CN114109350B - 一种油气井井眼规则度评价方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种油气井井眼规则度评价方法，包括以下步骤：S1：获取目标井段的测井井径数据；S2：根据测井井径数据获取目标井段的平均井径扩大率、井径不规则度和全角变化率；S3：根据平均井径扩大率、井径不规则度和全角变化率获取井眼规则度值；S4：根据井眼规则度值，判断油气井井眼的规则程度，井眼规则度值越高，则油气井井眼越规则，井眼规则度值越低，则油气井井眼越不规则。本申请综合考虑了平均井径扩大率、井径不规则度以及全角变化率三个因素对井眼规则度的影响，能够更加全面真实的反映井眼整体的规则程度。

Description

一种油气井井眼规则度评价方法

技术领域

本发明涉及石油和天然气钻井技术领域，更具体地，涉及一种油气井井眼规则度评价方法。

背景技术

良好的油气井井眼条件是提高油气井固井质量的前提，规则的井眼有利于降低下套管作业中的摩阻、提高固井水泥浆顶替效率，为固井施工奠定基础。目前，与井眼规则度相关的指标主要包括平均井径扩大率、井径不规则度、全角变化率等。这些单项的指标是相互独立的，只能从单一维度反映井眼的状况，不能综合反映油气井井眼的规则程度。目前，尚无油气井井眼规则度综合评价指标。

平均井径扩大率是目标井段实测平均井径相对于钻头直径的变化情况，反映了目标井段平均井径的变化情况。它计算的是井眼平均尺寸扩大或缩小的情况，不能反映井径是否规则及井眼是否光滑。例如，相同的平均井径扩大率，有的井段出现“大肚子”井眼、“糖葫芦”井眼，而在另外的井段虽然出现井径扩大，但井眼较规则，井径均匀扩大(图1)。虽然这两种情况从井径扩大率上看相同，但是两种井眼条件对后续固井质量的影响截然不同。井径不规则度高的井眼，当井径突然扩大或缩小，固井水泥浆顶替过程中都会出现流体低速区，导致水泥浆不能完全顶替隔离液，影响环空顶替效率。全角变化率是单位井段长度井眼轴线在三维空间的角度变化，它包含了井斜角和方位角的变化，从井斜角和方位角的维度体现井眼的光滑情况。

上述三个指标仅能从单一维度反映井眼规则状况，迫切需要建立一种可以全面、综合反映井眼规则程度的评价方法。

发明内容

针对上述现有技术中的问题，本申请提出了一种油气井井眼规则度评价方法，用于解决上述技术问题。

本申请提供了一种油气井井眼规则度评价方法，包括以下步骤：

S1：获取目标井段的测井井径数据；

S2：根据所述测井井径数据获取目标井段的平均井径扩大率、井径不规则度和全角变化率；

S3：根据所述平均井径扩大率、所述井径不规则度和所述全角变化率获取井眼规则度值；

S4：根据所述井眼规则度值，判断所述油气井井眼的规则程度，所述井眼规则度值越高，则所述油气井井眼越规则，所述井眼规则度值越低，则所述油气井井眼越不规则。

在一个实施方式中，步骤S1中，所述测井井径数据包括钻头直径、多个测量点的实测井径值。

在一个实施方式中，步骤S2中，根据所述测井井径数据获取目标井段的平均井径扩大率包括：

S201：根据所述多个测量点的实测井径值获取实测平均井径；

S202：根据所述实测平均井径和所述钻头直径获取所述平均井径扩大率。

在一个实施方式中，步骤S22中，根据以下公式获取平均井径扩大率：

式中，C_p为目标井段的平均井径扩大率，无因次；为目标井段的实测平均井径，mm；D_b为钻头直径，mm。

在一个实施方式中，步骤S2中，根据所述测井井径数据获取目标井段的井径不规则度包括：

S211：采用以下公式获取第一井径不规则度：

式中：σ_d为井径不规则度，mm；Di为目标井段的第i个实测井径值，mm；为目标井段的平均井径，mm；n为目标井段的测量点数量，无量纲，

S212：根据所述第一井径不规则度获取无量纲的井径不规则度。

在一个实施方式中，步骤S212中，采用阈值法、标准化法和比重法获取无量纲的井径不规则度。

在一个实施方式中，采用以下公式对所述第一井径不规则度进行无量纲化处理：

ε_d为无量纲化后的井径不规则度，无量纲。

步骤S2中，采用平均角法、曲率半径法或最小曲率法获取全角变化率。

在一个实施方式中，采用最小曲率法获取目标井段的全角变化率的步骤包括：

S221：采用以下公式获取第一全角变化率；

式中，K为第一全角变化率，°/30m；ΔL_ab为测量点a和b间的井段长度，m；α_a为测量点a处的井斜角，°；α_b为测量点b处的井斜角，°；为测量点a和b间的方位角变化量，°；

