水平井井眼轨迹全角变化率控制方法及装置制造方法及图纸

本申请提供了一种水平井井眼轨迹全角变化率控制方法及装置，所述方法包括：根据地质设计提供的井口及井下目标的坐标，确定目标水平井的工艺参数，包括目标水平井的第一垂深、预设摩阻系数以及水平段长度；获取目标水平井的施工参数，包括目标水平井的直井段拉侧力占钻柱自重的第一比例、目标水平井的水平井段拉侧力占钻柱自重的第二比例以及目标水平井的直井段管柱拉力的附加系数；根据工艺参数及施工参数，确定水平井井眼轨迹的最大全角变化率；基于最大全角变化率，调整钻井过程中定向钻具的方向，使作业后所形成的井眼轨迹的全角变化率小于最大全角变化率。本申请能够有效地降低全角变化率对钻井摩阻的影响程度，提高水平井的钻井效率。

The horizontal well trajectory angle change rate control method and device

The invention provides a horizontal well trajectory angle change rate control method and device, the method comprises the following steps: according to the coordinate wellhead and underground geological target design provides the parameters of target horizontal well, including the first vertical target horizontal well depth, friction coefficient and preset horizontal section length; construction parameters get the target horizontal well, including horizontal well vertical section pull side force accounted for the first proportion, weight of the drill string in horizontal well section target horizontal well pull lateral force for drill string weight ratio and second target horizontal well vertical section column pulling force additional coefficient; according to the process parameters and construction parameters sure, the maximum angle change rate of horizontal well trajectory; the maximum angle change rate based on directional drilling in the drilling process of adjustment, the overall change trajectory formed after the operation The rate is less than the maximum angle change rate. The invention can effectively reduce the overall change rate on the degree of influence of drilling friction, improve the efficiency of horizontal well drilling.

