[发明专利]一种基于旋转导向钻井的水平井着陆控制方法

说明书

技术领域

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

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—曲线段—直线段”剖面，最简化的井身剖面为“曲线段—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—曲线段—直线段—曲线段—直线段”剖面，最简化的井身剖面为“曲线段—直线段—曲线段”剖面，如图2所示。

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。

综上，现有的着陆控制技术存在以下缺点：(1)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

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：

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；

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；

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：

其中，

Δ_h＝ΔN_b，esinφ_b-ΔE_b，ecosφ_b

C_h＝ΔN_b，ecosφ_b+ΔE_b，esinφ_b

式中，κ_h为着陆轨迹在水平投影图上的曲率；ΔN_b，e、ΔE_b，e分别为井底点到入靶点的北坐标和东坐标的坐标增量；φ_b为井底点的方位角；φ_e为入靶方位角；ΔS_b，e为水平投影长度；

S104、在旋转导向钻井条件下，根据井底点与入靶点之间的坐标增量、所述轨迹参数和步骤S103中所计算出的水平投影长度，按入靶位置要求及圆柱螺线模型设计着陆轨迹的垂直剖面图，得到着陆轨迹在垂直剖面图上的曲率、入靶井斜角和井段长度，其计算公式如下：

其中，

Δ_v＝ΔH_b，esinα_b-ΔS_b，ecosα_b

C_v＝ΔH_b，ecosα_b+ΔS_b，esinα_b