CN109711023B - 处理三维绕障井的双二维轨迹优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及石油天然气钻井技术领域，是一种处理三维绕障井的双二维轨迹优化方法，第一步，包括提取三维绕障井的井眼曲率和井眼扭方位的方位角；第二步，对需要将三维绕障井钻进轨迹转换为双二维钻进轨迹的定向井进行优化；第三步，计算第一定向段的井眼曲率；第四步，计算第一段二维轨迹投影曲线；第五步，设第一稳斜段的终点即为第二增斜段的起点，计算着陆前的第二段二维轨迹投影曲线。本发明根据已有的三维定向轨迹数据及相关地质资料为基础，对三维定向轨迹进行双二维轨迹的二次优化，将难度分解，实现使用常规动力螺杆钻具配套实现旋转导向施工，有效解决了常规旋转导向工具不能对三维定向井直接施工的问题，同时也降低了钻井成本。

Description

处理三维绕障井的双二维轨迹优化方法

技术领域

本发明涉及石油天然气钻井技术领域，是一种处理三维绕障井的双二维轨迹优化方法。

背景技术

目前，石油钻井的设计开发时，很多井在3000米以上增斜井段时需要大幅度的扭方位，时常设计成三维绕障井，设计数据是基于在造斜段开始使用旋转导向设备来协助完成钻井施工的。但是，实际实施时该旋转导向设备严重匮乏，受国外技术垄断，短时间无法满足开发配套工具，在没有旋转导向等特殊工具的条件下，使用常规随钻仪器结合单弯螺杆动力钻具来实现高难度的三维绕障井施工，存在设计更改困难。

发明内容

本发明提供了一种处理三维绕障井的双二维轨迹优化方法，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有的常规随钻仪器不能直接对高难度的三维绕障井进行施工，采用常规随钻仪器扭方位存在施工难度巨大的问题。

本发明的技术方案是通过以下措施来实现的：一种处理三维绕障井的双二维轨迹优化方法,包括以下步骤：

第一步，根据三维绕障井的井口坐标、目标靶点坐标、地面海拔、补心高、磁偏角、收敛角，确定三维绕障井的设计投影图，提取三维绕障井的井眼曲率和井眼扭方位的方位角；

第二步，对需要将三维绕障井钻进轨迹转换为双二维钻进轨迹的定向井进行优化；

第三步，选择二维轨迹定向段的造斜点位置，根据采用钻具的组合造斜能力，确定第一直井段最大井斜角和第一增斜段段长，计算第一定向段的井眼曲率；

第四步，计算二维轨迹第一定向段的井深，确定第一稳斜段的段长，计算第一段二维轨迹投影曲线；

第五步，设置第一稳斜段的终点即为第二增斜段的起点，计算着陆前的第二段二维轨迹投影曲线。

下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：

上述第二步中，还包括判断将三维绕障井钻进轨迹转换为双二维钻进轨迹进行优化的过程，判断条件如下：

(1)三维绕障井的井眼曲率是否大于限定门限值Kmax；

(2)井眼扭方位的方位角是否大于工具可实现的定向增斜最大扭方位角φmax；

若同时满足井眼曲率大于设定门限值且井眼扭方位的方位角大于最大扭方位角，则进入第三步进行双二维轨迹优化，若不满足，则结束。

上述第三步中，计算二维轨迹定向段的井眼曲率，公式如下：

其中，Q为井段最大井斜角，L为增斜段段长。

上述第五步中，计算得到第二段二维轨迹投影曲线，包括以下过程：

(1)根据采用的钻具组合造斜能力，确定第二定向段最大井斜角和第二增斜段段长，计算第二定向段的井眼曲率；

(2)计算二维轨迹第二定向段的井深，确定第二稳斜段的段长，计算第二段二维轨迹投影曲线。

本发明根据已有的三维定向轨迹数据及相关地质资料为基础，在不改变原开采目的层的条件之下，通过优化三维剖面设计优化为双二维剖面组合的设计理念，对三维定向轨迹进行双二维轨迹的二次优化，有效解决了常规旋转导向工具不能对设计的三维定向井直接施工的问题，将难度分解，解决常规工具为实现使用常规动力螺杆钻具配套实现旋转导向施工，扭方位困难作业的问题，也降低了钻井成本。本发明通过降低井眼曲率，降低施工难度，确保钻井施工可行性和井下设备安全。

