一种大井组丛式井轨迹防碰优化设计的方法技术

一种大井组丛式井轨迹防碰优化设计的方法，步骤：一、定义大井组丛式井井场坐标范围；二、定义大井组设计井口参数；三、将给定平台已钻井的井深、井斜角、井斜方位角、垂深、东西坐标、南北坐标及狗腿度轨迹数据参数加载到定义的大井组丛式井井场坐标范围内；四、自定义优化设计轨迹工程约束条件，给出设计井眼轨迹中靶精度范围和防碰安全距离；五、确定靶体的矢量中靶方位；六、建立大井组丛式井轨迹防碰优化设计模型；七、将求出的满足中靶精度要求的最优设计井眼轨迹数据；八、在轨迹寻优过程中动态求解与邻井防碰距离的分离系数，最终找出既能满足工程条件约束又能符合大井组丛式井防碰安全要求最优轨迹；本发明专利技术优化设计的轨道更加平缓。

【技术实现步骤摘要】
一种大井组丛式井轨迹防碰优化设计的方法
本专利技术涉及油气钻井设计
，特别涉及一种大井组丛式井轨迹防碰优化设计的方法。
技术介绍
随着油田勘探开发进程的不断推进，国内外丛式井和加密井的数量都在不断增加，老油田加密井、调整井越来越多，新建丛式井组规模越来越大，井与井之间的空间距离越来越小，这对密集井网条件下的防碰设计和钻井施工作业都提出了更高的要求，钻井过程中正钻井与已钻井井眼碰撞事故时有发生，导致套管损毁甚至整口井彻底报废。为了避免井眼碰撞事故的发生，需要更精确的钻井设计和必要的主动防碰作业方式，选择合适的井眼碰撞风险评价方法，做好防碰预警工作。目前，现有的井眼碰撞风险评价方法包括邻井最近距离、井眼分离系数、井眼碰撞概率等。其中，井眼分离系数计算方法包括传统方法、中心向量法、垂足线法、等效误差椭球法、误差椭圆缩放法等，综合考虑了邻井最近距离和井眼轨迹误差影响，评价结果比邻井最近距离可靠，计算过程比井眼碰撞概率简单，在国内外钻井现场均获得了较广泛应用。现有研究中，专利CN108071340B公布了一种井眼轨迹设计优选方法，综合考虑了钻井、定向施工难度及生产过程中杆管偏磨对投入成本的综合影响，达到降低生命周期内综合成本的目的；CN103993831B公布了一种采用变曲率钻井轨迹剖面设计的钻井方法；CN104265270B公布了一种碳酸盐岩缝洞钻井轨迹设计及控制方法，将相邻的所述碳酸盐岩缝洞的分段钻井轨迹依次连接得到碳酸盐岩缝洞钻井轨迹；CN102425374B公布了一种井眼轨道控制方法，包括井眼轨道设计和井眼轨道控制两部分内容；CN107882505B公布了基于导向钻具工作特性的井眼轨迹控制方法，提供了利用导向钻具的工作特性曲线控制井眼轨迹的方法；CN108518181B公布了一种致密砂岩气藏水平井轨迹动态调整方法；CN108571287B公布了基于过程控制的井眼轨迹控制系统，形成了基于导向工具的定向造斜特性来控制井眼轨迹的技术方法；CN105545289B公布了一种正钻井与相邻已钻井主动防碰的方法，根据获取随钻测量探管与相邻已钻井套管相对空间位置数据判断正钻井与邻井的空间距离，避免钻井或调整井过程中两井相撞问题。