CN113216843B - 利用造斜钻具结构进行定向的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用造斜钻具结构进行定向的方法，其包括S1连接具有弯曲特征的造斜钻具与钻杆，并将钻杆和造斜钻具下入至钻井孔中，连接钻杆和安装于钻机转盘上的方钻杆；S2确定造斜钻具的旋转参考起点和旋转的起点方向，下入测斜仪测量造斜钻具中轴线与垂直于地面的线之间形成的顶角；S3通过钻机转盘带着造斜钻具旋转预设角度到达测量点，采用测斜仪测量造斜钻具的顶角；S4重复步骤S3，直至旋转参考起点回到起点位置，并根据记录的所有顶角数据确定造斜钻具装置角的变化方向；S5根据装置角的变化方向，将装置角0°对应的测量点旋转至设计装置角处，固定钻机转盘完成定向。
Description
技术领域
本发明涉及定向钻进技术，具体涉及一种利用造斜钻具结构进行定向的方法。
背景技术
定向钻进是利用钻孔自然弯曲规律或采用人工造斜工具使钻孔按设计要求延伸钻到预定目标的一种钻进方法。定向钻进技术为了精确控制钻孔轨迹，其中定向方法是不可少技术手段。定向方法的实质就是确定造斜钻具的工具面角，目前的定向方法可以划分为二大类：直接定向法和间接定向法，间接定向法包括地面定向法、井底定向法和随钻定向法。
随着定向技术的发展，现在常用的定向方法是井底定向法和随钻定向法虽然这两种方法都能够实现相对准确的定向，但是在进行定向时都需要专门的仪器和配套的钻具组合，才能实现定向的目的，比如井底定向法需要具有高精度定向功能的测斜仪，造斜工具和配套的定向装置等相互配合，随钻定向法则需要随钻定向测斜仪、螺杆钻具和配套的无磁钻铤等相互配合，若是现场缺少某个仪器就不能实现定位，使得定位前期准备繁琐，且定位成本高。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的利用造斜钻具结构进行定向的方法解决了定向必须在特定仪器和设施环境下才能进行的问题。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
提供一种利用造斜钻具结构进行定向的方法，其包括步骤：
S1、连接具有弯曲特征的造斜钻具与钻杆，并将钻杆和造斜钻具下入至钻井孔中，之后连接钻杆和安装于钻机转盘上的方钻杆；
S2、确定造斜钻具的旋转参考起点和旋转的起点方向，下入测斜仪至造斜钻具中，并通过测斜仪测量造斜钻具中轴线与垂直于地面的线之间形成的顶角；
S3、启动钻机，通过钻机转盘带着造斜钻具旋转预设角度到达测量点，并采用测斜仪测量造斜钻具中轴线与垂直于地面的线之间形成的顶角；
S4、重复步骤S3，直至旋转参考起点回到起点位置，并根据记录的所有顶角数据确定造斜钻具装置角的变化方向；
S5、根据装置角的变化方向，将装置角0°对应的测量点旋转至设计装置角处固定钻机转盘完成定向。
本发明的有益效果为：本方案通过造斜钻具在井下旋转时产生的顶角变化进行定向，通过测斜仪测量顶角的变化规律，进行定向；在施工现场无定向的专用仪器和配套设施时，通过一般的测斜仪和造斜钻具就可以实现定向目的，从而解决了定向技术必须在特定仪器和设施环境下才能进行的难题。
附图说明
图1为利用造斜钻具结构进行定向的方法的流程图。
图2为造斜钻具位于钻井孔的结构示意图。
图3为方钻杆安装在钻机转盘上的示意图。
图4为实例1中的测量示意图。
图5为实例2中的测量示意图。
其中，1、造斜钻具；11、钻铤；12、单弯螺杆钻具；13、钻头；2、钻井孔；3、钻机转盘；4、方钻杆；5、测量点；6、起点方向。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
参考图1，图1示出了利用造斜钻具1结构进行定向的方法的流程图；如图1所示，该方法S包括步骤S1至步骤S5。
在步骤S1中，连接具有弯曲特征的造斜钻具1与钻杆，并将钻杆和造斜钻具1下入至钻井孔2中，之后连接钻杆和安装于钻机转盘3上的方钻杆4；方钻杆4位于钻机转盘3上的示意可以参考图3。
在步骤S2中，确定造斜钻具1的旋转参考起点(图3中颜色为灰度对应的测量点)和旋转的起点方向6，下入测斜仪至造斜钻具1中，并通过测斜仪测量造斜钻具1中轴线与垂直于地面的线之间形成的顶角(顶角为图2中的α)。
如图2所示，造斜钻具1包括钻铤11、与所述钻铤11连接的单弯螺杆钻具12和安装在所述单弯螺杆钻具12自由端的钻头13；顶角为钻铤11中轴线与垂直于地面的线之间形成的夹角。
本方案优选确定造斜钻具1的旋转参考起点和旋转的起点方向6的方法为：
在钻机转盘3的边缘标记旋转参考起点，在方钻杆4上确定一条与旋转参考起点位于同一直线上的标记线作为旋转的起点方向6。
在步骤S3中，启动钻机，通过钻机转盘3带着造斜钻具1旋转预设角度到达测量点5，并采用测斜仪测量造斜钻具1中轴线与垂直于地面的线之间形成的顶角。
在本方案中，到达测量点5后钻机都需要停止旋转，以保证后续顶角测量的顺利进行。其中测斜仪放入后，仅在所有位置处顶角完成后才取出。
在步骤S4中，重复步骤S3，直至旋转参考起点回到起点位置，并根据记录的所有顶角数据确定造斜钻具1装置角的变化方向。
