一种水平井录井导向轨迹优化方法
【专利摘要】本发明属于水平井录井导向【技术领域】，公开了一种水平井录井导向轨迹优化方法。其主要技术特征为：着陆前的轨迹优化包括确定新靶点位置、推算新轨迹半径、设计新靶点轨迹三步，进层后轨迹优化包括设定峰谷控制线，建立轨迹控制点、建立第一段轨迹、建立第二段及以后各段轨迹三步。本发明所提供的一种水平井录井导向轨迹优化方法，实现了水平井轨迹的整个圆滑，有效控制了靶前距，降低了钻具与井壁间的摩阻，提高了机械钻速，缩短了钻井周期，并为后续施工创造了良好条件。
【专利说明】 一种水平井录井导向轨迹优化方法
【技术领域】
[0001]本发明属于水平井录井导向【技术领域】，尤其涉及一种水平井录井导向轨迹优化方法。
【背景技术】
[0002]水平井从造斜到井底，井身轨迹可分为着陆前和层内两个阶段，目前广泛采用的方法为:第一阶段着陆前按设计轨迹下探，当角差缩小至5度左右，稳斜下探找层，揭开目标层后再拐平进靶；第二阶段进层后以相邻两靶点连线为设计轨迹，通过频繁小幅定向，使钻头尽量贴近直线穿行。
[0003]上述方法缺陷是着陆前轨迹段多出两个拐点，并增大了靶前距；在层内为了尽量贴近直线穿行，频繁上下纠偏，造成轨迹起伏频繁。导致井眼轨迹不圆滑，井眼摩阻增大，给后续施工增加了难度甚至是风险。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题就是提供一种能消除着陆中轨迹拐点，有效控制靶前距，减少层内轨迹起伏，降低井眼摩阻，有利钻井施工和定向控制的水平井录井导向轨迹优化方法。
[0005]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为:
着陆前的轨迹优化包括以下步骤:
第一步确定新靶点位置
在井眼轨迹剖面中，当井深钻至变轨点时，随钻分析认为目标层已下移，如把原靶点直接垂向移动一段距离，则变轨点将出现一个拐点。为实现在变轨点的共切点变轨，通过计算确定新靶点位置；
第二步推算新轨迹半径
用变轨点和新靶点坐标，计算出变轨点至新靶点弧线的半径；
第三步设计新靶点轨迹
用水平井导向分析软件，依据变轨点坐标、新靶点坐标、新轨迹半径，计算出变轨点至新靶点的弧线轨迹，消除在变轨点和入层点的两个轨迹拐点，保持着陆前轨迹的总体圆滑；
进层后轨迹优化包括以下步骤:
第四步设定峰谷控制线，建立轨迹控制点
在目的层剖面中画出靶点连线，按照设计允许的上下振荡幅度，设定轨迹峰谷的控制线。依据岩层展布情况、允许的层内振荡幅度、井下钻具造斜能力等，在靶点连线上建立所需的控制点；
第五步建立第一段轨迹
在第一段相邻控制点之间，依据轨迹控制点之间的弦长和弧高，计算出第一段轨迹的弧半径，依据第一段轨迹的弧半径，用录井导向软件计算出第一段弧线作为设计轨迹； 第六步建立第二段及以后各段轨迹
在第一段轨迹基础上，再建立第二段轨迹，两段轨迹必须在相交点位形成共切点，以保持轨迹转换的圆滑，依据第一段轨迹参数和第二段轨迹控制点坐标，计算出第二段弧半径，再用录井导向软件计算出第二段轨迹，以此再推算第三段、第四段至更多段轨迹，最终形成层内整体的低幅长波轨迹。
[0006]本发明要提供的水平井录井导向轨迹优化方法，着陆前以共切点弧线变轨来消除拐点并控好靶前距，进层后以低幅长波对直线轨迹进行优化，减少轨迹峰谷数。有效解决了以往方法中轨迹不够圆滑、靶前距控制差、钻进摩阻大等难题；有利于施工中轨迹的定向操控，提高机械钻速，降低钻井风险，增强水平段中的机械延伸能力。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1为着陆前共切点变轨示意图；
图2为进层后共切点轨迹示意图。
【具体实施方式】
[0008]下面结合附图对本发明所提供的一种水平井录井导向轨迹优化方法做进一步的详细说明。
[0009]如图1所示,变轨点A,原祀点B,移动点C,新祀点D,变轨前已钻轨迹I,变轨前待钻轨迹2，新轨迹3，变轨前轨迹半径R1，变轨前轨迹弧心O1,新轨迹半径R2,新轨迹弧心O2。
[0010]如图2所示，轨迹峰顶控制线11，轨迹谷底控制线12，轨迹控制点E、F、G，轨迹控制点E至F间弧线4，轨迹控制点 F至G间弧线5，轨迹控制点E至F间弧心03，轨迹控制点E至F间弧半径R3,轨迹控制点F至G间弧心04，轨迹控制点F至G间弧半径R4,轨迹控制点E至F间弦长L3,轨迹控制点E至F间弧高H3,轨迹控制点F至G间弦长L4,轨迹控制点E至F间弦长L3的延长线21，控制点G至延长线21的垂距S4。
