一种中靶优先着陆控制的通用导向钻井方法技术

本发明专利技术公开了一种中靶优先着陆控制的通用导向钻井方法，其包括以下步骤：根据测斜数据，采用外推法计算井底点的轨迹参数；在靶平面上选定入靶点的位置，计算入靶点的空间坐标；建立并求解着陆轨迹的约束方程，得到轨迹特征参数和井段长度；计算入靶方向，校核是否满足工程要求；用纵横网格线将靶区窗口划分成多个网格单元，分别将每个纵横网格线的交点作为一个入靶点位置，以进一步优化着陆控制方案；根据最优的着陆控制方案，按相应的井眼轨迹模型计算着陆轨迹的分点参数并输出设计结果。本发明专利技术可以采用最简单的工艺、最少的工序或者说最少的起下钻次数满足了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】
一种中靶优先着陆控制的通用导向钻井方法
本专利技术涉及石油钻井工程技术，尤其涉及一种中靶优先着陆控制的通用导向钻井方法。
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位置，也给定了入靶方向。无论是中靶控制方案还是软着陆控制方案，现有技术至少需要2个井段甚至多达5个井段，而每个井段可能会采用不同的导向钻井方式和工艺技术参数，并且需要进行若干次的起下钻。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工艺及工序，减少施工难度，提高井身质量。目前，已有一些关于定向井中靶控制和水平井软着陆控制的设计方法，但是现有技术存在以下缺点：（1）钻井工艺复杂，需要多个井段才能实现着陆入靶；（2）对于定向井、水平井等不同的井型，需要采用不同的着陆控制方案及其设计方法，没有适用于不同井型的通用控制方法；（3）对于滑动导向钻井、旋转导向钻井等不同的导向钻井方式，需要分别提供不同的着陆控制方法，没有适用于不同导向钻井方式的通用控制方法；（4）没有适用于复合导向钻井的着陆控制方法，也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的缺点，提出了一种中靶优先着陆控制的通用导向钻井方法。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（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、在靶平面上选定入靶点（e）的位置，计算入靶点（e）的空间坐标，所述空间坐标是指井口坐标系下的北坐标、东坐标和垂深坐标；S103、建立着陆轨迹的约束方程，按着陆控制的导向钻井工艺求解所述约束方程，得到着陆轨迹的轨迹特征参数和井段长度；S104、基于所述井底点（b）的轨迹参数、着陆轨迹的轨迹特征参数和井段长度，计算入靶方向，所述入靶方向包括入靶井斜角和方位角，如果入靶方向满足工程要求，则着陆轨迹的控制方案可行，执行下一个步骤，否则，调整入靶点位置并返回到步骤S102，重复执行步骤S102到S104以获得满足工程要求的入靶方向；S105、继续优化着陆控制方案，用纵横网格线将靶区窗口划分成多个网格单元，分别将每个纵横网格线的交点作为一个入靶点位置，然后采用步骤S102到步骤S104的方法计算各入靶位置所对应的入靶方向，结合工程实际综合考虑入靶位置和入靶方向选出较优的入靶区域，进一步细化网格线，不断优化着陆控制方案，从而确定出最优的着陆控制方案；S106、根据所述最优的着陆控制方案，按相应的井眼轨迹模型计算着陆轨迹的分点参数，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，采用如下公式计算所述入靶点（e）在井口坐标系下的空间坐标：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；所述入靶点（e）的空间坐标计算公式，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，可取αz=0°、φz=0°；对于铅垂靶，取αz=90°。根据本专利技术的一个实施例，在所述步骤S103中，按照以下步骤求解着陆轨迹的轨迹特征参数和井段长度：S201、根据导向钻井工艺来表征轨迹特征参数，石油钻井行业常用的导向钻井工艺技术有滑动导向钻井、旋转导向钻井和复合导向钻井，所适用的井眼轨迹模型分别为空间圆弧模型、圆柱螺线模型和自然曲线模型，空间圆弧模型的轨迹特征参数为井眼曲率κ（或曲率半径R）和工具面角ω，圆柱螺线模型的轨迹特征参数为井眼轨迹在垂直剖面图上的曲率κv和水平投影图上的曲率κh（或它们的曲率半径Rv和Rh），自然曲线模型的轨迹特征参数为井斜变化率κα和方位变化率κφ；S202、按轨迹特征参数建立各空间坐标增量的计算模型，所述各种井眼轨迹模型分别有两个轨迹特征参数，基于这两个轨迹特征参数和井段长度，按以下方法计算各空间坐标增量：对于空间圆弧模型：其中对于圆柱螺线模型：其中对于自然曲线模型：其中式中，L为井深，α为井斜角，φ为方位角，ε为弯曲角，R为曲率半径，ω为工具面角，S为水平长度，κv为井眼轨迹在垂直剖面图上的曲率，κh为井眼轨迹在水平投影图上的曲率，Rv、Rh分别为对应于κv、κh的曲率半径，κα为井斜变化率，κφ为方位变化率；S203、建立适用于各种导向钻井工艺的通用性着陆轨迹约束方程，在满足中靶要求的条件下，着陆轨迹是以井底点（b）为起始点，按特定的轨迹特征参数钻达入靶点（e），其约束方程为：...

