[发明专利]小井斜情况下的井眼轨迹控制方法及装置

说明书

本发明提供了一种小井斜情况下的井眼轨迹控制方法，其包括：根据导向钻具与井眼轨迹之间的相互作用机理，建立了小井斜情况下的导向钻具工作特性与井眼轨迹空间形态之间的相互约束关系；提供了用工具造斜率和定向方位角表征导向钻具工作特性的方法，建立了导向钻具的工作特性方程以及工作特性曲线制作方法，能随钻监测导向钻具的工作特性，并便于比较实际与设计工作特性的符合情况；提供了利用导向钻具的工作特性曲线控制井眼轨迹的方法，提高了井眼轨迹控制的有效性和实用性。本发明适用于定向井、水平井、大位移井等各种复杂结构井的设计与施工，适用于滑动导向、旋转导向、复合导向等各种钻井方式，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及石油钻井中的井眼轨迹控制，具体而言，涉及小井斜情况下的井眼轨迹控制方法及装置。

背景技术

井眼轨迹的控制目标是井眼轨迹的井斜角、方位角及其变化规律，其技术途径是控制导向钻具的工作特性。导向钻具的工作特性普遍使用工具造斜率和工具面角来表征。然而。当井斜角α＝0°时不存在井眼高边，也就不存在以井眼高边为基准的工具面角，从而无法使用工具面角进行定向/导向。事实上，当井斜角较小时井眼高边方向的稳定性差，此时不宜使用工具面角进行定向。为解决小井斜情况下的定向问题，业内引入了磁性工具面角的概念，但是还没有解决磁性工具面角与井眼轨迹之间的关系问题。

此外，当前普遍使用垂直投影图、水平投影图、三维轨迹图等监测井眼轨迹，以对比分析实钻井眼轨迹与设计井眼轨迹的符合情况。但是，没有与井眼轨迹相适应的导向钻具的工作特性曲线图，致使导向钻具控制与井眼轨迹控制之间脱节，也不便于对比分析实际工作特性与设计工作特性的符合情况。

关于导向钻具与井眼轨迹之间的相互作用关系，现有技术主要研究了滑动导向钻井和空间圆弧模型，对于其它的导向钻井方式和井眼轨迹模型有局限性。

因此，亟需解决小井斜情况下的定向及井眼轨迹控制问题。

发明内容

本发明为解决上述技术问题，提供了一种小井斜情况下的井眼轨迹控制方法。该方法包括以下步骤：

S101、根据地质和工程要求预先设计井眼轨迹，得到井眼轨迹的节点及分点参数，然后提取井眼轨迹上各点处的特征参数，其中所述特征参数包括井斜角、井斜变化率、方位变化率；

S102、根据所述井眼轨迹的特征参数，计算导向钻具的工作特性参数，其中所述工作特性参数包括工具造斜率和定向方位角；

S103、根据所述工作特性参数，以井深为自变量，绘制导向钻具的工作特性曲线；

S104、在导向钻井过程中，随时测量导向钻具的实际工作特性参数，将实际与设计的导向钻具工作特性参数绘制在同一张图上，用以监测导向钻具的实际工作特性是否符合设计，当导向钻具的实际与设计工作特性偏差较大时，应校正控制方案。

在根据本发明的小井斜情况下的井眼轨迹控制方法中，优选的是，在步骤S102中，设计导向钻具的工作特性参数时，井眼轨迹的特征参数与导向钻具的工作参数之间的特定关系满足以下关系式：

其中，α为井斜角，单位为度；φ为方位角，单位为度；κ_α为井斜变化率，单位为度/30米；κ_φ为方位变化率，单位为度/30米；κ为工具造斜率，单位为度/30米；φ_w为定向方位角，单位为度。

在根据本发明的小井斜情况下的井眼轨迹控制方法中，优选的是，在步骤S103中，绘制导向钻具的工作特性曲线包括以下步骤：

以κ_φsinα为横轴、以κ_α为纵轴建立直角坐标系，使得工具造斜率κ相当于极坐标系的矢径，定向方位角φ_w相当于极坐标系的极角；