实施时，本方案优选根据记录的所有顶角数据确定造斜钻具1装置角的变化方向进一步包括：
根据记录的所有顶角数据，确定顶角的最大值和最小值；
当顶角为最小值时，工具面角与钻井方向处于同一方向，装置角为W＝0°；当顶角为最大值时，工具面角与钻井方向处于反方向，装置角为W＝180°；
根据装置角由0°增大至180°时，方钻杆4的旋转方向确定装置角的变化方向。
在步骤S5中，根据装置角的变化方向，将装置角0°对应的测量点5旋转至设计装置角处，固定钻机转盘3完成定向。
在本方案中，假设设计装置角为40°，装置角的变化方向为顺时针方向，在进行降斜时，直接将装置角0°对应的测量点5沿着顺时针旋转40°，之后固定钻机转盘3即完成最终的定向。
本方案的技术原理为：利用造斜钻具1自身的结构特点，即造斜钻具1是在某一端是弯曲的，由于井壁和孔底钻头13的约束，在井底旋转过程中造斜钻具1顶端的顶角会产生规律的变化。通过高精度测斜仪测量旋转过程中各个测量点5的顶角，判定工具面角(装置角)的方向，尤其是高边和低边的方向，确定装置角W＝0°的位置，转动钻杆达到设计的方位，从而达到定向的目的。
实施时，本方案优选预设角度为30°、45°、20°或15°；其中预设角度选取越小，确定出的W＝0°和W＝180°就越准确。
下面结合具体的实例对本方案的定向的效果进行说明：
案例1
以某矿区7号井为例，在钻进深度179.16米时，经测量顶角0.75°，方位角58.6°，结合上部孔段的测斜数据，需要进行定向纠斜，即全力降斜作业。
如图4所示，以第一个点为测量原点(起始点)，选取预设角度为45°，采用本方案的所提定向方法进行测量和定向，测量得到第1-8个测量点5的顶角和方位角分别为0.57°、31.2°，0.45°、56.87°，0.30°、57.2°，0.43°、56.34°，0.61°、74.2°，0.71°、59.91°，0.75°、58.6°及0.69°、70.81°，根据最大顶角和最小顶角确定装置角的变化方向，之后根据降斜时需要达到的装置角，将装置角0°对应位置旋转至需要达到装置角处。
经定向纠斜钻进9米后，经测斜验证后，最终顶角降至0.33°，方位角58.6°。完成降斜作业。
案例2
以某矿区1号井为例，钻进深度132.16米，经测量顶角1.65°，方位角356.09°，结合上部孔段测斜数据，钻孔定向设计要求，进行全力降方位作业。
如图5所示，以第一个点为测量原点(起始点)，选取预设角度为45°，采用本方案的所提定向方法进行测量和定向，测量得到第1-8个测量点5的顶角和方位角分别为1.49°、354.78°，1.65°、356.09°，1.63°、358.63°，1.61°、0.60°，1.54°、2.58°，1.43°、0.34°，1.47°、395.00°及1.50°、357.16°，根据最大顶角和最小顶角确定装置角的变化方向，之后根据降斜时需要达到的装置角，将装置角0°对应位置旋转至需要达到装置角处。
经定向纠斜钻进12米后，经测斜验证，最终顶角降至1.48°，方位角279.55°。完成降方位作业。
综上所述，通过本方案的定向方法进行定向后，能够顺利地实现纠斜，从而保证了钻井孔2能够顺利地安装预设的轨迹进行钻进。
Claims (4)
1.利用造斜钻具结构进行定向的方法，其特征在于，包括步骤：
S1、连接具有弯曲特征的造斜钻具与钻杆，并将钻杆和造斜钻具下入至钻井孔中，之后连接钻杆和安装于钻机转盘上的方钻杆；
S2、确定造斜钻具的旋转参考起点和旋转的起点方向，下入测斜仪至造斜钻具中，并通过测斜仪测量造斜钻具中轴线与垂直于地面的线之间形成的顶角；
S3、启动钻机，通过钻机转盘带着造斜钻具旋转预设角度到达测量点，并采用测斜仪测量造斜钻具中轴线与垂直于地面的线之间形成的顶角；
S4、重复步骤S3，直至旋转参考起点回到起点位置，并根据记录的所有顶角数据确定造斜钻具装置角的变化方向；
S5、根据装置角的变化方向，将装置角0°对应的测量点旋转至设计装置角处，固定钻机转盘完成定向；
所述根据记录的所有顶角数据确定造斜钻具装置角的变化方向进一步包括：
根据记录的所有顶角数据，确定顶角的最大值和最小值；
当顶角为最小值时，工具面角与钻井方向处于同一方向，装置角W＝0°；当顶角为最大值时，工具面角与钻井方向处于反方向，装置角W＝180°；
根据装置角由0°增大至180°时，方钻杆的旋转方向确定装置角的变化方向。
2.根据权利要求1所述的利用造斜钻具结构进行定向的方法，其特征在于，所述确定造斜钻具的旋转参考起点和旋转的起点方向的方法为：
在钻机转盘的边缘标记旋转参考起点，在方钻杆上确定一条与旋转参考起点位于同一直线上的标记线作为旋转的起点方向。
3.根据权利要求1所述的利用造斜钻具结构进行定向的方法，其特征在于，所述预设角度为30°、45°、20°或15°。
4.根据权利要求1-3任一所述的利用造斜钻具结构进行定向的方法，其特征在于，所述造斜钻具包括钻铤、与所述钻铤连接的单弯螺杆钻具和安装在所述单弯螺杆钻具自由端的钻头；所述顶角为钻铤中轴线与垂直于地面的线之间形成的夹角。
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