CN1511217A - 用于确定到达定向目标的钻探路线的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明披露了用于在钻头当前位置与定向的水平目标之间重新计算最佳路线并将计算出的圆弧路线进行线性拟合的方法和装置。该技术在当实际钻井结果偏离原设计路线时，并不试图回到原设计路线。而是通过重新计算最佳路线，减少由钻孔到目标的迂回曲折程度。

Description

用于确定到达定向目标的钻探路线的方法和装置

技术领域

本发明提供一种改进的方法和装置，用于确定通向定向和水平的目标的钻孔路线。具体而言，这种改进的技术采用新的优化路线取代预先设计好的钻探路线，新的路线可以在每次测量后做出调整，从而相对于一定被迫按照预定路线的钻孔，从地面到目标的钻孔可以减少弯路。本发明也提供了一种高效操作旋转型可转向定向钻具的方法，该方法利用了改进的误差控制，并使必须在地面上施加以使钻孔组件到达目标所必需的扭矩的增加最小化。

背景技术

利用一种工具对定向钻孔的路线进行控制从而使钻柱连续转动的技术已很成熟。在定向钻探中，设计的钻孔特征曲线可能包括一个垂直直线段、一个曲线段以及一个通往目标的非垂直直线段。垂直直线段不会发生需要对向下钻孔组件的路线进行调整来进行方向控制的大问题。然而，一旦钻孔组件离开垂直段，方向控制就变得非常重要。

图1用虚线A表示开始点KP到目标T的预定路线。开始点KP可以相当于垂直直线段的末端，也可以相当于从地面钻孔的进入点。对于前者，开始点相当于假想的钻探过程中钻头所处的坐标位置。在钻探中，假想的开始点可能与实际钻头位置有差异。同样，在钻探中，实际的钻孔路线B常常偏离设计路线A。显然，如果路线B不经恰当校正，钻孔将错过其预定的目标。在点D，对在预先设计情况下曲线A上相应的设计点与实际位置进行比较。当观测到实际路线与设计路线之间有上述偏离时，通常的做法是改变定向钻孔机的方向，使其回到原始设计的钻孔路线A上。因而，这种常规的定向钻孔调整需要进行两次偏移。一次偏移将路线指向原始设计路线A。然而，如果此次偏移仍不正确，路线就会依然偏离目标方向。因此就需要第二次偏移，使路线重新指向原始设计路线A。

目前已经设计出一些改善定向钻探的工具。例如BAKER INTEQ的“Auto Trak”旋转型可转向操作系统应用了一种闭环控制以保持钻头的角度和方位，使其取向尽可能接近原先设计值。此闭环控制系统试图使钻孔路线以小增量波动于期望路线上下。与之相似，Camco开发出一种旋转型可转向操作系统，该系统通过对旋转组件施加一个侧向力来控制路线。然而，除非钻孔已进入长直线行进状态，否则这些工具是不可应用的，因为该工具不能够适当地控制曲率。

Patton的5,419,405号美国专利描述了一个受控定向钻孔的实例。Patton提出将原始设计路线载入作为井下设备的一部分的计算机中。当工具还在地面时，将路线载入，然后将计算机向下放入钻孔中。Patton希望通过尽量将钻探装置维持在预定路线上来减少路线上的弯路量。然而，这种与设计路线保持一致的额外调整也带来了许多钻孔中的问题。

当在钻孔中偏移的次数增加，在地面上所必须施加的用以使钻探继续进行的扭矩量也将增加。如果必须做太多的校正转向，所要求的扭矩可能会超过在地面处的钻探装置的技术要求。转向的次数也降低了定向钻探的控制量。

除了Patton的‘405号美国专利，其它参考文献也意识到控制井下工具的路线的潜在优点。(例如，可参考Patton的5341886号美国专利、Gray的6109370号美国专利、WO93112319及Wisler的5812068号美国专利)。众所周知，为了计算地下钻孔位置，必须在井下计算机中设置一种确定探测深度的装置。已确认了多种用于确定井下探测深度的方法，这些方法包括：

1.在底部钻探装置上使用记数轮，(Patton的5341886号美国专利)；

2.在岩层上放置磁性标志而以底部钻探装置对其读取(Patton的5341886号美国专利)；

3.当被加装到钻柱上的钻杆还在地面上时，用计算机记录其长度，然后由井下钻杆长度计算钻探深度(Witte的5896939号美国专利)。

虽然这些井下系统减少了地面钻探站与地下钻探装置之间的通信时间和通信资源，但迄今尚无已知技术能够令人满意地解决使向着定向水平目标钻孔的路线达到最短。

发明内容

本申请人的发明通过开发出一种新的方法克服了上述不足，新方法计算从计算出的钻孔位置到定向或水平的目标的优化路线。参见图1，在点D处，可进行一次井下计算，重新计算一条新的从已偏离点D到目标T的路线C，图中用虚线表示。新路线并不试图重新回到原始路线上，因而与原始路线无关。由图1显而易见，新路线C可以用更少的转向次数到达目标。比较将路线重新调整回原始设计路线A的方法，使用调整的优化路线可以为钻孔提供更短且更少曲折的路线。虽然为了避免延迟和节约通信资源，最好在井下计算优化路线C，但计算既可在井下进行也可以在地面以通常的方向控制操作进行并传输。传输可以经由可回收的电缆或不可回收的随钻测量(MWD)装置进行。

通过每次探测后基于钻孔实际位置的重新计算，本发明优化了钻孔的形状。可以依据确定的优化路线向目标钻探。

本发明考虑用一系列圆弧偏转段和直线段组成用于定向和水平目标的优化路线。一个仅仅由垂直深度、北向坐标和东向坐标就可以确定的定向目标，可由一个圆弧段接一个直线段而从该定向目标上方的任意一点到达。本发明进一步以线性单元来逼近圆弧段，以降低优化路线计算的复杂性。

附图说明

对优选实施例的阐述将结合下列附图进行：

图1示出常规校正路线和根据本发明优选实施例的优化路线之间的比较；

图2示出由一条切线和一个圆弧构成的优化路线解决方案；

图3示出一个由两个圆弧和一条切线构成的优化路线解决方案，其中两个圆弧通过该切线连接；

图4示出由一条落在斜面上的弧线构成的优化路线解决方案；

图5示出由双重弧线到达斜面的优化路线解决方案；

图6示出拟合圆弧的线段长度和偏转角之间的关系，其中根据本发明的优选实施例的优化路线的圆弧弧度由该偏转角决定；

图7示出根据本发明的优选实施例来决定一条优化路线的第一个例子；

图8示出根据本发明的优选实施例来决定一条优化路线的第二个例子；

图9示出根据本发明的优选实施例的装置的井底组件；

图10示出用于决定最小圆弧路线的已知几何关系。

具体实施方式

沿圆弧路线计算坐标的方法为大家所熟知，并已发表在美国石油学会(American Petroleum Institute)“Bulletin D20”中。图10说明了定向钻孔人员常用的几何关系图，用以确定钻孔路线的曲率最小解决方案。

