CN111520073B - 一种大井丛加密井防碰风险定量表征方法 - Google Patents
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Abstract
一种大井丛加密井防碰风险定量表征模型，步骤为：一、利用三维可视化制作邻井和目标井经验轨迹图；二、定义风险安全距离，计算目标井及邻井的最近距离点坐标参数得到最近距离结果；三、根据最近距离结果，计算井眼轨迹误差的协方差矩阵，根据误差椭圆理论，逐一计算目标井与邻井的井眼轨迹分离系数δ，根据分离系数划分风险区；四、目标井与邻井的交碰概率采用一维正态分布模型；五、计算得出两井之间任一风险事件发生的自然概率和对数概率，该概率即为定量表征的加密井防碰风险模型；本发明根据误差椭圆理论和联合概率分布函数，按照3sigma计算原则制定了大井丛中交碰事件发生概率计算原则，得到最佳的防碰风险区间，进而实现防碰风险的定量表征。
Description
技术领域
本发明涉及油田钻井工程风险评估技术领域，特别涉及一种大井丛加密井 防碰风险定量表征方法。
背景技术
现有油田可利用空间已经接近饱和，地面可利用空间和井口十分有限，地 下已完钻密集井段安全穿越愈发困难。为了提高油田产量，需要在密集井网条 件下进行加密钻井。这就需要在进行工程施工前对井眼轨道进行优化设计，降 低密集井网工况下井眼发生交碰事故的概率，减少交碰事故造成的损失。钻井 过程中正钻井与已钻井井眼交碰事故时有发生，导致套管损毁甚至整口井彻底 报废。为了避免井眼交碰事故的发生，需要更精确的钻井设计和必要的主动防 碰作业方式，选择合适的井眼交碰风险评价方法，做好防碰预警工作。现有的 井眼交碰风险评价方法包括邻井最近距离、井眼分离系数、井眼交碰概率等， 但在实际应用过程中对井眼交碰风险评价结果或过于乐观，或过于保守，难以 满足大井丛加密井防碰钻井的要求。因此探索研究一种大井丛加密井防碰风险 定量表征模型，对于提高油田产量、降低钻井成本和钻井风险都具有重要意义。 众多学者从不同的角度和方法出发，探索了各种井眼轨迹防碰风险模型。现有 研究中，专利CN201110372333.3公布了一种井眼轨道控制方法； CN201410759360.X公布了一种三维水平井井眼轨迹控制方法；CN201410759278.7公布了一种关于三维水平井井眼轨道初始井斜方位角的确定 方法；CN201510890746.9公布了一种实钻井眼轨迹与设计轨道符合率的评价方 法；CN201610776433.5公布了一种可以在加密井网直井段钻井作业过程中用于 防碰风险量化的计算方法。2011年第33卷第6期的《石油钻采工艺》杂志中， 管志川等人结合井眼轨迹测量及计算理论与实践，对现有防碰技术进行了分析， 提出了主动防碰理念；2012年第12卷第26期的《科学技术与工程》杂志中， 刘刚等人完善了井眼防碰检测技术；2015年第27卷第4期的《西部探矿工程》 杂志中，文乾彬等人介绍了"工厂化"丛式水平井井眼防碰扫描方法及井眼相碰概 率评价方法；2015年第11卷第10期的《中国安全生产科学技术》杂志中，刘永旺等人得出了丛式定向井直井段总体交碰概率的求取方法；2016年第40卷第 3期的《中国石油大学学报》杂志中，曹向峰等人建立海上丛式井组钻井顺序优 化模型及遗传算法求解方法，并给出实例计算分析；2017年第33卷第5期的《石 油工业技术监督》杂志中，和鹏飞以某A45H井着陆段和水平段的防碰控制措 施为例，进行三维深层防碰预防技术分析和探讨；2018年第46卷第2期的《石 油钻探技术》杂志中，许军富等人制定了大规模加密井防碰轨道设计流程，形 成了整体优化设计方法；2018年第40卷第3期的《石油钻采工艺》杂志中，赵 少伟等人总结了渤海油田的一套丛式井网整体加密钻井防碰技术；2019年第38 卷第3期的《石油化工应用》杂志中，刘毅提出了一种密集井网加密钻井防碰 风险评价新方法。
上述现有技术存在的主要问题是：(1)现有的防碰风险定量表征模型只考 虑了邻井为一口或两口之间的防碰风险，未考虑在大井丛中多井之间如何进行 安全防碰；(2)现有防碰风险定量表征模型在实际应用过程中对井眼交碰风险 评价结果或过于乐观，或过于保守，难以满足防碰钻井要求。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种大井丛加密井防 碰风险定量表征方法，根据ISCWSA误差椭圆理论和联合概率分布函数，按照 3sigma计算原则制定了大井丛中交碰事件发生概率计算原则；充分考虑不同邻 井的个数，对实验数据进行统一化处理后，根据各种测试结果的差异，得到最 佳的防碰风险区间，进而实现防碰风险的定量表征。
