水平井造斜段安全井斜角的计算方法与流程

本发明属于随钻地质导向技术领域，涉及水平井造斜段最佳井斜角的计算方法，具体涉及水平井钻井过程中地质与工程设计和实钻过程中井轨迹控制所需要素。

背景技术：

大量水平井钻井实践表明，水平井井轨迹设计依赖于准确的地质参数，对水平井的管理也需要清晰的安全井斜范围的数据做依据，当上部地层在安全井斜角范围内持续钻井时，从轨迹控制的角度上讲，对于后面的着陆控制是安全和有效的。而这些参数往往难以准确获取。

传统的水平井轨迹设计方法中都是通过地质参数如地层厚度、箱体位置、构造变化趋势进行设计，有的设计方法也考虑了地层厚度变化和地层倾角变化等风险，做了风险预判与设计预案。这些方法对于实钻有一定指导性，但明显缺乏可操作性，特别是实钻轨迹与设计产生偏离的时候，就难以对是否有风险或风险的等级做出准确的判断，既不利于下步的决策，也不利于操作工程师实际操作。产生这种缺陷的主要原因是缺乏源于储层位置和储层条件的安全井斜角的信息，造成了设计和实施过程中的明显不足。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种水平井造斜段安全井斜角的计算方法，以避免钻井过程中的井轨迹控制盲目性和钻井失误，本发明通过对目标箱体的参数提取，对上部关键层位的安全井斜角的进行计算，为井眼轨迹优化设计与安全钻井过程中井轨迹的有效控制提供依据。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

水平井造斜段安全井斜角的计算方法，包括以下步骤：

步骤1、测井资料精细处理解释储层，结合地震处理成果，在优质储层段中确定水平井箱体及水平方向箱体的横向构造变化；

步骤2、依据地质设计和钻井工程设计，利用步骤1的解释处理成果，提取安全井斜角计算所需参数；

步骤3、利用步骤2的参数，运用井轨迹设计方法从箱体出发逆向计算箱体顶部和箱体上部某选定井斜重要控制层位的视安全井斜角；

步骤4、根据水平井钻井方向构造的变化趋势，对视安全井斜角进行修正，获得真实地层状态下的某选定井斜重要控制层位安全井斜角；

步骤5、运用井轨迹设计的方法，获得该层面以上其它层面的安全井斜角。

进一步地，步骤1具体包括：

步骤1.1、利用测井资料提取储层孔渗饱参数，并解释纵向储层发育状况，选定箱体和划分造斜段内各地层界面；

步骤1.2、测井地震综合解释提取箱体和造斜段内各层界面沿水平井轨迹方向的构造(地层倾角)变化参数；

步骤1.3、利用构造参数建立水平井轨迹方向的地质模型。

进一步地，步骤2依据地质设计和钻井工程设计，利用步骤1解释的成果提取安全井斜角计算所需的各种参数，包括选定造斜段需要计算安全井斜角的各层界面深度、箱体厚度，箱体顶底部距离上面各层界面的垂直厚度、最大造斜率、最优造斜率、最小造斜率、靶前距参数。

进一步地，步骤3利用步骤2提取的参数，假定地层水平状态下，按照逆向井轨迹设计的思路计算某一层面的视安全井斜角，具体包括：

步骤3.1、在箱体上部选定待计算视安全井斜角的地层面，假设为b层面；

步骤3.2、按照最大造斜率，从箱体底界水平状态逆向计算至b层面的井斜角，获得了b层面的最小井斜角；其中箱体底界水平状态即井斜角90°；

步骤3.3、按照靶前距控制下，以最小造斜率计算箱体顶界至b层面的井斜角，获得了b层面的最大井斜角；

步骤3.4、按照最优的造斜率计算储层中部位置至b层面的井斜角，获得最佳井斜角，即中间井斜角；

综上，即得到箱体上部b层面的最大、最小和中间井斜角，从而获得了b层面视安全井斜角(最大与最小井斜角之间)的范围。

进一步地，步骤4由于多数情况下地层是倾斜的，而不是水平的，依据水平井轨迹方向层界面随构造起伏引起埋深变化以及储层埋深变化情况，以及水平井着陆点海拔位置发生变化量，需要步骤3计算的视安全井斜角进行校正，获得真实地层条件下的安全井斜角。

