CN106437512B - 一种页岩气水平井着陆轨迹随钻跟踪调控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种页岩气水平井着陆轨迹随钻跟踪调控方法，根据轨迹施工方向地层倾角，结合对比井垂直厚度，计算造斜点至靶体顶部垂直距离，并进行井轨迹设计，分配井斜并及时调整井斜，然后采用反推法，确定各地层标志层对应的井斜数据，作为着陆实钻轨迹调控依据，当实钻轨迹钻至伽马曲线特征点，实钻井斜与特征点设计井斜匹配，按设计轨迹施工，实钻井斜与特征点设计井斜不匹配，计算轨迹参数，平滑轨迹，使下一特征点的实钻井斜与设计达到匹配要求,直至完成着陆施工。本发明形成的着陆井眼轨迹平滑，有效降低着陆井段的摩阻，提高钻井速度，保证井眼轨迹顺利延伸，降低水平井施工作业风险。
Description
技术领域
本发明属于页岩气开发技术领域，尤其是涉及一种页岩气水平井着陆轨迹随钻跟踪调控方法。
背景技术
四川地区页岩气钻井作业一般采用工厂化钻井施工模式，即由于受地形条件限制，在地面同一平台有限范围内，部署若干口水平井，分别向不同的方向施工，为拉开各水平井水平段间距，达到井组最大井下储层控制面积，钻井轨迹一般为中～长半径，着陆井段采用三维轨迹设计。为满足三维轨迹高井眼曲率的要求，国内普遍采用造斜率较高的旋转定向工具与随钻测井工具(即MWD)完成三维轨迹的调整与钻头位置的跟踪与确定。
国内目前在页岩气工厂化作业的水平井地质导向轨迹控制均以二维、三维地震资料为主要依据，以邻井录、测井资料辅助进行导向施工。该方法需要后勤基地的多个专业技术人员配合，采用大型专业分析软件对数据进行分析，由于地震资料的不确定性，以及页岩气水平井轨迹高井眼曲率的轨迹设计，这种施工方法产生的轨迹可调整空间小，在地层产状稳定、着陆点预测较准确的条件下，能够满足水平井着陆施工需求。在构造复杂，地层倾角变化频繁、横向特征不稳定的地层中，会造成轨迹井斜大、不能着陆，或井斜过小，轨迹钻遇靶体后顶进底出,导致轨迹复杂、摩阻大，水平段施工及后期完井作业困难，有效储层钻遇率低等。同时，为尽快进入或回到靶体，大幅度调整轨迹井斜，造成井眼轨迹的不平滑，增大了钻具与井壁之间的摩擦阻力，为后续施工增加了难度，不仅降低了水平段储层钻遇率，也影响水平段进尺的完成，易造成卡钻、填眼侧钻以及下油层套管困难等井下复杂。此外，旋转定向工具价格与使用费用昂贵，着陆轨迹不平滑，摩阻大，易缩短设备使用周期，造成设备损坏，加之其在发生井下复杂后较差的可打捞性，形成较高的经济风险。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种页岩气水平井着陆轨迹随钻跟踪调控方法，形成的着陆井眼轨迹平滑，有效降低着陆井段的的摩阻，提高钻井速度，保证井眼轨迹顺利延伸，降低水平井施工作业风险。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种页岩气水平井着陆轨迹随钻跟踪调控方法，第一步:选择与待钻井同一区块、距离近的已钻直井作为页岩气水平井着陆轨迹调整对比参考依据；
第二步:设计资料中根据区域特征估算地层倾角，根据地震资料提供的目的层强反射轴的变化形态确定地层倾角，根据同区块已钻井地层资料，确定造斜点至设计着陆靶前距处的地层倾角，将三者对比的最大与最小值作为地层倾角变化范围值；
第三步:根据对比参考井的测井、录井资料，绘制钻遇页岩地层与下伏地层及页岩地层施工靶体内钻时曲线、气测特征变化曲线和自然伽马曲线特征变化曲线图；