S222：根据所述第一全角变化率获取无量纲的全角变化率。

在一个实施方式中，步骤S222中，采用阈值法、标准化法和比重法获取无量纲的全角变化率。

在一个实施方式中，采用阈值法获取无量纲的全角变化率包括以下步骤：

S231：采用以下公式获取全角变化率的标准差：

S232：采用以下公式获取无量纲的全角变化率：

式中：σ_k为全角变化率的标准差，°/30m；为目标井段的全角变化率的平均值，°/30m；k_i为目标井段的第i个全角变化率，°/30m；n为目标井段的测量点数量，无量纲；ε_k为无量纲化后的全角变化率，无量纲；k_s为常数，°/30m。

在一个实施方式中，步骤S3包括：获取油气井的井眼规则度：

ε＝1-(|C_p|+ε_d+ε_k)

式中，ε为井眼规则度，无量纲。

与现有技术相比，本申请具有以下优点：

本申请综合考虑了平均井径扩大率、井径不规则度以及全角变化率三个因素对井眼规则度的影响，能够更加全面真实的反映井眼整体的规则程度、波动情况、井眼的光滑情况等。该方法简单、可操作性强，为井身质量评价提供了依据。另外，还可进一步根据井眼规则度值的不同，制定差异化的固井施工参数，改善固井水泥浆顶替效率，提高固井质量，有利于延长储气库井的注采周期、降低页岩气井与天然气井的环空带压，增加其开发周期。

上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本发明的目的。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1显示了根据本申请的一种油气井井眼规则度评价方法。

图2(a)和2(b)分别显示了井径扩大率相同的井眼的两种不同规则度。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

图1显示了根据本申请的一种油气井井眼规则度评价方法，包括以下步骤：

第一步：获取目标井段的测井井径数据。

测井井径数据包括钻头直径、多个测量点的实测井径值。

第二步：根据测井井径数据获取目标井段的平均井径扩大率、井径不规则度和全角变化率。

平均井径扩大率定义为实测井径和钻头直径的差值与钻头直径的百分比，反映了目标井段平均井径的变化情况(平均尺寸扩大或缩小的情况)。。在相同的排量下，随着井径扩大率的增加，顶替效率降低。顶替效率是水泥浆在环形空间顶替钻井液的程度。井径扩大率越高，则环空流体速度和紊流度越低，顶替效率越低；井径扩大率越低，则水泥环越薄，水泥环强度越差，适中的井径扩大率是固井质量的重要因素。

下面先说明根据测井井径数据获取目标井段的平均井径扩大率的具体步骤：

先根据多个测量点的实测井径值计算实测的平均井径，具体地，采用以下方式计算实测的平均井径：

式中，为目标井段的实测平均井径，mm；D_i为第i个实测井径值，mm。

计算出实测的平均井径后，根据平均井径和钻头直径获取平均井径扩大率。具体地，采用以下公式获取平均井径扩大率：

式中，C_p为目标井段的平均井径扩大率，无因次；目标井段的实测平均井径，mm；D_b为钻头直径，mm。

获取平均井径扩大率后，可以根据平均井径扩大率判断井眼平均尺寸的扩大和缩小情况。具体地，当平均井径扩大率＞0时，井眼平均尺寸扩大；相反，当平均井径扩大率＜0时，井眼平均尺寸缩小。虽然，平均井径扩大率可以反映目标井段平均井径相对于钻头尺寸的变化情况，但不能反映井径的离散程度，及规则度，以及井眼是否光滑。平均井径扩大率相同的两个井段，其井径不规则度未必相同，甚至可能相差较大。举例而言，相同的平均井径扩大率，有的井段出现“大肚子”井眼、“糖葫芦”井眼，而在另外的井段虽然出现井径扩大，但井眼较规则，井径均匀扩大，如图2所示。虽然这两种情况从井径扩大率上看是相同的，但是两种井眼条件对后续固井质量的影响截然不同。

