[发明专利]双二维组合三维水平井轨道设计方法

说明书

本发明提供了一种双二维组合三维水平井轨道设计方法。双二维组合三维水平井轨道设计方法，包括：以井口为中心点O确定相互垂直的第一轴D，第二轴N和第三轴E；按二维轨道设计方法确定水平井的上部轨道；按二维轨道设计方法确定水平井的下部轨道；其中，上部轨道的终点为下部轨道的起点，上部轨道位于经过井口的第一个铅垂面上，下部轨道位于经过水平段的第二个铅垂面上。本发明解决了现有技术中三维水平井存在井眼轨迹难控制的问题。

技术领域

本发明涉及石油钻井工程领域，具体而言，涉及一种双二维组合三维水平井轨道设计方法。

背景技术

在石油钻井工程领域，水平井是指进入目的层时井眼轴线接近水平(井斜角90°左右)并在目的层中延伸一定长度的定向井。如果一口水平井的井眼轨道(是指预先设计的井眼轴线)位于同一个铅垂面上，该水平井就称为二维水平井；如果一口水平井的井眼轨道不在同一个铅垂面上，该水平井就称为三维水平井。与二维水平井相比，三维水平井轨道设计及施工难度较大。上世纪90年代以来，国内外均建立了三维水平井轨道设计模型及求解方法。传统的三维水平井井眼轨道都有一个三维变方向井段，该井段要同时承担扭方位和增斜功能，使得该井段相对较长，增加了井眼轨迹控制难度，也影响钻井速度。

也就是说，现有技术中三维水平井存在井眼轨迹难控制的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种双二维组合三维水平井轨道设计方法，以解决现有技术中三维水平井存在井眼轨迹难控制的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种双二维组合三维水平井轨道设计方法，其特征在于，包括：以井口为中心点O确定相互垂直的第一轴D，第二轴N和第三轴E；按二维轨道设计方法确定水平井的上部轨道；按二维轨道设计方法分确定水平井的下部轨道；其中，上部轨道的终点为下部轨道的起点，上部轨道位于经过井口的第一个铅垂面上，下部轨道位于经过水平段的第二个铅垂面上。

进一步地，按二维轨道设计方法确定水平井的上部轨道包括：由中心点O向第一轴D的方向延伸距离D_a到达第一造斜点a，中心点O到第一造斜点a的轨迹为第一直井段；预先设定上部轨道方位角φ_b，上部轨道位于经过中心点O和上部轨道方位角φ_b的第一个铅垂面上。在第一个铅垂面上，以第一造斜点a为起点、与第一轴D的距离R₁₁为半径、点M为第一圆心做弧线确定第一稳斜点b，第一稳斜点b对应井斜角α_b，第一造斜点a到第一稳斜点b的轨迹为第一增斜段；以第一稳斜点b为起点，沿井斜角α_b的方向延伸距离L_W1到达降斜点c，第一稳斜点b到降斜点c的轨迹为第一稳斜段；以降斜点c为起点、与第一稳斜段的距离R₁₂为半径、点P为第二圆心做弧线确定直井点d，直井点d对应的井斜角等于0，点P和降斜点c之间的连线与点M和第一稳斜点b的连线平行，均与第一稳斜段垂直，直井点d和点P的连线与第一轴D垂直，降斜点c到直井点d的轨迹为降斜段，点M和点P位于降斜段的两侧；由直井点d向第一轴D的方向延伸到第二造斜点e，第二造斜点e对应垂深为D_e，直井点d到第二造斜点e的轨迹为第二直井段；其中，第一直井段、第一增斜段、第一稳斜段、降斜段和第二直井段形成上部轨道。