第四步:按照对比参数井页岩参数变化特征，将页岩地层细分为数个区间，确定钻遇各标志特征的特征参数、每一区间的厚度；
第五步:轨迹向地层上倾方向施工，将作为对比依据的上部页岩地层垂直厚度及距靶体顶部垂直距离，根据地层上倾幅度减薄；轨迹向地层下倾方向施工，将作为对比依据的上部页岩地层垂直厚度及距靶体顶部垂直距离，根据下倾幅度增厚；
第六步:依据预测施工区间内靶体的顶垂深位置，进行井轨迹设计，如轨迹需进行方位调整，确定方位调整的井斜区间，在方位调整区间，井斜具备优先调整权；
第七步：采用反推法，根据靶体上部页岩地层自然伽马曲线各特征区间垂直厚度，将各特征点与设计轨迹数据对应，并将对应点井斜数据作为着陆实钻轨迹调控依据；
第八步：通过随钻伽马曲线与对比井伽马曲线对比，当实钻轨迹钻至伽马曲线特征点，实钻井斜与特征点设计井斜匹配，按设计轨迹施工，实钻井斜与特征点设计井斜不匹配，进行下步施工狗腿度、井斜的计算，并以此为依据增大或减小实钻轨迹狗腿度，平滑轨迹，使下一特征点的实钻井斜与设计达到匹配要求，同时绘制实钻页岩地层靶体特征曲线图；
第九步：通过重复第八步施工，控制轨迹进入页岩层靶体顶，完成着陆施工。
进一步的，在所述第二步中，根据地震资料提供的目的层强反射轴的变化形态确定的，主要采用三角函数中的正切函数计算，采用两点间垂深与距离的比值计算所得，根据钻井地层资料确定地层方法，是现场人员根据已钻邻井的地层对比结果，将同一标志层的顶或底数据，采用三角函数中的正切函数计算，采用两点间垂深与距离的比值计算所得，将三者对比的最大与最小值作为地层倾角变化范围值
进一步的，在所述第三步中，施工靶体内钻时曲线、气测特征变化曲线和自然伽马曲线特征变化曲线图需符合以下特征：
b)能够在第一时间反映地层的变化；
b)曲线能够最大程度的反映地层的真实特征；
c)不存在多解性，易于辨认；
d)必须与实钻过程中实时跟踪采集的数据对应。
进一步的，在所述第四步中，每一区间距靶体顶面的距离由上到下减小。
进一步的，在所述第六步中，方位调整分配在井斜60～85度范围内，方位调整井斜最大为大于等于地层倾角-10度。
进一步的，在所述第八步中，所述狗腿度按小于等于7度/30m的标准。
进一步的，在所述第九步中，轨迹进入靶体顶井斜小于地层倾角2～3度。
与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：有效解决了传统导向方法中，受地层变化大，着陆点预测垂深精度低，造成页岩气水平井着陆，尤其是三维井轨迹着陆轨迹复杂、易失败，以及着陆轨迹易钻出靶体造成的靶体外进尺多、轨迹不平滑等问题，形成的着陆井眼轨迹平滑，有效降低着陆井段的的摩阻，提高钻井速度，保证井眼轨迹顺利延伸，降低水平井施工作业风险。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明对比参考井页岩地层目标区靶体及围岩的垂深电测特征曲线示意图；
图2是本发明页岩气水平井着陆轨迹随钻跟踪调控示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。
本发明为一种页岩气水平井着陆轨迹随钻跟踪调控方法，采用以下规格参数做为实施例进行说明，目的页岩地层垂直厚度320m，目标靶体为页岩地层底部8m范围。
如图1所示，对比参考井页岩地层目标区靶体及围岩的垂深电测特征曲线示意图，1是参考井钻时曲线，2是参考井自然伽玛曲线，3是参考井全烃曲线，4是参考井页岩地层内部各特征点。
如图2所示，为页岩气水平井着陆轨迹随钻跟踪调控示意图，1是施工井钻时曲线，2是施工井自然伽玛曲线，3是施工井全烃曲线，4是施工井钻遇页岩地层内部各特征点，5是井眼轨迹。
