一种井眼轨迹自适应测斜计算方法技术

本发明专利技术涉及石油钻井中一种井眼轨迹自适应测斜计算方法，属于油气钻采技术领域，通过计算测段及其前、后两个测段对应的四个测点测量参数，识别所计算测段的曲线特征，从而选择合适的曲线计算测段的坐标增量，能够根据所计算测段及其前、后两个测段的井斜角、方位角变化规律，自动优选出与所计算测段井眼轨迹形状较为接近的曲线特征参数，自动拟合出与实钻井眼轨迹最接近的曲线类型并进行测斜计算，避免了由于假定的曲线类型与实钻井眼轨迹曲线不匹配造成的误差，显著提高了井眼轨迹测斜计算的精度，在救援井、连通井、平行水平井和密集井眼防碰等方面有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种井眼轨迹自适应测斜计算方法
本专利技术涉及油气钻井
，尤其涉及一种井眼轨迹自适应测斜计算方法。
技术介绍
石油钻井中井眼轨迹的测斜计算通常需要假设两个测点之间测段的曲线类型，然后根据该类曲线的特征和两端的井眼方向约束，确定该测段的坐标增量，从而确定井眼轨迹各测点的坐标。然而，由于两个测点之间实际井眼轨迹为何种曲线是未知的，针对任何轨迹的所有测段假设为一种曲线类型进行测斜计算，在假设曲线与测段实际曲线不一致时必然会导致较大的轨迹计算误差。针对此问题，最新的测斜计算方法以实际测量得到的各测点井斜角和方位角为样本点，采取三次样条插值得到各测段的井斜角和方位角三次样条插值函数，通过数值积分得到井眼轨迹。从理论上看，这样的处理方法一定程度上降低了井眼轨迹的计算误差，但三次样条插值要求插值函数在样本点(测点)处二阶导数连续，而实际钻井可能由于钻具组合、地层、钻进方式(滑动钻进或旋转钻进)、钻进参数等变化，使得井斜角和方位角的一阶、二阶导数发生显著变化，这种情况可能会导致插值函数的震荡，产生远超预期的误差。此外，该方法对样本点的误差也非常敏感，且测段长度越短，敏感度越高，甚至会发生不合理的震荡。
技术实现思路
本专利技术提供一种井眼轨迹自适应测斜计算方法，旨在解决已有技术中测斜计算精度差的问题，通过计算测段及其前、后两个测段对应的四个测点测量参数，识别所计算测段的曲线特征，从而选择合适的曲线计算测段的坐标增量，可以自适应匹配与待计算测段井眼轨迹形状较为接近的曲线特征参数，可以显著提高井眼轨迹测斜计算的精度。本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术提供一种井眼轨迹自适应测斜计算方法包括：接收测斜数据并对其进行处理，根据测斜数据对测点和测段进行编号；采用常规测斜计算方法计算第1测段下测点相对上测点的坐标增量；根据第1测段及第2测段和第3测段计算第2测段下测点相对上测点的坐标增量，并以此类推计算其他测段的下测点相对上测点的坐标增量，直至计算出倒数第2个测段的下测点相对上测点的坐标增量；采用常规测斜计算方法计算最后一个测段下测点相对上测点的坐标增量；根据所有测段的下测点相对上测点的坐标增量，计算各测点井眼轨迹参数中的垂深、N坐标、E坐标、水平投影长度、水平位移、平移方位角和视平移。可选的，所述坐标增量包括垂深增量、水平投影长度增量、N坐标增量和E坐标增量。可选的，所述根据第1测段及第2测段和第3测段计算第2测段下测点相对上测点的坐标增量，具体包括：根据第1测段和第2测段对应的三测点井深、井斜角和方位角，计算第2测段上测点的井眼曲率、挠率和工具面角预估值；根据第2测段和第3测段对应的三测点井深、井斜角和方位角，计算第2测段下测点的井眼曲率、挠率和工具面角预估值；计算第2测段的上测点、下测点之间预估的井眼曲率、挠率的平均变化率和工具面角增量；以第2测段上测点预估的井眼曲率、挠率和工具面角为参考值，以第2测段上测点、下测点之间的井眼曲率、挠率和工具面角增量的±10％为波动范围，确定第2测段的井眼曲率、挠率和工具面角的取值范围；以第2测段上测点、下测点之间的井眼曲率、挠率的平均变化率为参考值，以参考值上、下波动5％确定第2测段的井眼曲率变化率、挠率变化率的取值范围；在确定的第2测段的井眼曲率变化率、挠率变化率的取值范围内，针对第2测段上测点井眼曲率、挠率、工具面角和测段曲率变化率、挠率变化率，计算第2测段下测点的井斜角、方位角、井眼曲率和挠率；计算第2测段下测点处井斜角和方位角的计算值与实测值的综合角度偏差和第2测段上测点、下测点处曲率、挠率的计算值和预估值的综合偏差，在满足第2测段下测点角度偏差小于规定值0.0002的前提下，按照第2测段上测点、下测点处曲率、挠率的综合偏差最小原则确定第2测段上测点井眼曲率、挠率、工具面角和测段曲率变化率、挠率变化率最优值；根据第2测段上测点井眼曲率、挠率、工具面角和第2测段曲率变化率、挠率变化率最优值，计算第2测段下测点相对上测点的坐标增量。