一种基于云计算的井眼轨道智能设计方法发明专利

专利名称：一种基于云计算的井眼轨道智能设计方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202111242724.3

专利申请（专利权）人：西南石油大学
权利人地址：四川省成都市新都区新都大道8号

专利发明（设计）人：李黔,蒋建华,尹虎

专利摘要：本发明公开了一种基于云计算的井眼轨道智能设计方法，包括以下六个步骤：S1、创建云端数据库；S2、部署云端计算服务程序接口：编制井眼轨道设计计算模块、编制钻井地质设计文档解析模块、编制防碰扫描分析模块；根据井基本参数，编制邻井数据查询分析模块；S3、部署前端数据交互界面：包括井眼轨道设计计算模型参数交互界面、钻井地质设计文档上传交互界面、井眼轨迹防碰扫描计算分析交互界面，井基本信息编辑交互界面；S4、云端解析钻井地质设计文档；S5、设计出多种井眼轨道方案；S6、选择最佳井眼轨道方案。本发明的设计方法为钻井轨道设计提供参考，减少井眼轨道设计的时间，提高井眼轨道设计效率。

主权利要求：
1.一种基于云计算的井眼轨道智能设计方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、创建云端数据库，数据库包括：井基础数据表、钻井地质解析数据表、轨道设计要求数据表、轨道参数设计数据表、轨迹防碰扫描数据表及实钻轨迹数据表；
S2、部署云端计算服务程序接口：根据井眼轨道设计计算模型，编制井眼轨道设计计算模块；根据钻井地质设计文档类型，编制钻井地质设计文档解析模块；根据防碰扫描要求，编制防碰扫描分析模块；根据井基本参数，编制邻井数据查询分析模块；
所述云端计算服务程序接口，包括轨道模型计算服务程序、数据库查询服务接口程序、钻井地质解析服务程序、防碰扫描计算分析程序；
S3、部署前端数据交互界面：包括井眼轨道设计计算模型参数交互界面、钻井地质设计文档上传交互界面、井眼轨迹防碰扫描计算分析交互界面，井基本信息编辑交互界面；
S4、云端解析钻井地质设计文档：上传钻井地质设计文档，根据钻井地质设计文档类型，匹配钻井地质设计文档解析模型，解析钻井地质设计文档，获取井基本信息；
获取的井基本信息包括：井口坐标、构造、区块、靶信息、井身结构要求、井名、井型及井别；
S5、设计出多种井眼轨道方案：
根据当前井查找邻井井眼轨道设计参数，生成多种当前井设计模型；再运用井眼轨道防碰扫描模块，筛选出符合要求的多种井眼轨道设计方案；具体是，根据构造、区块或井间离匹配邻井井眼轨道设计参数，生成当前井井眼轨道设计数据；根据井口坐标、靶信息，匹配传统设计模式生成当前井井眼轨道数据，再根据防碰扫描要求生成多种设计方案；
S6、选择最佳井眼轨道方案，具体包括以下步骤：
S61、根据步骤S5确定的井眼轨道设计方案，查看是否符合设计要求，如果符合要求，则选择最符合要求的井眼轨道设计方案，如果不符合设计要求，则进入步骤S62；
S62、界面设计井眼轨道，步骤如下：
S621、进入井眼轨道设计界面，选择合适参数，进行井眼轨道设计；
S622、进行防碰分析；
S623、判断设计轨道是否合理，如果设计轨道满足防碰要求，则保存当前轨迹设计参数；如果不满足防碰要求，则重新设计井眼轨道。 说明书 : 一种基于云计算的井眼轨道智能设计方法技术领域[0001] 本发明涉及钻井地质设计技术领域，尤其是一种基于云计算的井眼轨道智能设计方法。背景技术[0002] 随着定向钻井技术的发展，对井眼轨道设计和控制提出了更高的要求。待钻井眼轨道设计是钻井施工中实现定向钻井的重要任务。待钻井眼轨道的设计结果不仅影响到定向控制的难易程度，还直接关系到能否实现安全、优质、快速地完成钻井作业。待钻井眼轨道的优化设计不仅能够减轻井眼轨道控制的难度、减少定向控制的工作量，还能够减小钻具组合的扭矩和摩阻，有利于钻井速度和井身质量的提高、降低钻井作业综合成本。