CN107227950B - 一种实钻井眼轨迹整体性评价方法 - Google Patents

一种实钻井眼轨迹整体性评价方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种可以对实钻井眼轨迹进行整体性评价的方法。一种实钻井眼轨迹整体性评价方法，包括收集待评价水平井设计井眼轨道和实钻井眼轨迹数据、井口坐标、地面和转盘面海拔高度数据；以设计井眼轨道和实钻井眼轨迹的空间向量的方向夹角作为实钻井眼轨迹与设计井眼轨道方向差异；以设计井眼轨道数据为参考，得到实钻井眼轨迹与设计井眼轨道的距离差异；将实钻井眼轨迹与设计井眼轨道方向差异与实钻井眼轨迹与设计井眼轨道的距离差异处理后构成评价实钻井眼轨迹整体性的二维数组；根据二维数组数据变化特征进行实钻井眼轨迹评价。本发明操作简单方便，不受作业条件和作业环境的影响，实现了对实钻井眼轨迹定量化评价考核。

Description

一种实钻井眼轨迹整体性评价方法
技术领域
本发明涉及钻井技术领域，特别是关于一种可以对实钻井眼轨迹进行整体性评价的计算方法。
背景技术
水平井井眼轨道设计逐步向复杂化，精细化发展，对井眼轨迹控制的要求越来越高，而实钻井眼轨迹的质量影响范围很广，不仅关系到钻井过程中可否安全避开风险邻井、能不能准确中靶，而且还关乎后续下套管是否顺利、注水泥胶结质量好坏以及后期的井下作业，油公司迫切需要科学、合理的评价实钻井眼轨迹与工程设计井眼轨道的符合程度，以保证井眼质量。而目前国内外油田评价水平井井眼轨迹控制的标准大部分还仅限于是否中靶、直井段井斜是否超标等，缺乏对实钻井眼轨迹定量化评价考核。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种实钻井眼轨迹整体性评价方法，以解决钻井作业中实钻井眼轨迹与设计轨道定量化的判断问题。
本发明的技术方案在于：
一种实钻井眼轨迹整体性评价方法，包括如下步骤：
（1）收集待评价水平井设计井眼轨道和实钻井眼轨迹数据、井口坐标、地面和转盘面海拔高度数据；
（2）以步骤（1）中收集到的设计井眼轨道和实钻井眼轨迹的空间向量的方向夹角作为实钻井眼轨迹与设计井眼轨道方向差异；
（3）得到实钻井眼轨迹与设计井眼轨道的距离差异；
（4）将步骤（2）中得到的实钻井眼轨迹与设计井眼轨道方向差异与步骤（3）中得到的实钻井眼轨迹与设计井眼轨道的距离差异处理后构成评价实钻井眼轨迹整体性的二维数组；
（5）根据(4)得到的二维数组进行实钻井眼轨迹整体性评价进行实钻井眼轨迹整体性评价。
所述的步骤（1）收集待评价水平井设计井眼轨道和实钻井眼轨迹数据、井口坐标、地面和转盘面海拔高度数据均需复测，，并对实钻井眼轨迹数据进行测斜仪器数据异常点剔除。
所述的步骤（2）中设计井眼轨道和实钻井眼轨迹的空间向量的方向夹角的计算方法为：
1）根据步骤（1）中获取的井口坐标、地面和转盘面海拔高度数据，将设计井眼轨道和实钻井眼轨迹统一到相同坐标系下；
2）在上述1）建立的坐标系下，根据待评价水平井的设计井眼轨道和实钻井眼轨迹数据，分别计算相同间隔、不同深度hi测点下设计井眼轨道的空间坐标(x1i、y1i、hi)和实钻井眼轨迹的空间坐标(x2i、y2i、hi)；
3）以井口坐标（x0，y0,0）为起点，从井口开始，依次以相同间隔Δh不同深度下设计井眼轨道坐标分别计算设计井眼轨道的空间向量(x1(i+1)-x1i、y1(i+1)-y1i、Δh)和实钻井眼轨迹的空间坐标(x2(i+1)-x1i、y(i+1)-y1i、Δh)的方向夹角Ai。
所述的2）中相同间隔的取值为10到30米。
所述的3）中方向夹角Ai的计算公式为：
Figure 677670DEST_PATH_IMAGE001
。
所述的步骤（3）中得到实钻井眼轨迹与设计井眼轨道的距离差异的步骤为：
1）计算相同间隔不同深度hi测点下设计井眼轨道与实钻井眼轨迹的水平切片扫描距离d1i；