下面说明根据测井井径数据获取目标井段的井径不规则度的具体步骤：

井径不规则度等于目标井段井径的标准差，采用以下公式计算井径不规则度：

式中：σ_d为井径不规则度，mm；Di为目标井段的第i个实测井径值，mm；为目标井段的平均井径，mm；n为目标井段的测量点数量，无量纲。

该井径不规则度具有量纲，为了方便综合考量平均井径扩大率、井径不规则度以及全角变化率对井眼规则度的影响，需要对第一井径不规则度进行无量纲化处理。可以采用阈值法、标准化法和比重法获取无量纲的井径不规则度。

当采用阈值法对井径不规则度进行无量纲化处理时，采用以下公式：

ε_d为无量纲化后的井径不规则度，无量纲。

得到无量纲的井径不规则度后，可以根据该无量纲的井径不规则度判断井径的波动情况。井径不规则度大，说明大部分数值和平均值之间差异较大，不同深度下井径波动较大，井径不规则度小，则说明大部分井径数据与平均井径较为接近，不同深度下井径波动较小。

下面说明根据测井井径数据获取目标井段的全角变化率的具体步骤：

全角变化率定义为“单位井段长度井眼轴线在三维空间的角度变化”，它既包含了井斜角的变化，又包含着方位角的变化。可以采用平均角法、曲率半径法或最小曲率法计算全角变化率。

当采用最小曲率法计算全角变化率时，具体地包括以下步骤：

首先，采用以下公式计算全角变化率：

式中，K为全角变化率，°/30m；ΔL_ab为测量点a和b间的井段长度，m；α_a为测量点a处的井斜角，°；α_b为测量点b处的井斜角，°；为测量点a和b间的方位角变化量，°。

其次，由全角变化率计算全角变化率的标准差，全角变化率的标准差可以表征不同井深下井斜角与方位角上的光滑程度，也即规则程度σ_k。

然后，对全角变化率进行无量纲化处理，无量纲化处理可以采用阈值法、标准化法或比重法等方法。当采用阈值法使，利用以下公式计算无量纲化的全角变化率：

式中：σ_k为全角变化率的标准差，°/30m；为目标井段的全角变化率的平均值，°/30m；k_i为目标井段的第i个全角变化率，°/30m；n为目标井段的测量点数量，无量纲；ε_k为无量纲化后的全角变化率，无量纲；k_s为常数，°/30m。

其中，k_s为目标井段钻井设计或行业标准中规定的最大全角变化率。

得到无量纲后的全角变化率后，可以根据该无量纲的全角变化率评价井眼轨迹是否光滑。全角变化率越大，井眼轨迹越粗糙，全角变化率越小，井眼轨迹越光滑。

第三步：获取无量纲化的平均井径扩大率、井径不规则度和全角变化率后，获取油气井的井眼规则度ε：

ε＝1-(|C_p|+ε_d+ε_k)

获取井眼规则度后，既可以根据井眼规则度ε判断目标井径的井眼规则程度，井眼规则度越大，则油气井井眼越规则。

实施例

以国内某钻井平台X-1井、X-4井和X-6井为例，该三口井中，中完井深分别为2745m、2823m、2884m，完钻井深分别为3174m、3171m和3210m，采用的钻头尺寸为：一开444.50mm、二开320.00mm。钻井设计中要求全角变化率最大不超过7°/30m。下面详细描述二开井段的井眼规则度的评价过程。

(1)计算平均井径扩大率

采用以下公式计算井径扩大率，计算结果如下表1所示。

式中，C_p为目标井段的平均井径扩大率，无量纲；为目标井段的实测平均井径，mm；D_b为钻头直径，mm。

表1 X-1井、X-4井和X-6井实测平均井径和平均井径扩大率

(2)计算井径不规则度

采用以下公式计算井径不规则度，计算结果如下表2所示。

式中：σ_d为井径不规则度，mm；Di为目标井段的第i个实测井径值，mm；为目标井段的平均井径，mm；n为目标井段的测量点数量，无量纲，ε_d为无量纲化后的井径不规则度，无量纲。

表2 X-1井、X-4井和X-6井井径不规则度

(3)计算全角变化率

采用以下公式计算全角变化率，计算结果如表3所示。

式中，K为全角变化率，°/30m；ΔL_ab为测量点a和b间的井段长度，m；α_a为测量点a处的井斜角，°；α_b为测量点b处的井斜角，°；为测量点a和b间的方位角变化量，°。