可选的，所述采用常规测斜计算方法计算第1测段下测点相对上测点的坐标增量，具体包括：根据公式计算第1测段的狗腿角，其中，γ01为第1测段的狗腿角；α0为第0测点井斜角，α1为第1测点井斜角，为第0测点方位角，为第1测点方位角；若第1测段的狗腿角等于零，则采用如下公式计算第1测段下测点相对上测点的坐标增量其中，L0为第0测点井深，m；L1为第1测点井深，ΔD01为第1测段垂深的增量，ΔLp01为第1测段水平投影长度的增量，ΔN01为第1测段N坐标的增量，ΔE01为第1测段E坐标的增量；若第1测段的狗腿角大于零，则采用如下公式计算第1测段下测点相对上测点的坐标增量其中，ΔD01为第1测段垂深的增量，ΔLp01为第1测段水平投影长度的增量，ΔN01为第1测段N坐标的增量，ΔE01为第1测段E坐标的增量，R01为第1测段圆弧的曲率半径。可选的，所述采用常规测斜计算方法计算最后一个测段下测点相对上测点的坐标增量，具体包括：根据公式计算最后一个测段的狗腿角，其中，γ(m-1)m为第m测段的狗腿角，αm为第m测点井斜角，为第m测点方位角，αm-1为第m-1测点井斜角，为第m-1测点方位角；若第m测段的狗腿角等于零，则采用公式计算第1测段下测点相对上测点的坐标增量，其中，Lm为第m测点井深，Lm-1为第m-1测点井深，ΔD(m-1)m为第m测段垂深的增量，ΔLp(m-1)m为第m测段水平投影长度的增量，ΔN(m-1)m为第m测段N坐标的增量，ΔE(m-1)m为第m测段E坐标的增量；若第m测段的狗腿角大于零，则采用公式计算第m测段下测点相对上测点的坐标增量，其中，ΔD(m-1)m为第m测段垂深的增量，ΔLp(m-1)m为第m测段水平投影长度的增量，ΔN(m-1)m为第m测段N坐标的增量，ΔE(m-1)m为第m测段E坐标的增量，R(m-1)m为第m测段圆弧的曲率半径。可选的，所述根据第1测段和第2测段对应的三测点井深、井斜角和方位角，计算第2测段上测点的井眼曲率、挠率和工具面角预估值，具体为：根据公式计算第2测段上测点的井眼曲率的预估值，其中，α1为第1测点的井斜角，k1e为第1个测点处井眼曲率的预估值，kα1为第1个测点处的井斜变化率，为第1个测点处的方位变化率；根据公式计算第2测段上测点的挠率的预估值，其中，α1为第1测点的井斜角，k1e为第1个测点处井眼曲率的预估值，kα1为第1个测点处的井斜变化率，为第1个测点处的方位变化率，为第1个测点处井斜变化率的变化率，为第1个测点处方位变化率的变化率,τ1e为第1个测点处井眼挠率的预估值；根据公式计算第2测段上测点的工具面角的预估值，其中，ω1e为第1个测点处工具面角的预估值，为第1测段的方位角增量，为第2测段的方位角增量，α1为第1测点的井斜角，α0为第0测点的井斜角，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种井眼轨迹自适应测斜计算方法，其特征在于，所述井眼轨迹自适应测斜计算方法包括：/n接收测斜数据并对其进行处理，根据测斜数据对测点和测段进行编号；/n采用常规测斜计算方法计算第1测段下测点相对上测点的坐标增量；/n根据第1测段及第2测段和第3测段计算第2测段下测点相对上测点的坐标增量，并以此类推计算其他测段的下测点相对上测点的坐标增量，直至计算出倒数第2个测段的下测点相对上测点的坐标增量；/n采用常规测斜计算方法计算最后一个测段下测点相对上测点的坐标增量；/n根据所有测段的下测点相对上测点的坐标增量，计算各测点井眼轨迹参数中的垂深、N坐标、E坐标、水平投影长度、水平位移、平移方位角和视平移。/n

