一种导向钻井入靶形势预测的通用方法技术

本发明专利技术公开了一种导向钻井入靶形势预测的通用方法，包括以下步骤：基于实钻轨迹最后两测点的测斜数据，计算末测段的轨迹特征参数；基于实钻轨迹末测段的轨迹特征参数计算井底点的轨迹参数；建立通用的靶平面方程以及靶点坐标系与井口坐标系之间的坐标转换关系；按着陆控制的预期导向钻井工艺，确定预测轨迹的井眼轨迹模型及轨迹特征参数，并建立预测轨迹的坐标方程；建立并求解预测轨迹的约束方程，得到预测轨迹的井段长度；计算入靶位置并判别是否中靶，预测入靶方向。本发明专利技术提供的方法能预测出入靶位置和入靶方向，适用于定向井、水平井等不同井型甚至特殊形态的靶区以及滑动导向钻井、旋转导向钻井、复合导向钻井等各种钻井方式。

【技术实现步骤摘要】
一种导向钻井入靶形势预测的通用方法
本专利技术涉及石油钻井工程技术，尤其涉及一种导向钻井入靶形势预测的通用方法。
技术介绍
为了满足石油天然气的勘探开发要求，提高油气勘探成功率、开发采收率和油气井产量，每口油气井的《地质设计》都明确了靶点位置和靶区范围。行业标准要求：设计轨道应通过靶点，而实钻轨迹应控制在靶区范围内。通常，直井、定向井、大位移井等拥有1个靶点，其靶区为水平圆形区域；水平井一般拥有2个靶点，其靶区为斜长方体。为了便于评价井眼轨迹偏离靶点的程度，在每个靶点处都定义了一个靶平面。通常，直井、定向井、大位移井的靶平面为水平面，而水平井的靶平面为铅垂平面，如图1所示。显然，靶平面是靶区不可或缺的组成部分，并且在钻井过程中应控制实钻轨迹在靶平面的靶区范围内穿过。然而，在石油钻井过程中，要使实钻轨迹与设计轨道完全吻合是不可能的，因此在钻达各靶平面之前，需要随时预测实钻轨迹的入靶位置，判断是否能中靶，以便及时采取相应的钻井技术措施，确保“中靶”。此外，水平井还对入靶方向有很高的要求，以便控制实钻轨迹在靶区的三维控制体内穿行。目前，现有的井眼轨迹预测技术依赖于导向钻井方式，不具有通用性；而且缺少以靶区为目标的井眼轨迹预测技术，难以满足准确预判入靶位置和入靶方向的工程需求。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的缺点，提出一种导向钻井入靶形势预测的通用方法，适用于各种导向钻井方式条件下的入靶形势预测。该方法包括以下步骤：S101、基于实钻轨迹最后两测点的测斜数据，计算末测段的轨迹特征参数，所述测斜数据为井深、井斜角、方位角，所述轨迹特征参数用于表征最后测段的轨迹形状；S102、基于实钻轨迹末测段的轨迹特征参数，采用外推法计算井底点的轨迹参数，所述轨迹参数包括井斜角、方位角和空间坐标；S103、建立通用的靶平面方程以及靶点坐标系与井口坐标系之间的坐标转换关系，以适用于各种井型的靶平面；S104、按着陆控制的预期导向钻井工艺，确定预测轨迹的井眼轨迹模型及轨迹特征参数，并建立预测轨迹的坐标方程；S105、基于所述井底点的轨迹参数、预测轨迹的轨迹特征参数以及通用的靶平面方程，建立并求解预测轨迹的约束方程，得到预测轨迹的井段长度；S106、基于所述井底点的轨迹参数、预测轨迹的轨迹特征参数和井段长度，计算入靶位置并判别是否中靶，所述入靶位置为入靶点在靶点坐标系下的坐标；S107、基于所述井底点的轨迹参数、预测轨迹的轨迹特征参数和井段长度，预测入靶方向并校核是否满足工程要求，所述入靶方向包括入靶井斜角和方位角。具体地，在执行步骤S103时，建立了如下的靶平面方程以及靶点坐标系与井口坐标系之间的转换关系：(Ne-Nt)sinαzcosφz+(Ee-Et)sinαzsinφz+(He-Ht)cosαz＝0式中，Nt、Et、Ht分别为靶点的北坐标、东坐标和垂深坐标，αz、φz分别为靶平面的法线井斜角和法线方位角，xe、ye分别为入靶点在靶点坐标系下的坐标，Ne、Ee、He分别为入靶点的北坐标、东坐标和垂深坐标；所述靶平面方程以及靶点坐标系与井口坐标系之间的转换关系，适用于任意摆放姿态的靶平面，对于定向井和水平井中常用的水平靶和铅垂靶，只需选取特定的αz和φz数值，其中，对于水平靶，取αz=0°、φz=0°；对于铅垂靶，取αz=90°。具体地，在所述步骤S104中，首先按照着陆控制的预期导向钻井工艺，选取或理论计算出预测轨迹的轨迹特征参数，然后采用如下方法建立预测轨迹的坐标方程：对于空间圆弧模型：ΔNb,e＝R(cosαbcosφbcosω-sinφbsinω)(1-cosε)+RsinαbcosφbsinεΔEb,e＝R(cosαbsinφbcosω+cosφbsinω)(1-cosε)+RsinαbsinφbsinεΔHb,e＝-Rsinαbcosω(1-cosε)+Rcosαbsinε其中对于圆柱螺线模型：其中对于自然曲线模型：ΔHb,e＝FS(αb,κα)其中具体地，在所述步骤S105中，按以下约束方程求解预测轨迹的井段长度：(ΔNb,e-ΔNb,t)sinαzcosφz+(ΔEb,e-ΔEb,t)sinαzsinφz+(ΔHb,e-ΔHb,t)cosαz＝0具体地，在所述步骤S106中，按照以下步骤计算入靶点e在靶点坐标系下的坐标：其中具体地，在所述步骤S107中，按照以下步骤计算入靶井斜角和方位角：对于空间圆弧模型：对于圆柱螺线模型：对于自然曲线模型：本专利技术带来以下有益效果：（1）通过建立本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种导向钻井入靶形势预测的通用方法，其特征在于，包括以下步骤：S101、基于实钻轨迹最后两测点的测斜数据，计算末测段的轨迹特征参数，所述测斜数据为井深、井斜角、方位角，所述轨迹特征参数用于表征最后测段的轨迹形状；S102、基于实钻轨迹末测段的轨迹特征参数，采用外推法计算井底点的轨迹参数，所述轨迹参数包括井斜角、方位角和空间坐标；S103、建立通用的靶平面方程以及靶点坐标系与井口坐标系之间的坐标转换关系，以适用于各种井型的靶平面；S104、按着陆控制的预期导向钻井工艺，确定预测轨迹的井眼轨迹模型及轨迹特征参数，并建立预测轨迹的坐标方程；S105、基于所述井底点的轨迹参数、预测轨迹的轨迹特征参数以及通用的靶平面方程，建立并求解预测轨迹的约束方程，得到预测轨迹的井段长度；S106、基于所述井底点的轨迹参数、预测轨迹的轨迹特征参数和井段长度，计算入靶位置并判别是否中靶，所述入靶位置为入靶点在靶点坐标系下的坐标；S107、基于所述井底点的轨迹参数、预测轨迹的轨迹特征参数和井段长度，预测入靶方向并校核是否满足工程要求，所述入靶方向包括入靶井斜角和方位角。

