一种基于向量相似度的井眼轨迹钻前模拟方法技术

本发明专利技术公开了一种基于相似度的井眼轨迹钻前模拟方法，该方法的步骤如下：计算已钻井井眼轨迹控制偏差；建立已钻井井眼轨迹控制特征样本数据库；计算模拟井眼轨迹模拟点状态向量与数据库向本相似度；筛选备选样本与确定模拟井眼轨迹模拟点控制参数；计算模拟井眼轨迹模拟点参数与控制偏差；重复进行下一模拟点的模拟，直至完成设计井眼轨道的模拟。本发明专利技术的有益效果是：在钻前对待钻井可能会钻出的井眼轨迹进行模拟，有效提高了深井、大斜度井及大位移井钻前摩阻扭矩预测的精度，为钻井施工难度合理评估和钻井主设备准确选型提供了帮助。

A Pre-Drilling Simulation Method of Well Trajectory Based on Vector Similarity

The invention discloses a borehole trajectory pre-drilling simulation method based on similarity. The steps of the method are as follows: calculating the control deviation of drilled borehole trajectory; establishing the sample database of drilled borehole trajectory control characteristics; calculating the state vector of simulated wellbore trajectory simulation points and the similarity of database orientation; screening candidate samples and determining the control parameters of simulated wellbore trajectory simulation points; The simulation point parameters and control deviation of the simulated well trajectory are calculated, and the simulation of the next simulation point is repeated until the simulation of the designed well trajectory is completed. The beneficial effect of the present invention is to simulate the well trajectory that may be drilled before drilling, effectively improve the accuracy of prediction of friction and torque before drilling in deep wells, highly deviated wells and extended reach wells, and provide help for reasonable evaluation of drilling construction difficulty and accurate selection of main drilling equipment.

