[发明专利]一种三维井眼轨迹控制中工具面角的确定方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

在石油天然气技术领域，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。

发明内容

本发明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，本发明采取的技术方案为：

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，