在这种已知关系中，适用下面的说明：

DL为偏转角，在各种情况下以下面公式计算该偏转角：

cos(DL)＝cos(I₂-I₁)-sin(I₁)·sin(I₂)·(1-cos(A₂-A₁))或该公式的另一种形式：

cos(DL)＝cos(A₂-A₁)·sin(I₁)·sin(I₂)+cos(I₁)·cos(I₂)

因为实测距离(ΔMD)是沿曲线测量，由倾斜角和方向角(I和A)确定空间中的直线方向，传统课程教授的方法是在曲线上使许多直线段平滑化。这要使用比率系数RF进行，其中RF＝(2/DL)·Tan(DL/2)；对于小偏转角(DL＜0.25°)，通常取RF＝1。

因此有：

只要确定了弯曲路线，就能确定落在该路线上的空间坐标。这些坐标提供了可与实际钻孔的实测坐标进行比较的参考点，从而确定离开一条路线的偏差。

获得井底钻孔组件的实际测量值(如深度、方位角和倾角)的方法和工具是众所周知的。例如Wisler的5,812,068号美国专利、Warren的4,854,397号美国专利、Comeau的5,602,541号美国专利以及Witte的5,896,939号美国专利中就描述了公知的随钻测量(MWD)工具。从一定程度上讲，测量不影响本发明，在此就不进一步说明如何进行测量了。

虽然本领域技术人员可以根据图10确定圆弧坐标，但可用的测绘方程的形式不适合用于从实际测量坐标反算圆弧参数。本发明包括一种新方法，用于确定为计算从空间一点到定向或水平目标的最佳路线所需的圆弧及直线段参数。改进的步骤基于检查圆弧端点的方向和位置与两条相连的直线段的端点的吻合程度。本发明基于实测坐标采用这种检查法确定最佳圆弧。

如图6所示，两线段LA等长，并各自与圆弧LR端点的角度和方位角精确平行。而且直线段的长度可以根据由DOG角度和半径R确定的圆弧参数很容易地计算出，从而确定弧LR，反之亦然。具体而言，本发明人求出长度LA为R·TAN(DOG/2)。申请人还注意到用圆弧的等效直线段代替所需圆弧，以达到定向的水平目标，将定向路径的设计简化为简单得多的设计相连直线段的过程。每次将一个接头加装到钻柱上，就根据钻头当前位置进行一次定向路径的计算。可以通过每次测绘后就计算一次到达目标的路径的方法得到如减少弯路这样的优化结果。

以下表1到表4包括了公式，可通过反复求解该公式得到在钻头当前位置与目标之间路线的适当的偏转角DOG和长度LA。每个表中的变量定义如下：

                        符号说明

AZDIP      ＝倾斜目标面的倾斜方位角               度北向

AZ         ＝北向的方位角                         度北向

BT         ＝圆弧的曲率                           度/100英尺

BTA        ＝上圆弧的曲率                         度/100英尺

BTA        ＝下圆弧的曲率                         度/100英尺

DAZ        ＝两方位角之差                         度

DAZ1       ＝上段圆弧起止点的方位角之差           度

DAZ2    ＝下段圆弧起止点的方位角之差                度

DEAS    ＝两点之间在东向的距离                      英尺

DIP     ＝从水平面向下测量倾斜目标平面的仰角        度

DMD     ＝两点之间的距离                            英尺

DNOR    ＝两点之间在北向的距离                      英尺

DOG     ＝圆弧两端之间在方向上的总变化量            度

DOG1    ＝圆弧两倾斜角之差                          度

DOG2    ＝圆弧两倾斜角之差                          度

DOGA    ＝上段圆弧在方向上的总变化量                度

DOGB    ＝下段圆弧在方向上的总变化量                度

DTVD    ＝两点之间的垂直距离                        英尺

DVS     ＝两点投影到水平面上的距离                  英尺

EAS     ＝东向坐标                                  英尺

ETP     ＝垂直深度测量位置的东向坐标                英尺

HAT     ＝点到倾斜目标面之间的垂直距离，如

          果点在平面上方则距离值为正数              英尺

INC     ＝自垂直方向的倾斜角                        度

LA      ＝表示上段圆弧的切线长度                    英尺

LB      ＝表示下段圆弧的切线的长度                  英尺

MD      ＝从地面沿井口测量的深度                    英尺

MDL     ＝沿切线测量的深度                          英尺

NOR     ＝北坐标                                    英尺

NTP     ＝垂直深度测量位置的北坐标                  英尺

TARGAZ  ＝用于水平目标的目标方位角                  度北向

TVD     ＝自地面的垂直深度                          英尺

TVDT    ＝倾斜目标平面在北坐标和东坐标上的垂直深度  英尺

TVDTP   ＝倾斜目标平面在NTP和ETP上的垂直深度        英尺

图2和表1对设计定向路线的过程进行了说明，该定向路线包含圆弧，圆弧后接落到一个定向目标上的相切直线段。

                               表1

                     到定向目标的单个弧线和切线

已知：BTA

开始位置：MD(1)，TVD(1)，EAS(1)，NOR(1)，INC(1)，AZ(1)

目标位置：TVD(4)，EAS(4)，NOR(4)

LA＝0                                                        (1)

MDL(1)＝MD(1)                                                (2)

MDL(2)＝MD(1)+LA                                             (3)

MDL(3)＝MD(2)+LA                                                           (4)

DVS＝LA·sin[INC(1)]                                                       (5)

DNOR＝DVS·cos[AZ(1)]                                                      (6)

DEAS＝DVS·sin[AZ(1)]                                                      (7)

DTVD＝LA·cos[INC(1)]                                                      (8)

NOR(2)＝NOR(1)+DNOR                                                        (9)

EAS(2)＝EAS(1)+DEAS                                                        (10)

TVD(2)＝TVD(1)+DTVD                                                        (11)

DNOR＝NOR(4)-NOR(2)                                                        (12)

DEAS＝EAS(4)-EAS(2)                                                        (13)

DTVD＝TVD(4)-TVD(2)                                                        (14)

DVS＝(DNOR²+DEAS²)^1/2                                                   (15)

DMD＝(DVS²+DTVD²)^1/2                                                    (16)

MDL(4)＝MDL(2)+DMD                                                          (17)

$\mathrm{INC}\left(3\right)=\arctan \left(\frac{\mathrm{DVS}}{\mathrm{DTVD}}\right)---\left(18\right)$

$\mathrm{AZ}\left(3\right)=\arctan \left(\frac{\mathrm{DEAS}}{\mathrm{DNOR}}\right)---\left(19\right)$

DAZ＝AZ(3)-AZ(1)                                                           (20)