【技术实现步骤摘要】
一种基于向量相似度的井眼轨迹钻前模拟方法
本专利技术涉及钻井工程领域，具体是一种基于向量相似度的井眼轨迹钻前模拟方法。
技术介绍
对深井、大斜度井及大位移井进行摩阻扭矩预测是油气田开发方案规划与编制阶段的重要工作内容之一，是钻井主设备和钻井工具选型及施工工艺措施制订的主要依据，同时也是钻井、采油平台位置和建设规模及区块勘探开发生产方式等关乎油田发展重要决策确定的依据之一。但是，由于钻前摩阻扭矩预测是基于设计井眼轨道的，而由理想的直线和曲线组成的设计井眼轨道与由曲率半径不均匀变化的已钻井井眼轨迹之间有较大的差异，导致摩阻扭矩预测结果有较大的随机性，尤其是旋转钻进扭矩有较大的偏差，相同预测条件下，同一口井应用设计井眼轨道预测的扭矩一般低于实钻扭矩15％～20％以上，预测结果不能合理反映出待施工井钻井难度，不仅不能很好指导钻井方案的编制，而且还会对后续的钻井施工埋下潜在的安全风险。因此，在钻前钻井方案编制阶段，将设计井眼轨道进行模拟处理成接近实钻的井眼轨迹，提高摩阻扭矩的预测精度，对提高油气田开发方案的科学性和合理性具有重要的意义。到目前为止，文献报道的井眼轨迹钻前模拟方法主要有两种：一种是基于随机数的模拟方法，该方法是在设定井斜角和方位角的最大波动范围的基础上，通过计算加权的随机数与当前深度点井斜角和方位角的代数和，来实现井眼轨迹的钻前模拟；另一种是基于Matlab/Simulink工具箱的井眼轨迹模糊控制仿真模拟方法，该方法针对井下复杂环境和井眼轨迹控制影响因素的不确定性问题，基于模糊控制理论，设计了井眼轨迹模糊控制器，设定了三个井眼轨迹控制准则，即模拟点与控制点的距离偏差、最大井斜变化率和最大方位变化率，实现井眼轨迹控制钻前模拟。基于随机数的模拟方法直接以井眼轨迹控制结果为操作对象，考虑了方位角波动与井斜角大小之间的关系，符合井斜角越大，方位角波动量越小的井眼轨迹控制规律。目前，商用摩阻扭矩预测软件中一般都以此方法来对设计井眼轨道进行模拟实钻粗糙化处理，来提高深井、大斜度井和大位移井钻前摩阻扭矩预测的精度，但该方法以随机数为基础模拟井眼轨迹控制，与实钻井眼轨迹控制规律有较大差异，导致摩阻扭矩预测结果也具有较大的随机性。基于Matlab/Simulink工具箱的模糊控制控制方法在模拟定向井工程师井眼轨迹控制习惯，尤其是定向井工程师在基于井眼轨迹延伸趋势、导向钻具对井斜的控制能力与地层特征匹配度等因素做出的井眼轨迹控制参数调整方面，有明显的欠缺，且该方法未见实际应用方面的文献报道。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于向量相似度的井眼轨迹钻前模拟方法，以大量已钻井井眼轨迹数据为参考样本，模拟定向井工程师井眼轨迹控制行为，实现井眼轨迹的钻前模拟，进而提高深井、大斜度井及大位移井钻前摩阻扭矩预测的精度。本专利技术解决上述问题所采用的技术方案是：一种基于向量相似度的井眼轨迹钻前模拟方法，利用向量相似度算法从多个已钻井中筛选实钻控制参数作为设计井的模拟控制参数，以此对设计井的模拟井眼轨迹逐点模拟。进一步地，为了更好的实现本专利技术，本专利技术通过以下步骤完成：1)计算已钻井井眼轨迹相对设计井眼轨道的控制偏差：根据已知已钻井的井眼轨迹井斜数据和对应的设计井眼轨道，计算每口已钻井井眼轨迹各深度点相对于其设计井眼轨道的控制偏差；2)构建井眼轨迹控制特征样本向量(Pi*)：以已钻井井眼轨迹各深度点相对于其设计井眼轨道对应点的控制偏差、实钻控制参数及其设计井眼轨道的设计特征参数组成的向量(Pi*)为样本，分别建立已钻井的直井段、造斜段、稳斜段和降斜段井眼轨迹控制特征样本数据库；3)井眼轨迹模拟相似度计算：以设计井的模拟井眼轨迹当前模拟点(j)相对于其设计井眼轨道的控制偏差、模拟控制参数及其设计井眼轨道的设计特征参数组成模拟井眼轨迹的模拟点状态向量(Pj)，计算模拟点状态向量Pj与同井段已钻井井眼轨迹控制特征样本数据库中各个样本Pi*的相似度(S)；4)备选样本筛选：筛选出相似度(S)介于Smin与Smax之间的井眼轨迹控制特征样本为备选样本，从备选样本中随机选择某一样本作为设计井井眼轨迹模拟的参考样本，以该参考样本所属已钻井井眼轨迹的下一深度点的控制参数(Buildi+1，Turni+1)为设计井模拟井眼轨迹下一深度点(j+1)的模拟控制参数；5)计算得到设计井模拟井眼轨迹第j+1点的模拟控制参数和第j+1模拟点相对于设计井眼轨道的控制偏差，以此能够对第j+1点的位置进行模拟；6)重复步骤3)至步骤5)，逐点完成设计井井眼轨迹模拟。进一步地，为了更好的实现本专利技术，步骤1)所述的控制偏差为：直井段和稳斜段的已钻井井眼轨迹各深度点相对于其设计井眼轨道的控制偏差包括井斜角偏差(ΔInc*)和水平位移偏差(ΔCd*)；造斜段和降斜段的已钻井井眼轨迹各深度点相对于其设计井眼轨道的控制偏差包括井斜角偏差(ΔInc*)、水平位移偏差(ΔCd*)和闭合方位偏差(ΔCAzi*)。进一步地，为了更好的实现本专利技术，步骤2)所述的实钻控制参数包括已钻井井眼轨迹钻至各深度点的井斜变化率和方位变化率进一步地，为了更好的实现本专利技术，步骤2)所述的设计井眼轨道的设计特征参数为：直井段和稳斜段为设计井斜角造斜段和降斜段为设计井斜角设计井斜变化率和设计方位变化率进一步地，为了更好的实现本专利技术，步骤3)所述的设计井的模拟井眼轨迹当前模拟点(j)是井口以下第一个模拟点(j＝1)时，从步骤2)建立的直井段控制特征样本数据库中随机选取井深(Md)小于50m的样本点，以该样本的控制偏差作为设计井模拟井眼轨迹第一个模拟点(j＝1)的控制偏差，且该样本不能继续作为设计井当前井眼轨迹模拟的参考样本。进一步地，为了更好的实现本专利技术，步骤3)所述的相似度计算方法包括欧氏距离算法、曼哈顿距离算法、切比雪夫距离算法、相关系数算法和向量空间余弦相似度算法。进一步地，为了更好的实现本专利技术，步骤4)所述的相似度(S)的取值范围Smin与Smax根据步骤3)计算相似度所应用的相似度计算方法确定：相似度计算方法为欧氏距离算法或曼哈顿距离算法或切比雪夫距离算法时：Smax为步骤3)计算获得的相似度(S)的最大值，Smin取值为Smax的85％～90％；相似度计算方法为相关系数算法或向量空间余弦相似度算法时：Smax为1，Smin取值0.75～0.85。本专利技术与现有技术相比，本专利技术所述的方法以大量已钻井井眼轨迹数据为样本，符合实钻井眼轨迹控制规律，显著地提高了摩阻扭矩的钻前预测精度。应用本专利技术所述方法钻前模拟出的井眼轨迹进行摩阻扭矩预测，相对于实钻实际摩阻扭矩的平均偏差小于5％，最大偏差小于10％。附图说明图1为本专利技术一种基于相似度的井眼轨迹钻前模拟方法的流程示意图；图2为P12L井分别应用设计井眼轨道、实钻井眼轨迹和10条钻前模拟井眼轨迹预测旋转钻进工况扭矩的对比曲线；图3为P12L井应用10条钻前模拟井眼轨迹预测旋转钻进工况的扭矩相对于实钻井眼轨迹的偏差对比曲线；图4为P12L井应用10条钻前模拟井眼轨迹预测起钻工况的井口拉力相对于实钻井眼轨迹的偏差对比曲线。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的具体实施方式作进一步的详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。一种基于相似度的井眼轨迹本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于向量相似度的井眼轨迹钻前模拟方法，其特征在于：利用向量相似度算法从多个已钻井中筛选实钻控制参数作为设计井的模拟控制参数，以此对设计井的模拟井眼轨迹逐点模拟。

