深La处的井斜角0A、地理方位角a,;井深L,包括圆弧造斜段AB终 点B的井深Lb、目标祀点E对应的井深Le，Lb=La+Lab，Le=La+Lab+Lbe; 0 .i、ai包括井深LB 井斜角0e、地理方位角ae和井深Le的井斜角0e、地理方位角ae，因为斜直线稳斜段邸 的井斜角、方位角保持不变，Qe= 0e，°e=曰e。 阳130] 如果公式（20)在井深Le处逆向反演的中祀坐标与目标祀点的坐标狂e、Ye、而）完 全一致或误差极小（一般，误差小于0. 05米），进入下一步输出轨迹设计及控制参数，否则， 回到P2重新设计计算。 阳131] (P7)输出轨迹及控制参数：
[0132] 输出圆弧造斜段AB的全弯曲角丫和圆弧造斜段AB的长度Lab、斜直线稳斜段邸 的长度Lee、圆弧造斜段AB终点B的中祀井斜角0e、中祀方位角改变量Aa和由Aa计算 得出的圆弧造斜段AB终点B的中祀方位角a,、在圆弧造斜段AB起始点A的工具面角0、 圆弧造斜段AB内各个井深L,的井斜角0 ,和由相对于圆弧造斜段AB起始点A方位角aA 的方位角改变量Aa,计算得到的a,、圆弧造斜段AB+斜直线稳斜段BE的各个井深的计 算坐标，用于指导定向井轨迹控制的实施。
【主权项】
1. 一种三维定向井轨迹设计及控制参数判别方法，其特征在于包括以下步骤： (P1)给定已知参数： 在井口为原点、以地理北为X轴正向、以X轴于地平面正向顺时针旋转90°为Y轴正 向、以铅垂指向的地心方向为Z轴正向建立的相对地理坐标系中，目标靶点E的地理坐标为 (XE、YE、Z E)，圆弧造斜段AB起始点A的井深为LA、井斜角为0 A、方位角为a A，圆弧造斜段 AB起始点A之上部井段的每一点队对应的井深为L i、井斜角为0 i、方位角为a 1; (P2)轨迹的革巴参数计算： 自造斜起始点A之下，以圆弧造斜段AB+圆弧造斜段AB终点B切线的斜直线稳斜段BE 作为待设计的井眼轨道；依据步骤（P1)给定已知参数，选定造斜强度i ;采用斜面法轨迹设 计公式计算稳斜段BE的长度Lbe、圆弧造斜段AB的全弯曲角y和圆弧造斜段AB的长度Lab、 圆弧造斜段AB终点B的中靶井斜角0 B，以及中靶方位角a B相对于圆弧造斜段AB起始点 A的方位角a A的中靶方位角改变量A a ; (P3)轨迹中靶方位角改变量A a的判断取值： 设圆弧造斜段AB起始点A的切线与圆弧造斜段AB终点B的切线的交点C为全曲弯切 中点；以全曲弯切中点C在靶点E所在水平面I的投影C'为原点、以C'指向造斜段起始 点A的方位为X轴正向、以X轴在水平面I正向顺时针旋转90°为Y轴正向、以铅垂指向的 地心方向为Z轴正向建立右旋相对坐标系；以目标靶点E在右旋相对坐标系中相对C'的 坐标AX EjPAYEe对步骤（P2)计算得出的中靶方位角改变量A a进行判断取值； (P4)计算轨迹控制参数： 将圆弧造斜段AB起始点A的井斜角0A、步骤（P2)计算得到的中靶井斜角0B和步骤 (P3)判断选取的中靶方位角改变量A a，代入斜面法轨迹设计工具面角计算公式，计算在 圆弧造斜段AB起始点A的工具面角0 1; (P5)工具面角0的判断取值： 将圆弧造斜段AB起始点A的井斜角0A和步骤（P2)计算得到的圆弧造斜段AB的全弯 曲角y、中靶井斜角0B，代入另一个工具面角的函数关系式，计算在圆弧造斜段AB起始点 A的工具面角0 2;并与步骤（P4)计算得到的工具面角0 i对比，判断选取两个工具面角公 式计算结果重叠的相同数值0 ; (P6)轨迹的逆向反演及对比： 将圆弧造斜段AB起始点A的井斜角0A、步骤（P2)计算得到的圆弧造斜段AB的长度 LAB、步骤（P5)判断选取的工具面角0，代入圆弧造斜段AB内任意井深1^的井斜角0 ,和 相对于圆弧造斜段AB起始点A方位角a &的方位角改变量A a ^的轨迹参数反演公式，所 述圆弧造斜段内任意井深、包括圆弧造斜段AB终点B的井深LB，计算得出包括圆弧造斜段 终点B在内的各个井深1^的井斜角0 方位角改变量A a j;如果在圆弧造斜段AB终点 B井深LB处反演得出的井斜角和相对于圆弧造斜段AB起始点A方位角a A的方位角改变 量与步骤（P2)计算得到的中靶井斜角0B和步骤（P3)判断选取的中靶方位角改变量A a 完全一致，则证明步骤（P5)判断方法及判断选取的工具面角0正确，否则，回到步骤（P2) 