CN104632076B - 一种丛式井组的钻井方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种丛式井组的钻井方法，利用邻井套管发出和大地磁场相异的异常磁信号，通过正钻井MWD的三轴磁通门计，连续监测邻井的异磁场参数，再和正钻井的标准磁场参数进行对比获得差异值，通过差异值最终确定磁异常信号的真实方位和距离，而这个磁异常信号的方向和距离就是正钻井与邻井套管之间的方向和距离，根据两者的方向和距离来调整正钻井井下钻头的钻位，避免与所述邻井套管相碰。

Description

一种丛式井组的钻井方法

技术领域

本申请涉及石油勘探领域，尤其涉及一种丛式井组的钻井方法。

背景技术

采用丛式井组开发的油田，地下井眼高密度分布，随着布井数量的增加，井眼防碰难度日益加大，虽然正钻井在设计剖面轨迹时已充分考虑了防碰及作业方法，但由于存在各种测量数据的误差和丛式井组无法避免的磁干扰影响，在实际施工作业中，依然会有二井相碰的事故发生，导致正钻井的钻头、扶正器挤磨邻井套管，甚至是将邻井的套管及内在的油管打烂，给油气生产和井控安全带来严重的影响。

目前，国内钻井安全防碰广泛采用的是经验距离法。基于多年的经验积累，设计中通过应用LANDWARK计算软件，进行多井间的数学中心间距扫描，它的精确度取决于磁测仪器的井斜、方位精度、测点间距及表套到井口完整的测量数据。由于邻井的井眼测量数据为电测连斜数据、多点数据，其测量精度与测点密度都达不到钻井精确控制防碰的要求，尤其是90年代以前完成的井，电测及多点数据的可靠性更差。由于受上述诸多因素的影响，此种方法不是最有效的。如：2010年海上丛式井平台某×。钻至井深1159米时与邻井相碰将其油层套管及内在的油管打穿，该井设计防碰距离15.7米，实钻轨迹相碰后、扫描计算两井之间距离为11.5米，考虑测量仪器系统误差后实际还有6.9米，但已经发生了两井相碰的恶性事故，说明单纯依靠MWD(Measure While Drilling，随钻测量)测量获取的井斜、方位数据、进行的防碰扫描计算结果，来控制井间的防碰有一定的局限性，同时验证了以往定向井单凭总磁场强度来判断磁干扰异常控制防碰也会出现偏差。另外，从现场影响防碰至关重要的六个因素和多口防碰事故井的案例分析，单纯依靠MWD、陀螺(国产)数据、多点数据进行防碰计算，不能完全避免二井相碰事故的发生，需要有物理量定位的磁控技术保证防碰井的安全。

目前有效的防碰做法是，采用一种不确定椭圆数学模型扫描，将安全系数法量化到防碰计算中，现场作业使用二种高精度的仪器对井眼进行测量，陀螺测量邻井套管的直井眼及小井斜井段，用MWD仪器进行钻井作业，在斜井段采用每个单根测量一次数据，通过高质量的测量及加密测点，输入计算机软件，并标定仪器的系统误差，采用不确定椭圆井眼来确定安全距离，但这种数据计算结果还是存在不确定性，依然会发生两井碰撞事故。如果按此安全方式进行防碰设计，对于海上1.6m×1.8m井口槽内丛式井组的作业是不安全的。

发明内容

本发明了提供了一种丛式井组的钻井方法，以解决目前正钻井在钻井的过程中，容易和邻井发生碰撞的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种丛式井组的钻井方法，所述方法包括：

接收正钻井测量并发送的关于邻井套管的异磁场参数，其中，所述邻井套管的异磁场参数是正钻井钻入的距离满足预设距离阈值并中止钻井后，在中止点测量所述邻井套管获得的参数；

将所述邻井套管的异磁场参数和所述正钻井的标准磁场参数进行对比，获得差异值；

基于所述差异值确定所述正钻井与所述邻井套管的相对位置，以使所述正钻井根据所述相对位置调整井下钻头的钻位，使所述正钻井和所述邻井套管保持预设距离。

优选的，所述正钻井中的钻柱内设置有MWD三轴磁通门计，所述邻井套管的异磁场参数，具体为所述正钻井钻入的距离满足预设距离阈值并中止钻井后，通过所述MWD三轴磁通门计在所述中止点测量邻井套管获得的参数。