包括如下步骤：
第一步：选择与待钻井同一区块、距离近的已钻直井作为页岩气水平井着陆轨迹调整对比参考依据；
第二步：设计资料中根据区域特征估算地层倾角，根据地震资料提供的目的层强反射轴的变化形态确定地层倾角，根据同区块已钻井地层资料，确定造斜点至设计着陆靶前距处的地层倾角，将三者对比的最大与最小值作为地层倾角变化范围值；实际过程中，设计资料中，会给出设计数据，如地层倾角上倾2～3°，该数据是设计人员根据区域特征估算；根据地震资料确定地层倾角是现场人员根据地震资料提供的目的层强反射轴的变化形态确定的，主要采用三角函数中的正切函数计算，采用两点间垂深与距离的比值计算所得；根据钻井地层资料确定地层方法，是现场人员根据已钻邻井的地层对比结果，将同一标志层的顶或底数据，采用三角函数中的正切函数计算，采用两点间垂深与距离的比值计算所得。将三者对比的最大与最小值作为地层倾角变化范围值。
第三步：根据对比参考井的测井、录井资料，绘制钻遇页岩地层与下伏地层及页岩地层施工靶体内钻时曲线1、气测特征变化曲线2和自然伽马曲线3特征变化曲线图，如图1所示，施工靶体内钻时曲线、气测特征变化曲线和自然伽马曲线特征变化曲线图需符合以下特征：
c)能够在第一时间反映地层的变化；
b)曲线能够最大程度的反映地层的真实特征；
c)不存在多解性，易于辨认；
d)必须与实钻过程中实时跟踪采集的数据对应。
其中测井资料指的是已完钻井的测井曲线资料，是由测井仪器测量完成，一般在10～20条左右，其中常用的有自然伽马、电阻率两条。
录井资料指的是钻时、全烃两条曲线与岩性剖面，钻时、全烃两条曲线是由综合录井仪器测量完成；岩性剖面是技术人员通过实物鉴定完成。
绘制方法：以最近的邻井资料为基础，与其他已钻井进行地层对比，如特征一致或接近，以最近的邻井资料为准，如特征不一致，将明显的、具有代表性的标志特征归到最近的邻井资料上，作为施工的参考依据。
第四步：按照对比参数井页岩参数变化特征，将页岩地层细分为数个区间，确定钻遇各标志特征的特征参数、每一区间的厚度即距靶体顶面的距离，如图1所示，根据页岩地层随钻伽马曲线特征不同，将箱体上部页岩地层地层分隔成AB、BC、CD、DE、EF、FG、六个区间，区间厚度分别为186m、38m、42m、20m、14m、3～4m，距靶体顶的距离分别为311～125m、125～87m、87～45m、45～25m、25～11m、11～7m，每一区间距靶体顶面的距离由上到下减小，划分依据是根据随钻自然伽马曲线值的变化范围进行划分的,每个区间的自然伽马值界限区分明显，这样做的优点是施工人员通过直观对比判断，就可以根据随钻自然伽马曲线值及其变化规律快速确定钻头距离导向区间底界距离，这种方法有助于降低施工人员对专业计算软件的依赖，缩短施工决策时间，降低施工成本。
第五步：轨迹向地层上倾方向施工，将作为对比依据的上部页岩地层厚度及距靶体顶部垂直距离，根据地层上倾幅度减薄，由公式H′＝H-α×0.017×L计算地层钻厚，预测在设计靶前距箱体顶部垂深，参数说明如下：
H′＝地层钻厚,H＝参照井地层厚度,α＝预测地层倾角,L＝实钻点与设计着陆点见位移。
轨迹向地层下倾方向施工，将作为对比依据的上部页岩地层厚度及距靶体顶部垂直距离，根据下倾幅度增厚，由H′＝H+α×0.017×L计算地层钻厚，预测在设计靶前距箱体顶部垂深，参数说明如下：
H′＝地层钻厚,H＝参照井地层厚度,α＝地层倾角,L＝实钻点与设计着陆点见位移。
