一种资源勘查钻孔轨迹精准恢复的计算方法技术

本申请涉及一种资源勘查钻孔轨迹精准恢复的计算方法，其包括S1、建立原始数据文件；S2、根据原始数据文件，确定方位角和天顶角的初始边界条件；S3、根据测井工作的孔斜测量成果数据和初始边界条件，采用数学算法可达到拟合出全井段方位角和天顶角随钻进深度H变化的曲线的目的，数学内插有多种算法供选择；S4、将拟合的曲线转换成密点离散数据；S5、运用积分法精确恢复整个钻孔的轨迹；根据资源勘查需求，运用积分法求取对应某个界面的钻井深度的空间位置，进而完成比通常意义下的孔斜校正精度更高的计算；本申请具有方法简单易于编程实现、操作简单实现三维轨迹可视化等功能，钻孔轨迹越复杂，其相对于传统的折线法精度越高的效果。效果。效果。

【技术实现步骤摘要】
一种资源勘查钻孔轨迹精准恢复的计算方法


[0001]本申请涉及资源勘查钻孔的
，尤其是涉及一种资源勘查钻孔轨迹精准恢复的计算方法。

技术介绍

[0002]资源勘查钻孔是利用钻探设备向地下钻进形成的直径小且深度数百米乃至数千米的柱状圆孔。资源勘探施工中钻孔常常发生偏斜现象，虽然这是一种常见现象，但是因孔斜数据计算精度不足、钻孔轨迹不能精准恢复等原因，当偏斜较大时钻孔评级会受到很大影响，甚至是造成废孔。
[0003]造成偏斜的原因是在钻进过程中，有岩性、钻探装备性能和钻工操作等。一是岩石的各向异性在钻头处产生歪倒力矩使粗径钻具倾斜而导致孔斜；二是钻进软硬夹层时，钻头处产生钻压差或钻头沿岩石节理面滑移；三是钻进中遇到溶洞或大裂隙；四是在卵砾石层中钻进；在钻进工艺及操作方面的原因：换径不带导向或粗径钻具本身就弯曲；冲洗液量大冲刷孔壁使孔壁间隙过大，造成粗径钻具或岩心管与钻孔轴线产生偏斜角；采用的钻压过大与转速过快，钻杆柱受轴心压力及回转的影响而呈挠曲状态影响了钻具的稳定性，促使粗径钻具歪倒。
[0004]偏斜作用使钻孔轨迹由设计的垂直直线形变成了弯曲的空间曲线形态，表现为钻孔某些深度、大部井段乃至整个井段的天顶角和方位角与设计存在较大偏差，这种现象一般称为孔斜。孔斜较大或高级勘查阶段必须进行校正，而目前勘探单位最常使用的方法是根据测井工作的孔斜测量数据按折线法进行计算加以校正，此方法操作复杂、精度不高，在填表计算过程中还易于发生人为因素导致的错误。有必要提出更高精度、适应性更好的孔斜校正方法。
[0005]但是要想精确判断勘探钻孔发生孔斜的程度，就需要求取钻孔的准确空间轨迹。以往通常的做法是在钻探过程中，每隔一段距离，如50m、25m，就测量一次钻孔孔斜数据，钻孔孔斜数据包括天顶角、方位角和孔深；根据钻孔各测点的天顶角、方位角和孔深这些基本要素，采用分段折线的方法计算出各测点的空间坐标，而处于两个测点之间的地层界面，则按线性内插的方式进行计算。
[0006]以往对孔斜校正的研究并不少，但基本都是沿用折线法分段累进计算原理方式实现的。一般仅着眼于勘查任务所关注的几个层点空间坐标的计算目的，尽管有的实现了自动计算，但并没有消除折线法所带来的误差；即使是现场测井时进行了局部(多在资源层段)加密，也无法消除加密段以前的系统误差；这些方法都存在已知数据固定有限，且无通过数学方法合理增加计算数据的思路和做法，所以也就谈不上钻井轨迹的精准恢复。因此，有限数据来源的折线分段累进不可避免地存在由有限测点所决定的折线计算所带来的误差。同时，如果想计算更多的层点，还需要人为判断或指出各层点所在折线段位置等手工工作。
[0007]资源钻孔存在偏斜是普遍性现象，要完成孔斜校正等目的就需要精准恢复钻孔的
空间轨迹。目前对钻孔孔斜的数学表达是由测井成果中的方位角、天顶角与井深的有限离散测量成果。以往要提高孔斜计算的精度的做法只有加密测点密度，但一般只针对资源层段进行加密，资源层段以上仍然由较稀的测点控制。所以当前有必要提出更高精度、适应性更好的孔斜校正方法。

