[发明专利]超短半径水平井万向打孔筛管完井系统及完井方法

权利要求书

1.超短半径水平井万向打孔筛管完井系统，所述水平井包括直井段(61)、造斜段(62)以及水平段(63)，其特征在于，所述完井系统包括修井机(1)、钻井机构(2)、检测机构(5)、下管机构(4)以及地面控制机构(3)，所述修井机(1)、钻井机构(2)、检测机构(5)以及下管机构(4)分别与地面控制机构(3)电连接，所述修井机(1)用于带动钻井机构(2)进行钻井作业，所述检测机构(5)用于获取钻井过程中的钻井数据，所述下管机构(4)用于钻井后送入筛管，所述地面控制机构(3)用于对预设的钻井数据和实时获取的钻井过程中的钻井数据进行处理，并通过修井机(1)及时调整钻井机构(2)的钻井作业；

所述钻井机构(2)包括第一钻井组件(21)和第二钻井组件(22)，所述第一钻井组件(21)和第二钻井组件(22)的底部分别设置有导斜器(23)以及动力水龙头(24)，所述导斜器(23)用于打磨套管窗口，所述动力水龙头(24)用于打磨井壁；所述第一钻井组件(21)用于水平井的直井段(61)和造斜段(62)的钻进；所述第二钻井组件(22)用于水平井的水平段(63)的钻进；

所述第一钻井组件(21)包括第一钻杆和第一钻具，所述第一钻杆与修井机(1)的转盘面可拆卸连接，所述第一钻具安装在第一钻杆底部；

所述第二钻井组件(22)包括第二钻杆和第二钻具，所述第二钻杆与修井机(1)的转盘面可拆卸连接，所述第二钻具安装在第二转杆底部；

所述检测机构(5)包括陀螺仪(51)和随钻测量仪(52)，所述陀螺仪(51)用于检测并确定钻具的第一指向方位，所述随钻测量仪(52)用于检测具钻进路径的第二指向方位；

所述下管机构(4)包括牛鼻导头、若干万向筛管(41)、若干反扣接头(42)以及若干反扣丢手(43)，所述万向筛管(41)上开设有若干开孔(411)，且万向筛管(41)外部包裹有绕丝层，所述下管机构(4)的最底部一组的连接顺序为牛鼻导头、万向筛管(41)、反扣接头(42)以及反扣丢手(43)，所述反扣接头(42)和反扣丢手(43)万向连接；

所述地面控制机构(3)配置有造斜段钻进单元(31)、水平段钻进单元(32)以及下管控制单元(33)；

所述造斜段钻进单元(31)配置有造斜段(62)钻进策略，所述造斜段(62)钻进策略包括：将第一钻具由工作管柱送至窗口；采用陀螺仪(51)多次定位测量并确定第一钻具的马达方向，按照预设的设计方向，开始造斜滑动钻进；同时下入随钻测量仪(52)进行实时监测，并以随钻测量仪(52)采集到不受磁性干扰的数据作为正确的数据；根据随钻测量仪(52)实时监测的数据和陀螺仪(51)测量的数据进行处理，准确预测造斜段(62)终点的井斜和方位，完成造斜段(62)的作业；

所述水平段钻进单元(32)配置有水平段(63)钻进策略，所述水平段(63)钻进策略包括：使用第二钻具钻水平段(63)，同时使用的第二钻杆的长度根据设计的水平段(63)的长度进行调整；下钻到套管窗口之上5-10米，下入随钻测量仪(52)并坐挂到钻杆里；继续下钻到底，根据造斜段(62)结束点的井斜和方位，以及根据随钻测量仪(52)实时监测的数据和陀螺仪(51)测量的数据，调整井斜和方位到预测值；使用动力水龙头(24)旋转钻进，确保井眼平滑；根据实时的井眼轨迹和岩屑录井情况，精确控制井眼在油层里钻进；按照设计钻达完钻井深，起出钻具；