优选的，所述邻井套管的标准磁场参数具体是：B_x标，B_y标，B_Z标；其中，B_x标是所述正钻井在井斜方位条件下的水平磁场强度在三维坐标中的X轴的标准磁场分量，B_y标是所述正钻井在井斜方位条件下的水平磁场强度在三维坐标中的Y轴的标准磁场分量，B_Z标是所述正钻井在井斜方位条件下的垂直磁场强度。

优选的，所述B_x标是通过公式1获得的，所述公式1为：其中，是所述正钻井测点井眼测量方位值，B_h标是所述正钻井测点井眼在井斜方位条件下的水平磁场强度；

所述B_Y标是通过公式2获得的，所述公式2为：

所述B_Z标是通过公式3获得的，所述公式3为： 其中，B_h是所述正钻井在地平面的水平磁场强度，B_Z是所述正钻井在地平面的垂直磁场强度，α为所述正钻井测点井眼井斜角。

优选的，所述B_h标通过公式4获得，所述公式4是：B_h标＝(B_t ²-B_Z标 ²)^1/2，其中，B_t是所述正钻井的磁场强度；

所述B_h是通过公式5获得，其中，所述公式5为：B_h＝B_tcos(Dip)，其中，Dip是所述正钻井的地磁倾角；

所述B_Z是通过公式6获得，其中，所述公式6为：B_Z＝B_tsin(Dip)。

优选的，所述B_t由公式7获得，所述公式7为：其中，M是地球磁场总磁矩，R为地球半径，ω为正钻井的地理纬度；

Dip由公式8获得，所述公式8为：

优选的，所述邻井套管的异磁场参数具体是：B_X、B_Y、B_Z；其中，B_X具体为所述邻井套管的水平磁场在三维坐标中投影到X轴的异磁场分量，B_Y具体为所述邻井套管的水平磁场在三维坐标中投影到Y轴的异磁场分量，B_Z具体为所述邻井套管在垂直方向的异磁场分量。

优选的，所述将所述邻井套管的异磁场参数和正钻井的标准磁场参数进行对比，获得差异值，具体为：

通过公式9确定出所述邻井套管在X轴投影的异磁场分量的差异值ΔB_X，其中，所述公式9为：ΔB_X＝B_X-B_x标；

通过公式10确定出所述邻井套管在Y轴投影的异磁场分量的差异值ΔB_Y，其中，所述公式10为：ΔB_Y＝B_Y-B_Y标；

通过公式11确定出所述邻井套管在垂直方向的异磁场分量的差异值ΔB_Z，其中，所述公式11为：ΔB_Z＝B_Z-B_Z标。

优选的，所述相对位置具体包括：所述正钻井与所述邻井套管的距离；

将所述ΔB_Z和距离标定曲线比对，获得所述正钻井和所述邻井套管之间的距离。

优选的，所述相对位置具体包括：所述正钻井与所述邻井套管的相对方向；所述基于所述差异值确定所述正钻井与所述邻井套管的相对位置，具体包括：

通过公式12确定出水平方向模差ΔB_h，其中，公式12为：ΔB_h＝(ΔB_X ²+ΔB_Y ²)^1/2；

通过公式13确定出所述正钻井和所述邻井套管的相对方向的夹角θ，其中公式13为：θ＝tan^-1(ΔB_X/ΔB_Y)。

通过本发明的一个或者多个技术方案，本发明具有以下有益效果或者优点：

本发明利用邻井套管发出和大地磁场相异的异常磁信号，通过正钻井MWD的三轴磁通门计，连续监测邻井的异磁场参数，再和正钻井的标准磁场参数进行对比获得差异值，通过差异值最终确定磁异常信号的真实方位和距离，而这个磁异常信号的方向和距离就是正钻井与邻井套管之间的方向和距离，根据两者的方向和距离来调整正钻井井下钻头的钻位，避免与所述邻井套管相碰。

