[发明专利]连续管钻井轨道纠偏方法

权利要求书

1.一种连续管钻井轨道纠偏方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1：在原设计井眼轨道上选取一个测试点Tx；

步骤S2：以偏离点A为起点、所述测试点Tx为终点做双段圆弧纠偏轨道，使所述测试点Tx的切线与原设计井眼轨道的井眼方向重合；其中，双段圆弧纠偏轨道包括第一段圆弧轨道、第二段圆弧轨道和斜直井段；

步骤S3：令所述测试点Tx在井眼方向的反向延长线的长度λ⁰＝DTx，获取D点的坐标，所述D点与所述偏离点A的井眼切线构成斜平面，所述D点的坐标为：

其中，N_D为所述D点的北坐标，N_T为所述测试点Tx的北坐标，E_D为所述D点的东坐标，E_T为所述测试点Tx的东坐标，H_D为所述D点的垂深，H_T为所述测试点Tx的垂深，α_T为所述测试点Tx的井斜角，φ_T为所述测试点Tx的方位角；

步骤S4：以所述偏离点A为坐标原点，建立局部坐标系A-xyz；

其中，所述局部坐标系的x轴指向轨道前进方向，所述局部坐标系的y轴在所述斜平面内指向所述第一段圆弧轨道的内法线方向，所述局部坐标系的z轴指向所述斜平面的法线方向；

设所述x轴、所述y轴、所述z轴上的单位矢量分别为u、v、w，则：

单位矢量u＝(u_x,u_y,u_z)＝(sinα_Acosφ_A,sinα_Asinφ_A,cosα_A)；其中，α_A表示A点的井斜角，φ_A表示A点的方位角；

的单位矢量s＝(s_x,s_y,s_z)；其中，

其中，E_A为所述偏离点A的东坐标，N_A为所述偏离点A的北坐标，H_A为所述偏离点A的垂深；

单位矢量w＝(w_x,w_y,w_z)，其中，

单位矢量v＝(v_x,v_y,v_z)；其中，|v|＝1；

步骤S5：根据坐标变换，确定所述D点在所述局部坐标系中的坐标；其中，所述D点的坐标在所述局部坐标系A-xyz中表示为：

其中，P^-1＝P，

步骤S6：根据二倍角公式获取所述第一段圆弧轨道和所述第二段圆弧轨道的狗腿角；其中，

所述第一段圆弧轨道的狗腿角θ₁为：

其中，R₁为所述第一段圆弧轨道所属圆的半径；

当选取下一测试点Tx，重复步骤S2-步骤S5；

当则切线段DTx的长度λ表示为：

其中，θ₂为第二段圆弧轨道的狗腿角，R₂为所述第二段圆弧轨道所属圆的半径；

cosθ₂＝cosα_C cosα_T+sinα_C sinα_T cos(φ_T-φ_C)

式中，cosα_C＝u_zcosθ₁+v_zsinθ₁，α_C为所述斜直井段的井斜角，φ_C为所述斜直井段的方位角；

步骤S7：判断λ是否满足|λ-λ⁰|≤ε，如满足，选择当前测试点Tx作为着陆点；如不满足，令λ⁰＝λ，重复步骤S3-步骤S6，直到满足|λ-λ⁰|≤ε；其中，ε为预设的误差值；

步骤S8：获取所述双段圆弧纠偏轨道的工具面角ω；其中，

当所述第一段圆弧轨道为降斜时：

当所述第一段圆弧轨道为增斜时：

式中，α_i为所述第一段圆弧轨道第i测点处的井斜角，α_A为所述偏离点A处的井斜角；θ_i为所述第一段圆弧轨道第i测点处的狗腿角；

在Δφ>0时，取“-”号，在Δφ<0时，取“+”号；其中，Δφ表示第i+1点与第i点的方位角之差；

步骤S9：根据双段圆弧纠偏轨道的工具面角ω_i调节连续管定向器的三肋合位移进行随钻纠偏。

2.如权利要求1所述的连续管钻井轨道纠偏方法，其特征在于，在根据双段圆弧纠偏轨道的工具面角ω_i调节连续管定向器的三肋合位移的过程中，包括如下步骤：

步骤S91：在所述连续管定向器的三个肋所在的平面建立平面直角坐标系xoy；其中，为所述三个肋的合位移矢量，所述三个肋分别1号肋、2号肋和3号肋，为所述1号肋的分位移矢量，为所述2号肋的分位移矢量，为所述3号肋的分位移矢量；

步骤S92：所述双段圆弧纠偏轨道的工具面角ω_i与所述三个肋的分位移矢量的关系表示为如下两个关系式：

其中，j＝1、2或3，ψ₁为所述1号肋的初始工具面角，ψ₂为所述2号肋的分位移矢量，ψ₃为所述3号肋的初始工具面角，Ω_x为x轴方向的合位移矢量，Ω_y为y轴方向的合位移矢量；

则所述1号肋、所述2号肋与所述3号肋的合位移|Ω|为：

步骤S93：所述原设计井眼轨道的狗腿角θ与合位移|Ω|的关系表示为：

θ＝ρL/30 (3)

其中，L为井眼轨道的圆弧段长度，ρ为连续管定向器的造斜率，β为井眼中心线与连续管定向器中心线的夹角，M₁₂为钻头与井壁的接触点、支撑肋与井壁的接触点之间的长度；

步骤S94：根据式(1)和式(2)通过如下方程求解所述1号肋的分位移|Ω₁|、所述2号肋|Ω₂|与所述3号肋的分位移|Ω₃|：

其中，所述连续管定向器按照最小能量原则对所述钻头进行纠偏，将所述最小能量原则等分成三个区域，分别为1区域、2区域和3区域，则所述连续管定向器的纠偏方案为：

当所述合位移矢量Ω处于所述1区域时，令所述1号肋的位移为0，根据式(6)可得：

其中，Γ为所述三个肋的合位移矢量的幅值，Γ＝|Ω|；

结合式(3)～式(5)对式(7)求解，得到：

当所述合位移矢量Ω处于所述2区域时，令所述2号肋的位移为0，根据式(6)可得：

结合式(3)～式(5)对式(9)求解，得到：

当所述合位移矢量Ω处于所述3区域时，令所述3号肋位移为0，根据式(6)可得：

结合式(3)～式(5)对式(11)求解，得到：