重新设计计算； 将逆向反演证明是正确的圆弧造斜段内任意井深、的井斜角0 ,和由方位角改变量 A a ,计算得到的a ,、步骤（P2)计算得到的稳斜段BE的长度LBE及LBE对应的井斜角0 和方位角aBE，代入石油工程规范规定的井眼轨迹坐标计算公式；如果在目标靶点E对应井 深LE处计算得出的轨迹反演坐标与目标靶点E相对于井口的地理坐标（XE、YE、ZE)完全一 致或误差极小，证明步骤（P2)轨迹设计参数、步骤（P3)轨迹设计中靶方位角改变量Aa 的判断方法及选取的Aa数值、步骤（P4)计算轨迹设计控制参数和步骤（P5)判断方法及 判断选取的工具面角0正确，否则，回到步骤（P2)重新设计计算； (P7)输出轨迹及控制参数： 输出圆弧造斜段AB的全弯曲角y和圆弧造斜段AB的长度LAB、斜直线稳斜段BE的长 度LBE、圆弧造斜段AB终点B的中靶井斜角0B、中靶方位角改变量Aa和由Aa计算得 出的圆弧造斜段AB终点B的中靶方位角aB、在圆弧造斜段AB起始点A的工具面角0、圆 弧造斜段AB内各个井深1^的井斜角0 ,和由相对于圆弧造斜段AB起始点A方位角a,的 方位角改变量Aa,计算得到的a,、圆弧造斜段AB+斜直线稳斜段BE的各个井深的计算 坐标，用于指导定向井轨迹控制的实施。2. 根据权利要求1所述的三维定向井轨迹设计及控制参数判别方法，其特征在于：步 骤（P2)中，采用如下公式计算圆弧造斜段AB终点B设计中靶方位角a8相对于圆弧造斜 段AB起始点A方位角aA的中靶方位角改变量Aa:上式中，％、<^分别为设计圆弧造斜段AB终点B的中靶井斜角、中靶地理方位角，0 A、aA为圆弧造斜段AB的起始点A的井斜角、地理方位角，y为圆弧造斜段AB的全弯曲角，k 为余弦函数的周期系数，取0或1。3. 根据权利要求1所述的三维定向井轨迹设计及控制参数判别方法，其特征在于：步 骤（P3)中，采用如下准则对轨迹设计中靶方位角改变量Aa进行判断取值：其中，XEC、YEC采用以下公式计算：上式中，Xc、Yc分别是全曲弯切中点C在P1建立的相对地理坐标系中的X、Y坐标。4. 根据权利要求1所述的三维定向井轨迹设计及控制参数判别方法，其特征在于：步 骤（P4)中，采用如下公式计算在圆弧造斜段AB起始点A的工具面角01:上式中，Aa为P3判断选取的中靶方位角改变量，k为余切函数的周期系数，取0或1 或2。5. 根据权利要求1所述的三维定向井轨迹设计及控制参数判别方法，其特征在于：步 骤（P5)中，采用如下的另一个公式计算在圆弧造斜段AB起始点A的工具面角02:上式中，k为余弦函数的周期系数，取0或1 ; 步骤（P5)中，利用以下准则判断选取两个工具面角公式计算结果重叠的相同数值0 : pPjn^ 2〇6. 根据权利要求1所述的三维定向井轨迹设计及控制参数判别方法，其特征在于：步 骤（P6)中，采用如下公式逆向反演圆弧造斜段内任意井深L,处的井斜角0 ,和方位角改变 量AaJ: 9j=arccos(cos(cos9Acos((L厂LA)Xi)-sin9Asin((L「LA)Xi)cos0 )上式中，LA为圆弧造斜段AB起始点A的井深，i为圆弧造斜段AB选择的造斜强度，0 为步骤（P5)判断选取的工具面角，所述圆弧造斜段内任意井深1^处包括圆弧造斜段AB终 点B井深LB处。
【专利摘要】本发明公开了一种三维定向井轨迹设计及控制参数判别方法，该方法包括：以目标靶点相对于斜平面圆弧轨迹全曲弯切中点在靶点水平面的相对坐标建立判别准则，对设计中靶方位角相对于圆弧轨迹起始点方位角的改变量进行判断和取值；以工具面角双公式计算数值的交叠准则对设计工具面角进行判断取值；按照判别选取得工具面角采用轨迹逆向反演验证中靶设计参数及中靶坐标。相对于传统的目标参数判别方法，本发明可以避免直接采用靶点闭合方位差判断所存在的0°方位角二义性问题和按照0°～360°四等分不同象限工具面角的作用规律对工具面角判断可能存在偏差的问题，技术方法简明，适用性强。
【IPC分类】E21B47/022
【公开号】CN105114059
【申请号】CN201510466178
【发明人】吴翔, 陆洪智, 陈卫明, 蒋国盛, 窦斌, 方圆, 陈天柱
【申请人】中国地质大学（武汉）
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年8月3日