[發明專利]一種基于復合導向鉆井的水平井著陸控制方法

有效

• 申請號: 201310146572.6
• 申請日: 2013-04-24
• 公開（公告）號: CN103883253A
• 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;E21B44/00;E21B47/022
• 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，尤其涉及一種基于復合導向鉆井的水平井著陸控制方法。

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。該方案的典型井身剖面為“直線段-曲線段-直線段”剖面，最簡化的井身剖面為“曲線段-直線段”剖面，如圖1所示。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。該方案的典型井身剖面為“直線段-曲線段-直線段-曲線段-直線段”剖面，最簡化的井身剖面為“曲線段-直線段-曲線段”剖面，如圖2所示。

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鉆井工藝及工序，以減少施工難度、提高井身質量。另外，現有的著陸軌跡控制方法不涉及靶區窗口(靶平面)，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。

復合導向鉆井是轉盤與井下馬達同時驅動鉆頭工作的一種鉆井工藝技術，不用起鉆變更鉆具組合就能實現滑動導向鉆井和旋轉導向鉆井的各種功能，從而實現對井眼軌跡的連續控制，具有機械鉆速高、起下鉆時間少、井眼軌跡平滑等優點。然而，針對于復合導向鉆井工藝技術，現有技術中還沒有提出井眼軌跡控制方案及其設計方法。

綜上，現有的著陸軌跡控制技術存在以下缺點：(1)鉆井工藝復雜，需要多個井段才能實現著陸入靶；(2)著陸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問題；(3)沒有著陸控制方案的優化方法；(4)沒有針對復合導向鉆井工藝的著陸控制方法。

發明內容

本發明針對現有技術中的上述問題，提出了一種基于復合導向鉆井的水平井著陸控制方法。該方法包括以下步驟：

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，采用外推法來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、建立復合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、在靶平面上選定入靶點的位置并基于所述井底點的軌跡參數求解著陸軌跡約束方程，得到著陸軌跡的軌跡特征參數，所述軌跡特征參數包括著陸軌跡的井斜變化率、方位變化率和井段長度；

S104、基于所述井底點的軌跡參數和著陸軌跡的軌跡特征參數，計算入靶方向，所述入靶方向包括入靶井斜角和方位角；

S105、校核所述入靶方向是否滿足工程要求，如果滿足要求，則著陸控制方案可行，執行下一個步驟，否則，調整入靶點位置并返回到步驟S103，重復執行步驟S103和S104以獲得滿足工程要求的入靶方向；

S106、繼續優化著陸控制方案，用縱橫網格線將靶區窗口劃分成多個網格單元，分別將每個縱橫網格線的交點作為一個入靶點位置，然后采用步驟S103到步驟S105的方法計算各入靶位置所對應的入靶方向，結合工程實際綜合考慮入靶位置和入靶方向選出較優的入靶區域，進一步細化網格線，不斷優化著陸控制方案，從而確定出最優的著陸控制方案；

S107、根據所述最優的著陸控制方案，按自然曲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，在執行步驟S102時，按照以下步驟建立復合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：