【技术特征摘要】
1.一种导向钻井入靶形势预测的通用方法，其特征在于，包括以下步骤：S101、基于实钻轨迹最后两测点的测斜数据，计算末测段的轨迹特征参数，所述测斜数据为井深、井斜角、方位角，所述轨迹特征参数用于表征末测段的轨迹形状；S102、基于实钻轨迹末测段的轨迹特征参数，采用外推法计算井底点的轨迹参数，所述轨迹参数包括井斜角、方位角和空间坐标；S103、建立通用的靶平面方程以及靶点坐标系与井口坐标系之间的坐标转换关系，以适用于各种井型的靶平面；S104、按着陆控制的预期导向钻井工艺，确定预测轨迹的井眼轨迹模型及轨迹特征参数，并建立预测轨迹的坐标方程；S105、基于所述井底点的轨迹参数、预测轨迹的轨迹特征参数以及通用的靶平面方程，建立并求解预测轨迹的约束方程，得到预测轨迹的井段长度；S106、基于所述井底点的轨迹参数、预测轨迹的轨迹特征参数和井段长度，计算入靶位置并判别是否中靶，所述入靶位置为入靶点在靶点坐标系下的坐标；S107、基于所述井底点的轨迹参数、预测轨迹的轨迹特征参数和井段长度，预测入靶方向并校核是否满足工程要求，所述入靶方向包括入靶井斜角和方位角。2.如权利要求1所述的通用方法，其特征在于，在执行步骤S103时，建立了如下的靶平面方程以及靶点坐标系与井口坐标系之间的转换关系：(Ne-Nt)sinαzcosφz+(Ee-Et)sinαzsinφz+(He-Ht)cosαz＝0式中，Nt、Et、Ht分别为靶点(t)的北坐标、东坐标和垂深坐标，αz、φz分别为靶平面的法线井斜角和法线方位角，xe、ye分别为入靶点(e)在靶点坐标系下的坐标，Ne、Ee、He分别为入靶点(e)的北坐标、东坐标和垂深坐标；所述靶平面方程以及靶点坐标系与井口坐标系之间的转换关系，适用于任意摆放姿态的靶平面，对于定向井和水平井中常用的水平靶和铅垂靶，只需选取特定的αz和φz数值，其中，对于水平靶，取αz＝0°、φz＝0°；对于铅垂靶，取αz＝90°。3.如权利要求1所述的通用方法，其特征在于，在所述步骤S104中，首先按照着陆控制的预期导向钻井工艺，选取或理论计算出预测轨迹的轨迹特征参数，然后采用如下方法建立预测轨迹的坐标方程：对于空间圆弧模型：ΔNb,e＝R(cosαbcosφbcosω-sinφbsinω)(1-cosε)+RsinαbcosφbsinεΔEb,e＝R(cosαbsinφbcosω+cosφbsinω)(1-cosε)+RsinαbsinφbsinεΔHb,e＝-Rsinαbcosω(1-cosε)+Rcosαbsinε其中对于圆柱螺线模型：其中对于自然曲线模型：ΔHb,e＝FS(αb,κα)其中其中，Ne、Ee、He分别为入靶点(e)的北坐标、东坐标和垂深坐标，Nb、Eb、Hb分别为井底点(b)的北坐标、东坐标和垂深坐标，ΔNb,e为井底点(b)与入靶点(e)的北坐标的差值，ΔEb,e为井底点(b)与入靶点(e)的东坐标的差值，ΔHb,e为井底点(b)与入靶点(e)的垂深坐标的差值，αb、φb分别为井底点(b)的井斜角和方位角，ΔL为井段长度，R为曲率半径，ω为工具面角，ε为弯曲角，κv、κh分别为垂直...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘修善，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11