CN115142837B - 一种用于水平井矢量入窗的轨道设计方法 - Google Patents

一种用于水平井矢量入窗的轨道设计方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于水平井矢量入窗的轨道设计方法，获取参数坐标；根据水平段靶点坐标，确定水平段的设计方位角θ、长度和矢量入窗角度；在水平段入窗设计剖面上确定水平段入窗前的轨道设计标线；选取不同的造斜点，设计井口水平井轨道，井口水平井轨道的末端连接至轨道设计标线；井口水平井轨道与轨道设计标线的连接点为标定点，所述井口水平井轨道的末端方位与水平段的设计方位角θ相同；根据矢量入窗角度，采用二维单圆弧设计方式，设计矢量入窗段轨道，使得标定点与起点构成的圆弧与过井口向标定点做的铅垂线及水平段分别相外切。本发明实现水平井矢量入窗过程中轨道平滑，摩阻低，有利于后期施工。

Description

一种用于水平井矢量入窗的轨道设计方法
技术领域
本发明属于钻井技术领域，涉及一种用于水平井矢量入窗的轨道设计方法。
背景技术
为了满足石油天然气的勘探开发要求，提高油气勘探成功率、开发采收率和油气井产量，每口油气井的《地质设计》都明确了靶点位置和靶区范围。行业标准要求：设计轨道应通过靶点，而实钻轨迹应控制在靶区范围内。通常，直井、定向井、大位移井等拥有1个靶点，其靶区为水平圆形区域；水平井一般拥有2个靶点，其靶区为斜长方体。
水平井的矢量入靶与飞机降落时的情形十分相似，所不同的是，机场上的跑道是一个水平面，而水平井的目标区是一个长方体，而且入靶井斜角不一定是90°，水平井的入靶点和入靶方向将直接关系到能否成功入靶、顺利钻进水平井段，从而有效的开发目的层。现有水平段设计，虽然在设计时保证了水平井轨道的准确入靶，但是，在石油钻井过程中，要使实钻轨迹与设计轨道完全吻合是不可能的，因此在钻达各靶平面之前，需要随时预测实钻轨迹的入靶位置，判断是否能中靶，以便及时采取相应的钻井技术措施，确保“中靶”，操作过程中需要频繁调整轨道，井眼位置由于调整不合适，导致井眼轨道狗腿度高，摩阻大，不利于后期钻井施工。
发明内容
本发明的目的是针对水平井矢量入靶过程中轨道频繁调整问题，提供一种用于水平井矢量入窗的轨道设计方法，通过在靶区前方设定轨道设计标线，在轨道调整的过程中轨道始终朝向设计标线，从而实现水平井矢量入窗过程中轨道平滑，摩阻低，有利于后期施工。
本发明的技术方案在于：
一种用于水平井矢量入窗的轨道设计方法，包括如下步骤：
S1：获取参数坐标：包括井口坐标；水平段靶点坐标，包括起点及终点；储层厚度及地层倾角；
S2：根据水平段靶点坐标，确定水平段的设计方位角θ，并计算水平段的长度和矢量入窗角度；
S3：在水平段入窗设计剖面上确定水平段入窗前的轨道设计标线，所述轨道设计标线为一条与水平段在同一垂直面内且平行的直线段，其上方连接井口水平井轨道；该直线段由远端点、近端点以及远端点及近端点之间的连线组成；
S4：选取不同的造斜点，设计井口水平井轨道，井口水平井轨道的末端连接至轨道设计标线；井口水平井轨道与轨道设计标线的连接点为标定点，所述井口水平井轨道的末端方位与水平段的设计方位角θ相同；
S5：根据S2中得到的矢量入窗角度，采用二维单圆弧设计方式，设计矢量入窗段轨道，使得标定点与起点构成的圆弧与过井口向标定点做的铅垂线及水平段分别相外切。
其中，所述起点坐标(XA,YA,ZA)，终点坐标(XB,YB,ZB)；S2中水平段的设计方位角θ的计算过程为：
其中，所述S2中，水平段的长度的计算过程为：
其中，所述S2中，若水平段在储层内部，矢量入窗角度的计算过程为：
若水平段穿过储层，根据下式计算出矢量入窗角度：
L＝H/sin(90°-θ1+θ2) (4)。
更优选地，所述S3中，若该水平井为三维水平井，还包括：水平段在井口所在水平面内投影，井口与水平段投影的垂线的交点与井口的连线与水平段相垂直。
所述S3中，所述远端点与起点组成的圆弧与水平段、过远端点的铅垂线分别外切；所述远端点与起点组成的圆弧的曲率为造斜工具所能施工的最小曲率；最小曲率的最小造斜率为2°/30m；所述近端点与起点组成的圆弧与水平段、过近端点的铅垂线分别外切；所述近端点与起点组成的圆弧的曲率为造斜工具所能施工的最大曲率，最大曲率的最大造斜率为10°/30m。
