[发明专利]一种基于滑动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，尤其涉及一种基于滑动导向钻井的水平井着陆控制方法。

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；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。

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，现有的着陆轨迹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，提出了一种在水平井中基于滑动导向钻井条件的着陆控制方法。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、基于所述轨迹参数和所述坐标增量判别着陆轨迹的基本形状并确定着陆轨迹的设计方法；

S104、基于着陆轨迹的基本形状并按入靶位置要求设计着陆轨迹求得着陆轨迹特征参数，所述着陆轨迹特征参数包括入靶井斜角和方位角、着陆轨迹的曲率半径、工具面角和井段长度；

S105、校核由步骤S104算得的入靶井斜角和方位角是否满足工程要求，如果满足要求，则着陆控制方案可行，执行下面的步骤，否则，返回到步骤S102重新选取入靶点位置，重复执行步骤S102到步骤S104以获得满足工程要求的入靶井斜角和方位角；

S106、继续优化着陆控制方案，用纵横网格线将靶区窗口划分成多个网格单元，分别将每个纵横网格线的交点作为一个入靶点位置，然后采用步骤S102到S104的方法计算各入靶位置对应的入靶方向，按照工程要求从一系列入靶位置、入靶方向中选出入靶位置较优的区域，进一步细化网格线，不断优化着陆控制方案，从而确定出最优的着陆控制方案；

S107、根据所述最优的着陆控制方案及着陆轨迹特征参数，按空间圆弧模型计算着陆轨迹上各分点的轨迹参数，并以图表形式输出设计结果，作为水平井着陆控制施工的依据。

根据本发明的一个实施例，在所述步骤S101中，按照以下步骤计算所述井底点的井斜角、方位角及空间坐标：

S201、利用随钻测量仪器获取一系列测点M_i(i＝1，2，...，n)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，如果实钻轨迹采用旋转导向钻井方式，井眼轨迹为圆柱螺线模型，所述轨迹特征参数为井眼轨迹在垂直剖面图和水平剖面图上的曲率，按以下公式进行计算：