2）计算相同间隔不同深度hi测点下设计井眼轨道与实钻井眼轨迹的法面切片扫描距离d2i；
3）取水平切片扫描距离d1i和法面切片扫描距离d2i的几何平均值Di作为实钻井眼轨迹与设计井眼轨道的距离差异；
其中，直井段只做水平切片扫描，
Figure 594810DEST_PATH_IMAGE002
；
水平段只做法向切片扫描，
Figure 171285DEST_PATH_IMAGE003
；
斜井段做水平切片扫描加法向切片扫描，
Figure 566494DEST_PATH_IMAGE004
。
其中，步骤（2）、（3）确保相同间隔Δh，计算方向夹角和距离偏差的井眼深度hi是相同的。
所述的步骤（4）中构建评价实钻井眼轨迹整体性的二维数组的步骤为：
1）将方向夹角Ai数组中不同深度hi+Δh测点下方向差异值数据减去深度hi测点下方向差异值数据，得到已消除计算的累积误差的方向夹角数组Bi；
2）将距离差异Di数组中不同深度hi测点下距离差异值数据除以深度hi，得到已消除井眼深度的距离差异数组Fi；
3）将上述得到的方向夹角数组Bi、距离夹角数组Fi构成评价实钻井眼轨迹与设计井眼轨道的符合度的二维数组 [Bi，Fi]。
所述的步骤（5）中实钻井眼轨迹整体性分析的步骤为：
1）分别做出方向夹角数组Bi与距离差异数组Fi随井深变化的曲线；
2）分别求取方向夹角数组Bi绝对值的均值K与距离差异数组Fi的均值KK，并做出相应的均值线和2倍均值线；
3）分别求取1）中得到的曲线与2）中得到的均值线相交上方之间数据对应的井段；
4）对实钻井眼轨迹整体性判断：
Figure 380866DEST_PATH_IMAGE005
均值线下方的曲线对应的井段符合度好；
Figure 203329DEST_PATH_IMAGE006
均值线与2倍均值线之间的曲线对应的井段符合度较好；
Figure 470362DEST_PATH_IMAGE007
2倍均值线上方的曲线对应的井段符合度差。
本发明的技术效果在于：
1、本发明的实施仅需收集要研究区域的已钻水平井相关数据，操作简单方便，不受作业条件和作业环境的影响，不会影响正常的钻井施工；
2、本发明可定量化对实钻井眼轨迹整体性评价，由于采用方向角度差异和空间切片扫描距离大小形成的二维数组来共同评价轨迹，计算结果稳定可靠，符合度高。本发明可以广泛用于钻井工程中实钻井眼轨迹整体性评价。
附图说明
图1是本发明计算流程图。
图2是本发明实钻井眼轨迹与设计井眼轨道方向夹角示意图。
图3是本发明实钻井眼轨迹与设计井眼轨道切片扫描示意图。
图4 是延平1井实钻井眼轨迹整体性分析图。
图5 是延平1井实钻井眼轨迹与设计井眼轨道空间图。
具体实施方式
实施例1
一种实钻井眼轨迹整体性评价方法，包括如下步骤：
（1）收集待评价水平井设计井眼轨道和实钻井眼轨迹数据、井口坐标、地面和转盘面海拔高度数据；
其中，收集待评价水平井设计井眼轨道和实钻井眼轨迹数据、井口坐标、地面和转盘面海拔高度数据均需复测，，并对实钻井眼轨迹数据进行测斜仪器数据异常点剔除。
（2）以步骤（1）中收集到的设计井眼轨道和实钻井眼轨迹的空间向量的方向夹角作为实钻井眼轨迹与设计井眼轨道方向差异，其步骤为：
1）根据步骤（1）中获取的井口坐标、地面和转盘面海拔高度数据，将设计井眼轨道和实钻井眼轨迹统一到相同坐标系下；
2）在上述1）建立的坐标系下，根据待评价水平井的设计井眼轨道和实钻井眼轨迹数据，分别计算相同间隔(10到30米)、不同深度hi测点下设计井眼轨道的空间坐标(x1i、y1i、hi)和实钻井眼轨迹的空间坐标(x2i、y2i、hi)；
3）以井口坐标（x0，y0,0）为起点，从井口开始，依次以相同间隔Δh不同深度下设计井眼轨道坐标分别计算设计井眼轨道的空间向量(x1(i+1)-x1i、y1(i+1)-y1i、Δh)和实钻井眼轨迹的空间坐标(x2(i+1)-x1i、y(i+1)-y1i、Δh)的方向夹角Ai ，Ai的计算公式为：
