本发明专利技术涉及一种井眼轨道控制方法。主要解决现有的井眼轨道控制方法不能很好地满足油气钻井对井眼轨道设计及控制要求的问题。其特征在于包括井眼轨道设计和井眼轨道控制两部分。该方法可满足多约束条件下同时限定目标点位置和方向的井眼轨道设计和控制要求；设计和控制方法简单、实用，易于井眼轨道优化和控制，可提高设计效率和井身质量，降低钻井作业时间和成本，实现安全、快速、优质钻完井作业的目的。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及石油钻井领域，特别涉及。
技术介绍
随着定向钻井技术的发展，对井眼轨道设计和控制提出了更高的要求。侧钻井水平井和地质导向钻井等的井眼轨道都是三维的，需要限定着陆点位置和方向，只有严格按照目标点位置和方向要求进行轨道设计和控制，才能确保矢量中靶，有效钻达目的层位。对不同类型井的井眼轨道设计和控制，有不同的设计要求和限制条件。如三维大位移水平井，特点是稳斜角大和稳斜段长，其位移延伸能力受井眼轨道设计和控制工具的影响大，如何优化井眼轨道，增加位移延伸能力，满足设计和控制工艺的要求，是需要解决的问题；对侧钻中短半径水平井，因靶前位移小，可供设计的空间位置有限，在轨道控制上要用高造斜率的控制工具来实现，常常希望设计成无中间稳斜段的单一曲率轨道形式，以便工艺上一套钻具能够完成；在复杂油气藏、薄油层及非均质储层进行地质导向钻井，要根据实钻轨迹和测井资料的响应情况进行实时决策分析，随情况变化及时修改地质模型和调整钻井轨道，以提高储层钻遇率，应快速、精确地出设计出合理的待钻井眼轨道才能适应地质导向钻井的要求。受目标点空间位置及方向的限制以及工艺上的不同要求，须对井眼轨道作三维设计。从几何结构上讲，实现这种要求的三维轨道有无数条。但如何在多约束条件快速、精确地设计并优化出合理的井眼轨道是一难题。目前解决满足目标点位置和入靶方向条件下的三维井眼轨道设计这一技术问题是通过求解非线性方程组和迭代法等进行的，但理论上无法回答约束方程是否有解的问题，而且求解计算麻烦，难以求解，不能很好地满足油气钻井对井眼轨道设计及控制的要求。
技术实现思路
为了克服现有技术中上述的不足，本专利技术提供，该方法可满足多约束条件下同时限定目标点位置和方向的井眼轨道设计和控制要求；设计和控制方法简单、实用，易于井眼轨道优化和控制，可提高设计效率和井身质量，降低钻井作业时间和成本，实现安全、快速、优质钻完井作业的目的。本专利技术的技术方案是，包括以下步骤(一)、井眼轨道设计I.确定设计基础数据给定井眼轨道设计的起始点S和目标点T的已知数据，即S点的坐标(Xs，Ys, Zs)、 方向(as，φ5)和井深LS，T点的坐标(XT，YT，ZT)和方向(ατ，Φ τ)，对于侧钻井或井眼轨道调整设计，通过测斜数据处理方法得到设计起始点的数据；II.计算分析原始数据根据步骤I中的数据，计算出起始点S和目标点T间的空间距离L、切线夹角θ和S点到T点的最小井眼曲率Kmin，若S和T两点切线共线，从S点稳斜到T点即可，则T点井深Lt = Ls+L，结束设计； 否则到步骤III ；III.确定参数求解方式在5个设计参数Lp Lh、L2、K。k2中，可任选4个为已知参数，求解另一参数，设计参数的取值范围参考步骤II中的计算结果L、Kmin和工程上许可的最大井眼曲率Kmax ；IV.计算轨道节点参数求出未知参数后，计算节点A、B、C、D、T的井眼轨道参数，包括井深，井斜角、方位角和坐标数据等；V.计算轨道明细数据根据井眼轨道参数，按一定步长计算圆弧段轨道参数和造斜工具的控制参数以及稳斜段的轨道参数；VI.