所述井口水平井轨道与轨道设计标线相交的末端为直井段。
本发明的技术效果在于：
本发明通过在靶区前方设定水平段入窗前的轨道设计标线，在轨道调整的过程中轨道始终朝向设计标线，从而实现水平井矢量入窗过程中轨道平滑，摩阻低，有利于后期施工。
附图说明
图1为本发明一种用于水平井矢量入窗的轨道设计方法的流程图。
图2为本发明实施例1二维水平井矢量入窗的轨道设计标线示意图。
图3为本发明实施例2三维水平井矢量入窗的轨道设计标线示意图。
附图标记：O、井口；AB、水平段；A、起点；B、终点；H、储层厚度；θ2、地层倾角；L、水平段的长度；θ1、矢量入窗角度；K1、远端点；K2、近端点；K、标定点；K＇、三维标定点；O1、井口与水平段投影的垂线的交点。
具体实施方式
实施例1--二维水平井
一种用于水平井矢量入窗的轨道设计方法，包括如下步骤：
S1：获取参数坐标：包括井口O坐标；水平段AB靶点坐标，包括起点A及终点B；储层厚度H及地层倾角θ2；
S2：根据水平段AB靶点坐标，确定水平段的设计方位角θ，并计算水平段AB的长度和矢量入窗角度θ1；
S3：在水平段AB入窗设计剖面上确定水平段AB入窗前的轨道设计标线，所述轨道设计标线为一条与水平段AB在同一垂直面内且平行的直线段，其上方连接井口水平井轨道；该直线段由远端点K1、近端点K2以及远端点K1及近端点K2之间的连线组成；
S4：选取不同的造斜点，设计井口水平井轨道，井口水平井轨道的末端连接至轨道设计标线；井口水平井轨道与轨道设计标线的连接点为标定点K，所述井口水平井轨道的末端方位与水平段的设计方位角θ相同；
S5：根据S2中得到的矢量入窗角度θ1，采用二维单圆弧设计方式，设计矢量入窗段轨道，使得标定点K与起点A构成的圆弧与过井口O向标定点K做的铅垂线及水平段AB分别相外切。
实施例2—三维水平井
一种用于水平井矢量入窗的轨道设计方法，包括如下步骤：
S1：获取参数坐标：包括井口O坐标；水平段AB靶点坐标，包括起点A及终点B；储层厚度H及地层倾角θ2；
S2：根据水平段AB靶点坐标，确定水平段的设计方位角θ，并计算水平段AB的长度和矢量入窗角度θ1；
S3：在水平段AB入窗设计剖面上确定水平段AB入窗前的轨道设计标线，所述轨道设计标线为一条与水平段AB在同一垂直面内且平行的直线段，其上方连接井口水平井轨道；该直线段由远端点K1、近端点K2以及远端点K1及近端点K2之间的连线组成；水平段AB在井口O所在水平面内投影，井口O与水平段AB投影的垂线的交点与井口O的连线与水平段AB相垂直；
S4：选取不同的造斜点，设计井口水平井轨道，井口水平井轨道的末端连接至轨道设计标线；井口水平井轨道与轨道设计标线的连接点为三维标定点K＇，所述井口水平井轨道的末端方位与水平段的设计方位角θ相同；
S5：根据S2中得到的矢量入窗角度θ1，采用二维单圆弧设计方式，设计矢量入窗段轨道，使得标定点K与起点A构成的圆弧与过井口O向标定点K做的铅垂线及水平段AB分别相外切。
实施例3
在实施例1或实施例2的基础上，还包括：
所述远端点K1与起点A组成的圆弧与水平段AB、过远端点K1的铅垂线分别外切；所述远端点K1与起点A组成的圆弧的曲率为造斜工具所能施工的最小曲率；最小曲率的最小造斜率为2°/30m；所述近端点K2与起点A组成的圆弧与水平段AB、过近端点K2的铅垂线分别外切；所述近端点K2与起点A组成的圆弧的曲率为造斜工具所能施工的最大曲率，最大曲率的最大造斜率为10°/30m。所述井口水平井轨道与轨道设计标线相交的末端为直井段。
实施例4
在实施例3的基础上，还包括：
所述起点A坐标(XA,YA,ZA)，终点B坐标(XB,YB,ZB)；S2中水平段的设计方位角θ的计算过程为：
所述S2中，水平段AB的长度的计算过程为：
所述S2中，若水平段AB在储层内部，矢量入窗角度θ1的计算过程为：
若水平段AB穿过储层，根据下式计算出矢量入窗角度θ1：
L＝H/sin(90°-θ1+θ2) (4)。

