CN103993831B - 采用变曲率钻井轨迹剖面设计的钻井方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种采用变曲率钻井轨迹剖面设计的钻井方法。包含有：鉴别含有油气的油田；将至少一口井钻至所述油田的地下位置；估计所述至少一口井之一的钻井速度，确定有效的钻井钻头和其他辅助工具；优选造斜点和造斜率，选择合适的钻井地点；进行钻井轨迹设计，设计时采用“低—高—低”的变曲率，并且在直井段到增斜段这个过度段之间，设计过度圆弧，与中间高增斜率的圆弧曲线平滑连接；采用钻头进行钻井作业，直至通过所述钻井作业到达所述地下位置，和从至少一口井生产油气。本发明既能最大限度地减小钻井摩阻和扭矩，增加钻具的滑动能力，又能减少曲率变化，减少井眼轨道长度，降低井斜增加程度。

Description

采用变曲率钻井轨迹剖面设计的钻井方法

技术领域

本发明涉及石油钻井工程技术领域，尤其涉及到一种采用变曲率钻井轨迹剖面设计的钻井方法。

背景技术

油气的生产，例如油和气，已进行了许多年。为生产这些油气，在油田中，一口或多口井通常被钻至地下位置，其一般被称为地下岩层或地下盆地。从地下位置生产油气的方法通常包括从方案选择阶段到生产阶段的各个开发阶段。开发阶段之一包括钻井作业，其形成地下位置到地表的流体路程。钻井作业可包括利用不同的设备，例如水力系统、钻头、电动机等，其被用于钻至目标深度。

目前，国内外用的较多的钻井剖面主要有三种：定曲率剖面（直-增-稳）、变曲率剖面、悬链线剖面，其中悬链线剖面是用得最多的设计剖面。悬链线剖面的特征是井眼轨道中的曲线段为悬链线状，理想状态下钻柱在井眼中处于近似于悬空状态，钻柱与井壁之间的摩阻降至最低。虽然在实际钻井中这种理想状态并不存在，实践证明，悬链线剖面的优点：能最大限度地减小钻井摩阻和扭矩，增加套管下入重量20～25%，增加钻具的滑动能力。

但是悬链线剖面也有一定的缺陷：曲率变化大，井斜增加得很快，曲线井段的末端井眼曲率较大，与常规井身剖面相比，井眼轨道较长，要求有充足的靶前位移才能实现。现在开发的页岩气井比如位于涪陵大安寨和焦石坝地区的气井，处在崇山峻岭之中，井位选择受限，靶前位移小，不适应准悬链线剖面的设计。并且悬链线剖面还存在“曲率变化大，井眼轨道长，井斜增加较快等缺陷，要求有充足的靶前位移才能实现。因此，不仅是国内常规水平井的剖面设计方法，还是国外较先进的设计方法，都与现在页岩气开发对钻井特殊要求存在一定的技术缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是正对上述存在的技术不足，提供一种既能最大限度地减小钻井摩阻和扭矩，增加钻具的滑动能力，又能减少曲率变化，减少井眼轨道长度，降低井斜增加程度的采用变曲率钻井轨迹剖面设计的钻井方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

采用变曲率钻井剖面设计的页岩气钻井方法，包含有如下过程：

鉴别含有油气的油田；

将至少一口井钻至所述油田的地下位置，为油气提供到达生产设施的流体流动路程，其中如下进行钻井：

估计所述至少一口井之一的钻井速度；

确定有效的钻井钻头和其他辅助工具；

优选造斜点和造斜率，选择合适的钻井地点；

进行钻井轨迹设计，设计时采用 “低—高—低”的变曲率，设计为单增圆弧水平井“直-增-水平段”三段制剖面，并且在直井段到增斜段这个过度段之间，设计一条圆弧线与竖直线相切，在增斜段到水平段这个过度段之间，设计一条圆弧线与水平线相切，共两条斜面圆弧曲线，与中间一条高增斜率的圆弧曲线平滑连接，组成了一条“低—高—低”变曲率的轨迹剖面；

采用钻头进行钻井作业，直至通过所述钻井作业到达所述地下位置，和从至少一口井生产油气。

在上述方案中，所述的造斜点和造斜率，均按照“低—高—低”变曲率的经验事先进行估算，在进行完钻井轨迹设计后，进行精确定位。

在上述方案中，所述的钻井作业包括更换钻井系统中的钻井部件。

在上述方案中，所述的更换钻井部件包括下列之一：改变钻头、改变水力条件、扩展钻头规格长度以增加侧向稳定性、利用与直式钻具组合上的钻头一起旋转的近钻头稳定器而不是套管式稳定器、更换马达、使钻头规区渐细、使钻头规区呈螺旋状、利用震击器、改变钻柱部件的位置、改变流体流变学或在流体中包括添加剂来改变振动行为，或改变所述钻柱部件的质量或刚度、以及它们的任何组合。

