[发明专利]基于过程控制的井眼轨迹控制系统

权利要求书

1.一种基于过程控制的井眼轨迹控制系统，其特征在于，所述系统包括以下单元：

井眼轨迹设计单元，其用于根据地质和工程要求设计井眼轨迹，得到井眼轨迹的设计结果，其中所述设计结果包括井深、井斜角、方位角；

工具特性设计单元，其用于根据所述井眼轨迹的设计结果，设计导向工具的定向造斜特性参数，其中所述定向造斜特性参数包括工具造斜率和工具面角；

井眼轨迹监测单元，其用于利用随钻测量仪器获取实际井眼轨迹的测斜数据，其中所述测斜数据包括井深、井斜角、方位角和工具面角，并按选取的测斜计算方法计算出实际井眼轨迹的井斜变化率、方位变化率；

工具特性监测单元，其用于根据所述实际井眼轨迹数据计算导向工具的实际造斜率和工具面角；

工具特性曲线绘制单元，其用于根据所述导向工具定向造斜特性的设计值和实际值，在同一幅图上绘制导向工具定向造斜特性的设计曲线和实际曲线；

工具特性评价单元，其用于对比和评价导向工具定向造斜特性的实际值与设计值的偏差程度，当二者偏差在工程允许误差范围内时继续钻进，当二者偏差超过工程允许误差范围时执行调整工具特性单元；

井眼轨迹评价单元，其用于对比和评价实际井眼轨迹与设计井眼轨迹的偏差程度，当二者偏差较小时继续钻进，当二者偏差较大时执行调整工具特性单元；

调整工具特性单元，其用于调整导向工具的造斜率、工具面角定向造斜特性，以补偿导向工具定向造斜特性的实际值与设计值之间偏差对井眼轨迹的影响。

2.如权利要求1所述的基于过程控制的井眼轨迹控制系统，其特征在于，在井眼轨迹设计单元中，根据设计井眼轨迹的不同特征按不同计算公式获得井眼轨迹参数：

对于空间圆弧模型，特征参数为井眼曲率κ^P和初始工具面角ω_A^P，主要井眼轨迹参数的求取方法为：

cosα^P＝cosα_A^Pcosε-sinα_A^Pcosω_A^Psinε

其中

式中，L为井深，米；α为井斜角，度；ω为工具面角，度；κ为井眼曲率，度/30米；κ_α为井斜变化率，度/30米；κ_φ为方位变化率，度/30米；ε为弯曲角，度；下标“A”表示井段始点；上标“P”表示设计参数；

对于自然曲线模型，特征参数为井斜变化率κ_α^P和方位变化率井斜角的求取方法为：

α^P＝α_A^P+κ_α^P(L^P-L_A^P)

对于圆柱螺线模型，特征参数为垂直剖面图上的曲率κ_v^P和水平投影图上的曲率κ_h^P，主要井眼轨迹参数的求取方法为：

α^P＝α_A^P+κ_v^P(L^P-L_A^P)

κ_α^P＝κ_v^P

κ_φ^P＝κ_h^Psinα^P

式中，κ_v为井眼轨迹在垂直剖面图上的曲率，度/30米；κ_h为井眼轨迹在水平投影图上的曲率，度/30米。

3.如权利要求1所述的基于过程控制的井眼轨迹控制系统，其特征在于，在工具特性设计单元中，按设计井眼轨迹来设计导向工具的定向造斜特性：

式中，α为井斜角，度；κ为导向工具的造斜率，度/30米；ω为导向工具的工具面角，度；κ_α为井斜变化率，度/30米；κ_φ为方位变化率，度/30米；上标“P”表示设计参数。