Figure 669262DEST_PATH_IMAGE008
。
（3）得到实钻井眼轨迹与设计井眼轨道的距离差异，其步骤为：
1）计算相同间隔不同深度hi测点下设计井眼轨道与实钻井眼轨迹的水平切片扫描距离d1i；
2）计算相同间隔不同深度hi测点下设计井眼轨道与实钻井眼轨迹的法面切片扫描距离d2i；
3）取水平切片扫描距离d1i和法面切片扫描距离d2i的几何平均值Di作为实钻井眼轨迹与设计井眼轨道的距离差异。
其中，直井段只做水平切片扫描，
Figure 216437DEST_PATH_IMAGE002
；
水平段只做法向切片扫描，
Figure 653542DEST_PATH_IMAGE003
；
斜井段做水平切片扫描加法向切片扫描，
Figure 470188DEST_PATH_IMAGE004
。
其中，步骤（2）、（3）确保相同间隔Δh，计算方向夹角和距离偏差的井眼深度hi是相同的。
（4）将步骤（2）中得到的实钻井眼轨迹与设计井眼轨道方向差异与步骤（3）中得到的实钻井眼轨迹与设计井眼轨道的距离差异构成评价实钻井眼轨迹整体性的二维数组，其步骤为：
1）将方向夹角Ai数组中不同深度hi+Δh测点下方向差异值数据减去深度hi测点下方向差异值数据，得到已消除计算的累积误差的方向夹角数组Bi；
2）将距离差异Di数组中不同深度hi测点下距离差异值数据除以深度hi，得到已消除井眼深度的距离差异数组Fi；
3）将上述得到的方向夹角数组Bi、距离夹角数组Fi构成评价实钻井眼轨迹与设计井眼轨道的符合度的二维数组 [Bi，Fi]。
（5）进行实钻井眼轨迹整体性评价，其步骤为：
1）分别做出方向夹角数组Bi与距离差异数组Fi随井深变化的曲线；
2）分别求取方向夹角数组Bi绝对值的的均值K与距离差异数组Fi的均值KK，并做出相应的均值线和2倍均值线；
3）分别求取1）中得到的曲线与2）中得到的均值线相交上方之间数据对应的井段；
4）对实钻井眼轨迹整体性判断：
Figure 207200DEST_PATH_IMAGE005
均值线下方的曲线对应的井段符合度好；
Figure 730585DEST_PATH_IMAGE006
均值线与2倍均值线之间的曲线对应的井段符合度较好；
Figure 160429DEST_PATH_IMAGE007
2倍均值线上方的曲线对应的井段符合度差。
实施例2
现以延长石油集团油气勘探公司延安气田延平1井为例,对其实钻井眼轨迹整体性分析。
（1）收集待评价已钻延平1井设计井眼轨道和实钻井眼轨迹数据、井口坐标、地面和转盘面海拔高度数据，地面海拔已经复测；如表1、2、3中所示。
表1 延平1井井口、靶点坐标，海拔高度数据
Figure 700257DEST_PATH_IMAGE009
表2延平1井井眼轨道设计数据
Figure 975381DEST_PATH_IMAGE010
表3延平1井实钻井眼轨迹数据
Figure 618852DEST_PATH_IMAGE011
Figure 954018DEST_PATH_IMAGE012
Figure 10836DEST_PATH_IMAGE013
Figure 89650DEST_PATH_IMAGE014
Figure 587628DEST_PATH_IMAGE015
Figure 359275DEST_PATH_IMAGE016
Figure 309913DEST_PATH_IMAGE017
（2）以步骤（1）中收集到的设计井眼轨道和实钻井眼轨迹的空间向量的方向夹角作为实钻井眼轨迹与设计井眼轨道方向差异，其步骤为：
1）根据步骤（1）中获取的井口坐标、地面和转盘面海拔高度数据，将设计井眼轨道和实钻井眼轨迹统一到高斯克吕格坐标系下；
2）在上述1）建立的高斯克吕格坐标系下，根据待评价水平井的设计井眼轨道和实钻井眼轨迹数据，分别计算相同间隔10米、不同深度hi测点下设计井眼轨道的空间坐标(x1i、y1i、hi)和实钻井眼轨迹的空间坐标(x2i、y2i、hi)，如表4中X1，Y1，X2，Y2四列；