【技术保护点】
一种中靶优先着陆控制的通用导向钻井方法，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、在靶平面上选定入靶点（e）的位置，计算入靶点（e）的空间坐标，所述空间坐标是指井口坐标系下的北坐标、东坐标和垂深坐标；S103、建立着陆轨迹的约束方程，按着陆控制的导向钻井工艺求解所述约束方程，得到着陆轨迹的轨迹特征参数和井段长度；S104、基于所述井底点（b）的轨迹参数、着陆轨迹的轨迹特征参数和井段长度，计算入靶方向，所述入靶方向包括入靶井斜角和方位角，如果入靶方向满足工程要求，则着陆轨迹的控制方案可行，执行下一个步骤，否则，调整入靶点位置并返回到步骤S102，重复执行步骤S102到S104以获得满足工程要求的入靶方向；S105、继续优化着陆控制方案，用纵横网格线将靶区窗口划分成多个网格单元，分别将每个纵横网格线的交点作为一个入靶点位置，然后采用步骤S102到步骤S104的方法计算各入靶位置所对应的入靶方向，结合工程实际综合考虑入靶位置和入靶方向选出较优的入靶区域，进一步细化网格线，不断优化着陆控制方案，从而确定出最优的着陆控制方案；S106、根据所述最优的着陆控制方案，按相应的井眼轨迹模型计算着陆轨迹的分点参数，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】
1.一种中靶优先着陆控制的通用导向钻井方法，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、在靶平面上选定入靶点(e)的位置，计算入靶点(e)的空间坐标，所述空间坐标是指井口坐标系下的北坐标、东坐标和垂深坐标；S103、建立着陆轨迹的约束方程，按着陆控制的导向钻井工艺求解所述约束方程，得到着陆轨迹的轨迹特征参数和井段长度；S104、基于所述井底点(b)的轨迹参数、着陆轨迹的轨迹特征参数和井段长度，计算入靶方向，所述入靶方向包括入靶井斜角和方位角，如果入靶方向满足工程要求，则着陆轨迹的控制方案可行，执行下一个步骤，否则，调整入靶点位置并返回到步骤S102，重复执行步骤S102到S104以获得满足工程要求的入靶方向；S105、继续优化着陆控制方案，用纵横网格线将靶区窗口划分成多个网格单元，分别将每个纵横网格线的交点作为一个入靶点位置，然后采用步骤S102到步骤S104的方法计算各入靶位置所对应的入靶方向，结合工程实际综合考虑入靶位置和入靶方向选出较优的入靶区域，进一步细化网格线，不断优化着陆控制方案，从而确定出最优的着陆控制方案；S106、根据所述最优的着陆控制方案，按相应的井眼轨迹模型计算着陆轨迹的分点参数，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，采用如下公式计算所述入靶点(e)在井口坐标系下的空间坐标：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；所述入靶点(e)的空间坐标计算公式，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，可取αz＝0°、φz＝0°；对于铅垂靶，取αz＝90°。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S103中，按照以下步骤求解着陆轨迹的轨迹特征参数和井段长度：S201、根据导向钻井工艺来表征轨迹特征参数，石油钻井行业常用的导向钻井工艺技术有滑动导向钻井、旋转导向钻井和复合导向钻井，所适用的井眼轨迹模型分别为空间圆弧模型、圆柱螺线模型和自然曲线模型，空间圆弧模型的轨迹特征参数为井眼曲率κ或曲率半径R和工具面角ω，圆柱螺线模型的轨迹特征参数为井眼轨迹在垂直剖面图上的曲率κv和水平投影图上的曲率κh或它们的曲率半径Rv和Rh，自然曲线模型的轨迹特征参数为井斜变化率κα和方位变化率κφ；S202、按轨迹特征参数建立各空间坐标增量的计算模型，所述各种井眼轨迹模型分别有两个轨迹特征参数，基于这两个轨迹特征参数和井段长度，按以下方法计算各空间坐标增量：对于空间圆弧模型：

【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