基于实际钻井数据的地层自然造斜特性反演方法技术

本发明专利技术提供了一种基于实际钻井数据的地层自然造斜特性反演方法，其包括：利用随钻测量仪器获取实钻井眼轨迹的测斜数据；基于测斜数据在特定的模型下确定出井眼轨迹沿井深的井斜变化率和方位变化率，并由井斜变化率得到井斜角的变化规律；基于历史的实际钻井数据利用钻柱力学特性分析法获取造斜工具的工具造斜率和工具面角沿井深的变化规律，工具造斜率和工具面角用以表征造斜工具的定向造斜特性；基于定向造斜特性和井眼轨迹沿井深的井斜变化率和方位变化率反演出钻井所在区域的地层井斜率和地层方位率，以表征地层自然造斜特性对井眼轨迹的井斜变化率和方位变化率的影响，进而确定出钻井所在区域的地层自然造斜能力。

Inversion method of natural formation characteristics based on actual drilling data

【技术实现步骤摘要】
基于实际钻井数据的地层自然造斜特性反演方法
本专利技术涉及油气井工程领域，具体说，涉及一种基于实际钻井数据的地层自然造斜特性反演方法。
技术介绍
地层存在各向异性，具有自然造斜特性。地层自然造斜特性是客观存在的，只能有效利用而无法控制。研究地层自然造斜规律，对于井眼轨迹设计、监测和控制都具有重要意义。在井眼轨迹设计方面，基于地层自然造斜规律可进行三维漂移轨迹设计，从而能利用地层自然造斜规律钻进和中靶。这种方法能减少扭方位作业，有利于大钻压快速钻进、提高井身质量和降低钻井成本。在井眼轨迹预测与控制方面，地层自然造斜规律是前提条件，要有效预测和控制井眼轨迹，必须事先获取地层自然造斜规律。然而，目前只能评价地层的各向异性，还没有获取地层自然造斜规律的方法。因此，亟需研究解决这个技术问题，以提高井眼轨迹设计、监测和控制的针对性和有效性。
技术实现思路
针对现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种基于实际钻井数据的地层自然造斜特性反演方法，所述反演方法包括以下步骤：利用随钻测量仪器获取实钻井眼轨迹的测斜数据，所述测斜数据包括井深、井斜角、方位角；基于所述测斜数据在特定的模型下确定出所述井眼轨迹沿井深的井斜变化率和方位变化率，并由所述井斜变化率得到所述井斜角的变化规律；基于历史的实际钻井数据利用钻柱力学特性分析法获取造斜工具的工具造斜率和工具面角沿井深的变化规律，所述工具造斜率和所述工具面角用以表征所述造斜工具的定向造斜特性；基于所述定向造斜特性和所述井眼轨迹沿井深的井斜变化率和方位变化率反演出钻井所在区域的地层井斜率和地层方位率，以表征地层自然造斜特性对所述井眼轨迹的井斜变化率和方位变化率的影响，进而确定出钻井所在区域的地层自然造斜能力。根据本专利技术的基于实际钻井数据的地层自然造斜特性反演方法，优选的是，在基于所述测斜数据在特定的模型下确定出所述井眼轨迹沿井深的井斜变化率和方位变化率的步骤中，特定的模型包括空间圆弧模型和自然曲线模型，通用的井斜变化率方程和方位变化率方程表达形式如下：式中，L为井深，单位：米；κα为井斜变化率，(°)/30米；κφ为方位变化率，(°)/30米；积分所述井斜变化率方程，得到预测井段出的井斜角变化规律：其中αA＝α(LA)式中：α为井斜角，(°)；下标A表示井段[LA，LB]的始点，即A点的井深为LA。根据本专利技术的基于实际钻井数据的地层自然造斜特性反演方法，优选的是，在基于历史的实际钻井数据利用钻柱力学特性分析法获取造斜工具的工具造斜率和工具面角沿井深的变化规律的步骤中，按照以下方程表示所述工具造斜率和所述工具面角沿井深的变化规律：其中，κt为工具造斜率，(°)/30米；ωt为工具面角，(°)；下标t表示钻具。根据本专利技术的基于实际钻井数据的地层自然造斜特性反演方法，优选的是，基于所述工具造斜率和所述工具面角沿井深的变化规律得到所述工具井斜率和所述工具方位率：式中：κα,t为所述工具井斜率，(°)/30米；κφ,t为所述工具方位率，(°)/30米。根据本专利技术的基于实际钻井数据的地层自然造斜特性反演方法，优选的是，在基于所述工具井斜率、所述工具方位率、所述井眼轨迹沿井深的井斜变化率和方位变化率反演出钻井所在区域的地层井斜率和地层方位率，以表征地层自然造斜特性对所述井眼轨迹的井斜变化率和方位变化率的影响的步骤中，所述地层井斜率和所述地层方位率表示为如下方程式：式中：κα,f为所述地层井斜率，(°)/30m；κφ,f为所述地层方位率，(°)/30米。这样，通过地层自然造斜特性对井斜变化率和方位变化率的影响程度及规律，便可表征出它对井眼轨迹变化的贡献。显然，由地层自然造斜产生的井斜变化率和方位变化率越大，地层自然造斜能力越强。本专利技术利用已钻井的实际井眼轨迹数据，建立了地层自然造斜特性的反演方法，为井眼轨迹设计、监测和控制提供了必须的基础数据，解决了难以获取地层自然造斜特性及规律的难题。本专利技术的地层自然特性的反演方法可用于定向井、水平井、大位移井等各种复杂结构井的设计与施工，适用于滑动导向、旋转导向、复合导向等各种钻井方式，具有广阔的应用前景。