Claims (4)

1.一种用于水平井矢量入窗的轨道设计方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1：获取参数坐标：包括井口(O)坐标；水平段(AB)靶点坐标，包括起点(A)及终点(B)，起点(A)坐标(XA,YA,ZA)，终点(B)坐标(XB,YB,ZB)；储层厚度(H)及地层倾角(θ2)；
S2：根据水平段(AB)靶点坐标，确定水平段的设计方位角θ，并计算水平段的长度(L)和矢量入窗角度(θ1)；
其中，设计方位角θ的计算过程为：
水平段(AB)的长度的计算过程为：
若水平段(AB)在储层内部，矢量入窗角度(θ1)的计算过程为：
若水平段(AB)穿过储层，矢量入窗角度(θ1)的计算过程为：
L＝H/sin(90°-θ1+θ2) (4)；
S3：在水平段(AB)入窗设计剖面上确定水平段(AB)入窗前的轨道设计标线，所述轨道设计标线为一条与水平段(AB)在同一垂直面内且平行的直线段，其上方连接井口水平井轨道；该直线段由远端点(K1)、近端点(K2)以及远端点(K1)及近端点(K2)之间的连线组成；
S4：选取不同的造斜点，设计井口水平井轨道，井口水平井轨道的末端连接至轨道设计标线；井口水平井轨道与轨道设计标线的连接点为标定点K，所述井口水平井轨道的末端方位与水平段的设计方位角θ相同；
S5：根据S2中得到的矢量入窗角度(θ1)，采用二维单圆弧设计方式，设计矢量入窗段轨道，使得标定点K与起点(A)构成的圆弧与过井口(O)向标定点K做的铅垂线及水平段(AB)分别相外切。
2.根据权利要求1所述用于水平井矢量入窗的轨道设计方法，其特征在于：所述S3中，若该水平井为三维水平井，还包括：水平段(AB)在井口(O)所在水平面内投影，井口与水平段投影的垂线的交点(O1)与井口(O)的连线与水平段(AB)相垂直。
3.根据权利要求2所述用于水平井矢量入窗的轨道设计方法，其特征在于：所述S3中，所述远端点(K1)与起点(A)组成的圆弧与水平段(AB)、过远端点(K1)的铅垂线分别外切；所述远端点(K1)与起点(A)组成的圆弧的曲率为造斜工具所能施工的最小曲率；最小曲率的最小造斜率为2°/30m；所述近端点(K2)与起点(A)组成的圆弧与水平段(AB)、过近端点(K2)的铅垂线分别外切；所述近端点(K2)与起点(A)组成的圆弧的曲率为造斜工具所能施工的最大曲率，最大曲率的最大造斜率为10°/30m。
4.根据权利要求3所述用于水平井矢量入窗的轨道设计方法，其特征在于：所述井口水平井轨道与轨道设计标线相交的末端为直井段。
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