表3 X-1井、X-4井和X-6井全角变化率

然后利用以下公式计算三口井的全角变化率的标准差，并进行无量纲化处理，得到三口井的无量纲化的全角变化率ε_k，计算结果如下表4所示。

式中，σ_k为全角变化率的标准差，°/30m；为目标井段的全角变化率的平均值，°/30m；k_i为目标井段的第i个全角变化率，°/30m；n为目标井段的测量点数量，无量纲；ε_k为无量纲化后的全角变化率，无量纲；k_s为常数，°/30m

表4 X-1井、X-4井和X-6井无量纲化后的全角变化率

(5)计算井眼规则度

采用以下公式计算井眼规则度ε

ε＝1-(|C_p|+ε_d+ε_k)

表5 X-1井、X-4井和X-6井井眼规则度

根据上表可知，X-6井的井眼规则度值最高，说明井眼较规则，X-4井的井眼规则度最低，说明井眼不规则。从而为井身质量评价提供依据，同时为制定差异化的固井施工措施提供重要参考。

综上所述，本申请综合考虑了平均井径扩大率、井径不规则度以及全角变化率三个因素对井眼规则度的影响，能够多维度、更加全面真实的反映井眼整体的规则程度、波动情况、井眼的光滑情况等。该方法简单、可操作性强，对各要素进行了无量纲化处理，避免了量纲不同带来的影响。从而为井身质量评价提供参考，为固井施工提供依据。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (5)

1.一种油气井井眼规则度评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：获取目标井段的测井井径数据；

S2：根据所述测井井径数据获取目标井段的平均井径扩大率、井径不规则度和全角变化率；

S3：根据所述平均井径扩大率、所述井径不规则度和所述全角变化率获取井眼规则度值；

S4：根据所述井眼规则度值，判断所述油气井井眼的规则程度，所述井眼规则度值越高，则所述油气井井眼越规则，所述井眼规则度值越低，则所述油气井井眼越不规则；

步骤S1中，所述测井井径数据包括钻头直径、多个测量点的实测井径值；

步骤S2中，根据所述测井井径数据获取目标井段的平均井径扩大率包括：

S201：根据所述多个测量点的实测井径值获取实测平均井径；

S202：根据所述实测平均井径和所述钻头直径获取所述平均井径扩大率；

步骤S22中，根据以下公式获取平均井径扩大率：

式中，C_p为目标井段的平均井径扩大率，无因次；为目标井段的实测平均井径，mm；D_b为钻头直径，mm；

步骤S2中，根据所述测井井径数据获取目标井段的井径不规则度包括：

S211：采用以下公式获取第一井径不规则度：

式中：σ_d为第一井径不规则度，mm；D_i为目标井段的第i个实测井径值，mm；为目标井段的实测平均井径，mm；n为目标井段的测量点数量，无量纲，

S212：根据所述第一井径不规则度获取无量纲的井径不规则度；

采用最小曲率法获取目标井段的全角变化率的步骤包括：

S221：利用以下公式获取第一全角变化率；

式中，K为第一全角变化率，°/30m；ΔL_ab为测量点a和b间的井段长度，m；α_a为测量点a处的井斜角，°；α_b为测量点b处的井斜角，°；为测量点a和b间的方位角变化量，°；

S222：根据所述第一全角变化率获取无量纲的全角变化率；

步骤S3包括：获取油气井的井眼规则度值：

ε＝1-(|C_p|+ε_d+ε_k)

式中，ε为井眼规则度，无量纲；

ε_d为无量纲化后的井径不规则度，无量纲；

ε_k为无量纲化后的全角变化率，无量纲。

2.根据权利要求1所述的油气井井眼规则度评价方法，其特征在于，步骤S212中，采用阈值法、标准化法或比重法获取无量纲的井径不规则度。

3.根据权利要求2所述的油气井井眼规则度评价方法，其特征在于，采用阈值法获取无量纲的井径不规则度时，利用以下公式对所述第一井径不规则度进行无量纲化处理：

4.根据权利要求1所述的油气井井眼规则度评价方法，其特征在于，步骤S222中，采用阈值法、标准化法或比重法获取无量纲的全角变化率。

5.根据权利要求4所述的油气井井眼规则度评价方法，其特征在于，采用阈值法获取无量纲的全角变化率包括以下步骤：

S231：利用以下公式获取全角变化率的标准差：

S232：利用以下公式获取无量纲的全角变化率：

式中：σ_k为全角变化率的标准差，°/30m；为目标井段的全角变化率的平均值，°/30m；k_i为目标井段的第i个全角变化率，°/30m；n为目标井段的测量点数量，无量纲；k_s为常数，°/30m。