本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例共同用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1显示了根据本专利技术的地层自然造斜特性反演方法流程图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图对本专利技术实施例作进一步地详细说明。本专利技术提供的基于实际钻井数据的地层自然造斜特性反演方法的主要技术思路是：虽然地层自然造斜特性与地质构造的倾角及走向、地层岩体的各向异性等诸多因素有关，但归根结底地层自然造斜特性对井眼轨迹的影响体现为井斜角和方位角变化。由于井眼轨迹是造斜工具与地层岩体联合作用的结果，因此从井眼轨迹空间形态中剔除造斜工具的作用效果便可得到地层自然造斜特性。图1显示了根据本专利技术的地层自然造斜特性反演方法流程图。如图1所示，在步骤S1中，获取井眼轨迹的测斜数据。具体地说，利用随钻测量仪器获取实钻井眼轨迹的测斜数据。这些测斜数据包括井深L、井斜角α、方位角φ等。然后，基于井深L、井斜角α、方位角φ等测斜数据得到一系列测点的井眼轨迹数据。接下来，在步骤S2中，计算井斜变化率和方位变化率。具体地，基于步骤S1中所获得的测斜数据在特定的模型下确定出井眼轨迹沿井深的井斜变化率和方位变化率，并由井斜变化率得到井斜角的变化规律。在本专利技术的一个实施例中，基于空间圆弧、自然曲线等模型化方法来确定井眼轨迹的井斜变化率和方位变化率，以及它们随井深的变化规律。井斜变化率和方位变化率的通用表达形式为：式中：L为井深，单位：米；κα为井斜变化率，(°)/30米；κφ为方位变化率，(°)/30米。根据井斜变化率的定义，通过积分可得到井斜角方程，因此井斜角的变化规律为：式中：α为井斜角，(°)；下标A为计算井段的始点。接下来，在步骤S4中，获取造斜工具的定向造斜特性。具体地，基于历史的实际钻井数据利用钻柱力学特性分析法获取造斜工具的工具造斜率和工具面角沿井深的变化规律。其中，工具造斜率和工具面角用以表征造斜工具的定向造斜特性。工具造斜率用于表征造斜能力，工具面角用于表征工具姿态，而工具姿态决定了定向方向。基于实际钻井数据，利用钻柱力学特性分析方法可算得造斜工具的造斜率，利用随钻测量仪器可获取工具面角。因此，工具造斜率和工具面角沿井深的变化规律可表示为：式中：κt为工具造斜率，(°)/30米；ωt为工具面角，(°)；下本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于实际钻井数据的地层自然造斜特性反演方法，其特征在于，所述反演方法包括以下步骤：/n利用随钻测量仪器获取实钻井眼轨迹的测斜数据，所述测斜数据包括井深、井斜角、方位角；/n基于所述测斜数据确定所述井眼轨迹的井斜变化率方程和方位变化率方程，并由所述井斜变化率方程得到所述井斜角方程，用以表征所述井斜变化率、所述方位变化率和所述井斜角沿井深的变化规律；/n基于已钻井数据利用钻柱力学特性分析法和随钻测量仪器获取工具造斜率和工具面角，得到所述工具造斜率方程和所述工具面角方程，用以表征造斜工具的定向造斜特性及其沿井深的变化规律；/n基于所述井斜角方程、所述工具造斜率方程和所述工具面角方程计算工具井斜率和工具方位率，用以表征所述造斜工具的定向造斜特性对所述井斜变化率和所述方位变化率的贡献；/n基于所述造斜工具的定向造斜特性和所述井眼轨迹的空间挠曲形态反演出地层井斜率和地层方位率，用以表征地层自然造斜特性对所述井眼轨迹的井斜变化率和方位变化率的影响程度及规律，从而确定地层自然造斜特性及能力，其中，所述空间挠曲形态由井眼轨迹的所述井斜变化率和方位变化率表征。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于实际钻井数据的地层自然造斜特性反演方法，其特征在于，所述反演方法包括以下步骤：
利用随钻测量仪器获取实钻井眼轨迹的测斜数据，所述测斜数据包括井深、井斜角、方位角；
基于所述测斜数据确定所述井眼轨迹的井斜变化率方程和方位变化率方程，并由所述井斜变化率方程得到所述井斜角方程，用以表征所述井斜变化率、所述方位变化率和所述井斜角沿井深的变化规律；
基于已钻井数据利用钻柱力学特性分析法和随钻测量仪器获取工具造斜率和工具面角，得到所述工具造斜率方程和所述工具面角方程，用以表征造斜工具的定向造斜特性及其沿井深的变化规律；
基于所述井斜角方程、所述工具造斜率方程和所述工具面角方程计算工具井斜率和工具方位率，用以表征所述造斜工具的定向造斜特性对所述井斜变化率和所述方位变化率的贡献；
基于所述造斜工具的定向造斜特性和所述井眼轨迹的空间挠曲形态反演出地层井斜率和地层方位率，用以表征地层自然造斜特性对所述井眼轨迹的井斜变化率和方位变化率的影响程度及规律，从而确定地层自然造斜特性及能力，其中，所述空间挠曲形态由井眼轨迹的所述井斜变化率和方位变化率表征。


2.如权利要求1所述的基于实际钻井数据的地层自然造斜特性反演方法，其特征在于，在基于所述测斜数据确定所述井眼轨迹的井斜变化率方程和方位变化率方程的步骤中，基于井眼轨迹的模型化方法确定所述井斜变化率方程和所述方位变化率方程，其中井眼轨迹模型包括但不限于空间圆弧模型、圆柱螺线模型和自然曲线模型，得到如下形式的井斜变化率方程和方位变化率方程：

【专利技术属性】
技术研发人员：刘修善，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11