高精度的井眼轨迹监测方法技术

本发明专利技术公开了一种高精度的井眼轨迹监测方法，内容包括：计算井口点的地心坐标，选取磁偏角初值，归算方位角，计算井口坐标系下的坐标，计算大地坐标，求取磁偏角，校验磁偏角精度，计算其它轨迹参数等。本发明专利技术考虑了磁偏角沿井眼轨迹的变化，利用迭代法依次确定每个测点的磁偏角、真方位角和空间坐标等参数，从而显著提高了井眼轨迹监测的精度和可靠性。

High precision borehole trajectory monitoring method

The invention discloses a high precision well trajectory monitoring method, including: Calculation of the geocentric coordinate wellhead point, select the initial value to the azimuth angle of declination, coordinate calculation, wellhead coordinates, geodetic coordinate calculation, calculate the magnetic declination, check calculation accuracy of magnetic declination, other trajectory parameters etc.. The invention considers the declination change along the well trajectory, using the iterative method in each measuring point of the magnetic declination, true azimuth and space coordinates and other parameters, which significantly improves the well trajectory monitoring accuracy and reliability.

【技术实现步骤摘要】
高精度的井眼轨迹监测方法
本专利技术涉及油气钻探
，具体涉及一种高精度的井眼轨迹监测方法。
技术介绍
钻井工程师常采用井口坐标系来设计、监测和控制井眼轨迹，而地质科学家采用大地坐标系来描述大地构造及储层展布形态。要适应和满足油气勘探开发需求，必须解决井眼定位问题。现有技术是基于地图投影原理来归算井眼轨迹。该方法根据井口和靶点的地图投影坐标进行井眼轨迹设计，其指北方向为地图投影平面的坐标北。由于涉及地图投影及投影变换，且实测方位角多为磁方位角，所以需要考虑子午线收敛角和磁偏角才能将实钻轨迹归算到设计轨道所在的坐标系下。由于涉及地图投影及投影变换，所以存在一些固有缺陷，主要包括：(1)坐标系及参考基准问题井口和靶点坐标可能由水文勘查、地球物理等部门分别提供，其参考基准、甚至包括地球椭球参数等大地坐标数据有可能不同。而钻井过程中的井眼轨迹监测与控制是由定向井服务公司提供技术服务，其应用软件所采用的大地坐标系及参考基准也可能不同于前者。因缺少相应的数据审查及监管机制和行业标准，在实际工作中存在忽视甚至误用数据问题。例如，当前设计或正在钻进的新井采用2000国家大地坐标系，而几十年前已完钻的邻井采用1954年北京坐标系。因为这两个大地坐标系采用了不同的地球椭球，所以应进行包括大地坐标系转换在内的数据归算。然而，在实际工作中时常会忽视这种坐标系转换问题而直接进行井眼防碰等计算，致使计算结果不准确。(2)子午线收敛角和磁偏角问题现有技术使用井口处的子午线收敛角和磁偏角来归算全井的井眼轨迹，但实际上二者都沿井眼轨迹变化。显然，这种简单的处理方法会带来误差。(3)地图投影问题投影变形是地图投影的固有特性。基于地图投影坐标进行井眼轨迹设计与监测，必然会产生误差，从而影响轨道设计和实钻轨迹计算的精度。此外，由于投影带内不同位置的投影变形程度不同，因此不同油井的设计与计算精度是不同的。事实上，对于同一口油井，因投影变形而产生的误差也是沿井眼轨迹变化的。因此，现有技术因存在地图投影变形、磁偏角被视为常数等问题，必然会产生误差，从而影响了井眼轨迹的监测精度。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种高精度的井眼轨迹监测方法，其特征在于，考虑了磁偏角沿井眼轨迹的变化，依次对井眼轨迹上的每个测点，利用迭代法来求取磁偏角、归算方位角、计算井眼轨迹参数，具体包括以下步骤：计算井口点的地心坐标；选取磁偏角初值；归算方位角；计算井口坐标系下的坐标；计算大地坐标；求取磁偏角；校验磁偏角精度；计算其它轨迹参数。所述计算井口点的地心坐标，具体为：在获取井口点大地坐标(ho,Lo,Bo)的基础上，按下式计算井口点的地心坐标(Xo,Yo,Zo)其中其中，a为地球椭球的长半轴，b为地球椭球的短半轴，e为地球椭球的第一偏心率，RN为卯酉圈的曲率半径。所述选取磁偏角初值是：对于任一测点i(i为测点编号)，其磁偏角初值δi0可取为井口点的磁偏角δ0或上测点i-1的磁偏角δi-1。所述归算方位角是将测斜数据所提供的磁方位角，按以下方法归算为真方位角：其中，δ为磁偏角，φM为实测的磁方位角，φ为真方位角。所述计算井口坐标系下的坐标，具体为：根据井眼轨迹模型，首先计算出测点i与测点i-1之间的坐标增量(ΔNi-1,i,ΔEi-1,i,ΔHi-1,i)，然后按下式计算测点i在井口坐标系下的坐标：其中，N为北坐标，E为东坐标，H为垂深坐标。所述计算大地坐标，具体为：首先，根据井口点的大地坐标(Lo,Bo)、地心坐标(Xo,Yo,Zo)和测点i的井口坐标(Ni,Ei,Hi)，按下式计算测点i的地心坐标(Xi,Yi,Zi)：然后，再按下式计算测点i的大地坐标(hi,Li,Bi)：其中，L为大地经度，B为大地纬度，h为高程，X、Y、Z为地心坐标。所述求取磁偏角，具体为：根据测点i的大地坐标(hi,Li,Bi)和计算日期，按地磁场模型或实测数据，求取磁偏角δi。所述校验磁偏角精度，具体为：对于所要求的计算精度ε，若|δi-δi0|<ε，便可确定测点i的磁偏角δi、井口坐标(Ni,Ei,Hi)和大地坐标(hi,Li,Bi)；否则，令δi0＝δi，重复上述计算，直到满足精度要求。所述计算其它轨迹参数是指计算水平位移、平移方位及挠曲形态等其它井眼轨迹参数。本专利技术带来了以下有益效果：本专利技术提供了一种高精度的井眼轨迹监测方法，基于地球椭球及坐标变换来监测井眼轨迹，不涉及地图投影及投影变换问题，不仅消除了因地图投影变形而产生的误差，而且规避了因忽视或遗漏不同大地坐标系之间换算而带来的误差风险，也不涉及子午线收敛角问题，同时还考虑了磁偏角沿井眼轨迹的变化。因此，本专利技术从根本上解决了现有技术存在误差较大的技术问题，显著提高了井眼轨迹监测的精度和可靠性。本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明为了更清楚的说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要的附图做简单的介绍：图1是本专利技术实施例中的高精度井眼轨迹监测方法流程图；图2是本专利技术实施例中的坐标系统示意图。具体实施方式以下将结合附图及实施例来详细说明本专利技术的实施方式，借此对本专利技术如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本专利技术中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本专利技术的保护范围之内。实施例一：井眼轨迹监测的基本任务是求得各测点的空间坐标。为此，在井口处建立空间直角坐标系O—NEH，简称井口坐标系。对于第一个测点来说，可认为它与井口点构成了一个测段。井口点不是实际的测点，为方便可用i＝0来标识。由于井口点的各参数均为已知数据，所以只要算出该测段内的坐标增量，便可得到第一个测点的空间坐标。以此逐测段类推，便可得到实钻井眼轨迹的计算结果。因此，实钻井眼轨迹监测问题可归结为如下命题：在实钻井眼轨迹上，相邻两测点的测斜数据分别为(Li-1,αi-1,φi-1)和(Li,αi,φi)，其中φi-1已归算为真方位角、φi为实测方位角；在已知上测点i-1在井口坐标系下的空间坐标(Ni-1,Ei-1,Hi-1)等参数条件下，如何获得下测点i的空间坐标(Ni,Ei,Hi)。如图1所示。本专利技术实施例提供了一种高精度的井眼轨迹监测方法，具体方法和步骤为：步骤S1：获取井眼轨迹的测斜数据。在钻井过程中，利用随钻测量MWD等仪器可获取实钻井眼轨迹上一系列测点的测斜数据，所述测斜数据包括：井深L、井斜角α和方位角φ。为叙述方便，将各测点自上而下依次编号为i(i＝1,2,…,n)，各测点的测斜数据用测点编号来标识，即测点编号为i的测斜数据为(Li,αi,φi)，其中n为测点数。步骤S2：获取井口点的大地坐标。地质设计提供井口点的大地坐标，所述大地坐标包括大地经度L、大地纬度B和高程h。如果地质设计只提供地图投影坐标而没有提供大地坐标，则可根据地图投影原理将地图投影坐标还原为大地坐标。由于地图投影坐标是由大地坐标计算而来，所以理论上这种坐标还原过程不存在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高精度的井眼轨迹监测方法，其特征在于，考虑了磁偏角沿井眼轨迹的变化，依次对井眼轨迹上的每个测点，利用迭代法来求取磁偏角、归算方位角、计算井眼轨迹参数，具体包括以下步骤：计算井口点的地心坐标；选取磁偏角初值；归算方位角；计算井口坐标系下的坐标；计算大地坐标；求取磁偏角；校验磁偏角精度；计算其它轨迹参数。