DOGA＝arc cos{cos(DAZ)·sin[INC(1)]·sin[INC(3)+cos[INC(1)]·cos[INC(3)]}  (21)

$\mathrm{LN}=\frac{100\·180}{\mathrm{BTA}\·\mathrm{\π}}\·\tan \left(\frac{\mathrm{DOGA}}{2}\right)---\left(22\right)$

公式2到22要重复计算，直到对INC(3)计算出的数值保持不变为止。

$\mathrm{MD}\left(3\right)=\mathrm{MD}\left(1\right)+\frac{100\·\mathrm{DOGA}}{\mathrm{BTA}}---\left(23\right)$

MD(4)＝MD(3)+DMD-LA                                                        (24)

DVS＝LA·sin[INC(3)]                                                       (25)

DNOR＝DVS·cos[AZ(3)]                                                      (26)

DEAS＝DVS·sin[AZ(3)]                                                      (27)

DTVD＝LA·cos[INC(3)]                                                      (28)

TVD(3)＝TVD(2)+DTVD                                                        (29)

NOR(3)＝NOR(2)+DNOR                                                        (30)

EAS(3)＝EAS(2)＝DEAS                                                       (31)

图3和表2示出设计路线的过程，该路线需要用为一段直线所分开的两个圆弧来达到一个定向目标，该定向目标包含了对进入角和方位角的要求。

                                表2

                   到定向目标的两条曲线和一条切线

已知：BTA，BTB

开始位置：MD(1)，TVD(1)，EAS(1)，NOR(1)，INC(1)，AZ(1)

目标位置：TVD(6)，EAS(6)，NOR(6)，INC(6)，AZ(6)

初始值：LA＝0                                                                (1)

        B＝0                                                                 (2)

MDL(1)＝MD(1)                                                                (3)

MDL(2)＝MD(1)+LA                                                             (4)

MDL(3)＝MD(2)+LA                                                             (5)

DVS＝LA·sin[INC(1)]                                                         (6)

DNOR＝DVS·cos[AZ(1)]                                                        (7)

DEAS＝DVS·sin[AZ(1)]                                                        (8)

DTVD＝LA·cos[INC(1)]                                                        (9)

NOR(2)＝NOR(1)+DNOR                                                          (10)

EAS(2)＝EAS(1)+DEAS                                                          (11)

TVD(2)＝TVD(1)+DTVD                                                          (12)

DVS＝LB·sin[INC(6)]                                                         (13)

DNOR＝DVS·cos[AZ(6)]                                                        (14)

DEAS＝DVS·sin[AZ(6)]                                                        (15)

DTVD＝LB·cos[INC(6)]                                                        (16)

NOR(5)＝NOR(6)-DNOR                                                          (17)

EAS(5)＝EAS(6)-DEAS                                                          (18)

TVD(5)＝TVD(6)-DTVD                                                          (19)

DNOR＝NOR(5)-NOR(2)                                                          (20)

DEAS＝EAS(5)-EAS(2)                                                          (21)

DTVD＝TVD(5)-TVD(2)                                                          (22)

DVS＝(DNOR²+DEAS²)^1/2                                                     (23)

DMD＝(DVS²+DTVD²)^1/2                                                      (24)

$\mathrm{INC}\left(3\right)=\arctan \left(\frac{\mathrm{DVS}}{\mathrm{DTVD}}\right)---\left(25\right)$

$\mathrm{AZ}\left(3\right)=\arctan \left(\frac{\mathrm{DEAS}}{\mathrm{DNOR}}\right)---\left(26\right)$

DAZ＝AZ(3)-AZ(1)                                                             (27)

DOGA＝arc cos{cos(DAZ)·sin[INC(1)]·sin[INC(3)]+cos[INC(1)]·cos[INC(3)]}   (28)

$\mathrm{LN}=\frac{100\·180}{\mathrm{BTA}\·\mathrm{\π}}\·\tan \left(\frac{\mathrm{DOGA}}{2}\right)---\left(29\right)$

DAZ＝AZ(6)-AZ(3)                                                             (30)

DOGB＝arc cos{cos(DAZ)·sin[INC(3)]·sin[INC(6)]+cos[INC(3)]·cos[INC(6)]}   (31)

$\mathrm{LB}=\frac{100\·180}{\mathrm{BTB}\·\mathrm{\π}}\tan \left(\frac{\mathrm{DOGB}}{2}\right)---\left(32\right)$

重复公式3到32直到INC(3)稳定为止。

DVS＝LA·sin[INC(3)]                                                         (33)

DNOR＝DVS·cos[AZ(3)]                                                        (34)

DEAS＝DVS·sin[AZ(3)]                                                        (35)

DTVD＝LA·cos[INC(3)]                                                        (36)

NOR(3)＝NOR(2)+DNOR                                                          (37)

EAS(3)＝EAS(2)+DEAS                                                          (38)

TVD(3)＝TVD(2)+DTVD                                                          (39)

INC(4)＝INC(3)                                                               (40)

AZ(4)＝AZ(3)                                                                 (41)

DVS＝LB·sin[INC(4)]                                                         (42)

DNOR＝DVS·cos[AZ(4)]                                                  (43)

DEAS＝DVS·sin[AZ(4)]                                                  (44)

DTVD＝LB·cos[INC(4)]                                                  (45)

NOR(4)＝NOR(5)-DNOR                                                    (46)

EAS(4)＝EAS(5)-DEAS                                                    (47)

TVD(4)＝TVD(5)-DTVD                                                    (48)

$\mathrm{MD}\left(3\right)=\mathrm{MD}\left(1\right)+\frac{100\·\mathrm{DOGA}}{\mathrm{BTA}}---\left(49\right)$

MD(4)＝MD(3)+DMD-LA-LB                                                 (50)

$\mathrm{MD}\left(6\right)=\mathrm{MD}\left(4\right)+\frac{100\·\mathrm{DOGA}}{\mathrm{BTB}}---\left(51\right)$

图4和表3示出了确定所需圆弧参数的计算过程，该圆弧参数被用于在空间中从水平面倾斜的目标上方某点开始以单个圆弧进行钻探。在水平向钻探操作中，通过空间中的下降面和水平井延长线的方位角确定水平的目标。对水平目标的单个弧线解决方案要求开始的倾斜角小于下降角度，并且开始位置处于倾斜目标平面的上方。

                                表3

                     单一圆弧落到倾斜目标平面上

已知：TARGAZ，BT

开始位置：MD(1)，TVD(1)，EAS(1)，NOR(1)，INC(1)，AZ(1)

目标斜面：TVDTP，NTP，ETP，DIP，AZDIP

DNOR＝NOR(1)-NTP                                                                   (1)

DEAS＝EAS(1)-ETP                                                                   (2)

DVS＝(DNOR²+DEAS²)^1/2                                                           (3)

$\mathrm{AZD}=\arctan \left(\frac{\mathrm{DEAS}}{\mathrm{DNOR}}\right)---\left(4\right)$

