一种基于滑动导向钻井的水平井方向优先着陆控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于滑动导向钻井的水平井方向优先着陆控制方法，其包括以下步骤：S101、计算井底点的轨迹参数；S102、建立滑动导向钻井条件下的着陆轨迹约束方程；S103、根据入靶方向及着陆轨迹约束方程计算入靶点位置；S104、判别入靶点的位置是否位于靶区范围内；S105、优化着陆控制方案；S106、计算着陆控制方案的工艺技术参数；S107、计算着陆轨迹并输出设计结果。本发明专利技术结合滑动导向钻井的工艺技术特点，在优先满足水平井入靶方向要求的前提下，通过计算并校核入靶位置，采用单一的导向钻井工艺和技术参数实现了着陆入靶，从而用最简单的钻井工艺和最少的钻井工序来满足水平井着陆入靶的轨迹控制要求，技术方案简明、实用性强。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及石油钻井工程领域，具体涉及一种基于滑动导向钻井的水平井方向优先着陆控制方法。
技术介绍
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。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。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)，也没有优先考虑入靶方向的着陆轨迹控制方法。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。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中的上述问题，提出了一种基于滑动导向钻井的水平井方向优先着陆控制方法。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、建立滑动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、在工程实际允许的井斜角和方位角范围内，选取入靶方向，根据滑动导向钻井条件下的着陆轨迹约束方程和所选取的入靶方向计算入靶点在靶平面内的坐标；S104、判别所述入靶点的位置是否位于靶区范围内，如果是，则执行下一步骤，如果否，则返回到步骤S103，调整入靶方向重新计算入靶点的坐标；S105、优化着陆控制方案，用纵横网格线将井斜角和方位角的允许范围划分成若干个单元，将每个纵横网格线的交点作为一个入靶方向，采用步骤S103到S104的方法计算出各入靶方向所对应的入靶位置，综合考虑所述入靶方向和入靶位置，选取较优的入靶方向区域，进一步细划网格线，不断优化着陆控制方案，得到最优的着陆控制方案；S106、根据所述井底点的轨迹参数、所述最优着陆控制方案的入靶方向和入靶位置，按滑动导向钻井特征，计算出最优着陆控制方案的工艺技术参数，所述工艺技术参数包括工具造斜率、工具面角及井段长度；S107、根据着陆控制方案及井眼轨迹设计要求，计算出着陆轨迹上各分点的轨迹参数，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。根据本专利技术的一个实施例，在执行步骤S102时，按照以下步骤建立滑动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：N=Nt-ysinφzE=Et+ycosφzH=Ht-x]]>式中，Nt、Et、Ht分别为首靶点t的北坐标、东坐标和垂深坐标；φz为靶平面的法线方位；S203、建立滑动导向钻井条件下的着陆轨迹方程：N=Nb+λgNE=Eb+λgEH=Hb+λgH]]>其中，gN=sinαbcosφb+sinαecosφegE=sinαbsinφb+sinαesinφegH=cosαb+cosαe]]>cosε＝cosαbcosαe+sinαbsinαecos(φe-φb)式中，Nb、Eb、Hb分别表示井底点的北坐标、东坐标和垂深坐标；ΔLb，e为着陆轨迹的井段长度；ε为着陆轨迹的弯曲角；αb、φb分别为井底点的井斜角和方位角；αe、φe分别为入靶点的井斜角和方位角；R为工具造斜率κ所对应的曲率半径；S204、建立滑动导向钻井条件下的着陆轨迹约束方程，由于入靶点是着陆轨迹与靶平面的交点，所以入靶点的轨迹参数应满足以下方程：Nt-yesinφz=Nb+λgNEt+yecosφz=Eb+λgEHt-xe=Hb+λgH]]>式中，xe和ye入靶点在靶平面内的坐标。根据本专利技术的另一个实施例，在执行步骤S103时，按照以下公式计算入靶点在靶平面内的坐标xe和ye：xe=ΔHb,t-gHΔNb,tcosφz+ΔEb,tsinφzgNcosφz+gEsinφzye=gEΔNb,t-gNΔEb,tgNcosφz+gEsinφz]]>其中ΔNb,t=Nt-NbΔEb,t=Et-EbΔHb,t=Ht-Hb]]>。