所述下管控制单元(33)配置有下管控制策略，所述下管控制策略包括：组合万向筛管(41)，组合方式自下而上为：牛鼻导头、万向筛管(41)、反扣接头(42)、反扣丢手(43)以及钻杆，钻杆连接转盘面；滑动下放上述万向筛管(41)组合通过造斜段(62)并送达设计深度；提起钻杆柱至正常悬重；缓慢转动工作管柱，从反扣丢手(43)中退出；起钻，甩下钻杆和上部的反扣接头(42)；

所述造斜段(62)钻进策略还包括：每隔第一时间获取一次陀螺仪(51)以及随钻测量仪(52)检测的数据，陀螺仪(51)的检测数据包括钻具的第一指向方位，所述随钻测量仪(52)的检测数据包括第一钻具钻进路径的第二指向方位；

根据第一指向方位和第二指向方位建立三维坐标系，设定X、Y、Z轴，分别选取第一单位量的第一指向方位和第二指向方位并记作第一指向单位向量和第二指向单位向量；分别将第一指向单位向量和第二指向单位向量置于三维坐标系中；

获取第一指向单位向量的起点坐标(X1q，Y1q，Z1q)和终点坐标(X1z，Y1z，Z1z)，获取第二指向单位向量的起点坐标(X2q，Y2q，Z2q)和终点坐标(X2z，Y2z，Z2z)；

获取若干次获取的第一指向单位向量的起点坐标和终点坐标以及第二指向单位向量的起点坐标和终点坐标，再分别将X轴的起点坐标、Y轴的起点坐标以及Z轴的起点坐标带入第一算法计算出X轴起点偏差值、Y轴起点偏差值以及Z轴起点偏差值，分别将X轴的终点坐标、Y轴的终点坐标以及Z轴的终点坐标带入第一算法计算出X轴终点偏差值、Y轴终点偏差值以及Z轴终点偏差值；

将X轴起点偏差值、Y轴起点偏差值以及Z轴起点偏差值分别带入第二算法中求得X轴起点矫正坐标为Xqj、Y轴起点矫正坐标为Yqj以及Z轴起点矫正坐标为Zqj，将X轴终点偏差值、Y轴终点偏差值以及Z轴终点偏差值带入第三算法中求得X轴终点矫正坐标为Xzj、Y轴终点矫正坐标为Yzj以及Z轴终点矫正坐标为Zzj；

获取起点矫正坐标(Xqj，Yqj，Zqj)以及终点矫正坐标(Xzj，Yzj，Zzj)，连接起点矫正坐标和终点矫正坐标形成矫正方位向量，根据矫正方位向量及时调整第一钻具的方位；

所述第一算法配置为：P_i＝(A₁-B₁)+(A₂-B₂)...+(A_i-B_i)；所述第二算法配置为：P_jq＝α(P_1q+P_i)；所述第三算法配置为：P_jz＝β(P_1z+P_i)；其中，在第一算法中，Pi为X轴起点偏差值、Y轴起点偏差值、Z轴起点偏差值、X轴终点偏差值、Y轴终点偏差值以及Z轴终点偏差值中的一种，A为第一指向单位向量的起点坐标或终点坐标，B为第二指向单位向量的起点坐标或终点坐标，i为获取的第一指向单位向量或第二指向单位向量的数量；通过第一算法进行计算时，需要进行坐标对应，具体为第一指向单位向量的起点坐标和第二指向单位向量的起点坐标一一对应带入，第一指向单位向量的终点坐标和第二指向单位向量的终点坐标一一对应带入；在第二算法中，Pjq为X轴起点矫正坐标为Xqj、Y轴起点矫正坐标为Yqj以及Z轴起点矫正坐标为Zqj中的一个，P1q为第一指向单位向量的起点坐标中的一个，α为起点转换系数；在第三算法中，Pjz为X轴终点矫正坐标为Xzj、Y轴终点矫正坐标为Yzj以及Z轴终点矫正坐标为Zzj中的一个，P1z为第一指向单位向量的终点坐标中的一个，β为终点转换系数。