煤层气水平井水平段出层后选择追层或侧钻的方法

摘要

本发明公开了一种煤层气水平井水平段出层后选择追层或侧钻的方法，具体为：计算追层所需时间T追：T追＝10×(α+β)×T定/b+5×sin1°×(α2+α×b)×T复/(b×sinβ)+10×(α+β)×T接/(b×h)+5×sin1°×(α2+α×b)×T接/(b×h×sinβ)式中：T定为定向钻进的平均钻时；T复复合追层段钻进平均钻时；T接为每次接单根钻杆和测斜平均时间；α为出层角差；β为出层后追层的反向角差；b为煤层水平段每10m允许的最大井斜变化率；h为单根钻杆的长度；2)根据侧钻工艺、及钻具情况，推算侧钻所需时间T侧；当T追＜T侧时，选择追层；反之选择侧钻。该方法利用公式计算预估追层工期，将其与侧钻时间所需工期相比较，合理选择下步施工方案。

说明书

技术领域

本发明属于煤层气开发领域，具体涉及一种煤层气水平井水平段出层后选择追层或侧钻的方法。

背景技术

目前煤层气水平井钻井作业过程中，一般依据仪器随钻测量的上伽玛和下伽玛差值(EM-MWD)或深浅电阻率差值(LWD)等判断钻头与煤层的关系，利用井斜、方位等数据调整井眼轨迹，实现井眼轨迹准确追踪煤层。但仪器测量一般存在很大的盲区，此外邻井资料缺乏、地震资料精度欠缺、地质构造复杂多变等因素，导致施工中无法保证轨迹始终在煤层中穿行，此时便存在调整轨迹追层或退回某个位置重新侧钻的两难选择。

水平段施工中，一旦出层后，无论是直接追层或直接侧钻，均可能因选择不当而额外增加钻井周期，浪费钻井成本，降低煤层钻遇率，甚至因盲目追层而造成的钻井风险，目前在施工过程中多为人为经验判断，缺少可复制性。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种煤层气水平井水平段出层后选择追层或侧钻的方法，可利用公式计算预估追层工期，将其与侧钻时间所需工期相比较，合理选择下步施工方案。

为此，本发明的技术方案如下：

一种煤层气水平井水平段出层后选择追层或侧钻的方法，包括如下步骤：

1)利用如下公式计算追层所需时间T_追：

T_追＝T_定′+T_复′+T_接′

＝10×(α+β)×T_定/b+5×sin1°×(α²+α×b)×T_复/(b×sinβ)+10×(α+β)×T_接/(b×h)+5×sin1°×(α²+α×b)×T_接/(b×h×sinβ)

式中：T_定′为定向调整段所需钻时；T_定为当前井段在泥岩中定向钻进的平均钻时；

T_复′为复合追层段所需钻时；T_复为当前井段在泥岩中复合追层段钻进平均钻时；

T_接′为出层至回层段因接单根钻杆和测斜总共所需时间；T_接为每次接单根钻杆和测斜平均时间；

α为出层角差，为正数；β为出层后追层的反向角差，为正数；b为煤层水平段每10m允许的最大井斜变化率(为了解算方便，b也可以取煤层水平段每特定米允许的最大井斜变化率)；h为单根钻杆的长度；

2)根据侧钻工艺要求，侧钻前几米需控时钻进，根据控时要求，推算在煤层中侧钻成功所需时间T_侧；比较T_追与T_侧，

当T_追＜T_侧时，选择追层；

当T_追＞T_侧时，选择侧钻。

进一步，β＝3～4°。

进一步，b＝2.5～3.5。

该技术方案有效解决了在水平段出层后选择追层还是侧钻的问题，有效避免了追层到中途出现复杂工况、无效进尺过多、浪费时间过长而再次选择侧钻，以及即使回层后，因轨迹质量差，后期无法施工等现象。

附图说明

图1为具体实施方式中顶出煤层至回层轨迹调整曲线示意图。

图中：1是示意图轨迹曲线，2是示意图煤层顶板，3是示意图煤层底板，E是示意图轨迹出层点，F′为轨迹偏离煤层最远点，E′为井斜调整结束点，F是示意图轨迹入层点，α是示意图出层角差，β为追层角差，也为回层角差。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行详细描述。