TDV(2)＝TVDTP+DVS·tan(DIP)·cos(AZDIP-AZD)                                        (5)

ANGA＝AZDIP-AZ(1)                                                                  (6)

$X=\frac{[\mathrm{TVD}\left(2\right)-\mathrm{TVD}\left(1\right)]\·\tan \left[\mathrm{INC}\left(1\right)\right]}{1-\cos \left(\mathrm{ANGA}\right)\·\tan \left(\mathrm{DIP}\right)\·\tan \left[\mathrm{INC}\left(1\right)\right]}---\left(7\right)$

TVD(3)＝TVD(2)+X·cos(ANGA)·tan(DIP)                                              (8)

NOR(3)＝NOR(1)+X·cos[AZ(1)]                                                       (9)

EAS(3)＝EAS(1)+X·sin[AZ(1)]                                                       (10)

LA＝{X²+[TVD(3)-TVD(1)]²}^1/2                                                    (11)

AZ(5)＝TARGAZ                                                                      (12)

INC(5)＝90-arc tan{tan(DIP)·cos[AZDIP-AZ(5)]}                                     (13)

DOG＝arc cos{cos[AZ(5)-AZ(1)]·sin[INC(1)·sin[INC(5)]+cos[INC(1)]·cos[INC(5)]}

                                                                                   (14)

$\mathrm{BT}=\frac{100\·180}{\mathrm{LA}\·\mathrm{\π}}\mathrm{arc}\·\tan \left(\frac{\mathrm{DOG}}{2}\right)---\left(15\right)$

DVS＝LA·sin[INC(5)]                                                               (16)

DNOR＝DVS·cos[AZ(5)]                                                              (17)

DEAS＝DVS·sin[AZ(5)]                                                 (18)

DTVD＝LA·cos[INC(5)]                                                 (19)

NOR(5)＝NOR(3)+DNOR                                                   (20)

EAS(5)＝EAS(3)+DEAS                                                   (21)

TVD(5)＝TVD(3)+DTVD                                                   (22)

$\mathrm{MD}\left(5\right)=\mathrm{MD}\left(1\right)+\frac{100\·\mathrm{DOG}}{\mathrm{BT}}---\left(23\right)$

对于所有其它情况，所需路线可通过两个圆弧实现。这种一般性的解决方案包括在图5和表4中。

                                  表4

                       两次转变方向落到倾斜目标上

已知：BT，TARGAZ

开始位置：MD(1)，TVD(1)，NOR(1)，EAS(1)，INC(1)，AZ(1)

倾斜目标：TVDTP@NTP，以及ETP，DIP，AZDIP

TVDTP0＝TVDTP-NTP·cos(AZDIP)·tan(DIP)-ETP·sin(AZDIP)·tan(DIP)            (1)

TVDTP(1)＝TVDTP0+NOR(1)·cos(AZDIP)·tan(DIP)+EAS(1)·sin(AZDIP)·tan(DIP)

                                                                             (2)

INC(5)＝90-arc tan[tan(DIP)·cos(AZDIP-TARGAZ)]                              (3)

AZ(5)＝TARGAZ                                                                (4)

DAZ＝AZ(5)-AZ(1)                                                             (5)

DTVD＝TVDT(1)-TVD(1)                                                         (6)

$\mathrm{DOG}2=\left(\frac{180}{\mathrm{\π}}\right)\·{\left(\frac{\mathrm{BT}\·\left|\mathrm{DTVD}\right|\·\mathrm{\π}}{100\·180}\right)}^{1/2}---\left(7\right)$

If DTVD＞0    DOG1＝DOG2+INC(1)-INC(5)                                       (8)

              INC(3)＝INC(1)-DOG1

If DTVD＜0    DOG1＝DOG2-INC(1)+INC(5)                                       (9)

              INC(3)＝INC(1)+DOG1

$\mathrm{DAZ}1=\left(\frac{\mathrm{DOG}1}{\mathrm{DOG}1+\mathrm{DOG}2}\right)\·\mathrm{DAZ}---\left(10\right)$

AZ(3)＝AZ(1)+DAZ1                                                            (11)

DAZ2＝DAZ-DAZ1                                                               (12)

DOGA＝arc cos{cos[DAZ1]·sin[INC(1)]·sin[INC(3)]+cos[INC(1)]cos[INC(3)]}    (13)

DOGB＝arc cos{cos[DAZ2]·sin[INC(3)]·sin[INC(5)]+cos[INC(3)]cos[INC(5)]}    (14)

DMD＝LA+LB                                                                   (15)

$\mathrm{LA}=\frac{100\·180}{\mathrm{\π}\·\mathrm{BT}}\tan \left(\frac{\mathrm{DOGA}}{2}\right)---\left(16\right)$

$\mathrm{LB}=\frac{100\·180}{\mathrm{\π}\·\mathrm{BT}}\tan \left(\frac{\mathrm{DOGB}}{2}\right)---\left(17\right)$

DVS＝LA·sin[INC(1)]                                                         (18)

DNOR＝DVS·cos[AZ(1)]                                                        (19)

DEAS＝DVS·sin[AZ(1)]                                                        (20)

DTVD＝LA·cos[INC(1)]                                                        (21)

NOR(2)＝NOR(1)+DNOR                                                          (22)

EAS(2)＝EAS(1)+DEAS                                                          (23)

TVD(2)＝TVD(1)+DTVD                                                          (24)

DTVD(2)＝TVDTP0+NOR(2)·cos(AZDIP)·tan(DIP)+EAS(2)·sin(AZDIP)·tan(DIP)

                                                                             (25)

HAT(2)＝TVDT(2)-TVD(2)                                                       (26)

DVS＝LA·sin[INC(3)]+LB·sin[INC(3)]                                         (27)

DNOR＝DVS·cos[AZ(3)]                                                        (28)

DEAS＝DVS·sin[AZ(3)]                                                        (29)

NOR(4)＝NOR(2)+DNOR                                                          (30)

EAS(4)＝EAS(2)+DEAS                                                          (31)

TVDT(4)＝TVDTP0+NOR(4)·cos(AZDIP)·tan(DIP)+EAS(4)·sin(AZDIP)·tan(DIP)

                                                                             (32)

TVD(4)＝TVDT(4)                                                              (33)

HAT(4)＝TVDT(4)-TVD(4)                                                       (34)

DTVD＝TVD(4)-TVD(2)                                                          (35)

IF DTVD＝0  INC(3)＝90                                                       (36)

$\mathrm{IFDTVD}<0\mathrm{INC}\left(3\right)=180+\arctan \left(\frac{\mathrm{DVS}}{\mathrm{DTVD}}\right)---\left(37A\right)$

$\mathrm{IFDTVD}>0\mathrm{INC}\left(3\right)=\arctan \left(\frac{\mathrm{DVS}}{\mathrm{DTVD}}\right)---\left(37B\right)$

