[發明專利]一種利用旋轉導向工具控制井眼軌跡的方法

有效

• 申請號: 201410602851.3
• 申請日: 2014-11-02
• 公開（公告）號: CN104453713A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發明（設計）人: 唐雪平;盛利民;張連成;洪迪峰;魏志剛;曹沖;禹德洲;陳文藝;彭烈新;弓志謙;石榮
• 申請（專利權）人: 中國石油集團鉆井工程技術研究院
• 主分類號: E21B7/06
• 分類號: E21B7/06;E21B47/022;E21B44/00
• 代理公司: 北京天奇智新知識產權代理有限公司 11340
• 代理人: 劉黎明

技術領域

本發明涉及一種定向鉆井導向工具控制井眼軌跡的方法，尤其涉及一種利用旋轉導向工具控制井眼軌跡的方法。

背景技術

現有技術中，旋轉導向工具由于在鉆柱旋轉狀態下實現井眼軌跡的導向控制，克服了滑動導向作業中摩阻過大、巖屑沉積及極限位移小等缺陷，可大幅度提高井身質量、鉆井效率和鉆井安全性，所以廣泛應用于大位移井、水平井和三維復雜結構井的導向施工作業，是當今典型的先進鉆井裝備之一。

目前旋轉導向工具按導向方式分為鉆頭推靠式和鉆頭指向式兩種基本類型，按動力傳遞結構方式又可劃分為“驅動軸—不旋轉套”結構和“全旋轉”結構等，其中全旋轉指向式導向工具結合了指向式導向和全旋轉鉆井兩者的優點，更能適應各種復雜的地層和作業工況，鉆得更深，鉆速更高，在海洋油氣資源開發以及在油田開發復雜油氣藏中鉆超深井、高難定向井、叢式井、水平井、大位移井、分支井及三維復雜結構井等特殊工藝井中更具競爭力。因此，它是當今鉆井工程和油氣勘探開發迫切需要的一項尖端鉆井裝備，是現代導向鉆井技術發展的趨勢。

在旋轉導向工具設計研發上國內外現存很多種方式，在國外，很多公司研發的旋轉導向工具在設計上存在諸多差別，特點也各不相同。諸如貝克休斯公司的AutoTrack是鉆頭推靠式工具的典型代表，研發的“驅動軸—不旋轉套”結構特點在于通過控制不旋轉外套上推力塊作用于井壁的合力大小及方向進行導向作業(例如參照專利文獻WO2008101020A、US2013256034A等)。而典型的鉆頭指向式旋轉導向工具諸如哈里伯頓公司的Geo-Pilot(例如參照專利文獻WO2014055068A)、威德福公司的Revolution(例如參照專利文獻WO2008120025A)及斯倫貝謝公司的PowerDrive?Xceed(例如參照專利文獻NO20061119A)等，其中所述Geo-Pilot和Revolution是靜態指向式旋轉導向工具，特點是工具造斜能力通過井下調整導向工具偏置位移實現，且可連續調節。所述PowerDrive?Xceed是“全旋轉”結構，即全旋轉指向式導向工具，采用了固定導向偏置結構，其造斜率通過交替變化的導向和穩斜鉆進模式來實現，依靠地面系統下傳導向參數(工具面及導向比例)來進行控制。由于受控制指令編碼長度的限制，所傳參數不能滿足井眼軌道精細控制的需要，且由于地層特性等引起導向工具造斜率變化時，頻繁地下傳導向指令，將影響導向鉆井作業效率。

在國內也有多家公司和科研機構在研發旋轉導向工具，現已成型的工具幾乎全是鉆頭推靠式導向方式，工作原理與國外產品基本相同，只是在具體技術實現方式上呈現出一定的差異。而鉆頭指向式旋轉導向工具目前國內尚處于空白狀態。

基于此，本申請人在深入調研國外鉆頭指向式旋轉導向工具的基礎上，特別是針對斯倫貝謝公司的PowerDrive?Xceed全旋轉指向式導向工具存在的缺點，提出了一種利用全旋轉導向工具控制井眼軌跡的改進的方法，不但有效解決上述問題，大大提高了井眼軌道控制精度和導向鉆井作業效率，而且填補國內此項技術的空白。

發明內容

鑒于此，本發明目的在于提出一種能夠確定導向工具控制模式和導向參數、實現井眼軌道自動控制、提高導向工具作業效率、滿足定向鉆井導向控制需求的利用旋轉導向工具控制井眼軌跡的方法。

根據本發明，能夠優化旋轉導向工具控制并實現閉環導向控制，提高導向鉆井作業效率和井眼軌道控制精度，能夠滿足大位移井、復雜地質結構水平井及地質導向鉆井軌道控制的要求。

根據本發明，通過進行井眼軌跡偏差分析和建立軌道控制模型，分析已鉆軌跡偏差和計算導向參數，實現井眼曲率調整和軌道控制。

具體的，本發明提供一種利用旋轉導向工具控制井眼軌跡的方法，其特征在于包括如下步驟：

按給定導向參數鉆達預定測斜深度時，暫停鉆柱運動，確保測量出準確的井斜參數，將測斜數據上傳到地面，確認后下發指令，進而井下和地面均獲得完整的測斜數據及導向工具面姿態，作為軌跡跟蹤分析和導向控制計算的依據；

根據測斜數據計算出井眼軌跡，并相應進行控制工具面的計算；

然后進行軌跡偏差分析，通過分析已鉆軌跡偏差和計算導向參數，實現井眼曲率調整和軌道控制。

其中，根據設計井眼曲率和導向工具的造斜能力來確定合理的導向比例參數；