【技术特征摘要】
1.一种基于向量相似度的井眼轨迹钻前模拟方法，其特征在于：利用向量相似度算法从多个已钻井中筛选实钻控制参数作为设计井的模拟控制参数，以此对设计井的模拟井眼轨迹逐点模拟。2.根据权利要求1所述的一种基于向量相似度的井眼轨迹钻前模拟方法，特征是通过以下步骤完成：1)根据已知已钻井的井眼轨迹井斜数据和对应的设计井眼轨道，计算每口已钻井井眼轨迹各深度点相对于其设计井眼轨道的控制偏差；2)以已钻井井眼轨迹各深度点相对于其设计井眼轨道对应点的控制偏差、实钻控制参数及其设计井眼轨道的设计特征参数组成的向量(Pi*)为样本，分别建立已钻井的直井段、造斜段、稳斜段和降斜段井眼轨迹控制特征样本数据库；3)以设计井的模拟井眼轨迹当前模拟点(j)相对于其设计井眼轨道的控制偏差、模拟控制参数及其设计井眼轨道的设计特征参数组成模拟井眼轨迹的模拟点状态向量(Pj)，计算模拟点状态向量Pj与同井段已钻井井眼轨迹控制特征样本数据库中各个样本Pi*的相似度(S)；4)筛选出相似度(S)介于Smin与Smax之间的井眼轨迹控制特征样本为备选样本，从备选样本中随机选择某一样本作为设计井井眼轨迹模拟的参考样本，以该参考样本所属已钻井井眼轨迹的下一深度点的控制参数(Buildi+1，Turni+1)为设计井模拟井眼轨迹下一深度点(j+1)的模拟控制参数；5)计算得到设计井模拟井眼轨迹第j+1点的模拟控制参数和第j+1模拟点相对于设计井眼轨道的控制偏差，以此能够对第j+1点的位置进行模拟；6)重复步骤3)至步骤5)，逐点完成设计井井眼轨迹模拟。3.根据权利要求2所述的一种基于向量相似度的井眼轨迹钻前模拟方法，特征是步骤1)所述的控制偏差为：直井段和稳斜段的已钻井井眼轨迹各深度点相对于其设计井眼轨道的控制偏差包括井斜角偏差(ΔInc*)和水...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡中志，
申请(专利权)人：四川轻化工大学，
类型：发明
国别省市：四川,51