一种三维井眼轨迹控制中工具面角的确定方法技术

本发明专利技术涉及一种三维井眼轨迹控制中工具面角的确定方法，属于石油天然气钻井技术领域。本发明专利技术的三维井眼轨迹控制中工具面角的确定方法，通过测定井底井斜角和井斜方位角，并计算井底实钻垂深；测量需要待下入的一柱钻杆的长度；确定待钻点的垂深和井斜方位角；在三维定向井段，在稳定的钻压、排量下，测量反扭角数值；计算待钻点垂深与井底实钻垂深之差，最终通过公式I获得实际工具面角；解决了三维井定向中工具面角的确定问题，使之数值准确，具有较强的可操作性，为现场定向工程师和司钻提供支撑，提高钻井效率，节约钻井日费，为顺利施工创造条件。

【技术实现步骤摘要】
一种三维井眼轨迹控制中工具面角的确定方法
本专利技术涉及一种三维井眼轨迹控制中工具面角的确定方法，属于石油天然气钻井

技术介绍
在石油天然气
，为了提高储层的储量动用率，提高单井产量，降低工程成本，采用水平井进行产能建设，取得了较好的实施效果，但在水平井开发过程中井场布置难题，例如，地表沟壑纵横，“塬、梁、峁”很多；河流、道路、林业较多；已钻井密度较大。因此，由原二维定向井、水平井无法满足要求，三维定向井、水平井就显得尤为重要。工具面角是“螺杆钻具+MWD”常规定向中极为重要的参数，如图1所示，工具面角在在0-90°，属于增斜增方位；在90-180°，属于降斜增方位；在180-270°，属于降斜减方位；在270-360°(或270-0°)属于增斜减方位。在二维定向井、水平井定向过程中，工具面角(有的称为装置角)要么在0°要么在180°，确定比较简单；而三维定向井、水平井不仅井斜变化，而且方位也不断变化，工具面角的确定就是非常重要的一个参数，若现场定向确定不当，会“失之毫厘，谬以千里”，轻者会浪费进尺，重者会无法中靶，钻井造成重大损失。在使用“螺杆钻具+MWD”常规定向中，现场工具面角的确定涉及较多因素，目前还主要依靠司钻和定向工程师的经验，辅之理论计算，工具面角不断调整、试错，耗时较长，井底出现复杂情况的概率会增大，同时降低了钻井效率，增加了成本。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种三维井眼轨迹控制中工具面角的确定方法。为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种三维井眼轨迹控制中工具面角的确定方法，包括如下步骤：(1)在三维定向起始井段，根据二维定向段滑动钻进段测斜数据，确定钻具组合的造斜率K；(2)根据三维井段的测斜数据，确定井底井斜角α1和井斜方位角Φ1，并计算井底实钻垂深D1；测量需要待下入的一柱钻杆的长度ΔL；根据录井信息确定待钻点的垂深D2和井斜方位角Φ2；在三维定向井段，在稳定的钻压、排量下，测量反扭角数值计算待钻点垂深与井底实钻垂深之差ΔD＝D2-D1；(3)按照如下计算公式，确定理论工具面角数值(4)根据计算实际工具面角ω值。在实际的计算过程中，步骤(3)中计算得到的有两个(如图2所示，一个为319.55°，另一个为220°)，由于该定向段属于减方位钻进，选择319.55°，舍弃220°。优选的，上述的工具面角的确定方法中，步骤(3)中，如果满足公式II：则直接进行步骤(4)计算；如果不满足公式II，则调整ΔD重新确定值，直至满足该式。如果不满足公式II，则会使得计算出的实际值不准确，影响钻井效率。具体的，可以通过调整待钻点的垂深D2来调整ΔD的值，一般情况下降低D2的值，以获得符合要求的优选的，步骤(1)中根据二维造斜段井深、井斜角和井斜方位角实测数据，确定造斜率。具体的，根据公式III确定造斜率，其中：N为测段数量；i＝1,2，···，N；αi为测段起点井斜角，单位度；αi+1为测段末点井斜角，单位度；Φi为测段起点井斜方位角，单位度；Φi+1为测段末点井斜方位角，单位度；Li为测段起点井深，单位米；Li+1为测段末点井深，单位米；Ki为第i个测段造斜率，单位是度每米；K为钻具组合造斜率，单位是度每米。优选的，步骤(2)中通过随钻测斜仪器获得侧斜数据。本专利技术的三维井眼轨迹控制中工具面角的确定方法，通过测定井底井斜角和井斜方位角，并计算井底实钻垂深；测量需要待下入的一柱钻杆的长度；确定待钻点的垂深和井斜方位角；在三维定向井段，在稳定的钻压、排量下，测量反扭角数值；计算待钻点垂深与井底实钻垂深之差，最终通过公式I获得实际工具面角ω；解决了三维井定向中工具面角的确定问题，使之数值准确，具有较强的可操作性，为现场定向工程师和司钻提供支撑，提高钻井效率，节约钻井日费，为顺利施工创造条件。附图说明图1为工具面角不同象限增、降斜和增、减方位图；图2为实施例1中理论工具面角值表示图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步的详细说明。实施例1以鄂尔多斯盆地泾河油田一口三维水平井为例，此实例是在三维定向井段中，钻进一柱钻杆井段进行的井眼轨迹控制。