根据本专利技术的另一个实施例，在执行步骤S106时，按以下方法计算着陆控制方案的工具造斜率、工具面角及井段长度：着陆轨迹在井底点处的工具面角为：tanω=sinαbsinαesin(φe-φb)cosαbcosϵ-cosαe]]>滑动导向钻井的工具造斜率及井段长度的计算公式为若ε＝0，则工具造斜率κ＝0，着陆轨迹的井段长度ΔLb，e为：ΔLb，e＝2λ其中，λ=ΔNb,tcosφz+ΔEb,tsinφzgNcosφz+gEsinφz]]>若ε≠0，则工具造斜率κ和着陆轨迹的井段长度ΔLb，e为：κ=180πR]]>ΔLb,e=π180Rϵ]]>其中，R=λtanϵ2]]>。本专利技术带来了以下有益效果：(1)结合滑动导向钻井的工艺技术特点，在优先满足水平井入靶方向要求的前提下，通过计算并校核入靶位置，采本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于滑动导向钻井的水平井方向优先着陆控制方法，其特征在于，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(b)的轨迹参数，所述轨迹参数包括所述井底点(b)的井斜角、方位角和空间坐标；S102、建立滑动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、在工程实际允许的井斜角和方位角范围内，选取入靶方向，根据滑动导向钻井条件下的着陆轨迹约束方程和所选取的入靶方向计算入靶点(e)在靶平面内的坐标；S104、判别所述入靶点(e)的位置是否位于靶区范围内，如果是，则执行下一步骤，如果否，则返回到步骤S103，调整入靶方向重新计算入靶点(e)的坐标；S105、优化着陆控制方案，用纵横网格线将井斜角和方位角的允许范围划分成若干个单元，将每个纵横网格线的交点作为一个入靶方向，采用步骤S103到S104的方法计算出各入靶方向所对应的入靶位置，综合考虑所述入靶方向和入靶位置，选取较优的入靶方向区域，进一步细划网格线，不断优化着陆控制方案，得到最优的着陆控制方案；S106、根据所述井底点(b)的轨迹参数、所述最优着陆控制方案的入靶方向和入靶位置，按滑动导向钻井特征，计算出最优着陆控制方案的工艺技术参数，所述工艺技术参数包括工具造斜率、工具面角及井段长度；S107、根据着陆控制方案及井眼轨迹设计要求，计算出着陆轨迹上各分点的轨迹参数，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。...

【技术特征摘要】
1.一种基于滑动导向钻井的水平井方向优先着陆控制方法，其特征在
于，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(b)的轨迹参数，所述轨迹参数包括所述井底点(b)的井
斜角、方位角和空间坐标；
S102、建立滑动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、在工程实际允许的井斜角和方位角范围内，选取入靶方向，根据滑动
导向钻井条件下的着陆轨迹约束方程和所选取的入靶方向计算入靶点(e)在靶平
面内的坐标；
S104、判别所述入靶点(e)的位置是否位于靶区范围内，如果是，则执行
下一步骤，如果否，则返回到步骤S103，调整入靶方向重新计算入靶点(e)的
坐标；
S105、优化着陆控制方案，用纵横网格线将井斜角和方位角的允许范围划分
成若干个单元，将每个纵横网格线的交点作为一个入靶方向，采用步骤S103到
S104的方法计算出各入靶方向所对应的入靶位置，综合考虑所述入靶方向和入
靶位置，选取较优的入靶方向区域，进一步细划网格线，不断优化着陆控制方案，
得到最优的着陆控制方案；
S106、根据所述井底点(b)的轨迹参数、所述最优着陆控制方案的入靶方
向和入靶位置，按滑动导向钻井特征，计算出最优着陆控制方案的工艺技术参数，
所述工艺技术参数包括工具造斜率、工具面角及井段长度；
S107、根据着陆控制方案及井眼轨迹设计要求，计算出着陆轨迹上各分点的
轨迹参数，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。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在执行步骤S102时，按照以下
步骤建立滑动导向钻井条件下的着陆轨迹约束方程：
S201、建立以首靶点(t)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：
N=Nt-ysinφzE=Et+ycosφzH=Ht-x]]>式中，Nt、Et、Ht分别为首靶点(t)的北坐标、东坐标和垂深坐标；φz为靶
平面的法线方位；
S203、建立滑动导向钻井条件下的着陆轨迹方程：
N=Nb+λgNE=Eb+λgEH=Hb+λgH]]>其中，gN=sinαbcosφb+sinαecosφegE...

【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