附图说明

附图1为本发明实施例一的方法图。

附图2为本发明实施例二的垂直投影示意图。

具体实施方式

本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实

施方式。

下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述：

实施例一：如附图1所示，一种处理三维绕障井的双二维轨迹优化方法,包括以下步骤：

第一步，根据三维绕障井的井口坐标、目标靶点坐标、地面海拔、补心高、磁偏角、收敛角，确定三维绕障井的设计投影图，提取三维绕障井的井眼曲率和井眼扭方位的方位角；

第二步，对需要将三维绕障井钻进轨迹转换为双二维钻进轨迹的定向井进行优化；

第三步，选择二维轨迹定向段的造斜点位置，根据采用钻具的组合造斜能力，确定第一直井段最大井斜角和第一增斜段段长，计算第一定向段的井眼曲率；

上述选择造斜点位置时需满足条件1：地层稳定，定向施工安全、风险低，条件2：便于工具造斜，符合动力工具造斜能力的位置。

第四步，计算二维轨迹第一定向段的井深，确定第一稳斜段的段长，计算第一段二维轨迹投影曲线；

第五步，设置第一稳斜段的终点即为第二增斜段的起点，计算着陆前的第二段二维轨迹投影曲线。

上述第四步中可根据三维绕障井的现有参数得到的井深，采用设计软件Landmark计算二维轨迹第一定向段的井深，确定第一稳斜段的段长，将上述参数输入现有的设计软件Landmark中，得到第一段二维轨迹投影曲线。

本发明在计算第一段二维轨迹投影曲线和第二段轨迹投影曲线时，通过设计第一段定向段，先将三维绕障井的前半段部分转化为一个小井斜的定向井，开始增斜钻进，选择在Landmark软件里输入“增斜段-稳斜段”设计成二维剖面即可。

可根据实际需要，对上述处理三维绕障井的双二维轨迹优化方法作进一步优化或/和

改进：

如附图1所示，第二步中，还包括判断将三维绕障井钻进轨迹转换为双二维钻进轨迹进行优化的过程判断条件如下：

(1)三维绕障井的井眼曲率是否大于限定门限值Kmax；

(2)井眼扭方位的方位角是否大于工具可实现的定向增斜最大扭方位角φmax；

若同时满足井眼曲率大于设定门限值且井眼扭方位的方位角大于最大扭方位角，则进入第三步进行双二维轨迹优化，若不满足，则结束；

根据现有的开采工具的实际操作需求，最大扭方位角φmax为45°，当扭方位的方位角变化较大，

使用常规螺杆钻具难以实现定向增斜扭方位时，为规避钻井风险降低施工难度，可选择优化三维绕障井。

如附图1所示，第三步中，计算二维轨迹定向段的井眼曲率，公式如下：

其中，Q为井段最大井斜角，L为增斜段段长。

如附图1所示，第五步中，计算得到第二段二维轨迹投影曲线，包括以下过程：

(1)根据采用的钻具组合造斜能力，确定第二定向段最大井斜角和第二增斜段段长，计算第二定向段的井眼曲率；

(2)计算二维轨迹第二定向段的井深，确定第二稳斜段的段长，计算第二段二维轨迹投影曲线。

本发明采用现有常规的旋转导向工具，井下通过的最大井眼曲率不大于6°/30m，所以设计的第一段二维轨迹的曲率和第二段二维轨迹的井眼曲率均需要小于6°/30m，本发明通过使用设计软件Landmark软件查看设计曲线效果，计算出第一段井深，决定是否对设计的第一段二维轨迹曲线再次进行二次优化；若经过第一次优化后的第一段二维轨迹的曲率不满足小于6°/30m，则需要在第一次优化的基础上，第二次对第一段二维轨迹进行优化。

