[发明专利]一种基于复合导向钻井的水平井着陆控制方法

权利要求书

1.一种基于复合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、根据随钻测量所获取的测斜数据，按实际使用的导向钻井工艺，采用外推法来计算井底点(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、建立复合导向钻井条件下的着陆轨迹约束方程，形成着陆轨迹与靶区的约束关系，作为着陆控制方案的设计条件；

S103、在靶平面上选定入靶点(e)的位置并基于所述井底点(b)的轨迹参数求解着陆轨迹约束方程，得到着陆轨迹的轨迹特征参数，所述轨迹特征参数包括着陆轨迹的井斜变化率、方位变化率和井段长度；

S104、基于所述井底点(b)的轨迹参数和着陆轨迹的轨迹特征参数，计算入靶方向，所述入靶方向包括入靶井斜角和方位角；

S105、校核所述入靶方向是否满足工程要求，如果满足要求，则着陆控制方案可行，执行下一个步骤，否则，调整入靶点位置并返回到步骤S103，重复执行步骤S103和S104以获得满足工程要求的入靶方向；

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S103到步骤S105的方法计算各入靶位置所对应的入靶方向，结合工程实际综合考虑入靶位置和入靶方向选出较优的入靶区域，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，按自然曲线模型计算着陆轨迹的分点参数，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。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在执行步骤S102时，按照以下步骤建立复合导向钻井条件下的着陆轨迹约束方程：

S201、建立以首靶点(t)为原点的靶点坐标系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；

S202、建立靶点坐标系t—xyz与井口坐标系O—NEH的转换关系：

N=Nt-ysinφzE=Et+ycosφzH=Ht-x]]>

式中，N_t、E_t、H_t分别为首靶点(t)的北坐标、东坐标和垂深坐标，φ_z为靶平面的法线方位；

S203、建立复合导向钻井条件下的着陆轨迹方程：

其中，AP=αb+φbAQ=αb-φb]]>

κP=κα+κφκQ=κα-κφ]]>

FS(A,κ)=180πκ[sin(A+κΔL)-sinA]FC(A,κ)=180πκ[cos(A+κΔL)-cosA]]]>

式中，L为井深，α、φ分别为井斜角和方位角，N、E、H分别为北坐标、东坐标和垂深坐标，κ_α、κ_φ分别为井斜变化率和方位变化率，ΔL、ΔN、ΔE、ΔH分别为着陆轨迹上任一点距井底点(b)的增量，α_b、φ_b分别为井底点(b)的井斜角和方位角；

S204、建立复合导向钻井条件下的着陆轨迹约束方程，由于入靶点(e)是着陆轨迹与靶平面的交点，所以入靶点(e)的轨迹参数应满足以下方程：

ΔNb,t-yesinφz=ΔNb,eΔEb,t+yecosφz=ΔEb,eΔHb,t-xe=ΔHb,e]]>

其中，

ΔNb,t=Nt-NbΔEb,t=Et-EbΔHb,t=Ht-Hb]]>

式中，N_b、E_b、H_b分别表示井底点(b)的北坐标、东坐标和垂深坐标，x_e和y_e为入靶点(e)在靶平面的坐标。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述步骤S103中，按照以下步骤求解着陆轨迹约束方程：

S301、选取井段长度的初值ΔL_b，e⁰，其计算公式如下：

ΔLb,e0=ΔNb,t2+ΔEb,t2+ΔHb,t2]]>

S302、求解井斜变化率κ_α：

若ΔL_b，e⁰cosα_b＝ΔH_b，t-x_e，则井斜变化率κ_α＝0；否则，由下式用迭代法计算井斜变化率κ_α：

180πκα[sin(αb+καΔLb,e0)-sinαb]=ΔHb,t-xe]]>

S303、求解方位变化率κ_φ：由下式用迭代法计算方位变化率

aΔE_b，e＝bΔN_b，e

其中，

a=ΔNb,t-yesinφzb=ΔEb,t+yecosφz]]>

ΔE_b，e和ΔN_b，e的计算公式如下：

S304、求解井段长度：由下式用迭代法计算井段长度

ΔN_b，e²+ΔＥ_b，e²＝a²+b²

S305、判别是否满足设计精度要求，若由步骤S304求得的井段长度ΔL_b，e与井段长度的初值ΔL_b，e⁰相比，满足设计精度要求，即满足条件|ΔL_b，e-ΔL_b，e⁰|＜ε(ε为井深的计算精度)，则结束迭代计算，从而得到着陆轨迹的井段长度ΔL_b，e、井斜变化率κ_α和方位变化率κ_φ；否则，令ΔL_b，e＝ΔL_b，e⁰，返回到步骤S302，重复上述计算，直到满足精度要求ε为止；

S306、若井段长度满足了设计精度要求，则井斜变化率和方位变化率也随之满足设计精度要求，从而得到着陆轨迹的轨迹特征参数。