在定向钻井作业中，涉及的井眼轨道多为三维井眼轨道，如侧钻井水平井、地质导向钻井和待钻井眼轨道，要求井眼轨道控制尽量符合设计要求，且易于定向控制，确保有效、快速地钻达目的层位。[0003] 现有井眼轨道设计，主要采用线下人工设计，设计结果数据不能结构化存储、共享、查询、统计等，设计人员不能很好的借鉴邻井设计参数，使得井眼轨道设计效率低下，花费巨额时间成本，同时本井设计参数也很难为其他井的设计提供参考。发明内容[0004] 本发明的目的是提供一种基于云计算的井眼轨道智能设计方法。[0005] 本发明提供的基于云计算的井眼轨道智能设计方法，步骤如下：[0006] S1、创建云端数据库；该数据库包括：井基础数据表、钻井地质解析数据表、轨道设计要求数据表、轨道参数设计数据表、轨迹防碰扫描数据表及实钻轨迹数据表。[0007] S2、部署云端计算服务程序接口：根据井眼轨道设计计算模型，编制井眼轨道设计计算模块；根据钻井地质设计文档类型，编制钻井地质设计文档解析模块；根据防碰扫描要求，编制防碰扫描分析模块；根据井基本参数，编制邻井数据查询分析模块。云端计算服务程序接口，包括轨道模型计算服务程序、数据库查询服务接口程序、钻井地质解析服务程序、防碰扫描计算分析程序。[0008] S3、部署前端数据交互界面：包括井眼轨道设计计算模型参数交互界面、钻井地质设计文档上传交互界面、井眼轨迹防碰扫描计算分析交互界面，井基本信息编辑交互界面。[0009] S4、云端解析钻井地质设计文档：上传钻井地质设计文档，根据钻井地质设计文档类型，匹配钻井地质设计文档解析模型，解析钻井地质设计文档，获取井基本信息。井基本信息包括井口坐标、构造、区块、靶信息、井身结构要求、井名、井型及井别。[0010] S5、设计出多种井眼轨道方案：根据当前井查找邻井井眼轨道设计参数，生成多种当前井设计模型；再运用井眼轨道防碰扫描模块，筛选出符合要求的多种井眼轨道设计方案。具体是：根据构造、区块或井间离匹配邻井井眼轨道设计参数，生成当前井井眼轨道设计数据；根据井口坐标、靶信息，匹配传统设计模式生成当前井井眼轨道数据，再根据防碰扫描要求生成多种设计方案。[0011] S6、选择或调整参数，得到最佳井眼轨道设计方案，具体方法是：[0012] S61、根据步骤S5确定的井眼轨道设计方案，查看是否符合设计要求，如果符合要求，则选择最符合要求的井眼轨道设计方案，如果不符合设计要求，则进入步骤S62；[0013] S62、界面设计井眼轨道，主要步骤如下：[0014] S621、进入井眼轨道设计界面，选择合适参数，进行井眼轨道设计；[0015] S622、进行防碰分析；[0016] S623、判断设计轨道是否合理，如果设计轨道满足防碰要求，则保存当前轨迹设计参数；如果不满足防碰要求，则重新设计井眼轨道。[0017] 与现有技术相比，本发明的有益之处在于：[0018] (1)用云服务解析功能解析钻井地质设计文档，达到快速提取井基本数据以及靶区数据；[0019] (2)利用邻井数据能够快速提取邻井轨道设计模式、轨道设计参数，达到快速、高效的设计井眼轨道，节约井眼轨道设计时间；[0020] (3)所有操作都在网络中进行，能够有效保存数据和文档，保证数据的一致性；[0021] (4)统一了井眼轨道设计的标准及规范、数据单位及格式、文档格式标准、钻井设计工序及规则、钻井设计图元等。[0022] 本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。附图说明[0023] 图1为本发明的基于云计算的井眼轨道智能设计方法的流程图。[0024] 图2为二维井眼轨道设计模型示意图。[0025] 图3为三维井眼轨道设计模型示意图。[0026] 图4为防碰扫描分析模型示意图。