[發明專利]一種基于旋轉導向鉆井的水平井方向優先著陸控制方法

有效

• 申請號: 201310146414.0
• 申請日: 2013-04-24
• 公開（公告）號: CN103883251A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發明（設計）人: 劉修善
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司石油工程技術研究院
• 主分類號: E21B7/04
• 分類號: E21B7/04;E21B47/02
• 代理公司: 北京聿宏知識產權代理有限公司 11372
• 代理人: 吳大建;劉華聯

技術領域

本發明涉及石油鉆井工程領域，尤其涉及一種基于旋轉導向鉆井的水平井方向優先著陸控制方法。

背景技術

井眼軌跡控制是一個復雜的多擾動控制過程，要使實鉆軌跡與設計軌道完全吻合是不可能的，工程上允許二者之間存在一定的誤差。當二者誤差較大時，則需要修正設計從當前井底到靶點的井眼軌道。這種修正軌道(也稱待鉆井眼)設計主要有兩種方案：一是中靶控制方案，中靶控制方案只要求擊中給定的靶區，而對進入靶區的井斜角和方位角沒有嚴格的限制。二是軟著陸控制方案，軟著陸控制方案既給定了入靶點的空間位置，也給定了入靶點的井眼方向。

現有的井眼軌跡控制技術無論是中靶控制方案還是軟著陸控制方案，至少需要2個井段甚至多達5個井段。而每個井段會采用不同的導向鉆井方式和工藝技術參數，并且涉及到若干次的起下鉆(起下鉆次數＝井段數-1)。在鉆井施工過程中，鉆頭距離靶區窗口越近，其軌跡控制要求越高。水平井著陸控制的關鍵階段往往位于距靶區窗口數十米的范圍內，此時不僅要滿足著陸入靶要求，還應盡量采用最簡單的工藝及工序，減少施工難度，提高井身質量。另外，現有的著陸軌跡控制也不涉及靶區窗口(靶平面)、入靶井斜角和方位角的校核等問題。

綜上，現有的著陸軌跡控制方案有以下不足：(1)工藝復雜，需要多個井段才能實現中靶著陸控制；(2)中靶控制方案不涉及靶平面、入靶方向和入靶位置的校核等問題；(3)沒有中靶控制方案的優化方法。

發明內容

本發明針對現有技術中著陸軌跡控制方案的不足，提出了一種在旋轉導向鉆井條件下的水平井方向優先著陸控制方法。該方法包括以下幾個步驟：

S101、根據隨鉆測量所獲取的測斜數據，按實際使用的導向鉆井工藝，采用外推法計算井底點的軌跡參數，所述軌跡參數包括所述井底點的井斜角、方位角和空間坐標；

S102、建立旋轉導向鉆井條件下的著陸軌跡約束方程，形成著陸軌跡與靶區的約束關系，作為著陸控制方案的設計條件；

S103、在工程實際允許的方位角范圍內選取入靶方位角，根據著陸軌跡的約束方程以及所選的入靶方位角和所述井底點的軌跡參數，按圓柱螺線軌跡模型設計著陸軌跡的水平投影圖，得到著陸軌跡在水平投影圖上的關鍵技術參數，所述著陸軌跡在水平投影圖上的關鍵技術參數包括曲率、水平投影長度和入靶點在靶點坐標系下的橫坐標；

S104、在工程實際允許的井斜角范圍內選取入靶井斜角，根據著陸軌跡的約束方程以及所選取的入靶井斜角、所述井底點的軌跡參數和著陸軌跡的水平投影長度，設計著陸軌跡的垂直剖面圖，得到著陸軌跡在垂直剖面圖上的關鍵技術參數，所述著陸軌跡在垂直剖面圖上的關鍵技術參數包括曲率、井段長度和入靶點在靶點坐標系下的縱坐標；

S105、根據所求得的入靶點在靶點坐標系下的坐標判別所述入靶點是否位于靶區范圍內，如果是，則執行下一個步驟，如果否，則調整入靶方向并重復步驟S103和步驟S104，直到滿足所選的入靶方向對應的入靶位置位于靶區范圍內為止；

S106、繼續優化著陸控制方案，用縱橫網格線將井斜角和方位角的允許范圍劃分成若干個單元，將每個縱橫網格線的交點作為一個入靶方向，采用步驟S103到S104的方法計算出各入靶方向所對應的入靶位置，綜合考慮所述入靶方向和入靶位置，選取較優的入靶方向區域，進一步細劃網格線，不斷優化著陸控制方案，得到最優的著陸控制方案；

S107、根據所述最優的著陸控制方案，按圓柱螺線模型計算著陸軌跡的分點參數，并以圖表形式輸出設計結果，作為水平井著陸控制施工的依據。

根據本發明的一個實施例，按照以下步驟建立旋轉導向鉆井條件下的著陸軌跡約束方程：

S201、建立以首靶點為原點的靶點坐標系t-xyz，其中，x軸鉛垂向上，y軸水平向右，z軸為靶平面的法線方向；

S202、建立靶點坐標系t-xyz與井口坐標系O-NEH的轉換關系：