3）以井口坐标（x0，y0,0）为起点，从井口开始，依次以相同间隔10米不同深度下设计井眼轨道坐标分别计算设计井眼轨道的空间向量(x1(i+1)-x1i、y1(i+1)-y1i、10)和实钻井眼轨迹的空间坐标(x2(i+1)-x1i、y(i+1)-y1i、10)的方向夹角Ai，，作为实钻井眼轨迹与设计井眼轨道方向差异，如表4中Ai列。
（3）分别计算相同间隔取10米，不同深度下设计井眼轨与实钻井眼轨迹的水平切片和法面切片扫描距离，取其几何平均值作为实钻井眼轨迹与设计井眼轨道的距离差异Di，如表4中Di列。
（4）构建评价实钻井眼轨迹整体性的二维数组，其步骤为：
1）将方向夹角Ai数组中不同深度hi+10测点下方向差异值数据减去深度hi测点下方向差异值数据，得到已消除计算的累积误差的方向夹角数组Bi，如表4中Bi列所示：
2）将距离差异Di数组中不同深度hi测点下距离差异值数据除以深度hi，得到已消除井眼深度的距离差异数组Fi；如表4中Fi列所示：
3）将上述得到的方向夹角数组Bi、距离夹角数组Fi构成评价实钻井眼轨迹与设计井眼轨道的符合度的二维数组 [Bi，Fi]。
表4 不同井深井眼数据、实钻井眼轨迹与设计井眼轨道方向夹角、距离数据
Figure 192419DEST_PATH_IMAGE018
Figure 607219DEST_PATH_IMAGE020
Figure 346505DEST_PATH_IMAGE021
Figure 784440DEST_PATH_IMAGE022
Figure 205057DEST_PATH_IMAGE023
Figure 677627DEST_PATH_IMAGE024
Figure 791076DEST_PATH_IMAGE025
Figure 545668DEST_PATH_IMAGE026
Figure 769976DEST_PATH_IMAGE027
（5）进行实钻井眼轨迹整体性评价，其实现过程为：
1）分别做出方向夹角数组Bi与距离差异数组Fi随井深变化的曲线，如图4所示；
2）分别求取方向夹角数组Bi绝对值的的均值K与距离差异数组Fi的均值KK，并做出相应的均值线和2倍均值线，如图4所示；
3）分别求取1）中得到的曲线与2）中得到的均值线相交上方之间数据对应的井段,如表5所示。
表5 延平1实钻井眼轨迹整体性分析数据
Figure 644522DEST_PATH_IMAGE028
4）按判断标准对表5中实钻井眼轨迹进行整体性判断，如表6所示。
表6延平1井实钻井眼轨迹整体性分析结果
Figure 928873DEST_PATH_IMAGE029
综上判断，对延平1井实钻轨迹与设计轨道的整体评价结果如下：440-690m、860-1190m井段实钻轨迹与设计轨道符合程度差，其余井段实钻轨迹与设计轨道符合程度好。从图5延平1井实钻井眼轨迹与设计井眼轨道空间图可以看出，实钻井眼轨迹与设计井眼轨道整体符合程度很高，分别放大440-690m、860-1190m井段，可以看到相比其他井段440-690m井段实钻井眼轨迹与设计井眼轨道井眼角度变化程度大、860-1190m井段实钻井眼轨迹与设计井眼轨道井间距离变化大，证明本发明确实可以准确有效地发现实钻轨迹与设计轨道符合程度差的井段。综上，延平1井井眼轨迹与设计轨道整体符合率为:（3650-250-330）/3650=84.11%。在井眼质量验收过程中，对延平1井440-690m、860-1190m井段进行相应质量扣款处罚。该方法对延长石油集团油田、气田100多口水平井进行了质量验收评价，有效地补充了现有水平井井眼轨迹控制标准，实现了对实钻井眼轨迹定量化评价考核，更好的促进现场施工单位认真执行钻井工程设计，保证施工质量。

Claims (7)

1.一种实钻井眼轨迹整体性评价方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)收集待评价水平井的设计井眼轨道和实钻井眼轨迹数据、井口坐标、地面和转盘面海拔高度数据；