[0027] 图5为防碰扫描最近距离法分析计算流程图。[0028] 图6为防碰扫描法面距离法分析计算流程图。具体实施方式[0029] 以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。[0030] 如图1所示，本发明提供的基于云计算的井眼轨道智能设计方法，第一步、创建云端数据库，包括井基本数据表、靶信息表、井眼轨道设计参数表、井眼轨道设计关键点数据表、井眼轨道设计离散详细数据表、井眼轨道防碰扫描参数表、井眼轨道扫描井信息表、井眼轨道扫描详细数据表等；第二步、编制部署云端计算服务程序接口，包括钻井地质解析模块、井眼轨道设计模块、邻井数据查询模块、井眼轨道防碰扫描模块等；第三步、编制用户前台交互界面，包括钻井地质设计上传界面、井眼轨道设计界面、防碰扫描分析界面、井基本信息编辑界面、靶信息编辑界面等。第四步、井眼轨道设计人员上传钻井地质设计文档；云服务器解析钻井地质设计；查询邻井井眼轨道设计数据；解析邻井井眼轨道设计数据；第五步、确定当前井井眼轨道设计模型及参数；与邻井轨迹进行防碰扫描分析；第六步、确定最终井眼轨道设计方案。[0031] 下面对本发明的基于云计算的井眼轨道智能设计方法进行详细介绍。[0032] 本发明的基于云计算的井眼轨道智能设计方法，步骤如下：[0033] S1、如表1～4，创建井眼轨道设计云端数据库，包括表1靶信息数据表、表2井眼轨道设计参数表、表3井眼轨道设计关键点信息表、表4防碰扫描分析结果表，这4张表是基本信息表，同时还包括井基本信息表、井眼轨道详细信息表等。[0034] 表1靶信息数据表[0035][0036][0037] 表2井眼轨道设计参数表[0038][0039][0040][0041][0042][0043][0044][0045] 表3井眼轨道设计关键点信息表[0046][0047][0048] 表4防碰扫描分析结果表[0049][0050][0051] S2、创建云端计算接口模块，主要包括云端轨道设计模块和防碰扫描分析模块。云端轨道设计模块主要包括：1、二维井眼轨道设计，如图2所示，包括二维三段式、二维多靶三段式、二维五段式、二维双增等计算模型；2、三维井眼轨道设计，如图3所示，包括三维三段式和三维五段式。防碰扫描分析模块，如图4所示，主要包括最近距离法、法面距离法、水平距离法。[0052] S21、二维三段式设计模型，如图2中的(a)所示，其中O为原点，设在井口或设计起点，H为垂深，A为位移，T为目标点。设计轨迹由图中L1、L2、L3组成，即直线段+圆弧段+直线段。HT、AT为靶点的垂深和水平位移，为给定的已知参数，α0为初始井斜角，也为设计已知条件。[0053] 因此，二维J形(三段制)剖面共有以下4组设计条件：[0054] (1)造斜点位置L1[0055] (2)造斜率K[0056] (3)靶前稳斜段长L3[0057] (4)入靶井斜αT[0058] 各符号代表的含义：[0059] H0：初始垂深，m；HT：靶点垂深，m；A0：初始水平位移，m；AT：靶点水平位移，m；α0：初始井斜角，rad；αT：入靶井斜角，rad；L1：造斜点深度，m；L2：圆弧段长，m；L3：靶区稳斜段长，m；K：造斜率，rad；[0060] (1)已知造斜点位置L1和入靶井斜αT[0061][0062] 其中：[0063][0064] (2)已知造斜率K和入靶井斜αT[0065][0066] 其中：[0067][0068] (3)已知靶前稳斜段长L3和入靶井斜αT[0069][0070] 其中：[0071][0072] (4)已知造斜点位置L1和造斜率K[0073][0074] 其中：[0075][0076] (5)已知造斜点位置L1和靶前稳斜段长L3[0077][0078] 