附图说明

图1为本发明实施例中丛式井组中的正钻井与邻井的示意图；

图2为本发明实施例丛式井组的钻井方法的流程图。

具体实施方式

为了使本申请所属技术领域中的技术人员更清楚地理解本申请，下面结合附图，通过具体实施例对本申请技术方案作详细描述。

在本发明实施例中，主要是利用井下MWD三轴磁通门计的测量技术，将MWD三轴磁通门计内置在正钻井中，连续监测邻井套管的异磁场参数，然后反演磁源方位和磁源距离，最终确定出邻井套管的异磁场信号的方位和距离，而邻井套管的异磁场信号的方位和距离，就是正钻井与邻井套管的方位和距离。本发明可定位正钻井与邻井套管的相对位置，以便于正钻井随时调整正钻井的钻头的钻位，在丛式井组钻井作业中，避免与邻井套管相碰撞发生事故，实现两者防碰的有效控制。

下面请参看图1，是丛式井组中的正钻井6与邻井7(即：完成井)的示意图。

从图1中可以看出，正钻井6与邻井7相邻。

在邻井7中，具有井眼5和位于地下的邻井套管4，邻井套管4是钢质的，可产生与大地磁场相异的磁场。

正钻井6中，有井眼1和有一定长度的钻柱8，钻柱8从井口深入到井底，钻柱8顶端设有钻头3。MWD三轴磁通门计2用扶正器固定在钻柱8内，用来从正钻井6中测量来自邻井套管4的磁干扰区域内的异磁场参数。而MWD三轴磁通门计2的信号传输，是通过在钻柱8内产生有序的压力变化，以泥浆脉冲的形式将信号传送到地面传感器。地面传感器将脉冲信号转化成电信号，传到地面处理设备内进行解码，获得邻井套管的异磁场参数，处理设备具体可以是计算机等具有独立计算处理功能的设备。

在获得邻井套管的异磁场参数之后，再与正钻井的标准磁场参数进行对比，通过两者的差异值，计算出正钻井6的钻头3与邻井套管4的方向和距离，然后调整钻头3的钻井方向，避免和邻井套管4相碰。

进一步的，钻头3每钻进一定距离，MWD三轴磁通门计2都会测量一次邻井套管的异磁场参数，然后进行对比分析，实时获得正钻井6与邻井7的方向与距离，以调整正钻井6中的钻头3位置，以绕开邻井套管4，最终防止二井相碰。当然，钻头3钻进的距离可以根据实际情况调整，在此本申请不做限制。

以上是本发明的实施原理的说明，下面介绍本发明的具体实施过程，请参看图2，如下：

S201，接收正钻井测量并发送的关于邻井套管的异磁场参数。

其中，所述邻井套管的异磁场参数，是正钻井钻入的距离满足预设距离阈值并中止钻井后，在中止点测量所述邻井套管获得的参数。更为具体的，若正钻井中的钻柱内设置有MWD三轴磁通门计，所述邻井套管的异磁场参数，具体为正钻井钻入的距离满足预设距离阈值并中止钻井后，通过所述MWD三轴磁通门计在所述中止点测量所述邻井套管获得的参数。当然，预设距离阈值可以根据实际情况进行调整，本发明对此不作限制，例如：在正钻井的钻头按一定方向及井斜角每向前钻进6米时，钻柱内的MWD三轴磁通门计2探测一次邻井周围的磁感应信号，获得邻井套管的异磁场参数进行分析。在实际应用中，在钻井过程中每钻半根或一根钻杆，其中单根长度为10米左右，可以中止向前钻井，停下来通过MWD三轴磁通门计2，测量接收邻井套管4的磁信号。

S202，将所述邻井套管的异磁场参数和所述正钻井的标准磁场参数进行对比，获得差异值。

S203，基于所述差异值确定所述正钻井与所述邻井套管的相对位置，以使所述正钻井根据所述相对位置调整井下钻头的钻位，使所述正钻井和所述邻井套管保持预设距离。

下面介绍获取邻井套管的标准磁场参数的过程。

正钻井的标准磁场参数具体是：B_x标，B_y标，B_Z标。

其中，B_x标是所述正钻井在井斜方位条件下的水平磁场强度在三维坐标中的X轴的标准磁场分量，B_y标是所述正钻井在井斜方位条件下的水平磁场强度在三维坐标中的Y轴的标准磁场分量，B_Z标是所述正钻井在井斜方位条件下的垂直磁场强度。

