[发明专利]基于导向钻具工作特性的井眼轨迹预测方法

说明书

本发明提供了一种基于导向钻具工作特性的井眼轨迹预测方法，包括：根据导向钻井技术方案设计导向钻具的工作特性，得到预测井段内工具造斜率和工具面角的实施方案；基于导向钻具的工作特性，建立井眼轨迹的井斜变化率和方位变化率预测方程；根据井斜变化率和方位变化率的定义，建立井眼轨迹的井斜角和方位角预测方程；根据井眼轨迹的积分方程，建立井眼轨迹的空间坐标预测方程。根据所设计的导向钻具工作特性，本发明能预测出任一井深处的井斜角、方位角、空间坐标等各种井眼轨迹参数，适用于任何导向钻井方式及井眼轨迹模型，具有普遍适用性，可用于各种复杂结构井的设计与施工。

技术领域

本发明涉及石油钻井中的井眼轨迹预测，具体而言，涉及基于导向钻具工作特性的井眼轨迹预测方法及装置。

背景技术

目前，主要的井眼轨迹预测方法是：首先，基于钻具组合力学特性分析，计算钻头侧向力、钻头倾角等参数；然后，再基于钻头与地层的相互作用模型，预测井眼轨迹的井斜角、方位角等参数。这种方法在井眼轨迹预测与控制中发挥了重要作用。但是，上述方法也存在一些不足。这些不足主要包括：

所预测的井斜角和方位角只是一种井眼轨迹的趋势，需要继续钻进多少井深时才能达到所预测的井斜角和方位角并不确定；

导向钻具的工作特性与井眼轨迹的挠曲形态之间的相互关系不明确，在确定了某个井段内的导向钻具工作特性情况下，难以得到相应的井眼轨迹空间形态，即井斜角、方位角、井斜变化率、方位变化率、空间坐标等参数随井深的变化情况；

主要适用于滑动导向钻井方式以及井眼轨迹的空间圆弧模型，对于其它的导向钻井方式和井眼轨迹模型有局限性。

因此，需要提供一种能够有效预测井眼轨迹的技术方案，以指导实际钻井作业。

发明内容

本发明为解决上述技术问题，提供了一种基于导向钻具工作特性的井眼轨迹预测方法。该预测方法包括以下步骤：

(1)设计导向钻具的工作特性。根据导向钻井技术方案，设计导向钻具的工作特性，得到预测井段[L_A,L_B]内工具造斜率和工具面角的实施方案；

(2)预测井斜变化率。基于导向钻具的工作特性，建立井眼轨迹的井斜变化率预测方程，得到井斜变化率随导向钻具造斜率和工具面角的变化关系；

(3)预测井斜角。根据井斜变化率的定义，建立井眼轨迹的井斜角预测方程，得到井斜角随井深的变化关系；

(4)预测方位变化率。基于导向钻具的工作特性，建立井眼轨迹的方位变化率预测方程，得到方位变化率随导向钻具造斜率、工具面角及井斜角的变化关系；

(5)预测方位角。根据方位变化率的定义，建立井眼轨迹的方位角预测方程，得到方位角随井深的变化关系；

(6)预测空间坐标。根据井眼轨迹的积分方程，建立井眼轨迹的空间坐标预测方程，得到空间坐标随井深的变化关系。

根据本发明的基于导向钻具工作特性的井眼轨迹预测方法，所述导向钻具的工作特性为工具造斜率和工具面角，所述实施方案为工具造斜率和工具面角随井深的变化规律：

其中，L为井深，单位为米；κ为工具造斜率，单位为度/30米；ω为工具面角，单位为度。

根据本发明的基于导向钻具工作特性的井眼轨迹预测方法，所建立的井斜变化率预测方程为：

κ_α＝κcosω

其中，κ_α为井斜变化率，单位为度/30米。

根据本发明的基于导向钻具工作特性的井眼轨迹预测方法，所建立的井斜角预测方程为：