进一步地，步骤5利用运用井轨迹设计的方法，对b层面以上其它层面的安全井斜角进行计算，获得包括最小井斜角、最大井斜角和中等井斜角的三个井轨迹线，最小与最大井斜角轨迹线所代表的井斜角即为造斜段安全井斜角范围。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

1、本发明运用地质工程一体化的技术构想，通过对地下地质情况进行分析评判，从箱体出发由下至上对钻井工程的轨迹设计提出需求，运用逆向轨迹设计的思路，推导出了箱体上部不同深度位置的安全井斜角范围，从而为造斜段井轨迹优化设计提供了充分依据。

2、本发明设计出的最小和最大安全井斜角范围，可以广泛用于实际钻井作业过程中的井轨迹控制和调整，特别适用于钻遇箱体上部地层时对钻井井斜角的提前控制，有助于提高着陆的成功率，降低着陆的风险，还有助于轨迹优化。

3、本发明的计算方法还适用于对箱体上部不同位置的多个地层面安全井斜角的计算，可以为操作者提供一安全工具，极大地减少操作的盲目性。

4、本发明提供的安全井斜角计算方法及获得的安全井斜角范围对地层和箱体埋深不稳定情况下的井轨迹优化设计尤其有重要价值，因为可以用安全井斜角来约束上部层位的井斜控制量，同时对上部地层埋深变化风险进行评估，用最大、最小井斜角的范围来进行规划，从而实现井轨迹的优化。

5、本发明也为管理者也提供了一种井轨迹质量控制的依据。

附图说明

图1为某井优质储层测井解释与箱体选择示意图；

图2为某井轨迹方向井震构造解释成果示意图；

图3为某井水平井方向地质建模示意图；

图4为某井井斜角计算参数要素和龙顶最大、最小及中间井斜角计算示意图；

图5为某井安全井斜角校正计算示意图；

图6为龙顶上部井轨迹设计与a层面井斜角计算示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

本发明提出了计算造斜段各小层安全井斜角的方法，该方法基于对目标段储层的精准分析，将造斜段进一步细分成若干层段，计算出每一个层段位置的安全井斜角范围，然后将该数据用于井轨迹设计与管理控制。

具体包括下述步骤：

1、测井资料精细解释，结合地震处理成果确定箱体及水平方向箱体的横向构造变化；具体包括以下3个步骤：(1)利用测井资料提取储层孔、渗、饱等参数，并解释纵向储层发育状况，根据优质储层发育情况，选定箱体和划分造斜段内各地层界面；(2)测井地震综合解释提取造斜段内各层界面和箱体沿水平井轨迹方向的构造参数；(3)建立地质模型；

2、利用测井资料划分小层，依据地质与钻井工程设计，提取安全井斜角计算所需参数；具体利用步骤1解释的成果和地质与工程设计中提取及收集各种参数，包括选定造斜段需要计算安全井斜角的层界面深度(海拔或垂深)、箱体厚度，箱体顶界和底界距离上面各层界面的垂直厚度、最大、最小和最优造斜率、靶前距等参数。

