轨迹时，经常会出现钻头偏离目的层的情况，尤其在水平井着陆时，事先无法确定目的层是提前，还是滞后？稍有不慎就导致水平井着陆失败。现场地质导向人员的解决方法是在造斜段完成后着陆之前使井眼轨迹与地层保持一个夹角稳斜钻进探寻目的层，当确定着陆后，及时调整钻头轨迹，使之与目的层平行，顺着目的层沿层钻进。夹角的大小对成功着陆与否产生明显影响。当夹角过小时，接近目的层慢，损失了宝贵的水平段，在目的层垂深比地质部门预测滞后时表现尤为明显，如果目的层垂深比地质部门预测滞后5米，以1度夹角接近目的层，需要多钻进280米才能着陆，造成了水平段明显损失；当夹角过大时，可能直接钻穿目的层，在某些地层中可能再也无法追回目的层，如果目的层厚度为2米，以10度夹角着陆，着陆后以2度/10米造斜率增斜，井眼轨迹将在目的层里钻进15米后迅速钻穿目的层从层底钻出，需要只少钻进50米才能钻回目的层，同时造成井眼轨迹不圆滑，增加工程上的风险。

综上所述，由于地质部门对目的层垂深的预测有一定的误差，目的层垂深存在不确定性，现场地质导向人员需要在着陆之前使井眼轨迹与地层保持一个夹角稳斜钻进探寻目的层。但是目前还没计算这个夹角大小的明确方法，需要开发一种水平井着陆时地质导向方法以保证实钻井眼轨迹既能减少损失水平段，又不钻穿目的层。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种水平井着陆时地质导向方法，为现场地质导向提供支持。且方法步骤简单、操作简易、行之有效，能有效解决水平井着陆时造成水平段浪费问题和有效解决井眼轨迹钻穿目的层问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种水平井着陆时地质导向方法，其特征在于该方法包括以下步骤。

步骤一：预测井眼轨迹到目的层顶界最大距离，当井眼轨迹着陆后，它将逐渐远离目的层顶界，其最远点到目的层顶界的距离为井眼轨迹到目的层顶界最大距离；为了使井眼轨迹顺着目的层沿层钻进，尽量提高砂岩钻遇率，通常要求这个距离不能超过目的层厚度；由于此时还没有着陆，无法确定目的层厚度，实际操作中以邻井目的层厚度作参照，即预测井眼轨迹到目的层顶界最大距离等于邻井目的层厚度。

步骤二：预测造斜率，当井眼轨迹着陆后，为了使井眼轨迹顺着目的层沿层钻进，应使井眼轨迹处于目的层内，并且井斜角与地层倾角保持一致，然而这时井斜角与地层倾角之间有一个夹角，所以，现场实钻中一旦确定井眼轨迹着陆，就要尽量增斜，以达到使井眼轨迹顺着目的层沿层钻进目的；增斜过程的造斜率是可以预测的，现场地质导向人员根据造斜工具造斜能力和本区地质特征预测造斜率。

步骤三：预测着陆时井斜角与地层最大可行夹角，当井眼轨迹着陆后，持续以步骤二所预测的造斜率增斜钻进，一直到达步骤一所预测的井眼轨迹到目的层顶界最大距离最大距离点所处位置时，这段井眼轨迹为一圆弧，其半径为 $R=\frac{360}{K}\×\frac{1}{2\mathrm{\π}},$ 着陆时井斜角与地层最大可行夹角满足 $\cos \left(a\right)=\frac{R-D}{R}=1-\frac{2\mathrm{\π}\×D\×K}{360}$ 即 $a=\arccos (1-\frac{2\mathrm{\π}\×D\×K}{360}).$

式中R是圆弧的半径，D是步骤一预测的井眼轨迹到目的层顶界最大距离，K是步骤二预测的造斜率，a是步骤三预测的着陆时井斜角与地层最大可行夹角，Л是圆周率，cos是余弦函数，arccos是反余弦函数。

