阅读说明：本技术 一种超深水平井井眼轨道设计方法 (Ultra-deep horizontal well borehole orbit design method ) 是由 黄贵生 李林 罗朝东 沈建文 睢圣 曲其勇 黄胜强 于 2020-04-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种超深水平井井眼轨道设计方法,所述设计方法根据获得的地层岩石强度和地层可钻性数据,将预定造斜段处的地层按照可钻性分层,以可钻性级值低的地层的造斜率大于可钻性级值高的地层的造斜率进行逐层增斜。本发明针对超深水平井的特殊性,通过将预定造斜段处的地层按照可钻性分层,并以可钻性级值低的地层的造斜率大于可钻性级值高的地层的造斜率进行逐层增斜,从而在超深水平井的预定造斜段处形成分层的“多增-多调”式井眼轨道优化设计,钻具根据设计的井眼轨道钻进时,能够有效减少在难钻地层的滑动钻进比例,以快速钻穿高研磨性地层、减少在破碎地层滑动进尺,安全性、高效性和精度好。(The invention discloses a design method of a borehole track of an ultra-deep horizontal well, which comprises the steps of layering stratums at a preset deflecting section according to the drillability according to the obtained stratum rock strength and stratum drillability data, and increasing the deflection layer by using the deflecting rate of the stratum with a low drillability level value larger than that of the stratum with a high drillability level value. Aiming at the particularity of the ultra-deep horizontal well, the stratum at the preset deflecting section is layered according to the drillability, and the gradient of the stratum with the low drillability level value is larger than the gradient of the stratum with the high drillability level value to increase the deflection layer by layer, so that the layered multi-increment-multi-tone well track is formed at the preset deflecting section of the ultra-deep horizontal well, the drilling tool can effectively reduce the sliding drilling proportion of the stratum difficult to drill according to the designed well track during drilling, the highly abrasive stratum is drilled quickly, the sliding footage on the broken stratum is reduced, and the safety, the efficiency and the precision are good.)

一种超深水平井井眼轨道设计方法

技术领域

本发明涉及油气藏开发的井眼轨道设计技术，具体是一种超深水平井的井眼轨道设计方法。

背景技术

随着石油勘探开发的不断深入，开采难度低的优质油气藏已越来越少，未动用的油气藏大多具有储层埋藏深度深、砂体单层厚度薄、岩性及物性横向变化明显等特征，开采技术难度大，经济效益差。

水平井作为提高油气藏采收率的主要方法，在油气藏的开发中得到了广泛应用。影响水平井钻井效率的关键因素在于其井眼轨道设计，即水平井的井眼轨道设计合理与否，直接关系到水平井的钻井效率，乃至钻井成败。

目前，水平井井眼轨道设计主要采用“直-增-稳”三段制技术和“直-增-稳-增-稳”五段制技术。这些水平井井眼轨道设计技术采用的是单一造斜率，即以单一造斜率进行井眼轨道设计，其应用于浅层井或深层井时，技术问题不明显。然而，当采用单一造斜率所设计的水平井井眼轨道应用于超深井时，由于超深井的穿越地层层序多、不同地层的可钻性级值差异大、造斜点深度深等，导致钻具无法减少在难钻地层的滑动钻进比例，使得钻具在难钻地层长井段形成频繁的滑动钻进，这直接影响了钻进安全性、机械钻速和井眼轨道精度。

发明内容

本发明的技术目的在于：针对上述现有技术的不足，提供一种能够使钻具有效减少在难钻地层滑动钻进比例的超深水平井井眼轨道设计方法。

本发明的技术目的通过下述技术方案实现：一种超深水平井井眼轨道设计方法，所述设计方法根据获得的地层岩石强度和地层可钻性数据，将预定造斜段处的地层按照可钻性分层，以可钻性级值低的地层的造斜率大于可钻性级值高的地层的造斜率进行逐层增斜。

作为优选方案之一，所述可钻性级值低的地层的造斜率为15～20°/100m。

作为优选方案之一，所述可钻性级值高的地层的造斜率为5～10°/100m。

作为优选方案之一，所述造斜段处以复合钻进的自然增斜终点为增斜起点。

作为优选方案之一，所述造斜段处的第一增斜段的造斜率为10～15°/100m。

作为优选方案之一，所述造斜段处的最后增斜段的造斜率为10～15°/100m。

作为优选方案之一，所述可钻性级值高的地层是指硬度≥1000MPa、可钻性级值≥8的地层。

本发明的有益技术效果是：

1.本发明针对超深水平井的特殊性，通过将预定造斜段处的地层按照可钻性分层，并以可钻性级值低的地层的造斜率大于可钻性级值高的地层的造斜率进行逐层增斜，从而在超深水平井的预定造斜段处形成分层的“多增-多调”式井眼轨道优化设计，钻具根据设计的井眼轨道钻进时，能够有效减少在难钻地层的滑动钻进比例，以快速钻穿高研磨性地层、减少在破碎地层滑动进尺，安全性、高效性和精度好；

2.本发明对可钻性级值低的地层和可钻性级值高的地层的造斜率合理选择，其有效均衡了钻进速度与造斜率变化，使得井口坐标与靶点坐标能够合理、可靠地联通，安全性、高效性和精度得以进一步提高；