如图1所示，一种煤层气水平井水平段出层后选择追层或侧钻的方法，包括如下步骤：

1)根据随钻及邻井资料，确定出层方向，计算出层角差α；出层后以反向角差β追层；出层角差α为出层时井斜角与地层倾角之差；优选，β＝3～4°，在本次实施时，选用β＝3°；

记煤层水平段每10m允许的最大井斜变化率为b；将井斜调整至反向角差β所需进尺，即定向调整段，记定向调整段长度为EE′，EE′＝10×(α+β)/b；优选，b＝2.5～3.5，在本次实施时，选用b＝3；

记当前井段在泥岩中定向钻进的平均钻时为T_定，计算出定向调整段所需钻时T_定′为：

T_定′＝EE′×T_定

＝10×(α+β)×T_定/b

2)将井斜调整为与地层倾角相同时(即图1的F’)，轨迹偏离煤层的最大距离记为H；

H＝5×sin1°×(α²+α×b)/b

注：H的计算方法为：

第一个10米轨迹偏离煤层的垂直高度为10×sin1°×α(偏离1°时，10m轨迹偏离煤层的垂直高度为10×sin1°)，第二个10米偏离煤层垂厚为10×sin1°×(α-b)，则第n+1个10米偏离煤层垂厚为10×sin1°×(α-b×n)

因此，在n+1个10米时，轨迹总偏离煤层垂厚为：

H′＝10×sin1°×α+10×sin1°×(α-b)+……+10×sin1°×(α-b×n)

＝10×sin1°×(n+1)×(2α-b×n)/2

当井斜调整至与地层倾角相同时，α-b×n＝0

则n＝α/b

将n＝α/b代入H′，得出当井斜调整至与地层倾角相同时轨迹偏离煤层垂厚H：

H＝5×sin1°×(α²+α×b)/b

3)当钻进轨迹调整为以反向角差β稳斜复合钻进，直到回层所需进尺，即复合追层段，记复合追层段长度为EF′；

E′F＝H/sinβ

＝5×sin1°×(α²+α×b)/(b×sinβ)

记当前井段在泥岩中复合追层段钻进平均钻时T_复，计算复合追层段所需钻时T_复′：

T_复′＝E′F×T_复

＝5×sin1°×(α²+α×b)×T_复/(b×sinβ)

4)根据定向调整段和复合追层段所需总进尺，推算需接单根钻杆次数和中途测斜次数为：

(EE′+E′F)/h

＝〔10×(α+β)/b+5×sin1°×(α²+α×b)/(b×sinβ)〕/h

＝10×(α+β)/(b×h)+5×sin1°×(α²+α×b)/(b×h×sinβ)

其中，h为单根钻杆的长度；

根据现场实际情况，取每次接单根钻杆和测斜平均时间T_接，计算出层至回层段因接单根和测斜总共所需时间T_接′：

T_接′＝(EE′+E′F)×T_接′/h

＝10×(α+β)×T_接/(b×h)+5×sin1°×(α²+α×b)×T_接/(b×h×sinβ)

5)计算追层所需时间：

T_追＝T_定′+T_复′+T_接′

＝10×(α+β)×T_定/b+5×sin1°×(α²+α×b)×T_复/(b×sinβ)+10×(α+β)×T_接/(b×h)+5×sin1°×(α²+α×b)×T_接/(b×h×sinβ)

根据侧钻工艺要求，侧钻前几米需控时钻进，根据控时要求，推算在煤层中侧钻成功所需时间T_侧；

当T_追＜T_侧时，选择追层；

当T_追＞T_侧时，选择侧钻。

在考虑选择侧钻还是追钻时，还需综合考虑出层段对煤层进尺、煤层钻遇率、钻井后续施工、后期其他作业的影响；本发明提供的方法仅是单纯从时间角度考虑的结果，但是这种方法为快速、准确判断提供基础。