3、从箱体出发逆向计算箱体顶部和储层上部某选定层位的安全井斜角；具体利用步骤2提供的参数，假定地层水平情况下，按照逆向井轨迹设计的思路计算某选定层面的安全井斜角，包括4个步骤：(1)在箱体上部选定待计算井斜角的地层面(假设b层面)。(2)按照最大造斜率，从箱体底界水平状态(井斜角90°)逆向计算至b层面的井斜角，获得了b层面的最小井斜角；(3)同理，按照靶前距控制下，以最小造斜率计算箱体顶界至b层面的井斜角，获得了b层面的最大井斜角；(4)按照最优的造斜率计算储层中部位置至b层面的井斜角，获得了最佳井斜角(中间井斜角)。通过以上三步计算出了箱体上部b层面的最大、最小和中间井斜角，从而获得了b层面水平状态下的视安全井斜角的范围。

4、根据水平井钻井方向构造的变化趋势，对视安全井斜角进行修正；具体依据水平井轨迹方向层界面随构造起伏引起埋深变化以及储层埋深变化情况，以及水平井着陆点海拔位置发生变化量，对步骤3计算的视安全井斜角进行校正，获得真实地层条件下的b层面安全井斜角。

5、利用运用井轨迹设计的方法，对b层面以上其它层面的安全井斜角进行计算，获得包括最小井斜角、最高井斜角和中等井斜角的三个井轨迹线，最小与最高轨迹线所代表的井斜角即为造斜段安全井斜角范围。

实施例1

包括下述步骤：

1、测井和地震资料精细处理解释，明确箱体及在水平井实施方向上构造变化情况。经测井解释，优质储层厚度22.5m，优质储层段中优选箱体厚度11.5m(图1)。通过地震解释沿水平轨迹方向构造变化情况是：地层前端着陆段下倾2°--中部上倾3.8°—尾部下倾2.4°(图2)。根据箱体和各地层面的构造趋势建立地质模型(图3)。

2、依据地质与钻井工程设计，提取安全井斜角计算所需参数。选取所需计算安全井斜角的某关键层界面，这里选取龙王庙顶界为最重要的井斜角控制界面，即b层面，该层面为四开钻进的底界也是五开钻进的起点，选择该层界面作为井斜角控制界面，优选储层段内箱体厚度11.5m，箱体顶距龙王庙顶22m，工程容许最大造斜率8°/30m，工程容许最优造斜率5°/30m，根据地质与工程设计和靶前距控制要求最小造斜率2°/30m，进入箱体顶面的最大井斜角85°。

3、龙王庙顶界井斜角的计算。以箱体顶、底部距离龙顶垂厚22m和33.5m条件下从箱体顶、底界出发逆向计算龙王庙顶界最大、最小和中间(或最优)井斜角。

最小井斜角的计算方法(图4)：以进入箱体容许的最大造斜率为8°/30m，由箱体底部轨迹以90°状态逆向计算井眼轨迹进入龙顶的最小井斜角为58°。

最大井斜角的计算方法(图4)：以箱体顶部至龙顶垂厚22m，靶前距为400m为控制依据，按照箱体顶部85°，造斜率为2°/30m逆向计算井眼轨迹进入龙顶的最大井斜角为76.5°。

中间井斜角的计算方法(图4)：以箱体中部着陆为目标，以合理造斜率(5°/30m)为依据，以箱体90°水平状态开始从下至上逆向计算箱体中部至龙王庙顶层面(垂厚28m)的井斜角为64°。

4、根据水平井钻井方向构造的变化趋势，对视安全井斜角进行修正。由于水平井轨迹方向构造下倾2°，着陆点埋深随着水平位移的增加，需要对井斜角进行校正，经校正后进入龙顶层面最大井斜角74.5°，最小井斜角56°，最优井斜角(中间)62°，图5。

5、运用井轨迹设计的方法，获得该层面以上其它层面的安全井斜角全井轨迹设计安全井轨迹设计。按照井轨迹设计的方法利用龙王庙顶界的三个井斜角对上部地层井轨迹进行设计，同时获取了上部12m处某a地层面的最大、最小和中间井斜角分别为67°、53°、57.5°，即该层面安全井斜角。该算法可以拓展到上部更多层位。从而推导出了造斜段内各层面的安全井斜角及轨迹范围(图6)。