本发明的目的是通过下述技术方案来实现的。
一种大井丛加密井防碰风险定量表征模型，包括下述步骤：
步骤一、收集邻井和目标井轨迹信息，利用三维可视化制作邻井和目标井 经验轨迹图；
步骤二、定义风险安全距离，采用最近距离法对目标井和邻井井眼轨迹逐 点扫描，当最近距离小于定义的风险安全距离时，统计邻井数量，计算目标井 及邻井的最近距离点坐标参数得到最近距离结果，并记录最近距离处的井深， 单位为m；井眼直径，单位为mm；
步骤三、根据步骤二的最近距离结果，计算井眼轨迹误差的协方差矩阵， 根据误差椭圆理论，逐一计算目标井与邻井的井眼轨迹分离系数δ，根据分离系 数划分一级风险区δ<1.5、二级风险区1.5<δ<5及三级风险区δ>5；
步骤四、若邻井为一口井时，目标井与邻井的交碰概率采用一维正态分布 模型，计算公式如下：
若邻井为两口井时，目标井与每口邻井的交碰概率采用二维正态分布模型， 经过积分变换后计算公式如下：
若邻井大于两口井时，目标井与每口邻井的交碰概率采用三维正态分布模 型，经过积分变换后计算公式如下：
式中：x为当目标井与邻井的最近距离，单位m；δ为防碰标准中防碰距离 对应的分离系数；
步骤五、根据式(1)—式(3)计算得出两井之间任一风险事件发生的自 然概率p，再根据式(4)进行运算后得到多井防碰风险对数概率，该概率即为 定量表征的加密井防碰风险模型：
P＝12+log2p 式(4)
自然概率p区间及对应的对数概率P区间列于下表：
井眼轨迹碰撞风险自然概率和对数概率区间
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)针对大井丛加密井井与井之间的空间距离越来越小、井眼交碰概率高 的特点，在考虑了ISCWSA误差椭圆理论的基础上，综合考虑了防碰风险井数 量、防碰位置及最近距离等因素，建立了适合大井丛加密井防碰风险定量表征 模型。
(2)基于不确定性误差理论，在现有的井眼交碰风险评价方法之上，按照 3sigma计算原则得出了密集井网条件下井眼轨迹防碰风险定量表征评估模型， 此模型对防碰风险的评价结果更为精确，更加合理地指导钻井工作。
附图说明
图1为目标井与邻井井眼轨迹图。
图2为目标井与邻井最近距离扫描图。
具体实施方式
下面选取某油田样品，结合附图对本发明做详细叙述。
一种大井丛加密井防碰风险定量表征模型，包括下述步骤：
步骤一、收集邻井和目标井轨迹信息，利用三维可视化制作邻井和目标井 经验轨迹图，如图1所示。
步骤二、定义风险安全距离，采用最近距离法对目标井和邻井井眼轨迹逐 点扫描，当最近距离小于定义的风险安全距离时，统计邻井数量，计算目标井 及邻井的最近距离点坐标参数得到最近距离结果，并记录最近距离处的井深， 单位为m；井眼直径，单位为mm。得到邻井数量和最近距离如表1所示。
表1目标经和邻井信息及目标井最近安全距离
| 井名 | 测量深度(m) | 井眼直径(mm) | 最近距离(m) |
| 目标井 | 290 | 215 | |
| 邻井1 | 290 | 215 | 2.17 |
| 邻井2 | 290 | 215 | 1.29 |
| 邻井3 | 290 | 215 | 1.30 |
步骤三、根据步骤二的最近距离结果，计算井眼轨迹误差的协方差矩阵， 根据误差椭圆理论，逐一计算目标井与邻井的井眼轨迹分离系数δ，根据分离系 数划分一级风险区δ<1.5、二级风险区1.5<δ<5及三级风险区δ>5，示例井的计 算结果如表2所示。
表2目标井与邻井的经验轨迹分离系数和相应风险等级
| 井名 | 分离系数f | 风险区间 |
| 邻井1 | 1.828 | 二级 |
| 邻井2 | 0.120 | 一级 |
| 邻井3 | 0.478 | 一级 |
步骤四、邻井大于两口井时，目标井与每口邻井的交碰概率采用三维正态 分布模型，经过积分变换后计算公式如下：
式中：x为当目标井与邻井的最近距离，单位m；δ为防碰标准中防碰距离 对应的分离系数。
步骤六、根据式(3)计算得出两井之间任一风险事件发生的自然概率p， 再根据式(4)进行运算后得到多井防碰风险对数概率，该概率即为定量表征的 加密井防碰风险模型：
P＝12+log2p 式(4)
计算结果如表3所示。