DOG1＝|INC(3)-INC(1)|                                                        (38)

DOG(2)＝|INC(5)-INC(3)|                                                      (39)

   重复公式10到39，直到DMD＝LA+LB

DVS＝LA·sin[INC(3)]                                                         (40)

DNOR＝DVS·cos[AZ(3)]                                                        (41)

DEAS＝DVS·sin[AZ(3)]                                                        (42)

DTVD＝LA·cos[INC(3)]                                                        (43)

NOR(3)＝NOR(2)+DNOR                                                          (44)

EAS(3)＝EAS(2)+DEAS                                                          (45)

TVD(3)＝TVD(2)+DTVD                                                          (46)

TVDT(3)＝TVDTP0+NOR(3)·cos(AZDIP)·tan(DIP)+EAS(3)·sin(AZDIP)·tan(DIP)

                                                                             (47)

HAT(3)＝TVDT(3)-TVD(3)                                                       (48)

DVS＝LB·sin[INC(3)]                                                         (49)

DNOR＝DVS·cos[AZ(3)]                                                        (50)

DEAS＝DVS·sin[AZ(3)]                                                        (51)

DTVD＝LB·cos[INC(3)]                                                        (52)

NOR(4)＝NOR(3)+DNOR                                                          (53)

EAS(4)＝EAS(3)+DEAS                                                          (54)

TVD(4)＝TVD(3)+DTVD                                                          (55)

TVDT(4)＝TVDTP0+NOR(4)·cos(AZDIP)·tan(DIP)+EAS(4)·sin(AZDIP)·tan(DIP)

                                                                             (56)

HAT(4)＝TVDT(4)-TVD(4)                                                       (57)

DVS＝LB·sin[INC(5)]                                                         (58)

DNOR＝DVS·cos[AZ(5)]                                                        (59)

DEAS＝DVS·sin[AZ(5)]                                                        (60)

DTVD＝LB·cos[INC(5)]                                                        (61)

NOR(5)＝NOR(4)+DNOR                                                       (62)

EAS(5)＝EAS(4)+DEAS                                                       (63)

TVD(5)＝TVD(4)+DTVD                                                       (64)

TVDT(5)＝TVDTP0+NOR(5)·cos(AZDIP)·tan(DIP)+EAS(5)·sin(AZDIP)·tan(DIP)

                                                                          (65)

HAT(5)＝TVDT(5)-TVD(5)                                                    (66)

$\mathrm{MD}\left(3\right)=\mathrm{MD}\left(1\right)+\frac{100\&CenterDot;\mathrm{DOGA}}{\mathrm{BT}}---\left(67\right)$

$\mathrm{MD}\left(5\right)=\mathrm{MD}\left(3\right)+\frac{100\&CenterDot;\mathrm{DOGB}}{\mathrm{BT}}---\left(68\right)$

总之，如果定向目标参数还包括一个所需的进入角度和方位角，则从目标上方任一点开始的路线需要有两个圆弧段，这两个圆弧段为一条直线分开。参见图3。当钻向水平井目标时，目标是将钻孔定位在岩层平面上，其角度平行于该平面的表面并按预定方向延伸。从目标平面上方一点，其倾斜角小于所要求的最终角度，最佳路线是如图4中所示的单一圆弧段。对于其它各种钻孔方向，到达路线需要有如图5所示的两个圆弧。为获得最佳路线而根据上面的表1到4所进行的数学计算，完全处于本领域技术人员的编程能力之内。可以将程序储存在任何一种处于井下或者地面上的计算机可读介质上。下面提供一些确定路线的具体实例。