【技术实现步骤摘要】
水平井井眼轨迹全角变化率控制方法及装置
本申请涉及钻井
，尤其涉及一种水平井井眼轨迹全角变化率控制方法及装置。
技术介绍
本部分的描述仅提供与本申请公开相关的背景信息，而不构成现有技术。长位移水平井技术已经成为开发非常规油气资源的主体技术之一。中国在页岩气、致密油气方面已成功钻成一批长位移水平井，水平井段平均长度逐步从500m增加至1500m以上。但是，长位移水平井技术相比国外仍存在较大差距，主要体现在长水平井段水平井钻井周期偏长、作业成本偏高，水平段延伸长度有限。从钻井周期和钻井进尺数据上看，大量的钻井时间消耗在造斜井段和水平井段钻井作业中，导致这一结果的主要原因是：在长位移水平井钻井过程中，钻井摩阻高，进而导致钻井效率低、周期长、成本高，这样将严重影响非常规油气资源(如页岩气、致密油气等)的效益开发。影响钻井摩阻扭矩的钻井因素较多，包括井眼轨迹质量、钻井液润滑性能、井径质量、钻具状态、井眼清洁情况等。通常，钻井液的润滑性能、井径质量、钻具状态、井眼清洁状态等参数可以通过调整钻井液性能、划眼作业、活动钻具或更换钻具、增加钻井排量等措施得到改善。而井眼轨迹质量一旦形成，后期不便于调整。现有技术中对井眼轨迹质量的控制要求主要针对井斜，而针对全角变化率的要求较低。【石油天然气行业标准】《SY/T5088-2008钻井井身质量控制规范》对水平井全角变化率的要求表述如下：直井段不大于3°/30m，长半径水平井造斜和扭方位井段不大于6°/30m，连续三个测点的全角变化率不大于上述规定值，中短半径水平井造斜和扭方位井段按照钻井设计进行要求控制。实际上，井眼轨迹的全角变化率对钻井摩阻扭矩的影响较大。具体如图1所示，由轴向拉力而引起的侧向力称为拉侧力，某微段钻柱拉侧力与摩阻系数的乘积即为钻井摩阻微元。通常拉侧力越大，钻井摩阻就越大，钻具拉侧力与轴向拉力大小和全角变化均成正比。钻井过程中，中性点以下钻柱受压，中性点以上钻柱受拉，通常位于上部直井段的管柱所受轴向载荷相比下部井段管柱大，在较小的全角变化率时也可能产生较大的侧向力。以某口造斜点为3000m、3400m进入A靶点、水平段长820m的水平井为例，其起下钻过程时拉侧力如图1所示，直井段拉侧力下钻时达到1.2kN/m，起钻时达到2.95kN/m，而对应的全角变化率不是直井段全角变化率最大的。因此，根据【石油天然气行业标准】《SY/T5088-2008钻井井身质量控制规范》对水平井全角变化率的要求来控制水平井各个井段的轨迹质量，不利于整体钻井摩阻扭矩的控制，有必要建立一种新型的水平井井眼轨迹全角变化率的确定控制方案。应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的
技术介绍
部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。
技术实现思路
有鉴于现有技术的上述缺陷，本申请实施方式的目的是提供一种水平井井眼轨迹全角变化率控制方法及装置，其能够有效地降低全角变化率对钻井摩阻的影响程度，提高水平井的钻井效率。为了实现上述目的，本申请提高了如下的技术方案。一种水平井井眼轨迹全角变化率控制方法，包括：根据地质设计提供的井口及井下目标的坐标，确定目标水平井的工艺参数，所述工艺参数包括所述目标水平井的第一垂深、预设摩阻系数以及所述目标水平井的水平段长度；获取所述目标水平井的施工参数，所述施工参数包括所述目标水平井的直井段拉侧力占钻柱自重的第一比例、所述目标水平井的水平井段拉侧力占所述钻柱自重的第二比例、以及所述目标水平井的直井段管柱拉力的附加系数；其中，所述附加系数与所述目标水平井的第一垂深以及所述目标水平井的水平段长度相关联；根据所述工艺参数以及所述施工参数，确定所述目标水平井的井眼轨迹的最大全角变化率；基于所述最大全角变化率，调整定向钻具在钻井过程中的进给方向，使作业后形成的水平井的井眼轨迹的全角变化率小于所述最大全角变化率。优选地在确定水平井井眼轨迹的最大全角变化率的步骤之前，所述方法还包括：确定钻头当前所在的位置；当所述钻头当前所在位置为直井段中，获取所述钻头当前所处位置的第二垂深；当所述钻头当前所在位置为水平段时，获取所述钻头位于所述水平段中的水平距离。优选地，当所述钻头当前所在位置为直井段中，根据下述公式确定所述直井段对应于所述钻头当前所在位置处的最大全角变化率：其中，为最大全角变化率，b1为第一比例，a为附加系数，H为第一垂深，h为第二垂深。优选地，当所述钻头当前所在位置为水平段时，根据下述公式确定所述水平段对应于所述钻头当前所在位置处的最大全角变化率：其中，为最大全角变化率，b2为第二比例，L为目标水平井的水平段长度，l为钻头在水平段中的水平距离，μ为预设摩阻系数。优选地，采用下述方法确定所述预设摩阻系数：当所述目标水平井所在的工区100km范围内有水平井资料记录时，根据所述水平井资料记录的摩阻反算出区域摩阻系数，取不同井段区域摩阻系数的平均值作为预设摩阻系数；当所述目标水平井所在的工区100km范围内无水平井资料记录时，则所述预设摩阻系数在0.25至0.4之间取值。优选地，采用下述方法确定所述第一比值：当所述目标水平井的水平段长度大于1000m时，所述第一比值在0.8至1之间取值；当所述目标水平井的水平段长度小于1000m时，所述第一比值在1至1.5之间取值。优选地，采用下述方法确定所述第二比值：当所述目标水平井的水平段长度大于1000m时，所述第二比值在0.1至0.5之间取值；当所述目标水平井的水平段长度小于1000m时，所述第二比值在0.5至0.8之间取值。一种水平井井眼轨迹全角变化率控制装置，包括：工艺参数获取模块，用于根据地质设计提供的井口及井下目标的坐标，确定目标水平井的工艺参数，所述工艺参数包括所述目标水平井的第一垂深、预设摩阻系数以及所述目标水平井的水平段长度；施工参数获取模块，用于获取所述目标水平井的施工参数，所述施工参数包括所述目标水平井的直井段拉侧力占钻柱自重的第一比例、所述目标水平井的水平井段拉侧力占所述钻柱自重的第二比例、以及所述目标水平井的直井段管柱拉力的附加系数；其中，所述附加系数与所述目标水平井的第一垂深以及所述目标水平井的水平段长度相关联；最大全角变化率确定模块，用于根据所述工艺参数以及所述施工参数，确定所述目标水平井的井眼轨迹的最大全角变化率；控制模块，用于基于所述最大全角变化率，调整定向钻具在钻井过程中的进给方向，使作业后形成的水平井的井眼轨迹的全角变化率小于所述最大全角变化率。由以上本申请实施方式提供的技术方案可见，本申请提供的水平井井眼轨迹全角变化率控制方法及装置，以降低水平井段钻井摩阻扭矩为目标，采用基于目标井的水平井垂深、水平段长度来确定不同直井段、水平段位置中的实时的最大全角变化率的最大值，并指导定向钻井钻具组合的井斜和方位的调整程度，从而能够有效地降低全角变化率对钻井摩阻的影响程度，提高水平井的钻井效率。附图说明为了更清楚地说明本申请实施方式中的技术方案，下面将对实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水平井井眼轨迹全角变化率控制方法，其特征在于，包括：根据地质设计提供的井口及井下目标的坐标，确定目标水平井的工艺参数，所述工艺参数包括所述目标水平井的第一垂深、预设摩阻系数以及所述目标水平井的水平段长度；获取所述目标水平井的施工参数，所述施工参数包括所述目标水平井的直井段拉侧力占钻柱自重的第一比例、所述目标水平井的水平井段拉侧力占所述钻柱自重的第二比例、以及所述目标水平井的直井段管柱拉力的附加系数；其中，所述附加系数与所述目标水平井的第一垂深以及所述目标水平井的水平段长度相关联；根据所述工艺参数以及所述施工参数，确定所述目标水平井的井眼轨迹的最大全角变化率；基于所述最大全角变化率，调整定向钻具在钻井过程中的进给方向，使作业后形成的水平井的井眼轨迹的全角变化率小于所述最大全角变化率。