表3目标井与邻井交碰自然概率和风险对数概率
| 井名 | 交碰自然概率 | 对数概率 |
| 邻井1 | 8.752％ | 8.486 |
| 邻井2 | 15.065％ | 9.269 |
| 邻井3 | 20.364％ | 9.704 |
根据目标井与邻井的交碰自然概率和对数概率的定义区间定量分析该工况 下的风险等级为一级，目标井与邻井最近距离扫描图2所示。
实验方法的原理说明：
随着油田勘探开发进程的不断推进，国内外丛式井和加密井的数量都在不 断增加，老油田加密井、调整井越来越多，新建丛式井组规模越来越大，井与 井之间的空间距离越来越小，这对密集井网条件下的防碰设计和钻井施工作业 都提出了更高的要求，钻井过程中正钻井与已钻井井眼交碰事故时有发生，导 致套管损毁甚至整口井彻底报废。为了避免井眼交碰事故的发生，需要更精确 的钻井设计和必要的主动防碰作业方式，选择合适的井眼交碰风险表征模型， 做好防碰预警工作。采用最近距离法对目标井和邻井井眼轨迹逐点扫描，当最 近距离小于定义的风险安全距离时，统计邻井数量，计算目标井及邻井的最近 距离点坐标参数，记录最近距离处的井深。根据计算的最近距离结果，计算井 眼轨迹误差的协方差矩阵，根据误差椭圆理论，逐一计算目标井与邻井的井眼 轨迹分离系数f。计算目标井与每口邻井的交碰自然概率与多井防碰风险对数概 率，根据目标井与邻井的交碰自然概率和对数概率的定义区间定量分析该工况 下的风险等级。此发明创新提出了基于不确定性误差理论，综合考虑碰撞风险 井数量、碰撞深度、井间距离和发生概率的井碰撞风险分级及风险概率计算模 型，为油田密集井网条件下井眼轨迹防碰建立合理的井眼碰撞风险评估模型， 形成科学的加密井口使用规则，与现有方法相比更加合理。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不 能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术 人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换， 都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。
Claims (1)
1.一种大井丛加密井防碰风险定量表征模型，其特征在于，包括下述步骤：
步骤一、收集邻井和目标井轨迹信息，利用三维可视化制作邻井和目标井井眼轨迹图；
步骤二、定义风险安全距离，采用最近距离法对目标井和邻井井眼轨迹逐点扫描，当最近距离小于定义的风险安全距离时，统计邻井数量，计算目标井及邻井的最近距离点坐标参数得到最近距离结果，并记录最近距离处的井深，单位为m；井眼直径，单位为mm；
步骤三、根据步骤二的最近距离结果，计算井眼轨迹误差的协方差矩阵，根据误差椭圆理论，逐一计算目标井与邻井的井眼轨迹分离系数δ，根据分离系数划分一级风险区δ<1.5、二级风险区1.5<δ<5及三级风险区δ>5；
步骤四、若邻井为一口井时，目标井与邻井的交碰概率采用一维正态分布模型，计算公式如下：
若邻井为两口井时，目标井与每口邻井的交碰概率采用二维正态分布模型，经过积分变换后计算公式如下：
若邻井大于两口井时，目标井与每口邻井的交碰概率采用三维正态分布模型，经过积分变换后计算公式如下：
式中：x为目标井与邻井的最近距离，单位m；δ为防碰标准中防碰距离对应的分离系数；
步骤五、根据式(1)—式(3)计算得出目标井与邻井之间任一风险事件发生的自然概率p，再根据式(4)进行运算后得到多井防碰风险对数概率，该概率即为定量表征的加密井防碰风险模型：
P＝12+log2p 式(4)
自然概率p区间及对应的对数概率P区间列于表1：
表1井眼轨迹碰撞风险自然概率和对数概率区间
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| CN111520073A CN111520073A (zh) | 2020-08-11 |
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| CN202010237541.1A Active CN111520073B (zh) | 2020-03-30 | 2020-03-30 | 一种大井丛加密井防碰风险定量表征方法 |
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