【技术特征摘要】
1.一种高精度的井眼轨迹监测方法，其特征在于，考虑了磁偏角沿井眼轨迹的变化，依次对井眼轨迹上的每个测点，利用迭代法来求取磁偏角、归算方位角、计算井眼轨迹参数，具体包括以下步骤：计算井口点的地心坐标；选取磁偏角初值；归算方位角；计算井口坐标系下的坐标；计算大地坐标；求取磁偏角；校验磁偏角精度；计算其它轨迹参数。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在获取井口点大地坐标(ho,Lo,Bo)的基础上，按下式计算井口点的地心坐标(Xo,Yo,Zo)其中其中，a为地球椭球的长半轴，b为地球椭球的短半轴，e为地球椭球的第一偏心率，RN为卯酉圈的曲率半径。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述选取磁偏角初值是：对于任一测点i，i为测点编号，其磁偏角初值δi0可取为井口点的磁偏角δ0或上测点i-1的磁偏角δi-1。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述归算方位角是将测斜数据所提供的磁方位角，按以下方法归算为真方位角：其中，δ为磁偏角，φM为实测的磁方位角，φ为真方位角。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算井口坐标系下的坐标，具体为：根据井眼轨迹模型，首先计算出测点i与测点i-1之间的坐标增量(ΔNi-1，i,ΔEi-1，i,ΔHi-1，i)，然后按下式计算测点i在井口...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘修善，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11