【技术特征摘要】
1.一种水平井井眼轨迹全角变化率控制方法，其特征在于，包括：根据地质设计提供的井口及井下目标的坐标，确定目标水平井的工艺参数，所述工艺参数包括所述目标水平井的第一垂深、预设摩阻系数以及所述目标水平井的水平段长度；获取所述目标水平井的施工参数，所述施工参数包括所述目标水平井的直井段拉侧力占钻柱自重的第一比例、所述目标水平井的水平井段拉侧力占所述钻柱自重的第二比例、以及所述目标水平井的直井段管柱拉力的附加系数；其中，所述附加系数与所述目标水平井的第一垂深以及所述目标水平井的水平段长度相关联；根据所述工艺参数以及所述施工参数，确定所述目标水平井的井眼轨迹的最大全角变化率；基于所述最大全角变化率，调整定向钻具在钻井过程中的进给方向，使作业后形成的水平井的井眼轨迹的全角变化率小于所述最大全角变化率。2.如权利要求1所述的水平井井眼轨迹全角变化率控制方法，其特征在于，在确定水平井井眼轨迹的最大全角变化率的步骤之前，所述方法还包括：确定钻头当前所在的位置；当所述钻头当前所在位置为直井段中，获取所述钻头当前所处位置的第二垂深；当所述钻头当前所在位置为水平段时，获取所述钻头位于所述水平段中的水平距离。3.如权利要求2所述的水平井井眼轨迹全角变化率控制方法，其特征在于，当所述钻头当前所在位置为直井段中，根据下述公式确定所述直井段对应于所述钻头当前所在位置处的最大全角变化率：其中，θ为最大全角变化率，b1为第一比例，a为附加系数，H为第一垂深，h为第二垂深。4.如权利要求2所述的水平井井眼轨迹全角变化率控制方法，其特征在于，当所述钻头当前所在位置为水平段时，根据下述公式确定所述水平段对应于所述钻头当前所在位置处的最大全角变化率：其中，θ为最大全角变化率，b2为第二比例，L为目标水平井的水平段长度，l为钻头在水平段中...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡贵，黄雪琴，张国辉，王锋，徐卫强，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11