【技术特征摘要】
1.一种井眼轨迹自适应测斜计算方法，其特征在于，所述井眼轨迹自适应测斜计算方法包括：
接收测斜数据并对其进行处理，根据测斜数据对测点和测段进行编号；
采用常规测斜计算方法计算第1测段下测点相对上测点的坐标增量；
根据第1测段及第2测段和第3测段计算第2测段下测点相对上测点的坐标增量，并以此类推计算其他测段的下测点相对上测点的坐标增量，直至计算出倒数第2个测段的下测点相对上测点的坐标增量；
采用常规测斜计算方法计算最后一个测段下测点相对上测点的坐标增量；
根据所有测段的下测点相对上测点的坐标增量，计算各测点井眼轨迹参数中的垂深、N坐标、E坐标、水平投影长度、水平位移、平移方位角和视平移。


2.根据权利要求1所述的井眼轨迹自适应测斜计算方法，其特征在于，所述坐标增量包括垂深增量、水平投影长度增量、N坐标增量和E坐标增量。


3.根据权利要求1所述的井眼轨迹自适应测斜计算方法，其特征在于，所述根据第1测段及第2测段和第3测段计算第2测段下测点相对上测点的坐标增量，具体包括：
根据第1测段和第2测段对应的三测点井深、井斜角和方位角，计算第2测段上测点的井眼曲率、挠率和工具面角预估值；
根据第2测段和第3测段对应的三测点井深、井斜角和方位角，计算第2测段下测点的井眼曲率、挠率和工具面角预估值；
计算第2测段的上测点、下测点之间预估的井眼曲率、挠率的平均变化率和工具面角增量；
以第2测段上测点预估的井眼曲率、挠率和工具面角为参考值，以第2测段上测点、下测点之间的井眼曲率、挠率和工具面角增量的±10％为波动范围，确定第2测段的井眼曲率、挠率和工具面角的取值范围；
以第2测段上测点、下测点之间的井眼曲率、挠率的平均变化率为参考值，以参考值上、下波动5％确定第2测段的井眼曲率变化率、挠率变化率的取值范围；
在确定的第2测段的井眼曲率变化率、挠率变化率的取值范围内，针对第2测段上测点井眼曲率、挠率、工具面角和测段曲率变化率、挠率变化率，计算第2测段下测点的井斜角、方位角、井眼曲率和挠率；
计算第2测段下测点处井斜角和方位角的计算值与实测值的综合角度偏差和第2测段上测点、下测点处曲率、挠率的计算值和预估值的综合偏差，在满足第2测段下测点角度偏差小于规定值0.0002的前提下，按照第2测段上测点、下测点处曲率、挠率的综合偏差最小原则确定第2测段上测点井眼曲率、挠率、工具面角和测段曲率变化率、挠率变化率最优值；
根据第2测段上测点井眼曲率、挠率、工具面角和第2测段曲率变化率、挠率变化率最优值，计算第2测段下测点相对上测点的坐标增量。


4.根据权利要求2所述的井眼轨迹自适应测斜计算方法，其特征在于，所述采用常规测斜计算方法计算第1测段下测点相对上测点的坐标增量，具体包括：
根据公式计算第1测段的狗腿角，其中，γ01为第1测段的狗腿角；α0为第0测点井斜角，α1为第1测点井斜角，为第0测点方位角，为第1测点方位角；
若第1测段的狗腿角等于零，则采用如下公式计算第1测段下测点相对上测点的坐标增量其中，L0为第0测点井深，m；L1为第1测点井深，ΔD01为第1测段垂深的增量，ΔLp01为第1测段水平投影长度的增量，ΔN01为第1测段N坐标的增量，ΔE01为第1测段E坐标的增量；
若第1测段的狗腿角大于零，则采用如下公式计算第1测段下测点相对上测点的坐标增量其中，ΔD01为第1测段垂深的增量，ΔLp01为第1测段水平投影长度的增量，ΔN01为第1测段N坐标的增量，ΔE01为第1测段E坐标的增量，R01为第1测段圆弧的曲率半径。


5.根据权利要求2所述的井眼轨迹自适应测斜计算方法，其特征在于，所述采用常规测斜计算方法计算最后一个测段下测点相对上测点的坐标增量，具体包括：
根据公式



计算最后一个测段的狗腿角，其中，γ(m-1)m为第m测段的狗腿角，αm为第m...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄根炉，于凡，李伟，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东;37