本实施例中三维井眼轨迹控制中工具面角的确定方法，具体步骤如下：(1)在三维定向起始井段，根据二维定向段测斜数据，确定钻具组合的实际造斜率。该井段钻具组合如表1所示：表1二维定向段钻具的相关数值名称钢级内径×外径(mm)扣型数量(根)长度(m)81/2"牙轮专用215.943110.331.5°螺杆特殊料35×172430×41018.30无磁特殊料72×166411*4A1019.19定向接头E70×1664A11*41010.82接头E72×167411*41010.50无磁特殊料72×127411*41018.325"加重钻杆S13576×127411×41033307.945"钻杆S13568×127411×4101581518.60根据二维井段测斜数据(表2中的数据)，根据公式III确定造斜率，其中：N为测段数量；i＝1,2，···，N；αi为测段起点井斜角，单位度；αi+1为测段末点井斜角，单位度；Φi为测段起点井斜方位角，单位度；Φi+1为测段末点井斜方位角，单位度；Li为测段起点井深，单位米；Li+1为测段末点井深，单位米；Ki为第i个测段造斜率，单位是度每米；K为钻具组合造斜率，单位是度每米。表2二维定向段确定钻具造斜率相关数值经过计算，钻井组合的平均造斜率为K＝5.23°/30m。(2)确定公式I中所用到的数值。A、在三维定向段钻进至井深1201.54m，准备进行下一柱钻杆施工，通过MWD测斜数据，经过计算，井底井斜角为α1＝37.75°，井斜方位角为Φ1＝57.58°，实钻垂深为D1＝1183.01m；B、经过测量，待下入的这柱钻杆的长度为ΔL＝27.24m(一般为3个单根组成)；C、经定向工程师根据地质录井提供的地层层位等信息，准备要钻达点的垂深D2＝1198.01m时，井斜方位角扭至Φ2＝54.11°；D、在钻压150kN、排量29L/s正常施工条件下，反扭角为(3)A、计算待钻点垂深与井底实钻垂深之差：ΔD＝1198.01m-1183.01m＝15m；B、并将上述数据代入公式I：经过计算，得到(如图2所示)；C、将代入结果表明，该数值满足要求；(4)实际工具面角ω为＝319.55°+57°-360°＝16.55°。本井三维定向段钻进326m，扭方位59°，井口确定工具面角15次，均1-2次摆放成功。通过本专利技术的三维井眼轨迹控制中工具面角的确定方法，一次摆工具面到位率9次，占60％，二次摆工具面到位率6次，占40％。以前摆工具面一般在4次以上，相比较，工作效率提高了79％，大大节约了时间，为缩短钻井周期做出了贡献，相应地降低了钻井成本。实施例2本实施例中三维井眼轨迹控制中工具面角的确定方法，具体步骤如下：(1)一口三维水平井，其钻具组合的造斜率为3.75°/30m，在三维定向井段，钻进至1414.74m，准备进行下一柱钻杆施工。(2)确定公式I中所用到的数值。A、通过MWD测斜数据，经过计算，井底井斜角为α1＝59.45°，井斜方位角为Φ1＝15.60°，实钻垂深为D1＝1321.47m；B、经过测量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维井眼轨迹控制中工具面角的确定方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)在三维定向起始井段，根据二维定向段滑动钻井段测斜数据，确定钻具组合的造斜率K；(2)根据三维井段的测斜数据，确定井底井斜角α1和井斜方位角Φ1，并计算井底实钻垂深D1；测量需要待下入的一柱钻杆的长度ΔL；根据录井信息确定待钻点的垂深D2和井斜方位角Φ2；在三维定向井段，在稳定的钻压、排量下，测量反扭角数值

【技术特征摘要】
1.一种三维井眼轨迹控制中工具面角的确定方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)在三维定向起始井段，根据二维定向段滑动钻井段测斜数据，确定钻具组合的造斜率K；(2)根据三维井段的测斜数据，确定井底井斜角α1和井斜方位角Φ1，并计算井底实钻垂深D1；测量需要待下入的一柱钻杆的长度ΔL；根据录井信息确定待钻点的垂深D2和井斜方位角Φ2；在三维定向井段，在稳定的钻压、排量下，测量反扭角数值计算待钻点垂深与井底实钻垂深之差ΔD＝D2-D1；(3)按照如下计算公式，确定理论工具面角数值(4)根据计算实际工具面角ω值。2.根据权利要求1所述的三维井眼...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建山，王翔，闫吉曾，赵文彬，张永清，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司华北油气分公司石油工程技术研究院，中国石油化工股份有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41