步骤四：预测地层倾角，由于此时还没有着陆，无法确定目的层的真实地层倾角，需要以多口邻井的分层数据与地震数据拟合生成目的层顶界构造图，然后再把井眼轨迹投影到目的层顶界构造图中，预测着陆点处地层倾角；这个工作通常由地质建模人员完成，并记载在地质设计书中，所以现场地质导向人员只需查阅地质设计书得到预测的地层倾角，无需另行预测地层倾角。

步骤五：确定井斜角大小，根据步骤三预测的井斜角与地层最大可行夹角，结合步骤四预测的地层倾角，现场地质导向人员选择一个与地层倾角的夹角相等或者稍小的井斜角保持稳斜钻进探寻目的层，可有效减少水平段浪费，又能有效预防井眼轨迹钻穿目的层。

步骤六：实钻中着陆段地质导向，造斜段完成后，在着陆之前保持步骤五所确定井斜角稳斜钻进探寻目的层，当现场实时数据确定钻遇目的层时，以步骤二所预测的造斜率增斜钻进，直至井眼轨迹与地层倾角平行，并处于目的层砂岩显示最好的位置时，保持稳斜钻进。(如图1)井眼轨迹在A至B段以步骤五所确定井斜角稳斜钻进，井眼轨迹为直线；由于地层垂深事先无法确定，所以，B点位置事前不能确定，A至B段长度事前不能确定，当现场实时数据确定钻遇目的层时，钻遇目的层的那点就是B点；B至C段以步骤二所预测的造斜率增斜钻进，井眼轨迹为一段圆弧，圆弧的圆心点在O点；C点就是步骤一所预测的井眼轨迹到目的层顶界最大距离点。

综上，本发明以目的井实际数据资料为基础，综合考虑了目的层垂深提前和滞后两种可能，既能有效减少水平段浪费，又能有效预防井眼轨迹钻穿目的层。

附图说明

图1井眼轨迹剖面示意图。1是井眼轨迹，2是目的层顶界，3是目的层底界。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明。

本发明所述的一种水平井着陆时地质导向方法，其特征在于该方法包括以下步骤。

步骤一：预测井眼轨迹到目的层顶界最大距离，当井眼轨迹着陆后，它将逐渐远离目的层顶界，其最远点到目的层顶界的距离为井眼轨迹到目的层顶界最大距离。本实施列中，根据地质设计书，本区块沉积相特征为三角洲外前缘相沉积，发育大面积席状砂，砂体连片，本井着陆点周围有两口邻井，目的层厚度均为2米，所以，预测本井目的层与邻井相符，厚度为2米。即预测井眼轨迹到目的层顶界最大距离2米。

步骤二：预测造斜率，本实施列中，根据造斜工具造斜能力和本区地质特征，结合造斜段造斜工具的实际造斜效果，预测平均造斜率K为0.2度/1米，也即狗腿度6度/30米。

步骤三：预测着陆时井斜角与地层最大可行夹角，当井眼轨迹着陆后，持续以步骤二所预测的造斜率0.2度/1米增斜钻进，一直到达步骤一所预测的井眼轨迹到目的层顶界最大距离最大距离点所处位置时，这段井眼轨迹为一圆弧，着陆时井斜角与地层最大可行夹角满足 $a=\arccos (1-\frac{2\mathrm{\π}\×D\×K}{360})=6.77,$ 即预测着陆时井斜角与地层最大可行夹角为6.77度。

步骤四：预测地层倾角，根据地质设计书的分析解释，预测本井着陆点处地层倾角为下倾1度。

步骤五：确定井斜角大小，根据步骤三预测的着陆时井斜角与地层最大可行夹角6.77度，结合步骤四预测的地层倾角为下倾1度，确定以井斜角83度探寻目的层，即以井眼轨迹与地层之间的夹角为6度稳斜钻进探寻目的层。