定向实例

图7表示一个三目标定向井的设计路线。这三个目标的参数如下。

             垂直深度        北向坐标            东向坐标

             英尺            英尺                 英尺

目标1        6700            4000                 1200

目标2        7500            4900                 1050

目标3        7900            5250                 900

井底的位置定义如下：

测量深度——2301英尺

倾角——与垂直方向成1.5度角

方位角——与北成120度角

垂直深度——2300英尺

北向坐标——20英尺

东向坐标——6英尺

设计曲率为

垂直深度                    曲率

2300到2900英尺         2.5度/100英尺

2900到4900英尺         3.0度/100英尺

4900到6900英尺         3.5度/100英尺

6900到7900英尺         4.0度/100英尺

所需轨迹计算如下：

对第一个目标，我们使用图2和表1的解决方案。

BTA                ＝2.5度/100英尺

MDL(1)             ＝2301英尺

INC(1)             ＝1.5度

AZ(1)              ＝120度北向

TVD(1)             ＝2300英尺

NOR(1)             ＝20英尺

EAS(1)             ＝6英尺

LA                 ＝1121.7英尺

DOGA               ＝52.2度

MDL(2)             ＝3422.7英尺

TVD(2)             ＝3420.3英尺

NOR(2)             ＝5.3英尺

EAS(2)             ＝31.4英尺

INC(3)             ＝51.8度

AZ(3)              ＝16.3度北向方位角

MDL(3)             ＝4542.4英尺

MD(3)              ＝4385.7英尺

TVD(3)             ＝4113.9英尺

NOR(3)             ＝850.2英尺

EAS(3)             ＝278.6英尺

MD(4)              ＝8564.英尺

MDL(4)             ＝8720.英尺

INC(4)             ＝51.8度

AZ(4)              ＝16.3度北向

TVD(4)             ＝6700英尺

NOR(4)             ＝4000英尺

EAS(4)             ＝1200英尺

对第二个目标我们使用图2和表1的解决方案

BTA           ＝3.5度/100英尺

MD(1)         ＝8564.0英尺

MDL(1)        ＝8720.9英尺

INC(1)        ＝51.8度

AZ(1)         ＝16.3度北向

TVD(1)        ＝6700英尺

NOR(1)        ＝4000英尺

EAS(1)        ＝1200英尺

LA            ＝458.4英尺

DOGA          ＝31.3度

MDL(2)        ＝9179.3英尺

TVD(2)        ＝6983.5英尺

NOR(2)        ＝4345.7英尺

EAS(2)        ＝1301.1英尺

INC(3)        ＝49.7度

AZ(3)         ＝335.6度北向

MDL(3)        ＝9636.7英尺

MD(3)         ＝9457.8英尺

TVD(3)        ＝7280.1英尺

NOR(3)        ＝4663.4英尺

EAS(3)        ＝1156.9英尺

MD(4)         ＝9797.7英尺

MDL(4)        ＝9977.4英尺

INC(4)        ＝49.7度

AZ(4)         ＝335.6度北向

TVD(4)        ＝7500英尺

NOR(4)        ＝4900英尺

EAS(4)        ＝1150英尺

对于第三个目标，我们仍使用图2和表1的解决方案。

BTA           ＝4.0度/英尺

MD(1)         ＝9797.7英尺

MDL(1)        ＝9977.4英尺

INC(1)        ＝49.7度

AZ(1)         ＝335.6度北向

TVD(1)        ＝7500英尺

NOR(1)        ＝4900英尺

EAS(1)        ＝1050英尺

LA            ＝92.8英尺

DOGA          ＝7.4度

MDL(2)        ＝10070.2英尺

TVD(2)        ＝7560.0英尺

NOR(2)        ＝4964.5英尺

EAS(2)        ＝1020.8英尺

INC(3)        ＝42.4度

AZ(3)         ＝337.1度北向

MDL(3)        ＝10163.0英尺

MD(3)         ＝9983.1英尺

TVD(3)        ＝7628.6英尺

NOR(3)        ＝50221英尺

EAS(3)        ＝996.4英尺

MD(4)         ＝10350.4英尺

MDL(4)        ＝10530.2英尺

INC(4)        ＝42.4度

AZ(4)         ＝337.1度北向

TVD(4)        ＝7900英尺

NOR(4)        ＝5250英尺

ESA(4)        ＝900英尺

水平型实例

图8示出对一个水平目标钻孔的设计路线。在此例中，定向目标被用来根据期望的水平路线与钻孔对齐。该定向目标定义如下：

6700英尺垂直深度

400英尺北向坐标

1600英尺东向坐标

45度倾角

15度北向方位角

水平目标面有如下参数：

6800英尺垂直深度，在0英尺北向坐标和0英尺东向坐标处

30度北向倾斜方位角

15度北向水平钻井目标方向

3000英尺水平位移

井底位置如下：

测量深度  3502英尺

倾角      1.6度

方位角    280度北向

垂直深度  3500英尺

北向坐标  10英尺

东向坐标  -20英尺

定向孔的设计曲率为：

垂直深度                         曲率

3500到4000                        3度/100英尺

4000到6000                        3.5度/100英尺

6000到7000                        4度/100英尺

水平井的最大设计曲率是：

13度/100英尺

到达定向目标的轨迹按图3所示解决方案计算：

BTA                ＝3.0度/100英尺

BTB                ＝3.5度/100英尺

MDL(1)             ＝3502英尺

MD(1)              ＝3502英尺

INC(1)             ＝1.6度

AZ(1)              ＝280度北向

TVD(1)             ＝3500英尺

NOR(1)             ＝10英尺

EAS(1)             ＝-20英尺

LA                 ＝672.8英尺

LB                 ＝774.5英尺

DOGA               ＝38.8度

DOGB               ＝50.6度

MDL(2)             ＝4174.8英尺

TVD(2)             ＝4172.5英尺

NOR(2)        ＝13.3英尺

EAS(2)        ＝-38.5英尺

INC(3)        ＝37.2度

AZ(3)         ＝95.4度北向

MDL(3)        ＝4847.5英尺

MD(3)         ＝4795.6英尺

TVD(3)        ＝4708.2英尺

NOR(3)        ＝-25.2英尺

EAS(3)        ＝366.5英尺

INC(4)        ＝37.2度

AZ(4)         ＝95.4度北向

MDL(4)        ＝5886.4英尺

MD(4)         ＝5834.5英尺

TVD(4)        ＝5535.6英尺

NOR(4)        ＝-84.7英尺

EAS(4)        ＝992.0英尺

MDL(5)        ＝6660.8英尺

TVD(5)        ＝6152.4英尺

NOR(5)        ＝-129.0英尺

EAS(5)        ＝1458.3英尺

MD(6)         ＝7281.2英尺

MDL(6)        ＝7435.2英尺

INC(6)        ＝45度

AZ(6)         ＝15度北向

TVD(6)        ＝6700英尺

NOR(6)        ＝400英尺

EAS(6)        ＝1600英尺

水平下降路线使用如图4和表3所示的解决方案。

结果如下：

开始位置：

MD(1)         ＝7281.3英尺

INC(1)        ＝45度

AZ(1)         ＝15度北向

TVD(1)        ＝6700英尺

NOR(1)         ＝400英尺

EAS(1)         ＝1600英尺

倾斜目标的参数为：

TVDTP          ＝6800英尺

NTP            ＝0英尺

ETP            ＝0英尺

DIP            ＝4度

AZDIP          ＝30度北向

水平目标方位角为：

TARGAZ         ＝15度北向

表3计算结果如下：

DNOR           ＝400英尺

DEAS           ＝1600英尺

DVS            ＝1649.2英尺

AZD            ＝76.0度北向

TVD(2)         ＝6880.2英尺

ANGA           ＝15度

X              ＝193.2英尺

TVD(3)         ＝6893.2英尺

NOR(3)         ＝586.6英尺

EAS(3)         ＝1650.0英尺

LA             ＝273.3英尺

AZ(5)          ＝15度北向

INC(5)         ＝86.1度

DOG            ＝41.1度

BT             ＝7.9度/100英尺

DVS            ＝272.6英尺

DNOR           ＝263.3英尺

DEAS           ＝70.6英尺

DTVD           ＝18.4英尺

NOR(5)         ＝850.0英尺

EAS(5)         ＝1720.6英尺

TVD(5)         ＝6911.6英尺

MD(5)          ＝7804.1英尺

3000英尺水平目标最终确定如下：

DVS            ＝2993.2英尺

DNOR           ＝2891.2英尺

DEAS           ＝774.7英尺

DTVD           ＝202.2英尺

NOR            ＝3477.8英尺

EAS            ＝2495.3英尺

TVD            ＝7113.8英尺

MD             ＝10804.1英尺

众所周知，定向和水平的井的最佳曲率是该部分垂直深度的函数。设计曲率或者说所需的曲率可以用一种曲率对深度的列表的形式装载到在井下的计算机内。井下方案将采用通过该表确定的设计曲率。只要实际上可行，可以通过利用比设计值低的曲率来进一步优化设计精度。作为优选方案的特征，将最高的圆弧段总的偏转曲率与设计或所需曲率进行比较。无论何时发现总偏转角度小于设计者设计的曲率，就将曲率减小到与总偏转值相等的数值。例如，如果设计曲率为3.5度/100英尺，所需要的偏转是0.5度，则最初的圆弧段将采用0.5度/100英尺的曲率。这一步骤与采用设计值相比，将产生更为平滑而扭曲程度减小的钻孔。

