一种基于复合导向钻井的水平井方向优先着陆控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于复合导向钻井的水平井方向优先着陆控制方法，其包括步骤：计算井底点的轨迹参数；建立复合导向钻井条件的着陆轨迹约束方程；选取入靶方向并计算着陆轨迹的井段长度和入靶点在靶平面内的坐标；判别入靶点的位置是否位于靶区范围内；优化着陆控制方案并得到最优着陆控制方案的轨迹特征参数；输出设计结果。本发明提出了复合导向钻井条件下的着陆控制方案，结合复合导向钻井的工艺技术特点，在优先满足水平井入靶方向要求的前提下，通过计算并判别入靶位置，采用单一的导向钻井工艺及技术参数实现着陆入靶，用最简单的工艺和最少的工序满足了水平井着陆控制要求，技术方案简明、实用性强。
【专利说明】一种基于复合导向钻井的水平井方向优先着陆控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及石油钻井工程领域，尤其涉及一种基于复合导向钻井的水平井方向优先着陆控制方法。
【背景技术】
[0002]井眼轨迹控制是一个复杂的多扰动控制过程，要使实钻轨迹与设计轨道完全吻合是不可能的，工程上允许二者之间存在一定的误差。当二者误差较大时，则需要修正设计从当前井底到靶点的井眼轨道。这种修正轨道(也称待钻井眼)设计主要有两种方案:一是中靶控制方案，中靶控制方案只要求击中给定的靶区，而对进入靶区的井斜角和方位角没有严格的限制。二是软着陆控制方案，软着陆控制方案既给定了入靶点的空间位置，也给定了入靶点的井眼方向。
[0003]现有的井眼轨迹控制技术无论是中靶控制方案还是软着陆控制方案，至少需要2个井段甚至多达5个井段。而每个井段会采用不同的导向钻井方式和工艺技术参数，并且涉及到若干次的起下钻(起下钻次数=井段数-1)。在钻井施工过程中，钻头距离靶区窗口越近，其轨迹控制要求越高。水平井着陆控制的关键阶段往往位于距靶区窗口数十米的范围内，此时不仅要满足着陆入靶要求，还应尽量采用最简单的钻井工艺及工序，以减少施工难度、提高井身质量。另外，现有的着陆轨迹控制方法不涉及靶区窗口(靶平面)，也没有优先考虑入祀方向的着陆轨迹控制方法。
[0004]复合导向钻井是转盘与井下马达同时驱动钻头工作的一种钻井工艺技术，不用起钻变更钻具组合就能实现滑动导向钻井和旋转导向钻井的各种功能，从而实现对井眼轨迹的连续控制，具有机械钻速高、起下钻时间少、井眼轨迹平滑等优点。然而，针对于复合导向钻井工艺技术，现有技术中还没有提出井眼轨迹控制方案及其设计方法。
[0005]综上，现有的着陆轨迹控制技术存在以下缺点:(I)钻井工艺复杂，需要多个井段才能实现着陆入靶；(2)着陆控制方案不涉及靶平面，也不涉及入靶方向和入靶位置的校核问题；(3)没有着陆控制方案的优化方法。(4)没有针对复合导向钻井工艺的着陆控制方法。
【发明内容】
[0006]本发明针对现有技术中的上述问题，提出了一种基于复合导向钻井的水平井方向优先着陆控制方法。该方法包括以下步骤:
[0007]S101、根据随钻测量所获取的测斜数据，按实际使用的导向钻井工艺，采用外推法来计算井底点的轨迹参数，所述轨迹参数包括所述井底点的井斜角、方位角和空间坐标；
[0008]S102、建立复合导向钻井条件下的着陆轨迹约束方程，形成着陆轨迹与靶区的约束关系，作为着陆控制方案的设计条件；
[0009]S103、在工程实际允许的井斜角和方位角范围内选取入靶方向，根据复合导向钻井条件下的着陆轨迹约束方程和所选取的入靶方向计算着陆轨迹的井段长度和入靶点在靶平面内的坐标；
[0010]S104、根据入靶点在靶平面内的坐标判别所述入靶点的位置是否位于靶区范围内，如果是，则执行下一步骤，如果否，则返回到步骤S103，调整入靶方向重新计算入靶点的坐标；
[0011]S105、继续优化着陆控制方案，用纵横网格线将工程允许的井斜角和方位角的允许范围划分成若干个单元，将每个纵横网格线的交点作为一个入靶方向，采用步骤S103的方法计算出各入靶方向所对应的入靶位置，综合考虑所述入靶方向和入靶位置，选取较优的入靶方向区域，进一步细化入靶方向的网格线，不断优化着陆控制方案，得到最优的着陆控制方案；