步骤六：实钻中着陆段地质导向，本实施列着陆段地质导向方案为，造斜段完成后，在着陆之前保持步骤五所确定井斜角83度稳斜钻进探寻目的层，当现场实时数据确定钻遇目的层时，以步骤二所预测的造斜率0.2度/1米(也即狗腿度6度/30米)增斜钻进，直至井眼轨迹与地层倾角平行，并处于目的层砂岩显示最好的位置时，保持稳斜钻进。

综上，本发明以目的井实际数据资料为基础，综合考虑了目的层垂深提前和滞后两种可能，既能有效减少水平段浪费，又能有效预防井眼轨迹钻穿目的层。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化、均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (1)

1.一种水平井着陆时地质导向方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一：预测井眼轨迹到目的层顶界最大距离，当井眼轨迹着陆后，它将逐渐远离目的层顶界，其最远点到目的层顶界的距离为井眼轨迹到目的层顶界最大距离；为了使井眼轨迹顺着目的层沿层钻进，尽量提高砂岩钻遇率，通常要求这个距离不能超过目的层厚度；由于此时还没有着陆，无法确定目的层厚度，实际操作中以邻井目的层厚度作参照，即预测井眼轨迹到目的层顶界最大距离等于邻井目的层厚度；

步骤二：预测造斜率，当井眼轨迹着陆后，为了使井眼轨迹顺着目的层沿层钻进，应使井眼轨迹处于目的层内，并且井斜角与地层倾角保持一致，然而这时井斜角与地层倾角之间有一个夹角，所以，现场实钻中一旦确定井眼轨迹着陆，就要尽量增斜，以达到使井眼轨迹顺着目的层沿层钻进目的；增斜过程的造斜率是可以预测的，现场地质导向人员根据造斜工具造斜能力和本区地质特征预测造斜率；

步骤三：预测着陆时井斜角与地层最大可行夹角，当井眼轨迹着陆后，持续以步骤二所预测的造斜率增斜钻进，一直到达步骤一所预测的井眼轨迹到目的层顶界最大距离点所处位置时，这段井眼轨迹为一圆弧，其半径为

$R=\frac{360}{K}\×\frac{1}{2\mathrm{\π}},$

着陆时井斜角与地层最大可行夹角满足

$\cos \left(a\right)=\frac{R-D}{R}=1-\frac{2\mathrm{\π}\×D\×K}{360}$

即

$a=\arccos (1-\frac{2\mathrm{\π}\×D\×K}{360});$

式中R是圆弧的半径，D是步骤一预测的井眼轨迹到目的层顶界最大距离，K是步骤二预测的造斜率，a是步骤三预测的着陆时井斜角与地层最大可行夹角，Л是圆周率，cos是余弦函数，arccos是反余弦函数；

步骤四：预测地层倾角，由于此时还没有着陆，无法确定目的层的真实地层倾角，需要以多口邻井的分层数据与地震数据拟合生成目的层顶界构造图，然后再把井眼轨迹投影到目的层顶界构造图中，预测着陆点处地层倾角；这个工作通常由地质建模人员完成，并记载在地质设计书中，所以现场地质导向人员只需查阅地质设计书得到预测的地层倾角，无需另行预测地层倾角；

步骤五：确定井斜角大小，根据步骤三预测的井斜角与地层最大可行夹角，结合步骤四预测的地层倾角，现场地质导向人员选择一个与地层倾角的夹角相等或者稍小的井斜角保持稳斜钻进探寻目的层，可有效减少水平段浪费，又能有效预防井眼轨迹钻穿目的层；

步骤六：实钻中着陆段地质导向，造斜段完成后，在着陆之前保持步骤五所确定井斜角稳斜钻进探寻目的层，当现场实时数据确定钻遇目的层时，以步骤二所预测的造斜率增斜钻进，直至井眼轨迹与地层倾角平行，并处于目的层砂岩显示最好的位置时，保持稳斜钻进。