具有旋转导向系统的定向钻井装置的实际曲率性能受到制造公差、旋转导向装置的机械磨损、钻头的磨损以及岩层特征的影响。好在这些因素的变化都是缓慢的，而且通常产生的实际曲率与钻井深度保持相当恒定的关系，但在某种程度上与理论路线不同。在旋转导向系统的控制中，井下计算机系统可以通过计算和利用修正系数对路线控制进行进一步的优化。误差值可以将测绘位置之间的设计路线与根据测绘计算出的实际路线进行比较，通过计算得出。这些两值之间的差值表示该旋转导向系统在运行中的偏差和测绘计量过程中随机产生的误差二者的综合。有效的误差校正方法应使得随机测绘误差的影响达到最小，同时旋转导向系统在运行中迅速地响应做出变化。一种优选方法是在校正系数中应用加权操作平均差。一种优选技巧是利用最后五次测量误差，而按照最近一次的测量值加权5倍、倒数第二次的值加权4倍、倒数第三次的值加权3倍、倒数第四次的值加权2倍、倒数第五次的值加权1倍的方式对它们取平均值。可通过改变测量次数或调整加权因子来进一步增加或减少随机测量误差以及在实际作业中增加或减少对变动的敏感程度。例如，在误差校正期间可采用最近十次测量值而不是最近五次的测量值。每次测量的加权变量也可以是整数或分数。上述误差确定可被包含于计算机程序中，其中细节完全处于本领域技术人员的能力范围之内。

上述用于定向和水平钻探操作的实施例可以采用能够有效控制曲率的旋转可控定向钻具加以应用。本发明人在5,931,239号美国专利中就描述了一种这样的钻具。本发明并不限于可控转向系统。图9表示可在优选方案中使用的井下装置。旋转可控定向钻井工具1与随钻工具2一同工作。基本的随钻工具在本领域中是大家所熟知的，其可测量如深度、方位角和倾斜角等参数。为了取得本发明的改善，本发明装置中的随钻测量工具应当具有能够执行以下功能的组件。

1.接收来自地面的数据和指令；

2.包括有测量单元，该测量单元测量随钻测量工具的倾斜角和方位角；

3.将数据从随钻测量工具发送到地面上的接收器；

4.向可调整的支柱发送指令并接收从支柱部件返回的执行数据的双向无线电通信线路；

5.用于根据钻井装置的坐标重新计算最优路线的计算机组件。

另外有三个方法可使每次测量的深度能够用于井下计算机。其中最简单的是在测量操作之前或之后下载测量深度。处理测量深度信息的最有效方式是在工具降到井中之前计算将来的测量深度并将这些值装载到井下计算机中。预测测量深度的干扰最小的方式是将钻杆节的平均长度相加，而不是测量所增加的每个钻杆的长度，并根据钻杆节的数量和平均长度确定测量深度。

还可以设想随钻测量工具包括用于进行γ射线测量、阻力测量和其他岩层评价测量的单元组件。预定这些附加测量既可以记录下来用于将来的复查，也可实时地发送给地面。

井下计算机组件将利用地面装载的数据、从地面载入的最简单指令和井底测量值，在每次测量后计算钻孔的位置，并确定从钻孔的当前位置到定向和水平的目标的最佳路线。可以选择在地面上设有备份的计算能力，从而使必须从随钻测量工具发到地面上的的数据量达到最小。井下计算机还包括误差校正组件，该组件将测量得到的路线与设计路线加以比较，并利用那些比较差值来计算误差校正值。误差校正被设置成一种闭环过程，用以校正制造公差、工具磨损、钻头磨损以及岩层影响。

根据以下所述，本方法可有效地改进定向和水平钻孔操作：

1.仅仅需要一个井底钻孔方案以钻出全部定向井。这消除了所有常规用以改变井底钻孔参数的行程，从而更好地满足设计路线的要求。

2.本方法用最少的迂回曲折钻出平滑的钻孔。在每次测量之后重设计最佳路线的方法将选择为到达目标所需的曲率最小的钻孔路线。这将消除定向钻孔人员一般采用的将路线调回到原始设计路线造成的迂回曲折的调整。

3.闭环的误差校正例行程序将使指定路线与实际完成路线的差别最小。这还导致减少了迂回曲折。

4.通过结合提供精确控制的曲率以及重新决定最优路线的能力，本发明提供了利用实际最小曲率的路线。这进一步实现了使钻孔的迂回曲折达到最小化的目的。

上面叙述了本发明的优选实施方案，本领域技术人员会认识到，在不离开本发明主旨和范围的前提下，还可以进行各种修改。

Claims (36)

1.一种根据参考路线设计而从地面对一个或多个地下目标钻探钻孔的方法，所述方法包括：

在地下的预定深度确定钻头的当前位置以便钻探所述钻孔；并且

基于所述钻头的当前位置的坐标，计算到达所述一个或多个地下目标的新路线，所述新路线独立于所述参考路线设计而得到确定。

2.如权利要求1的方法，其中所述新路线包括位于所述钻头的当前位置与所述一个或多个地下目标中的第一地下目标之间的单个弯曲部分。

3.如权利要求2的方法，其中所述单个弯曲部分是基于所述钻头的当前位置以及所述第一地下目标的位置而确定的。

4.如权利要求3的方法，其中所述单个弯曲部分是以第一切线段和第二切线段加以估算的，第一和第二切线段各自均具有长度LA并在一交点处相交，在此处LA＝Rtan(DOG/2)，

其中R＝限定所述单个弯曲部分的圆周半径，而DOG＝由限定所述单个弯曲部分的、分别到达第一和第二切线段的不相交的端点的第一和第二半径线所限定的角度。

5.如权利要求3的方法，其中所述新路线包括所述单个弯曲部分以及从所述单个弯曲部分的最靠近所述第一地下目标的一端延伸的切线。

6.如权利要求1的方法，其中所述地下目标中的第一个包括至少对于进入角和方位角二者之一有要求的目标，且所述新路线包括第一弯曲部分和第二弯曲部分。

7.如权利要求6的方法，其中所述第一和第二弯曲部分分别以第一切线段A和第二切线段B加以估算，第一和第二切线段各自均具有长度LA并在交点C处相交，在此处LA＝Rtan(DOG/2)，

其中R＝限定所述单个弯曲部分的圆周半径，而DOG＝由限定所述单个弯曲部分的、分别到达第一和第二切线段的不相交的端点的第一和第二半径线所限定的角度。

8.如权利要求7的方法，其中所述第一和第二弯曲部分由一直线连接，该直线连接对应于所述第一曲率的第一和第二切线段的一个不相交的端点以及对应于所述第二曲率的第一和第二切线段的一个不相交的端点。

9.如权利要求4的方法，其中所述第一地下目标由一个具有所需的进入角和方位角的水平井构成，而且所述钻头的所述当前位置处于比所述第一地下目标浅的深度。

10.如权利要求1的方法，其中确定所述钻头的当前位置包括确定钻孔深度的坐标以及测量倾斜角和方位角，其中所述钻孔深度是基于钻探所述钻孔到达所述当前位置的多个钻孔段之和而预先确定的。

11.如权利要求1的方法，其中确定所述钻头的当前位置包括确定钻孔深度的坐标以及测量倾斜角和方位角，其中所述钻孔深度是基于由位于地面上的钻探站所提供的深度测量值的通信而确定的。

