[发明专利]基于导向钻具工作特性的井眼轨迹控制方法

说明书

本发明提供了一种导向钻具的工作特性曲线制作及井眼轨迹控制方法，其包括：根据导向钻具与井眼轨迹之间的相互作用机理，建立了导向钻具工作特性与井眼轨迹空间形态之间的相互约束关系；提供了用工具造斜率和工具面角表征导向钻具工作特性的方法，建立了导向钻具的工作特性方程以及工作特性曲线制作方法，能随钻监测导向钻具的工作特性，并便于比较实际与设计工作特性的符合情况；提供了利用导向钻具的工作特性曲线控制井眼轨迹的方法，提高了井眼轨迹控制的有效性和实用性。本发明适用于各种导向钻井方式及井眼轨迹模型，可用于各种复杂结构井的设计与施工。

技术领域

本发明涉及石油钻井中的井眼轨迹控制，具体而言，涉及基于导向钻具工作特性的井眼轨迹控制方法。

背景技术

井眼轨迹控制的目标是控制井眼轨迹的井斜角、方位角及其变化规律，其技术途径是控制导向钻具的工作特性。目前，普遍使用垂直投影图、水平投影图、三维轨迹图等监测井眼轨迹，以对比分析实钻井眼轨迹与设计井眼轨迹的符合情况。但是，没有与井眼轨迹相适应的导向钻具的工作特性曲线图，致使导向钻具控制与井眼轨迹控制之间脱节，也不便于对比分析实际工作特性与设计工作特性的符合情况。此外，关于导向钻具与井眼轨迹之间的相互作用关系，现有技术主要研究了滑动导向钻井和空间圆弧模型，对于其它的导向钻井方式和井眼轨迹模型有局限性。

因此，亟需建立导向钻具的工作特性曲线，以便监测和控制导向钻具的工作特性，从而有效地控制井眼轨迹。

发明内容

本发明为解决上述技术问题，提供了一种基于导向钻具工作特性的井眼轨迹控制方法。该方法包括以下步骤：

S101、提取井眼轨迹的特征参数。根据地质和工程要求预先设计井眼轨迹，得到井眼轨迹的节点及分点参数。然后，提取井眼轨迹上各点处的特征参数，其中所述特征参数包括井斜角、井斜变化率、方位变化率；

S102、设计导向钻具的工作特性参数。根据所述井眼轨迹的特征参数，计算导向钻具的工作特性参数，其中所述工作特性参数包括工具造斜率和工具面角；

S103、绘制导向钻具的工作特性曲线。根据所述工作特性参数，以井深为自变量，绘制导向钻具的工作特性曲线；

S104、监控导向钻具的工作特性参数。在导向钻井过程中，随时测量导向钻具的实际工作特性参数。将实际与设计的导向钻具工作特性绘制在同一张图上，用以监测导向钻具的实际工作特性。当导向钻具的实际与设计工作特性偏差较大时，实时校正控制方案。

根据本发明的一个实施例，在步骤S102中，设计导向钻具的工作特性参数时，导向钻具的工作特性参数与井眼轨迹的特征参数之间存在以下关系：

其中，α为井斜角，单位为度；κ_α为井斜变化率，单位为度/30米；κ_φ为方位变化率，单位为度/30米；κ为工具造斜率，单位为度/30米；ω为工具面角，单位为度。

根据本发明的一个实施例，在步骤S103中，绘制导向钻具的工作特性曲线包括以下步骤：

以κ_φsinα为横轴、以κ_α为纵轴建立直角坐标系，使得工具造斜率κ和工具面角ω呈现为极坐标参数；

将导向钻具的工作特性参数绘制在该图上，得到随井深变化的工具造斜率κ和工具面角ω的关系曲线。

根据本发明的一个实施例，在步骤S104中，将实际测量的工具造斜率κ和工具面角ω与设计的导向钻具工作特性曲线绘制在同一张图上，用以监测和控制导向钻具的实际工作特性，从而有效地控制实钻井眼轨迹。