本发明的主要有益效果是：

本发明方法既能最大限度地减小钻井摩阻和扭矩，增加钻具的滑动能力，又能减少曲率变化，减少井眼轨道长度，降低井斜增加程度。

附图说明

图1是本发明实施例钻井轨迹剖面图；

图中：1直井段、2增斜段、3水平段、4第一圆弧、5第二圆弧。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，对本发明实施例作进一步的说明：

采用变曲率钻井剖面设计的页岩气钻井方法，包含有如下过程：

鉴别含有油气的油田；

将至少一口井钻至所述油田的地下位置，为油气提供到达生产设施的流体流动路程，其中如下进行钻井：

估计所述至少一口井之一的钻井速度；

确定有效的钻井钻头和其他辅助工具；

优选造斜点和造斜率，选择合适的钻井地点；

进行钻井轨迹设计，设计时采用 “低—高—低”的变曲率，设计为单增圆弧水平井“直-增-水平段”三段制剖面，并且在直井段1到增斜段2这个过度段之间，设计第一圆弧4与竖直线相切，在增斜段2到水平段3这个过度段之间，设计第二圆弧5与水平线相切，共两条斜面圆弧曲线，与中间一条高增斜率的圆弧曲线平滑连接，组成了一条“低—高—低”变曲率的轨迹剖面；

采用钻头进行钻井作业，直至通过所述钻井作业到达所述地下位置，和从至少一口井生产油气。

在本实施例中，所述的造斜点和造斜率，均按照“低—高—低”变曲率的经验事先进行估算，在进行完钻井轨迹设计后，进行精确定位。

在本实施例中，所述的钻井作业包括更换钻井系统中的钻井部件。

在本实施例中，所述的更换钻井部件包括下列之一：改变钻头、改变水力条件、扩展钻头规格长度以增加侧向稳定性、利用与直式钻具组合上的钻头一起旋转的近钻头稳定器而不是套管式稳定器、更换马达、使钻头规区渐细、使钻头规区呈螺旋状、利用震击器、改变钻柱部件的位置、改变流体流变学或在流体中包括添加剂来改变振动行为，或改变所述钻柱部件的质量或刚度、以及它们的任何组合。

本发明实施例是在起始造斜段和着陆水平段采用较低的增斜率，使两个过度段之间以最小曲率平滑连接，没有明显的拐点，从而最大限度地降低了起始造斜段和着陆水平段两个过度段之间的摩阻，既具有悬链线剖面设计的优点，又满足了页岩气开发的实际需要，现场应用取得了良好的效果。

以涪页3-2HF井为例，分别做出两种剖面：剖面1是以原五段制剖面进行设计的，剖面2是以“低—高—低”变曲率似悬链线剖面进行设计的，造斜点均为1800m。通过摩阻软件计算，其结果见表1、图1：

可以看出在造斜点附近，剖面2起下钻、下套管的摩阻明显小于剖面1，剖面2的侧向力也明显小于剖面1。这就是说，采用“低—高—低” 变曲率似悬链线设计的水平井剖面，计算出的侧向力和下套管的摩阻明显小于常规方法设计的五段制剖面。现场应用中，按此设计实际施工出的井眼轨迹也很平滑，钻井各工况下的实际摩阻与计算相符，下套管和完井作业也比较顺利。

本发明的保护范围并不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围内，则本发明的意图也包含这些改动和变形在内。

Claims (2)

1.采用变曲率钻井剖面设计的页岩气钻井方法，包含有如下过程：

鉴别含有油气的油田；

将至少一口井钻至所述油田的地下位置，为油气提供到达生产设施的流体流动路程，其中如下进行钻井：

估计所述至少一口井之一的钻井速度；

确定有效的钻井钻头和其他辅助工具；

优选造斜点和造斜率，选择合适的钻井地点；

进行钻井轨迹设计，设计时采用 “低—高—低”的变曲率，设计为单增圆弧水平井“直-增-水平段”三段制剖面，并且在直井段到增斜段这个过度段之间，设计一条圆弧线与竖直线相切，在增斜段到水平段这个过度段之间，设计一条圆弧线与水平线相切，共两条斜面圆弧曲线，与中间一条高增斜率的圆弧曲线平滑连接，组成了一条“低—高—低”变曲率的轨迹剖面；

采用钻头进行钻井作业，直至通过所述钻井作业到达所述地下位置，和从至少一口井生产油气；

所述的钻井作业包括更换钻井系统中的钻井部件；所述的钻井部件包括下列之一：改变钻头、改变水力条件、扩展钻头规格长度以增加侧向稳定性、利用与直式钻具组合上的钻头一起旋转的近钻头稳定器而不是套管式稳定器、更换马达、使钻头规区渐细、使钻头规区呈螺旋状、利用震击器、改变钻柱部件的位置、改变流体流变学或在流体中包括添加剂来改变振动行为，或改变所述钻柱部件的质量或刚度、以及它们的任何组合。

2.如权利要求1所述的采用变曲率钻井剖面设计的页岩气钻井方法，其特征在于：所述的造斜点和造斜率，均按照“低—高—低”变曲率的经验事先进行估算，在进行完钻井轨迹设计后，进行精确定位。