第六步：依据预测施工区间的靶体顶垂深位置，以页岩地层顶为造斜点，按≤7度/30m狗腿度标准，进行井轨迹设计，如要轨迹需进行方位调整，方位调整分配在井斜60～85度范围内，方位调整井斜最大为大于等于地层倾角-10度，在方位调整区间，井斜具备优先调整权。
第七步：采用反推法，根据靶体上部页岩地层自然伽马曲线各特征区间垂直厚度，将各特征点与设计轨迹数据对应，并将对应点井斜数据作为着陆实钻轨迹调控依据；
一般的水平井部署在地层沉积稳定，构造平缓(地层倾角变化在1°左右)的区域，其对水平井施工最大的好处有两个：
(1)设计着陆点与实钻着陆点差距小，一般误差在10～20m左右，在施工过程中，采用等厚法即可准确推测出的着陆点。例如，施工井钻头处井深为3610m，垂深2815m，根据曲线对比特征，邻井在该点距目的层顶部垂厚60m，预测施工井目的层顶部(即着陆点)垂深为2815+60m＝2875m
(2)着陆轨迹调整简单，着陆点预测准确，只需根据着陆点垂深调整即可。
页岩气水平井施工区域地层构造变化大(地层倾角变化范围在2～12°)对着陆的轨迹调整极为不利，主要表现在：
设计着陆点与实钻着陆点差距大，一般误差在40～110m左右，在施工过程中，无法采用等厚法准确计算出着陆点。例如，在造斜点与着陆点地层倾角变化为4～10°，变化规律不详，施工井钻头处井深为3610m，垂深2815m，根据曲线对比特征，邻井在该点距目的层顶部60m，预测施工井目的层顶部(即着陆点)垂深2815+60≠2875m。主要原因是地层倾角每变化1°，每100m钻井进尺地层增加或减薄1.7m，地层倾角变化4°～10°，地层倾角增加或减薄范围每100m钻井进尺为7～17m，如在累计，误差会继续增大。
着陆困难。着陆点预测误差大，会造成着陆失败，严重的必须重新填眼侧钻。
反推法：普通着陆控制方法是直接预测着陆点垂深，当发现误差较大时井斜已经达到70～80°左右，要钻达着陆点，必须增斜或降斜钻进，造成着陆轨迹成波浪状起伏，增加钻井施工工具的摩擦阻力，使卡钻、无法施工、无法完成设计进尺等严重后果的风险大幅增加，反推法主要目的在对着陆轨迹进行分段、精细控制。最大程度平滑轨迹，避免由于着陆点预测困难造成的着陆轨迹反复调整或着陆失败。例如在将箱体上部页岩地层地层分隔成AB、BC、CD、DE、EF、FG、六个区间后。G点为着陆点，普通的着陆控制方法直接计算A点到G点、B点到G点的、C点到G点、D点到G点………的厚度，以此为依据进行调整，任何一点厚度发生变化，都会给着陆轨迹造成影响。反推法将轨迹控制过程与地层的六个区间相对应，如设计轨迹钻完BC区间，井斜达到35°。但由于地层倾角变化的原因，在井斜达到35°后，C点特征未出现，则停止下一步增斜施工，继续已35°井斜钻进，钻至C点特征出现后再开始下一步的增斜工作。如设计钻完CD区间，井斜达到45°，但由于地层倾角变化，地层变薄，在井斜40°的时候，D点特征出现，则需要增大造斜率，在DE段地层将轨迹调整至与设计相同。
第八步：通过随钻伽马曲线与对比井伽马曲线对比，当实钻轨迹钻至伽马曲线特征点，实钻井斜与特征点设计井斜匹配，按设计轨迹施工。实钻井斜与特征点设计井斜不匹配，采用公式α＝1719.8×(sina2-sina1)/H′进行下步施工狗腿度、井斜的计算，并以此为依据增大或减小实钻轨迹狗腿度，使下一特征点的实钻井斜与设计达到匹配要求，同时绘制如图2所示的实钻页岩地层靶体特征曲线图，其中公式参数说明如下：
α＝每30m狗腿度，sina1、sina2＝计算井段两端井斜,H′＝地层钻厚。
第九步：通过重复第八步施工，控制轨迹进入页岩层靶体顶，完成着陆施工，轨迹进入靶体顶井斜小于地层倾角2～3度，便于轨迹进入箱体后轨迹调整。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (7)