具体来说，正钻井的标准磁场参数是通过以下步骤获得的：

首先计算出正钻井的磁场强度B_t，和正钻井的磁场强度地磁倾角，假定地磁轴与地球转动轴重合，用球体磁位表达式进行计算。

……………………公式7

……………………公式8

进一步的，计算正钻井在地平面的水平磁场强度B_h，和正钻井在地平面的垂直磁场强度B_Z：

B_h＝B_tcos(Dip)……………………公式5

B_Z＝B_tsin(Dip)……………………公式6

进一步的，计算出邻井套管在井斜方位条件下的水平磁场强度B_h标：

B_h标＝(B_t ²-B_Z标 ²)^1/2……………………公式4

进一步的，当获得正钻井在井斜方位条件下的水平磁场强度B_h标，就可以计算出B_x标和B_Y标：

……………………公式1

……………………公式2

……………………公式3

其中，是正钻井测点井眼测量方位值，α为正钻井测点井眼井斜角。

下面介绍获得邻井套管的异磁场参数的过程。

所述邻井套管的异磁场参数具体是：B_X、B_Y、B_Z；其中，B_X具体为所述邻井套管的水平磁场在三维坐标中投影到X轴的异磁场分量，B_Y具体为所述邻井套管的水平磁场在三维坐标中投影到Y轴的异磁场分量，B_Z具体为所述邻井套管在垂直方向的异磁场分量。

当获得了邻井套管的异磁场参数和正钻井的标准磁场参数之后，则会计算获得两者的差异值，具体为：

通过公式9确定出所述邻井套管在X轴投影的异磁场分量的差异值ΔB_X：

ΔB_X＝B_X-B_x标…………………………公式9

通过公式10确定出所述邻井套管在Y轴投影的异磁场分量的差异值ΔB_Y：

ΔB_Y＝B_Y-B_Y标…………………………公式10

通过公式11确定出所述邻井套管在垂直方向的异磁场分量的差异值ΔB_Z：

ΔB_Z＝B_Z-B_Z标…………………………公式11

在计算了两者的差异值之后，则可以获得所述正钻井和所述邻井套管之间的相对位置。

而相对位置具体包括：所述正钻井与所述邻井套管的距离和相对方向。

在确定距离时：

将所述ΔB_Z和“距离标定曲线”模型比对，获得所述正钻井和所述邻井套管之间的距离R1。进一步的，还可以对正钻井和所述邻井套管之间的距离R1进行验证，验证方法如下：

根据公式14计算出所述正钻井和邻井套管之间的距离R，其中，所述公式14为：其中：r为所述邻井套管的直径；P为套管磁场总强度；K为无线随钻仪器精度。

将所述邻井套管的数据代入公式(14)计算出邻井套管磁距离，结合“距离标定曲线”模型的比对结果，最终确定正钻井与邻井套管的距离R，将R和R1对比，即完成了邻井套管的磁感应验证。

在确定方位时：

通过公式12确定出水平方向模差ΔB_h：

ΔB_h＝(ΔB_X ²+ΔB_Y ²)^1/2…………………………公式12

通过公式13确定出所述正钻井和邻井套管的相对方向的夹角θ：

θ＝tan^-1(ΔB_X/ΔB_Y)…………………………公式13

正钻井根据正钻井与所述邻井套管的距离和相对方向调整井下钻头的钻位，避免与所述邻井套管相碰。

通过本发明的一个或者多个实施例，本发明具有以下有益效果或者优点：

本发明利用邻井套管发出和大地磁场相异的异常磁信号，通过正钻井MWD的三轴磁通门计，连续监测邻井的异磁场参数，再和正钻井的标准磁场参数进行对比获得差异值，通过差异值最终确定磁异常信号的真实方位和距离，而这个磁异常信号的方向和距离就是正钻井与邻井套管之间的方向和距离，根据两者的方向和距离来调整正钻井井下钻头的钻位，使所述正钻井和邻井套管保持预设距离，避免与所述邻井套管相碰。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种丛式井组的钻井方法，其特征在于，所述方法包括：