计算第二段二维轨迹投影曲线时，使用设计软件Landmark的方法是：在软件里输入第一段井眼曲率，第二段曲率和第二段稳斜段长度三个参数中的任意2个即可得出第三个数值并输出第二段二维轨迹剖面，通过软件计算得出的第二段二维轨迹，查看是否能中靶，如果软件提示未中靶，则进行第二次优化，直到中靶，得出优化后的双二维轨迹投影图，可用于有效指导工作人员施工。

实施例二：如图2、表1、2、3所示，举例说明：FNHW4045井，设计井深：斜深：4110.5m，垂深：2504.46m(不含补心高9米)，磁偏角：东偏4°03′，子午线收敛角：西偏0°54′，投影方位15.59°。如表1所示，FNHW4045井靶点参数表，如表2所示：井眼原三维绕障设计基本数据表，如表3所示：优化之后井眼的双二维轨迹设计基本点数据表。

如附图2所示，KOP1为第一个造斜点初始位置，KOP2为第一稳斜段的终点位置，EOB1＝KOP2，EOP2为第二个造斜点初始位置。使用设计软件Landmark计算的方法是：在软件里输入第一段井眼曲率，第二段曲率和第二段稳斜段长度三个参数中的任意2个即可得出第三个数值并输出第二段二维轨迹剖面，通过软件计算得出的第二段二维轨迹，在设计软件Landmark输入原设计的水平段段长L水及水平段井斜Inc，方位Azi，即可得出水平段轨迹设计。查看是否能中靶，如果软件提示未中靶，则进行第二次优化，直到中靶，得出优化后的双二维轨迹投影图，可用于有效指导工作人员施工。

以上技术特征构成了本发明的实施例，其具有较强的适应性和实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。

表1 FNHW4045井的靶点参数表

表2 井眼原三维绕障设计基本数据表

表3优化后的井眼双二维轨迹设计基本点数据

Claims (1)

1.一种处理三维绕障井的双二维轨迹优化方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步，根据三维绕障井的井口坐标、目标靶点坐标、地面海拔、补心高、磁偏角、收敛角，确定三维绕障井的设计投影图，提取三维绕障井的井眼曲率和井眼扭方位的方位角；

第二步，对需要将三维绕障井钻进轨迹转换为双二维钻进轨迹的定向井进行优化，判断定向井是否执行将三维绕障井钻进轨迹转换为双二维钻进轨迹的优化过程，判断条件如下：

(1)三维绕障井的井眼曲率是否大于限定门限值Kmax；

(2)井眼扭方位的方位角是否大于工具可实现的定向增斜最大扭方位角φmax；

若同时满足井眼曲率大于设定门限值且井眼扭方位的方位角大于最大扭方位角，则将三维绕障井钻进轨迹转换为双二维钻进轨迹，并进入第三步，若不满足，则结束；

第三步，选择二维轨迹定向段的造斜点位置，根据采用钻具的组合造斜能力，确定第一直井段最大井斜角和第一增斜段段长，计算第一定向段的井眼曲率，公式如下：

其中，Q为井段最大井斜角，L为增斜段段长；

第四步，计算二维轨迹第一定向段的井深，确定第一稳斜段的段长，计算第一段二维轨迹投影曲线；

第五步，设置第一稳斜段的终点即为第二增斜段的起点，计算着陆前的第二段二维轨迹投影曲线，包括以下过程：

(1)根据采用的钻具组合造斜能力，确定第二定向段最大井斜角和第二增斜段段长，计算第二定向段的井眼曲率；

(2)计算二维轨迹第二定向段的井深，确定第二稳斜段的段长，计算第二段二维轨迹投影曲线。

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