1.一种页岩气水平井着陆轨迹随钻跟踪调控方法，其特征在于：
第一步:选择与待钻井同一区块、距离近的已钻直井作为页岩气水平井着陆轨迹调整对比参考依据；
第二步:设计资料中根据区域特征估算地层倾角，根据地震资料提供的目的层强反射轴的变化形态确定地层倾角，根据同区块已钻井地层资料，确定造斜点至设计着陆靶前距处的地层倾角，将三者对比的最大与最小值作为地层倾角变化范围值；
第三步:根据对比参考井的测井、录井资料，绘制钻遇页岩地层与下伏地层及页岩地层施工靶体内钻时曲线、气测特征变化曲线和自然伽马曲线特征变化曲线图；
第四步:按照对比参数井页岩参数变化特征，将页岩地层细分为数个区间，确定钻遇各标志特征的特征参数、每一区间的厚度；
第五步:轨迹向地层上倾方向施工，将作为对比依据的上部页岩地层垂直厚度及距靶体顶部垂直距离，根据地层上倾幅度减薄；轨迹向地层下倾方向施工，将作为对比依据的上部页岩地层垂直厚度及距靶体顶部垂直距离，根据下倾幅度增厚；
第六步:依据预测施工区间内靶体的顶垂深位置，进行井轨迹设计，如轨迹需进行方位调整，确定方位调整的井斜区间，在方位调整区间，井斜具备优先调整权；
第七步：采用反推法，根据靶体上部页岩地层自然伽马曲线各特征区间垂直厚度，将各特征点与设计轨迹数据对应，并将对应点井斜数据作为着陆实钻轨迹调控依据；
第八步：通过随钻伽马曲线与对比井伽马曲线对比，当实钻轨迹钻至伽马曲线特征点，实钻井斜与特征点设计井斜匹配，按设计轨迹施工，实钻井斜与特征点设计井斜不匹配，进行下步施工狗腿度、井斜的计算，并以此为依据增大或减小实钻轨迹狗腿度，平滑轨迹，使下一特征点的实钻井斜与设计达到匹配要求，同时绘制实钻页岩地层靶体特征曲线图；
第九步：通过重复第八步施工，控制轨迹进入页岩层靶体顶，完成着陆施工。
2.根据权利要求1所述的一种页岩气水平井着陆轨迹随钻跟踪调控方法，其特征在于：在所述第二步中，根据地震资料提供的目的层强反射轴的变化形态确定的，主要采用三角函数中的正切函数计算，采用两点间垂深与距离的比值计算所得，根据钻井地层资料确定地层方法，是现场人员根据已钻邻井的地层对比结果，将同一标志层的顶或底数据，采用三角函数中的正切函数计算，采用两点间垂深与距离的比值计算所得，将三者对比的最大与最小值作为地层倾角变化范围值。
3.根据权利要求1所述的一种页岩气水平井着陆轨迹随钻跟踪调控方法，其特征在于：在所述第三步中，施工靶体内钻时曲线、气测特征变化曲线和自然伽马曲线特征变化曲线图需符合以下特征：
a)能够在第一时间反映地层的变化；
b)曲线能够最大程度的反映地层的真实特征；
c)不存在多解性，易于辨认；
d)必须与实钻过程中实时跟踪采集的数据对应。
4.根据权利要求1所述的一种页岩气水平井着陆轨迹随钻跟踪调控方法，其特征在于：在所述第四步中，每一区间距靶体顶面的距离由上到下减小。
5.根据权利要求1所述的一种页岩气水平井着陆轨迹随钻跟踪调控方法，其特征在于：在所述第六步中，方位调整分配在井斜60～85度范围内，方位调整井斜最大为大于等于地层倾角-10度。
6.根据权利要求1所述的一种页岩气水平井着陆轨迹随钻跟踪调控方法，其特征在于：在所述第六步中，以页岩地层顶为造斜点，按≤7度/30m狗腿度标准，进行井轨迹设计。
7.根据权利要求1所述的一种页岩气水平井着陆轨迹随钻跟踪调控方法，其特征在于：在所述第九步中，轨迹进入靶体顶井斜小于地层倾角2～3度。
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