12.如权利要求1的方法，其进一步包括确定至少倾斜角和方位角二者之一的测量误差，其中所述误差被作为加权平均值计算，其对最近的误差计算所作加权大于较远的误差计算。

13.一种计算机可读介质，其可操作一装置以根据参考路线设计而从地面对一个或多个地下目标钻探钻孔，所述计算机可读介质包括：

用于在地下的预定深度确定钻探所述钻孔的钻头的当前位置的计算机可读程序装置；

用于基于所述钻头的当前位置的坐标而计算到达所述一个或多个地下目标的新路线的计算机可读程序装置，所述新路线独立于参考路线设计而得到确定。

14.如权利要求13的计算机可读介质，其中用于计算所述新路线的所述计算机可读程序装置计算位于所述钻头的当前位置与所述一个或多个地下目标中的第一地下目标之间的单个弯曲部分。

15.如权利要求14的计算机可读介质，其中所述单个弯曲部分是以第一切线段和第二切线段加以估算的，第一和第二切线段各自均具有长度LA并在一交点处相交，在此处LA＝Rtan(DOG/2)，

其中R＝限定所述单个弯曲部分的圆周半径，而DOG＝由限定所述单个弯曲部分的、分别到达第一和第二切线段的不相交的端点的第一和第二半径线所限定的角度。

16.如权利要求15的计算机可读介质，其中所述新路线包括所述单个弯曲部分以及从所述单个弯曲部分的最靠近所述第一地下目标的一端延伸的切线。

17.如权利要求13的计算机可读介质，其中所述地下目标中的第一个包括至少对于进入角和方位角二者之一有要求的目标，且所述新路线包括第一弯曲部分和第二弯曲部分。

18.如权利要求17的计算机可读介质，其中所述第一和第二弯曲部分分别以第一切线段A和第二切线段B加以估算，第一和第二切线段各自均具有长度LA并在交点C处相交，在此处LA＝Rtan(DOG/2)，

其中R＝限定所述单个弯曲部分的圆周半径，而DOG＝由限定所述单个弯曲部分的、分别到达第一和第二切线段的不相交的端点的第一和第二半径线所限定的角度。

19.如权利要求18的计算机可读介质，其中所述第一和第二弯曲部分由一直线连接，该直线连接对应于所述第一曲率的第一和第二切线段的一个不相交的端点与对应于所述第二曲率的第一和第二切线段的一个不相交的端点。

20.如权利要求14的计算机可读介质，其中所述第一地下目标由一个具有所需的进入角和方位角的水平井构成，而且所述钻头的所述当前位置处于比所述第一地下目标浅的深度。

21.如权利要求13的计算机可读介质，其中用于确定所述钻头的当前位置的所述计算机可读程序装置包括确定钻孔深度的坐标以及测量倾斜角和方位角，其中所述钻孔深度是基于钻探所述钻孔到达所述当前位置的多个钻孔段之和而预先确定的。

22.如权利要求13的计算机可读媒介的方法，其中用于确定所述钻头的当前位置的计算机可读程序装置包括确定钻孔深度的坐标以及测量倾斜角和方位角，其中所述钻孔深度是基于由位于地面上的钻探站所提供的深度测量值的通信而确定的。

23.如权利要求13的计算机可读介质，其进一步包括确定至少倾斜角和方位角二者之一的测量误差的计算机可读程序装置，其中所述误差被作为加权平均值计算，其对最近的误差计算所作加权大于较远的误差计算。

24.一种根据参考路线设计而从地面对一个或多个地下目标钻探钻孔的装置，其包括：

用于在地下的预定深度确定钻头的当前位置的装置；以及

用于基于所述钻头的当前位置的坐标而计算到达所述一个或多个地下目标的新路线的装置，所述新路线独立于所述参考路线设计。

25.如权利要求24的装置，其中用于计算所述新路线的所述装置计算位于所述钻头的当前位置与所述一个或多个地下目标中的第一地下目标之间的单个弯曲部分。

26.如权利要求25的装置，其中用于计算所述新路线的所述装置以第一切线段和第二切线段逼近所述单个弯曲部分，第一和第二切线段各自均具有长度LA，并在一交点处相交，在此处LA＝Rtan(DOG/2)，

其中R＝所述单个弯曲部分的圆周半径，而DOG＝由限定所述单个弯曲部分的、分别到达第一和第二切线段的不相交的端点的第一和第二半径线所限定的角度。

27.如权利要求26的装置，其中用于计算所述新路线的所述装置计算位于所述单个弯曲部分以及从所述单个弯曲部分的最靠近所述第一地下目标的一端延伸的切线。

28.如权利要求24的装置，其中所述地下目标中的第一个包括至少对于进入角和方位角二者之一有要求的目标，且用于计算所述新路线的所述装置计算第一弯曲部分和第二弯曲部分。

29.如权利要求28的装置，其中用于计算所述新路线的装置估算第一切线段A和第二切线段B中的每一个，第一切线段A和第二切线段B分别以第一和第二弯曲部分进行估算，第一和第二切线段各自均具有长度LA并在交点C处相交，在此处LA＝Rtan(DOG/2)，

其中R＝限定所述单个弯曲部分的圆周半径，而DOG＝由限定所述单个弯曲部分的、分别到达第一和第二切线段的不相交的端点的第一和第二半径线所限定的角度。

30.如权利要求29的装置，其中用于计算所述新路线的所述装置确定连接第一和第二弯曲部分的直线段，所述直线连接对应于所述第一曲率的第一和第二切线段的一个不相交的端点与对应于所述第二曲率的第一和第二切线段的一个不相交的端点。

31.如权利要求25的装置，其中所述第一地下目标由一个具有所需的进入角和方位角的水平井构成，而且所述钻头的所述当前位置处于比所述第一地下目标浅的深度。

32.如权利要求24的装置，其中用于确定所述钻头的当前位置的装置包括确定钻孔深度的坐标以及测量倾斜角和方位角的装置，其中所述钻孔深度是基于钻探所述钻孔到达所述当前位置的多个钻孔段之和而预先确定的。

33.如权利要求24的装置，其中用于确定所述钻头的当前位置的装置包括确定钻孔深度的坐标以及测量倾斜角和方位角的装置，其中所述钻孔深度是基于由位于地面上的钻探站所提供的深度测量值的通信而确定的。

34.如权利要求24的装置，其进一步包括：

用于测量至少所述钻头的方位角和深度二者之一的装置；以及

用于确定至少倾斜角和方位角二者之一的测量误差的装置，其中所述误差被作为加权平均值计算，其对最近的误差计算所作加权大于较远的误差计算。

35.如权利要求1的方法，其中所述预定深度是预期深度，所述方法进一步包括向进入钻孔中的处理器装载所述预期深度，当所述处理器进入钻孔中之前尚处于地面上时，进行所述装载。

36.如权利要求35的方法，其中所述预期深度是基于钻杆节平均长度而确定的。

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