技术实现思路

[0008]为了提出更高精度、适应性更好的孔斜校正方法，本申请提供一种资源勘查钻孔轨迹精准恢复的计算方法。
[0009]本申请提供的一种资源勘查钻孔轨迹精准恢复的计算方法采用如下技术方案：一种资源勘查钻孔轨迹精准恢复的计算方法，包括：S1、建立原始数据文件：原始数据包括勘查钻孔的孔口坐标与高程、测井工作获得的孔斜测量成果数据；孔斜测量成果数据包括间隔设置的钻井深度对应的天顶角和方位角数据；S2、根据原始数据文件，确定方位角和天顶角的初始边界条件；方位角的初始值按散点曲线趋势延至井口即可，天顶角的初始值设为0；S3、根据测井工作的孔斜测量成果数据和确定的初始边界条件，可选择多种计算方法，包括线性内插、样条曲线内插法、多项式拟合内插和抛物线内插，实现拟合出方位角和天顶角随钻井深度H变化的曲线的目的；S4、将拟合的曲线转换成密点离散数据：在拟合曲线上进行密点再采样；密点采样间隔ΔH的可选参数有1、2、5m等。选择的原则要求是，测井曲线越复杂、计算精度要求越高，选择的密点采样间隔应越小；2m一般均能达到精准恢复实际钻孔轨迹的目的，可将默认值设定为2m。
[0010]S5、求取钻井轨迹：自井口算起，第i个井深间隔ΔH的水平投影长度ΔL
i
由下式求得：ΔL
i
＝ΔH
×
sinθ
i
；第i个井深间隔DH的垂直投影长度Δh
i
由下式求得：Δh
i
＝ΔH
×
cosθ
i
；第i个井深间隔DH的水平投影所对应的地理坐标增量ΔX
i
和ΔY
i
由下式求得：由下式求得：设钻孔孔口高程和坐标分别为H0、X0、Y0，则钻孔第M段尾点的空间坐标及高程H
M
、X
M
、Y
M
分别由下式计算：按上述公式计算M＝1直到最大井深对应的采样数后，即可求得钻孔实际轨迹。
[0011]针对任何一个已知深度的地层界面，运用本方法均可自动计算出密点采样间隔前提下其所在的位置，即可以计算出地层分界面位于第M和M+1个采样点之间时，在完成M段计算的基础上，将M+1段内的坐标与高程的增量累计进去即可，高程的增量相应的设为δX
i
、δY
i
、δh
i
，由下式计算：：
[0012]所述步骤S4中密点采样间隔ΔH的可选参数有1、2、5m等，选定密点采样间隔后进行步骤S5中的计算，密点采样间隔越小，钻孔轨迹恢复的效果越好，即精度越高。通过多个模型计算分析，设定拟合密点采样密间隔为2m，绝大多数情况下均能满足钻孔轨迹的精准恢复。故可将密点采样间隔默认为2m。
[0013]通过采用上述技术方案，能够由有限的孔斜测井数据求取精度符合要求的连续曲
线，即和f
θ
＝f(H)，由这两条曲线就能够精准表达钻孔轨迹。这个思路解决了前人在进行钻孔轨迹恢复时，无法有更多的数据来源的问题，提高了计算精度和计算效率；本方法可以便于计算任意井深处的空间坐标，为矿山数字建模的钻孔成果数据建库打下了坚实基础；本方法还可为测井规范中有关孔斜测量要求的优化提供支撑，减少目前实际测井工作中为提高精度采用多种采样间隔反复测井带来的效率低、劳动强度大等问题，从而降低有可能带来的孔内事故的隐患。
[0014]综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：1.运用多种数学曲线拟合算法对天顶角、方位角与钻孔深度的关系的离散曲线进行拟合可得到方位角、天顶角随钻井深度的连续曲线，该曲线即可视作真实的方位角、天顶角随钻井深度的连续曲线；对所得的曲线进行密点采样，再运用积分算法进行计算即可实现法钻孔轨迹的精准恢复；2.运用本方法进行编程，有明确的思路、实现简单、既可完成原始数据的交互输入、计算成果表格的自动输出，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种资源勘查钻孔轨迹精准恢复的计算方法，其特征在于：包括：S1、建立原始数据文件：原始数据包括勘查钻孔的孔口坐标与高程、测井工作获得的孔斜测量成果数据；孔斜测量成果数据指根据现行规范要求设定采样间隔的钻井深度对应的天顶角和方位角数据；S2、根据原始数据文件，确定方位角和天顶角的初始边界条件；方位角的初始值按散点曲线趋势延至井口即可得到，天顶角的初始值设为0；S3、根据测井工作的孔斜测量成果数据和确定的初始边界条件，可选择多种计算方法，包括线性内插、样条曲线内插法、多项式拟合内插和抛物线内插，实现拟合出方位角和天顶角随钻井深度H变化的曲线的目的；S4、将拟合的曲线转换成密点离散数据：在拟合曲线上进行密点再采样；密点采样间隔ΔH明显小于测井时的孔斜测量的井深采样间隔,根据精度要求可设计多种选择；S5、求取钻井轨迹：自井口算起，第i个井深间隔ΔH的水平投影长度ΔL
i
由下式求得：ΔL
i
＝ΔH
×
sinθ
i
；第i个井深间隔DH的垂直投影长度Δh
i
由下式求得：Δh
i
＝ΔH
×
cosθ
i
；第i个井深间隔DH的水平...

【专利技术属性】
技术研发人员：马彦良，刘福胜，
申请(专利权)人：中煤地质集团有限公司，
类型：发明
国别省市：