输出轨道设计数据( 二)井眼轨道控制井眼轨道控制方法根据设计轨道剖面形式、设计井眼曲率大小、井眼轨道控制工具和方式等来确定，基本控制流程如下a.设计钻具组合根据井眼轨道设计数据，结合轨道控制工具和钻井工艺要求，确定钻井轨道控制方式，设计下部钻具组合BHA;b.设计钻柱结构根据轨道设计、控制工艺、机械钻速和钻头使用时间等情况，估算本次下钻钻井进尺，进行摩阻和扭矩分析，优化钻柱结构和进行钻柱强度校核，确定钻柱结构；c.现场钻具组合按设计钻具组合和钻柱结构组合钻具，现场丈量入井钻具，按入井顺序对钻具进行编号和记录钻具参数；d.工具测试和设置下钻前，对测量控制工具进行配置和测试，测试合格后下钻，当采用旋转导向系统时，按钻完单根深度在控制工具中设置轨道及控制参数；e.井眼轨道监控钻具到底后，按设计井眼轨道进行控制，并随钻测量各种参数，测量结果上传到地面系统，进行轨道实时监控；地面系统根据上传轨道参数计算实钻井眼轨迹和设计轨道的偏差，若偏差在允许范围内，继续按原设计轨道钻进；f.轨道调整设计若实钻井眼轨迹和设计轨道的偏差超出允许范围或者地质目标发生变化，地面系统按步骤(一)中的设计方法进行井眼轨道调整设计；若设计井眼曲率在现有BHA的可控范围内，则不需起钻，按设计的调整井眼轨道控制即可；g.改变钻具组合若调整设计井眼曲率超出现有钻具组合的可控范围内，则须起钻，重新设计井下控制工具和下部钻具组合BHA ；h.钻柱摩阻扭矩监测实时监测钻柱摩阻扭矩变化；i.结束本次钻进作业当完成本趟钻的轨道控制目或需起钻更换钻头等时，则结束钻进，进行钻井液循环和起钻等后续作业。井眼轨道设计有以下种求解方式可供设计选择(1)给定设计参数L” Lh、L2、k2求K1①由井眼曲率K2计算对应的曲率半径R2 ；②计算系数a、b、c和判别式；若有解，则由公式(5)计算Lm ；③根据求得的Lm，由公式(3)计算R1，进而求出K1 ；(2)给定设计参数 L1, Lh、L2、K1 求 K2①由井眼曲率K1计算对应的曲率半径R1 ；②计算系数a、b、c和判别式；若有解，则由公式(6)计算Ln ；③根据求得的Ln，由公式(4)计算R2,进而求出K2 ；(3)给定设计参数 L1, L2、K1, K2 求 Lh①根据S、T两点的空间坐标，可确定出Lh的最大长度Lmax ；②在0彡Lh彡Lfflax内，假定Lh为已知参数；③根据方法(1)或⑵，可求得Kic或K2c ；④若I Kic-K11 ( ε或I K2c-K21 ( ε，则Lh为所求值；否则，回步骤②迭代计算；(4)给定设计参数 L1、Lh、K1、K2 求 L2将方法(3)中的Lh改为L2,计算步骤相同；(5)给定设计参数 Lh、L2、K1. K2 求 L1将方法(3)中的Lh改为L1，计算步骤相同；(6)给定设计参数 L1, Lh、L2 求 K1 = K2①确定设计井眼曲率允许范围为Kmin Kmax ；②在井眼曲率范围Kmin Kmax内，设定一 K值；令K2 = K或K1 = K ；③根据方法(1)或⑵，可求得Kic或K2c ；④若|K1C-K2|彡ε或IK2c-K1I彡ε，则K为所求值；否则，回步骤②迭代计算；(7)井眼轨道优化设计①确定井眼轨道优化目标函数；②给定设计参数L^ Lh、L2、K^ K2的取值范围；③给定中间参数的取值范围；④在L” Lh、L2、K1或K2的取值范围，按一定步长计算夂2 fd,L1,L2,Lh)或 K^f(K2AL2)Lh);⑤若求得的Kp K2在不在给定取值范围，则回步骤④循环进行计算；否则，计算中间参数；⑥若中间参数在给定取值范围，则计算目标函数；否则，回步骤④循环进行计算；⑦比较符合约束条件的目标函数值，保存优化结果参数，回步骤④循环进行计算，7直到计算完为止。