3.本发明通过对造斜段处的第一增斜段的造斜率合理选择，有效避免初期造斜率不足的问题，有利于均衡钻进速度与造斜率变化；

4.本发明通过对造斜段处的最后增斜段的造斜率合理选择，有利于目的层的垂深调整，以确保井口坐标与靶点坐标能够合理、可靠地联通，提高钻进精度；

5.本发明的造斜段处以复合钻进的自然增斜终点为增斜起点，其充分利用复合钻进的自然增斜趋势，上提造斜点，降低造斜率，有效减少钻具在难钻地层的滑动钻进比例。

附图说明

图1是依据本发明对川西海相三开制超深水平井设计出的井眼轨道示意图。

具体实施方式

本发明涉及油气藏开发的井眼轨道设计技术，具体是一种超深水平井的井眼轨道设计方法，下面以川西海相三开制超深水平井为例，对本发明的主体技术内容进行详细说明。

本发明为超深水平井的井眼轨道设计方法，其直井段处和水平井段处的井眼轨道设计与常规设计技术无异，在此不做赘述。本发明贡献于现有技术之处在于造斜段处的井眼轨道设计。

本发明的井眼轨道设计方法包括下列技术措施：

-获取复合钻进的自然增斜趋势数据，以及获取预定造斜段所在地层的岩石强度和可钻性数据；

-根据获得的复合钻进的自然增斜趋势数据，确定预定造斜段处的增斜起点，该增斜起点为复合钻进的自然增斜终点；

-根据获得的地层岩石强度和地层可钻性数据，将预定造斜段处的地层按照可钻性逐次分层；

具体的，将地层硬度≥1000MPa、可钻性级值≥8的分为可钻性级值高的地层，将地层硬度＜1000MPa、可钻性级值＜8的分为可钻性级值低的地层；这些根据可钻性逐次分层的地层按照从上而下排列；

-根据确定的增斜起点和按照地层可钻性的分层，以可钻性级值低的地层的造斜率大于可钻性级值高的地层的造斜率进行逐层增斜；

具体的，第一增斜段的造斜率范围为10～15°/100m，井斜变化范围为0～20°；

最后增斜段的造斜率范围为10～15°/100m，井斜变化范围为70°～设计井斜；

第一增斜段和最后增斜段之间各层中，可钻性级值低的地层的造斜率范围为15～20°/100m，可钻性级值高的地层的造斜率范围为5～10°/100m。

在上述各造斜率范围内根据具体地层情况合理选择，例如第一增斜段的造斜率为10°/100m、12°/100m、13°/100m或15°/100m等；最后增斜段的造斜率为10°/100m、12°/100m、13°/100m或15°/100m等；第一增斜段和最后增斜段之间各层中，可钻性级值低的地层的造斜率为15°/100m、16°/100m、18°/100m或20°/100m等；第一增斜段和最后增斜段之间各层中，可钻性级值高的地层的造斜率为5°/100m、7°/100m、9°/100m或10°/100m等，可钻性级值高的地层的造斜率始终应小于可钻性级值低的地层的造斜率。

通过上述技术措施内容可知，本发明包括了地层岩石强度和可钻性剖面分析、造斜点井深优选、造斜率大小优选、以及分层多增-多调等技术内容。

其中，地层岩石强度和可钻性剖面分析的主要作用是提供影响机械钻速的地层物性特征，为造斜点深度、不同层位地层设计造斜率提供依据。

造斜点井深优选的主要作用是根据井口坐标和靶点坐标选择合理的造斜点深度。

造斜率大小优选的主要作用是根据地层岩石强度和可钻性，选择不同大小的造斜率。

分层多增-多调的作用是避免现有“直-增-稳”、“直-增-稳-增-稳”等井眼轨道剖面设计技术所存在的定向初期工具面不稳定，实钻造斜率达不到设计要求，单一的造斜率设计导致在难钻地层频繁的滑动钻进、机械钻速低，储层预测深度误差影响轨迹矢量入靶等诸多技术不足。

参见图1所示，本发明以川西海相三开制超深水平井为对象，进行了井眼轨道模拟设计，川西海相三开制超深水平井的工程地质特征参数见表1所示。

表1川西海相三开制超深水平井的工程地质特征参数

川西海相三开制超深井的设计造斜点位于须二～小塘子组，其硬度大于1000MPa、可钻性级值大于8，前期直井钻进机械钻速仅为1.34m/h，平均单趟钻进尺仅为91m，高研磨性地层的定向造斜钻进的机械钻速同比前期直井复合钻进更低。储层雷口坡组顶部地层破碎，前期6口直井卡钻12次，井壁稳定性问题突出。

针对高研磨性地层的定向钻进机械钻速低和破碎地层滑动钻进安全风险大的难题，形成了分层“多增-多调”轨道优化设计方案，其充分利用复合钻进的自然增斜趋势，快速钻穿高研磨性地层，同时减少破碎地层滑动进尺，提高安全性。

该分层“多增-多调”轨道优化设计方案具有以下特点：

上提造斜点，降低造斜率，利用复合自然增斜趋势，快速钻穿小塘子组高研磨性地层；

利用马鞍塘组可钻性相对更好的特点，将原设计的稳斜段优化为增斜段，缩短易形成岩屑床井段段长；

降低雷四段造斜率，减少破碎地层滑动进尺，提高安全性，同时利于目的层垂深调整。

经过充分的模拟评析，在川西海相三开制超深水平井中，采用分层“多增-多调”轨道优化设计方案所设计出的井眼轨道，在钻具钻进的安全性方面、机械钻速和井眼轨道精度控制等方面，明显优于采用单一造斜率轨道设计方案所设计出的井眼轨道。

以上具体技术方案仅用以说明本发明，而非对其限制。尽管参照上述具体技术方案对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对上述具体技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明的精神和范围。