[0012]S106、根据所述井底点的轨迹参数、所述最优着陆控制方案的入靶方向和井段长度，按复合导向钻井特征，计算出最优着陆控制方案的轨迹特征参数，所述轨迹特征参数包括井斜变化率和方位变化率；
[0013]S107、根据所述最优的着陆控制方案及轨迹特征参数，按自然曲线模型计算着陆轨迹的各分点的轨迹参数，并以图表形式输出设计结果，作为水平井着陆控制施工的依据。
[0014]根据本发明的一个实施例，在执行步骤S102时，按照以下步骤建立复合导向钻井条件下的着陆轨迹约束方程:
[0015]S201、建立以首祀点为原点的祀点坐标系t-xyz,其中，x轴铅垂向上，y轴水平向右，z轴为靶平面的法线方向；
[0016]S202、建立靶点坐标系t一xyz与井口坐标系O — NEH的转换关系:
【权利要求】
1.一种基于复合导向钻井的水平井方向优先着陆控制方法，其特征在于，包括以下步骤: s101、根据随钻测量所获取的测斜数据，按实际使用的导向钻井工艺，采用外推法来计算井底点(b)的轨迹参数,所述轨迹参数包括所述井底点(b)的井斜角、方位角和空间坐标； s102、建立复合导向钻井条件下的着陆轨迹约束方程，形成着陆轨迹与靶区的约束关系，作为着陆控制方案的设计条件； s5103、在工程实际允许的井斜角和方位角范围内选取入靶方向，根据复合导向钻井条件下的着陆轨迹约束方程和所选取的入靶方向计算着陆轨迹的井段长度和入靶点(e)在靶平面内的坐标； s104、根据入靶点(e)在靶平面内的坐标判别所述入靶点(e)的位置是否位于靶区范围内，如果是，则执行下一步骤，如果否，则返回到步骤S103，调整入靶方向重新计算入靶点(e)的坐标； s105、继续优化着陆控制方案，用纵横网格线将工程允许的井斜角和方位角的允许范围划分成若干个单元，将每个纵横网格线的交点作为一个入靶方向，采用步骤S103的方法计算出各入靶方向所对应的入靶位置，综合考虑所述入靶方向和入靶位置，选取较优的入靶方向区域，进一步细化入靶方向的网格线，不断优化着陆控制方案，得到最优的着陆控制方案； s106、根据所述井底点(b)的轨迹参数、所述最优着陆控制方案的入靶方向和井段长度，按复合导向钻井特征，计算出最优着陆控制方案的轨迹特征参数，所述轨迹特征参数包括井斜变化率和方位变化率； s107、根据所述最优的着陆控制方案及轨迹特征参数，按自然曲线模型计算着陆轨迹的各分点的轨迹参数，并以图表形式输出设计结果，作为水平井着陆控制施工的依据。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在执行步骤S102时，按照以下步骤建立复合导向钻井条件下的着陆轨迹约束方程: ` s201、建立以首祀点(t)为原点的祀点坐标系t-xyz,其中，X轴铅垂向上，y轴水平向右，z轴为靶平面的法线方向； ` s202、建立靶点坐标系t一xyz与井口坐标系O— NEH的转换关系:
3.如权利要求2所述的方法 ，其特征在于，按照以下几种情况计算着陆轨迹的井段长
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，按照以下公式计算着陆轨迹的入靶点坐标: 首先，计算入靶点(e)的横坐标，其计算公式分为以下几种情况: ①若Cie-Cib = 0，则
Xe = Δ Hb, t- Δ L b,ecosab ②若ae- a b关ο
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，按照以下公式计算着陆轨迹的井斜变化率和方位变化率:
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，按照以下公式判别所述入靶点(e)是否位于靶区范围内:
【文档编号】E21B7/04GK103883306SQ201310146583
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2013年4月24日 优先权日:2013年4月24日
【发明者】刘修善 申请人: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