一种基于旋转导向钻井的水平井着陆控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于旋转导向钻井的水平井着陆控制方法，其包括以下步骤：计算井底点的轨迹参数；选取入靶点位置，并计算从井底点到入靶点的坐标增量；设计着陆轨迹的水平投影图，得到着陆轨迹在其上的曲率、入靶方位角以及水平投影长度；设计着陆轨迹的垂直剖面图，得到着陆轨迹在其上的曲率、入靶井斜角和井段长度；校核算得的入靶井斜角和方位角是否满足工程要求；继续优化着陆控制方案从而确定出最优的着陆控制方案；计算着陆轨迹的分点参数，并以图表形式输出设计结果。本发明在优先满足水平井中靶要求的前提下，通过校核入靶方向，采用单一的钻井工艺和技术参数实现着陆入靶，从而用最简单的工艺和最少的工序满足了水平井着陆入靶的轨迹控制要求。
【专利说明】一种基于旋转导向钻井的水平井着陆控制方法【技术领域】
[0001]本发明涉及石油钻井工程领域，尤其涉及一种水平井旋转导向钻井的着陆控制方法。
【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。该方案的典型井身剖面为“直线段一曲线段一直线段”剖面，最简化的井身剖面为“曲线段一直线段”剖面，如图1所示；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。该方案的典型井身剖面为“直线段一曲线段一直线段一曲线段一直线段”剖面，最简化的井身剖面为“曲线段一直线段一曲线段”剖面，如图2所示。
[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工艺及工序，减少施工难度，提高井身质量。另外，现有的着陆控制也不涉及靶区窗口(靶平面)、入靶井斜角和方位角的校核等问题，也没有控制方案优化的技术方法。 [0004]综上，现有的着陆控制技术存在以下缺点:(I)工艺复杂，需要多个井段才能实现中靶着陆控制；(2)中靶控制方案不涉及靶平面、入靶井斜角和方位角的校核等问题；(3)没有中靶控制方案的优化方法。
【发明内容】
[0005]本发明针对现有技术中的上述问题，提出了一种基于旋转导向钻井的水平井着陆控制方法。该方法包括以下步骤:
[0006]S101、根据随钻测量仪获取的实钻轨迹测斜数据，按实际使用的导向钻井工艺，采用外推法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；
[0007]S102、在靶平面上选定入靶点的位置并基于所述井底点的轨迹参数计算从所述井底点到所述入靶点的坐标增量，所述入靶点的位置用所述入靶点在所述靶平面的坐标来表示,所述坐标增量为空间坐标增量；
[0008]S103、在旋转导向钻井条件下，根据所计算出的井底点与入靶点之间的坐标增量及所述轨迹参数，按入靶位置要求及圆柱螺线模型设计着陆轨迹的水平投影图，得到着陆轨迹在水平投影图上的曲率、入靶方位角以及水平投影长度，其计算公式如下:
[0009]
【权利要求】
1.一种基于旋转导向钻井的水平井着陆控制方法，其特征在于，包括以下步骤: S101、根据随钻测量仪获取的实钻轨迹测斜数据，按实际使用的导向钻井工艺，采用外推法计算井底点(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、在靶平面上选定入靶点(e)的位置并基于所述井底点(b)的轨迹参数计算从所述井底点(b)到所述入靶点(e)的坐标增量，所述入靶点(e)的位置用所述入靶点(e)在所述靶平面的坐标来表示，所述坐标增量为空间坐标增量； S103、在旋转导向钻井条件下，根据所计算出的井底点(b)与入靶点(e)之间的坐标增量及所述轨迹参数，按入靶位置要求及圆柱螺线模型设计着陆轨迹的水平投影图，得到着陆轨迹在水平投影图上的曲率、入靶方位角以及水平投影长度，其计算公式如下:
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤SlOl中，按照以下步骤计算所述井底点(b)的井斜角、方 位角及空间坐标: S201、利用随钻测量仪器获 取一系列测点Mi(i = 1,2,…，η)的测斜数据，所述测斜数据包括井深、井斜角和方位角； S202、根据实际钻井工艺条件选用相应的井眼轨迹模型，在滑动导向钻井、旋转导向钻井和复合导向钻井条件下，宜分别选用空间圆弧模型、圆柱螺线模型和自然曲线模型作为井眼轨迹模型； S203、根据最后两测点(Mlri)和(Mn)的测斜数据计算最后测段的轨迹特征参数，如果实钻轨迹采用滑动导向钻井方式，所述轨迹特征参数为最后测段的曲率半径(R)和测点(Mlri)处的工具面角(ω)，按以下公式进行计算:
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S102中，按照以下步骤选定入靶点(e)位置并计算着陆轨迹的坐标增量: . 5301、建立以首祀点(t)为原点的坐标系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； .5302、在靶平面上选取入靶点(e)位置的坐标(xe，ye)并计算其对应的空间坐标，其计算公式如下:
【文档编号】E21B7/04GK103883249SQ201310146371
【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