[0011]本发明所提供的一种水平井录井导向轨迹优化方法，依据水平井不同阶段施工特征，对着陆前与进层后井段采用不同的轨迹优化方法，实现不同的优化目的，其中分二部走。
[0012]着陆前的轨迹优化方法是:
第一步确定新靶点位置
在井眼轨迹剖面中，当井深钻至变轨点A时，随钻分析认为目标层已下移，如把原靶点B垂直下移至移动点C，则变轨点A将出现一个拐点。为实现在变轨点A的共切点变轨，如图1所示，通过计算将原靶点B应移动至新靶点D，新靶点D坐标位置用以下公式计算:
Y2 = Y1 + h ;
X2 = X1XY2^Y1
其中=XpY1为变轨点A的坐标；
X2、Y2为新靶点D的坐标； h为原靶点B至移动点C的铅直距；
第二步推算新轨迹半径用变轨点A和新靶点D的坐标，如图1所示，计算出变轨点A至新靶点D的弧线半径；其半径计算公式如为:
R2 = R1XXfX1 第三步设计新靶点轨迹
如图1所示，用水平井导向分析软件，依据变轨点A坐标、新靶点D坐标、新轨迹半径R2,计算出变轨点A至新靶点D间的新轨迹3，消除在变轨点A和钻开目标层顶面处的两个拐点，保持着陆前轨迹的总体圆滑；
进层后轨迹优化方法是 第四步设定峰谷控制线，建立轨迹控制点
如图2所示，在目标层剖面中，按照设计允许的上下振荡幅度，设定轨迹峰顶控制线11，轨迹谷底控制线12，依据岩层展布形态、井下钻具造斜能力在轨迹峰顶控制线11与轨迹谷底控制线12之间，建立所需的轨迹控制点E、F、G ;
第五步建立第一段轨迹
如图2所示，在轨迹控制点E至F之间的第一段轨迹中，依据轨迹控制点E至F之间的弦长L3和弧高H3,计算出轨迹控制点E至F间弧半径R3,依据轨迹控制点E至F间弧半径R3，用录井导向软件，计算出轨迹控制点E、F间弧线4，即建立第一段轨迹；轨迹控制点E、F间弧半径R3用以下公式计算:
R3= H3 + 2+L3~2+(8XH3)
第六步建立第二段及以后各段轨迹
如图2所示，在第一段轨迹基础上，再建立第二段即轨迹控制点F、G间弧线5，两段轨迹弧线必须在轨迹控制点F形成共切点，以保持轨迹转换间的圆滑，第二段轨迹控制点F、G间弧半径R4,用以下公式计算:
R4 = L4 + 2cos ( α + β )
cos α = L + 2R3
Sin β = S4 + L4
其中:
α为轨迹控制点E、F间弦长L3的延长线21与轨迹控制点F、G间弧半径R4之间的夹角，
β为轨迹控制点E、F间弦长L3的延长线21与轨迹控制点F、G间弦长L4之间的夹角，用录井导向软件，依据控点F坐标、控制点G坐标、第二段轨迹控制点F、G间弧半径R4,计算出第二段轨迹控制点F、G间弧线5，以此再推算第三段、第四段至更多段轨迹，最终形成层内整体的低幅长波轨迹。
[0013]本发明所提供的一种水平井录井导向轨迹优化方法，不仅限于上述实施例，只要是实施过程与本发明相同，都落入本发明保护范围。
【权利要求】
1.一种水平井录井导向轨迹优化方法，其特征在于: 着陆前的轨迹优化包括以下步骤: 第一步确定新靶点位置 在井眼轨迹剖面中，当井深钻至变轨点时，随钻分析认为目标层已下移，如把原靶点直接垂向移动一段距离，则变轨点将出现一个拐点；为实现在变轨点的共切点变轨，通过计算确定新靶点位置； 第二步推算新轨迹半径 用变轨点和新靶点坐标，计算出变轨点至新靶点的弧线半径； 第三步设计新靶点轨迹 用水平井导向分析软件，依据变轨点坐标、新靶点坐标、新轨迹半径，计算出变轨点至新靶点的弧线轨迹，消除在变轨点和入层点的两个轨迹拐点，保持着陆前轨迹的总体圆滑； 进层后轨迹优化包括以下步骤: 第四步设定峰谷控制线，建立轨迹控制点 在目标层剖面中，按照设计允许的上下振荡幅度，设定轨迹峰顶和谷底控制线，依据岩层展布形态、井下钻具造斜能力在轨迹峰顶和谷底控制线之间，建立所需的轨迹控制点； 第五步建立第一段轨迹 在第一段相邻控制点之间，依据轨迹控制点之间的弦长和弧高，计算出第一段轨迹的弧半径，依据第一段轨迹的弧半径，用录井导向软件计算出第一段弧线作为设计轨迹； 第六步建立第二段及以后各段轨迹 在第一段轨迹基础上，再建立第二段轨迹，两段轨迹必须在相交点位形成共切点，以保持轨迹转换的圆滑，依据第一段轨迹参数和第二段轨迹控制点坐标，计算出第二段弧半径，再用录井导向软件计算出第二段轨迹，以此再推算第三段、第四段至更多段轨迹，最终形成层内整体的低幅长波轨迹。
【文档编号】E21B7/04GK103510855SQ201310486691
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年10月17日 优先权日:2013年10月17日
【发明者】周文君, 吴章武, 李金顺, 成萍 申请人:中国石油集团渤海钻探工程有限公司