[发明专利]一种基于复合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，尤其涉及一种基于复合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，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钻井工艺及工序，以减少施工难度、提高井身质量。另外，现有的着陆轨迹控制方法不涉及靶区窗口(靶平面)，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。

复合导向钻井是转盘与井下马达同时驱动钻头工作的一种钻井工艺技术，不用起钻变更钻具组合就能实现滑动导向钻井和旋转导向钻井的各种功能，从而实现对井眼轨迹的连续控制，具有机械钻速高、起下钻时间少、井眼轨迹平滑等优点。然而，针对于复合导向钻井工艺技术，现有技术中还没有提出井眼轨迹控制方案及其设计方法。

综上，现有的着陆轨迹控制技术存在以下缺点：(1)钻井工艺复杂，需要多个井段才能实现着陆入靶；(2)着陆控制方案不涉及靶平面，也不涉及入靶方向和入靶位置的校核问题；(3)没有着陆控制方案的优化方法；(4)没有针对复合导向钻井工艺的着陆控制方法。

发明内容

本发明针对现有技术中的上述问题，提出了一种基于复合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、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的位置并基于所述井底点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。

根据本发明的一个实施例，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：