2000年第23卷第3期，钻采工艺，柳贡慧等人深入研究了误差椭球(圆)及井眼碰撞概率，建立了基于信号值的误差椭圆计算及交碰概率分析；2012年第40卷第1期，石油学报，刁斌斌等人对邻井定向分离系数计算方法做了深入的探讨，采用定向分离系数将井眼轨迹误差分析与邻井距离扫描计算相结合，其可以更精确地反映邻井的交碰概率；2014年第35卷第1期，石油学报，刘修善等人对空间圆弧轨迹的解析描述算法做了详尽推导，建立了空间圆弧轨迹的两种描述方法即坐标转换法和矢量分析法，提出了两套空间圆弧轨迹参数的计算公式；2014年第40卷第9期，石油学报，鲁港等人研究了空间圆弧轨迹的矢量描述方法；2015年第36卷第12期，石油学报，史玉才等人对井眼分离系数进行了修正，提出了井眼分离系数的计算新方法；2016年第37卷第11期，石油学报，宗艳波等人发表了SAGD成对水平井磁导向测距仪研制与应用技术成果，在主动防碰技术方面做了进一步的探索。上述现有技术存在的主要问题是：(1)现有的模型方法仅考虑了单井轨道优化设计方面，难以满足大井组轨道优化设计；(2)现有的防碰计算方法基于实钻轨迹计算交碰概率，对于大井组轨迹设计阶段邻井防碰绕障问题没有考虑；(3)现有的井眼轨迹优化设计求解方法采用传统的优化理论方法，不满足大井组丛式井防碰优化模型的求解。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺陷，本专利技术的目的是提供一种大井组丛式井轨迹防碰优化设计的方法，该方法建立以井眼轨迹中靶精度为目标函数，以定向钻进工具造斜率大小为工程约束条件，以得到的优化设计轨迹与邻井实钻井眼轨迹防碰扫描的分离系数为动态约束条件的非线性最优化模型，在轨迹寻优过程中动态求解与邻井防碰距离的分离系数，最终找出既能满足工程条件约束又能符合大井组丛式井防碰安全要求最优轨迹。为了达到上述目的，本专利技术是通过下述技术方案来实现的。一种大井组丛式井轨迹防碰优化设计的方法，包括下述步骤：步骤一、定义大井组丛式井井场坐标范围，包括井场中心坐标参数，井场长、宽范围，井场最大垂深，将定义后井场坐标方位在东西、南北、垂深三维空间离散化为网格体；步骤二、定义大井组设计井口参数，包括井口坐标参数及井口海拔；定义大井组靶体参数，包括靶心坐标参数及靶区半径及靶宽和靶高；将设计井口分配给目标靶体，轨迹优化设计即找到井口到目标靶体的设计曲线且满足防碰要求；步骤三、将给定平台已钻井的井深、井斜角、井斜方位角、垂深、东西坐标、南北坐标及狗腿度轨迹数据参数加载到定义的大井组丛式井井场坐标范围内；步骤四、自定义优化设计轨迹工程约束条件，给出增斜段的造斜率范围及扭方位段的狗腿严重度限制，给出设计井眼轨迹中靶精度范围和防碰安全距离；步骤五、如果为水平井，根据定义的靶体坐标参数计算首靶点的井斜角和方位角，确定靶体的矢量中靶方位；步骤六、根据式(1)方程建立大井组丛式井轨迹防碰优化设计模型，该模型的第一个方程minF1满足中靶精度要求，第二个方程minF2保证设计轨迹为最短井深这一目标函数：式中：ΔNi为每一个设计井段的北坐标增量，NT为靶体北坐标参数，单位m；ΔEi为每一个设计井段的东坐标增量，ET为靶体东坐标参数，单位m；ΔHi为每一个设计井段的垂深坐标增量，HT为靶体垂深坐标参数，单位m；ΔLi为每一个设计井段的井深坐标增量，单位m；步骤七、将求出的满足中靶精度要求的最优设计井眼轨迹数据，加载到定义的大井组丛式井井场坐标范围，根据最优设计井眼轨迹数据和步骤三轨迹数据计算最近距离，如果不满足防碰安全距离，则转向步骤六，继续求解满足最优井眼轨迹，否则转向步骤八；步骤八、将满足防碰安全距离的最优井眼轨迹作为已钻井轨迹加载到定义的大井组丛式井井场坐标范围并更新井轨迹数据，作为下一口井轨迹优化设计基础，直至所有井口轨迹设计完成。