[发明专利]恒工具面角钻进轨迹控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种轨迹控制方法，属于井下钻探技术领域，具体涉及一种恒工具面角钻进轨迹控制方法。

背景技术

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。在定向钻井作业中，涉及的井眼轨道多为三维井眼轨道，如侧钻井水平井、地质导向钻井和待钻井眼轨道，要求井眼轨道控制尽量符合设计要求，且易于定向控制，确保有效、快速地钻达目的层位。

恒工具面角曲线井眼轨道的突出特点为井眼曲率、井斜角变化率和工具面角均为常数，便于定向操作，可降低钻井作业费用，作为一种典型的井眼轨道模型用于定向钻井中。由于恒工具面角曲线的北、东坐标涉及到含三角函数的数值积分计算，至使井眼轨道模型求解困难，需要研究可行、有效的数值计算方法来实现。

空间斜平面圆弧轨道广泛应用于定向钻井中，要精确地实现三维圆弧轨道，需确保工具造斜率与设计曲率相同，同时要不断地变化工具面角来控制井斜角和方位角的变化，这在实际施工中难以做到，且导向作业效率低。采用恒工具面角钻井轨迹控制技术，便于现场施工，可提高作业效率，且钻进轨迹与设计轨道易于吻合，其优势突出。而现有恒工具面角模型通常针对某一特定问题提出，缺乏普遍适用性，且参数求解方式单一。为了满足实际工程应用的需要，井眼轨道模型要有通用性，求解参数方式应有多样性，然而目前这方面的研究还不完善和系统，难以满足定向钻井轨道设计及控制的需要。

在三维井眼轨道设计和控制时，起始点的位置、井眼方向和目标点的位置已确定，而目标点的井眼方向可分为不限定和限定两种类型，分别对应定向井和水平井要求。为此建立两种典型的恒工具面角井眼轨道模型，能演化出多种剖面形式，可灵活、快速求解，以满足多种井眼轨道设计和控制的需要。

发明内容

本发明的目的在于建立限定目标点位置，以及同时限定目标点位置和入靶方向两种典型三维恒工具面角井眼轨道设计模型，能根据不同的设计要求灵活、快速求解设计约束方程，使设计具普遍性和灵活性，为井眼轨道设计和控制提供理论依据。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种恒工具面角钻进轨迹控制方法，包括：

偏差分析步骤，根据测斜数据，进行轨迹跟踪及偏差分析，若偏差在允许范围内，继续按原设计轨道钻进，直至钻达预定目标；若偏差超出允许范围，且不在钻具可控范围内时，则结束钻进作业；

轨道调整步骤，若偏差超出允许范围或者地质目标发生变化，且在钻具可控范围内时，则进行轨道调整设计，根据当前井底位置、井斜角、方位角和调整目标点数据，合理选择剖面类型进行待钻轨道设计，并按待钻设计进行轨道控制。

优化的，上述的一种恒工具面角钻进轨迹控制方法，在钻进作业前，还包括：

参数设计步骤，用于根据轨道控制目标及要求，确定钻井轨道控制方式，设计下部钻具组合BHA，并预计钻井进尺，进行摩阻、扭矩分析和钻柱强度校核，优化钻柱结构；

导向钻进步骤，按设计BHA和钻柱结构组合钻具，对测量控制工具进行配置并测试合格后，将钻具下钻到底，按设计井眼轨道和钻井参数进行导向钻进；

井斜测量步骤，当钻达预定深度时或需要测斜时，暂停钻进作业，静态测量井斜数据，确保测斜数据准确；

优化的，上述的一种恒工具面角钻进轨迹控制方法，还包括：

目标确定步骤，用于根据设计轨道数据，确定控制目标及允许偏差，满足油气勘探开发及钻井工艺要求。

优化的，上述的一种恒工具面角钻进轨迹控制方法，导向钻进步骤中，在钻进过程中随钻测量各种参数，并上传到地面，实时监测导向情况和地层变化。

优化的，上述的一种恒工具面角钻进轨迹控制方法，轨道调整步骤中，基于恒工具面角轨道模型进行控制。

优化的，上述的一种恒工具面角钻进轨迹控制方法，所述轨道的设计模型基于以下约束条件：

其中，ΔX＝X_T-X_S,ΔY＝Y_T-Y_S,ΔZ＝Z_T-Z_S,并且，

α＝α_i+K_αix_i(曲线段i)