接收正钻井测量并发送的关于邻井套管的异磁场参数，其中，所述邻井套管的异磁场参数是所述正钻井钻入的距离满足预设距离阈值并中止钻井后，在中止点测量所述邻井套管获得的参数；

将所述邻井套管的异磁场参数和所述正钻井的标准磁场参数进行对比，获得差异值；所述正钻井的标准磁场参数具体是：B_x标，B_y标，B_Z标；其中，B_x标是正钻井测点井眼在井斜方位条件下的水平磁场强度在三维坐标中的X轴的标准磁场分量，B_y标是所述正钻井测点井眼在井斜方位条件下的水平磁场强度在三维坐标中的Y轴的标准磁场分量，B_Z标是所述正钻井测点井眼在井斜方位条件下的垂直磁场强度；

基于所述差异值确定所述正钻井与所述邻井套管的相对位置，以使所述正钻井根据所述相对位置调整井下钻头的钻位，使所述正钻井和所述邻井套管保持预设距离。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述正钻井中的钻柱内设置有MWD三轴磁通门计，所述邻井套管的异磁场参数，具体为所述正钻井钻入的距离满足预设距离阈值并中止钻井后，通过所述MWD三轴磁通门计在所述中止点测量所述邻井套管获得的参数。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述B_x标是通过公式1获得的，所述公式1为：其中，是所述正钻井测点井眼测量方位值，B_h标是所述正钻井测点井眼在井斜方位条件下的水平磁场强度；

所述B_Y标是通过公式2获得的，所述公式2为：

所述B_Z标是通过公式3获得的，所述公式3为： 其中，B_h是所述正钻井在地平面的水平磁场强度，B_Z是所述正钻井在地平面的垂直磁场强度，α为所述正钻井测点井眼井斜角。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，

所述B_h标通过公式4获得，所述公式4是：B_h标＝(B_t ²-B_Z标 ²)^1/2，其中，B_t是所述正钻井的磁场强度；

所述B_h是通过公式5获得，其中，所述公式5为：B_h＝B_tcos(Dip)，其中，Dip是所述正钻井的地磁倾角；

所述B_Z是通过公式6获得，其中，所述公式6为：B_Z＝B_tsin(Dip)。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，

所述B_t由公式7获得，所述公式7为：其中，M是地球磁场总磁矩，R为地球半径，ω为正钻井的地理纬度；

Dip由公式8获得，所述公式8为：

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述邻井套管的异磁场参数具体是：B_X、B_Y、B_Z；其中，B_X具体为所述邻井套管的水平磁场在三维坐标中投影到X轴的异磁场分量，B_Y具体为所述邻井套管的水平磁场在三维坐标中投影到Y轴的异磁场分量，B_Z具体为所述邻井套管在垂直方向的异磁场分量。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述将所述邻井套管的异磁场参数和所述正钻井的标准磁场参数进行对比，获得差异值，具体为：

通过公式9确定出所述邻井套管在X轴投影的异磁场分量的差异值ΔB_X，其中，所述公式9为：ΔB_X＝B_X-B_x标；

通过公式10确定出所述邻井套管在Y轴投影的异磁场分量的差异值ΔB_Y，其中，所述公式10为：ΔB_Y＝B_Y-B_Y标；

通过公式11确定出所述邻井套管在垂直方向的异磁场分量的差异值ΔB_Z，其中，所述公式11为：ΔB_Z＝B_Z-B_Z标。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述相对位置具体包括：所述正钻井与所述邻井套管的距离；

所述基于所述差异值确定所述正钻井与所述邻井套管的相对位置，具体为：

将所述ΔB_Z和距离标定曲线比对，获得所述正钻井和所述邻井套管之间的距离。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述相对位置具体包括：所述正钻井与所述邻井套管的相对方向；

所述基于所述差异值确定所述正钻井与所述邻井套管的相对位置，具体包括：

通过公式12确定出水平方向模差ΔB_h，其中，公式12为：ΔB_h＝(ΔB_X ²+ΔB_Y ²)^1/2；

通过公式13确定出所述正钻井和所述邻井套管的相对方向的夹角θ，其中公式13为：θ＝tan^-1(ΔB_X/ΔB_Y)。