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)基于常规轨道设计理论，以入靶精度和最短井深作为双优化目标，以造斜段造斜率和扭方位段全角变化率作为约束条件，建立了多目标约束的三维定向井轨道优化设计模型，优化设计的轨道更加平缓。(2)充分考虑已钻井眼轨迹，设计井眼加载到丛式井坐标空间，与邻近网格采用最近距离进行邻井防碰分析，优化求解过程有效规避了非预期的井眼交碰问题，并可实现平台上的多个加密井设计。附图说明图1为大井组丛式井已钻井眼三维轨迹。图2为空间离散化二维水平面网格切片显示。图3为丛式井轨迹优化设计结果剖面，其中较粗曲线为设计井眼轨迹。具体实施方式下面选取某油田人工平台数据，结合附图对本专利技术做详细叙述。一种大井组丛式井轨迹防碰优化设计的方法，包括下述步骤：步骤一、定义油田某人工岛大井组丛式井井场坐标范围本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大井组丛式井轨迹防碰优化设计的方法，其特征在于，包括下述步骤：/n步骤一、定义大井组丛式井井场坐标范围，包括井场中心坐标参数，井场长、宽范围，井场最大垂深，将定义后井场坐标方位在东西、南北、垂深三维空间离散化为网格体，为后续设计轨迹优化设计防碰计算提供基础；/n步骤二、定义大井组设计井口参数，包括井口坐标参数及井口海拔；定义大井组靶体参数，包括靶心坐标参数及靶区半径及靶宽和靶高；将设计井口分配给目标靶体，轨迹优化设计即找到井口到目标靶体的设计曲线且满足防碰要求；/n步骤三、将给定平台已钻井的井深、井斜角、井斜方位角、垂深、东西坐标、南北坐标及狗腿度轨迹数据参数加载到定义的大井组丛式井井场坐标范围内；/n步骤四、自定义优化设计轨迹工程约束条件，给出增斜段的造斜率范围及扭方位段的狗腿严重度限制，给出设计井眼轨迹中靶精度范围和防碰安全距离；/n步骤五、如果为水平井，根据定义的靶体坐标参数计算首靶点的井斜角和方位角，确定靶体的矢量中靶方位；/n步骤六、根据式(1)方程建立大井组丛式井轨迹防碰优化设计模型，该模型的第一个方程minF

【技术特征摘要】
1.一种大井组丛式井轨迹防碰优化设计的方法，其特征在于，包括下述步骤：
步骤一、定义大井组丛式井井场坐标范围，包括井场中心坐标参数，井场长、宽范围，井场最大垂深，将定义后井场坐标方位在东西、南北、垂深三维空间离散化为网格体，为后续设计轨迹优化设计防碰计算提供基础；
步骤二、定义大井组设计井口参数，包括井口坐标参数及井口海拔；定义大井组靶体参数，包括靶心坐标参数及靶区半径及靶宽和靶高；将设计井口分配给目标靶体，轨迹优化设计即找到井口到目标靶体的设计曲线且满足防碰要求；
步骤三、将给定平台已钻井的井深、井斜角、井斜方位角、垂深、东西坐标、南北坐标及狗腿度轨迹数据参数加载到定义的大井组丛式井井场坐标范围内；
步骤四、自定义优化设计轨迹工程约束条件，给出增斜段的造斜率范围及扭方位段的狗腿严重度限制，给出设计井眼轨迹中靶精度范围和防碰安全距离；
步骤五、如果为水平井，根据定义的靶体坐标参数计算首靶点的井斜角和方位角，确定靶体的矢量中靶方位；
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王六鹏，曹杰，张川，栗子剑，谢聪，董鹏举，李琪，
申请(专利权)人：西安石油大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61