本专利技术具有如下有益效果由于采取上述方案，本专利技术可满足多约束条件下同时限定目标点位置和方向的井眼轨道设计和控制要求，设计模型包括了多种剖面组合形式， 具有普遍适用性；给出了解析计算公式和有解的判别式，避免了求解多维非线性方程组和采用其它设计方法的麻烦；设计和控制方法简本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1. 一种井眼轨道控制方法，其特征在于包括以下步骤(一)、井眼轨道设计I.确定设计基础数据给定井眼轨道设计的起始点S和目标点T的已知数据，即S点的坐标(xs，Ys，zs)、方向 (as, Φ5)和井深LS，T点的坐标(XT，YT，ZT)和方向(ατ，Φ τ)，对于侧钻井或井眼轨道调整设计，通过测斜数据处理方法得到设计起始点的数据；II.计算分析原始数据根据步骤I中的数据，计算出起始点S和目标点T间的空间距离L、切线夹角θ和S点到T点的最小井眼曲率Kmin，若S和T两点切线共线，从S点稳斜到T点即可，则T点井深Lt = Ls+L，结束设计；否则到步骤III ；III.确定参数求解方式在5个设计参数Lp Lh、L2、K1, K2中，可任选4个为已知参数，求解另一参数，设计参数的取值范围参考步骤II中的计算结果L、Kfflin和工程上许可的最大井眼曲率Kmax ；IV.计算轨道节点参数求出未知参数后，计算节点A、B、C、D、T的井眼轨道参数，包括井深，井斜角、方位角和坐标数据等；V.计算轨道明细数据根据井眼轨道参数，按一定步长计算圆弧段轨道参数和造斜工具的控制参数以及稳斜段的轨道参数；VI.输出轨道设计数据(二)井眼轨道控制井眼轨道控制方法根据设计轨道剖面形式、设计井眼曲率大小、井眼轨道控制工具和方式等来确定，基本控制流程如下a.设计钻具组合根据井眼轨道设计数据，结合轨道控制工具和钻井工艺要求，确定钻井轨道控制方式， 设计下部钻具组合BHA;b.设计钻柱结构根据轨道设计、控制工艺、机械钻速和钻头使用时间等情况，估算本次下钻钻井进尺， 进行摩阻和扭矩分析，优化钻柱结构和进行钻柱强度校核，确定钻柱结构；c.现场钻具组合按设计钻具组合和钻柱结构组合钻具，现场丈量入井钻具，按入井顺序对钻具进行编号和记录钻具参数；d.工具测试和设置下钻前，对测量控制工具进行配置和测试，测试合格后下钻，当采用旋转导向系统时， 按钻完单根深度在控制工具中设置轨道及控制参数；e.井眼轨道监控钻具到底后，按设计井眼轨道进行控制，并随钻测量各种参数，测量结果上传到地面系统，进行轨道实时监控；地面系统根据上传轨道参数计算实钻井眼轨迹和设计轨道的偏差，若偏差在允许范围内，继续按原设计轨道钻进；f.轨道调整设计若实钻井眼轨迹和设计轨道的偏差超出允许范围或者地质目标发生变化，地面系统按步骤(一)中的设计方法进行井眼轨道调整设计；若设计井眼曲率在现有BHA的可控范围内，则不需起钻，按设计的调整井眼轨...
【专利技术属性】
技术研发人员：唐雪平，苏义脑，盛利民，窦修荣，邓乐，王家进，王鹏，高文凯，
申请(专利权)人：中国石油集团钻井工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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