(2)以步骤(1)中收集到的设计井眼轨道和实钻井眼轨迹的空间向量的方向夹角作为实钻井眼轨迹与设计井眼轨道方向差异；
(3)得到实钻井眼轨迹与设计井眼轨道的距离差异；其具体过程为：
1)计算相同间隔不同深度hi测点下设计井眼轨道与实钻井眼轨迹的水平切片扫描距离d1i；
2)计算相同间隔不同深度hi测点下设计井眼轨道与实钻井眼轨迹的法面切片扫描距离d2i；
3)取水平切片扫描距离d1i和法面切片扫描距离d2i的几何平均值Di作为实钻井眼轨迹与设计井眼轨道的距离差异；
其中，直井段只做水平切片扫描，Di＝d1i；
水平段只做法向切片扫描，Di＝d2i；
斜井段做水平切片扫描加法向切片扫描，
Figure FDA0002402288170000011
(4)将步骤(2)中得到的实钻井眼轨迹与设计井眼轨道方向差异与步骤(3)中得到的实钻井眼轨迹与设计井眼轨道的距离差异处理后构成评价实钻井眼轨迹整体性的二维数组；
(5)根据(4)得到的二维数组进行实钻井眼轨迹整体性评价。
2.根据权利要求1所述的一种实钻井眼轨迹整体性评价方法，其特征在于：所述的步骤(1)收集待评价水平井设计井眼轨道和实钻井眼轨迹数据、井口坐标、地面和转盘面海拔高度数据均需复测，并对实钻井眼轨迹数据进行测斜仪器数据异常点剔除。
3.根据权利要求2所述的一种实钻井眼轨迹整体性评价方法，其特征在于：所述的步骤(2)中设计井眼轨道和实钻井眼轨迹的空间向量的方向夹角的计算方法为：
A)根据步骤(1)中获取的井口坐标、地面和转盘面海拔高度数据，将设计井眼轨道和实钻井眼轨迹统一到相同坐标系下；
B)在上述1)建立的坐标系下，根据待评价水平井的设计井眼轨道和实钻井眼轨迹数据，分别计算相同间隔、不同深度hi测点下设计井眼轨道的空间坐标(x1i、y1i、hi)和实钻井眼轨迹的空间坐标(x2i、y2i、hi)；
C)以井口坐标(x0，y0,0)为起点，从井口开始，依次以相同间隔Δh不同深度下设计井眼轨道坐标分别计算设计井眼轨道的空间向量(x1(i+1)-x1i、y1(i+1)-y1i、Δh)和实钻井眼轨迹的空间坐标(x2(i+1)-x1i、y(i+1)-y1i、Δh)的方向夹角Ai。
4.根据权利要求3所述的一种实钻井眼轨迹整体性评价方法，其特征在于：所述的B)中相同间隔的取值为10到30米。
5.根据权利要求3所述的一种实钻井眼轨迹整体性评价方法，其特征在于：所述的C)中方向夹角Ai的计算公式为：
Figure FDA0002402288170000021
6.根据权利要求1所述的一种实钻井眼轨迹整体性评价方法，其特征在于：所述的步骤(4)中构建评价实钻井眼轨迹整体性的二维数组的步骤为：
1)将方向夹角Ai数组中不同深度hi+Δh测点下方向差异值数据减去深度hi测点下方向差异值数据，得到已消除计算的累积误差的方向夹角数组Bi；
2)将距离差异Di数组中不同深度hi测点下距离差异值数据除以深度hi，得到已消除井眼深度的距离差异数组Fi；
3)将上述得到的方向夹角数组Bi、距离夹角数组Fi构成评价实钻井眼轨迹与设计井眼轨道的符合度的二维数组[Bi，Fi]。
7.根据权利要求1所述的一种实钻井眼轨迹整体性评价方法，其特征在于：所述的步骤(5)中实钻井眼轨迹整体性评价的步骤为：
1)分别做出方向夹角数组Bi与距离差异数组Fi随井深变化的曲线；
2)分别求取方向夹角数组Bi绝对值的均值K与距离差异数组Fi的均值KK，并做出相应的均值线和2倍均值线；
3)分别求取1)中得到的曲线与2)中得到的均值线相交上方之间数据对应的井段；
4)对实钻井眼轨迹整体性判断：
①均值线下方的曲线对应的井段符合度好；
②均值线与2倍均值线之间的曲线对应的井段符合度较好；
③2倍均值线上方的曲线对应的井段符合度差。
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