其中：[0079][0080] S22、二维五段制剖面共有以下8组设计条件：(1)造斜点位置L1[0081] (2)第一段造斜率K1[0082] (3)中间稳斜段井斜角α3[0083] (4)中间稳斜段长L3[0084] (5)第二段造斜率K2[0085] (6)靶前稳斜段长L5[0086] (7)入靶井斜角αT[0087] (8)造斜点井斜角α[0088] 各符号代表的含义：[0089] H0：初始垂深，m；HT：靶点垂深，m；A0：初始水平位移，m；AT：靶点水平位移，mL1：造斜点深度，m；L2：圆弧段长，m；L3：中间稳斜段长度，m；L4：中间增斜段长度，m；L5：靶前稳斜段长度，m；K1：第1造斜率，rad；K2：第2造斜率，rad；α0：初始井斜角，rad；αT：入靶井斜角，rad；α3：中间稳斜段井斜角，rad；[0090] (1)求中间稳斜段长度L3和中间稳斜段井斜角(α3)[0091][0092] (2)求造斜点位置(L1)和第1造斜率(K1)[0093][0094] (3)求造斜点位置(L1)和中间稳斜段井斜角(α3)[0095][0096] (4)求造斜点位置(L1)和中间稳斜段长(L3)[0097][0098] (5)求造斜点位置(L1)和第2造斜率(K2)[0099][0100] (6)求造斜点位置(L1)和入靶井斜(αT)[0101][0102] (7)求造斜点位置(L1)和靶前稳斜段长(L5)[0103][0104] 其中：[0105][0106] (8)求第1造斜率(K1)和中间稳斜段井斜(α3)[0107][0108] (9)求第1造斜率(K1)和中间稳斜段长(L3)[0109][0110] (10)求第1造斜率(K1)和第2造斜率(K2)[0111][0112] (11)求第1造斜率(K1)和入靶井斜(αT)[0113][0114] 其中：[0115][0116] (12)求第1造斜率(K1)和靶前稳斜段长(L5)[0117][0118] 其中[0119][0120] (13)求中间稳斜段井斜角(α3)和第2造斜率(K2)[0121][0122][0123] 其中[0124][0125] (14)求中间稳斜段井斜(α3)和入靶井斜(αT)[0126][0127][0128] 其中[0129][0130] (15)求中间稳斜段井斜(α3)和靶前稳斜段长(L5)[0131][0132] 其中[0133][0134] (16)求中间稳斜段长(L3)和第2造斜率(K2)[0135][0136] 其中[0137][0138] (17)求中间稳斜段长(L3)和入靶井斜(αT)[0139][0140] 其中[0141][0142] (18)求中间稳斜段长(L3)和靶前稳斜段长(L5)[0143][0144] 其中[0145][0146] (19)求第2造斜率(K2)和入靶井斜(αT)[0147][0148] 其中[0149][0150] (20)求第2造斜率(K2)和靶前稳斜段长(L3)[0151][0152] 其中[0153][0154] (21)求入靶井斜(αT)和靶前稳斜段长(L5)[0155][0156] S23、三维三段制，如图3中的(a)所示[0157] (1)当限定目标点井斜角αT时，则有：[0158][0159] 其中：[0160][0161] B＝‑2[(HT‑HA)na‑Tscos2αT][0162] C＝(HT‑HA)2‑L2cosαT[0163][0164] (2)当给定目标点T的方位角φT时，[0165][0166] (3)当给定设计变量L1、L2和K中的任意1个，可解析求得另外两个变量。[0167] 各符号代表的含义：[0168] L1：造斜点深度，m；L2：靶前稳斜段长度，m；Lm：圆弧段切线长，m；HT：目标点垂深，m；HA：初始垂深，m；ET：目标点东坐标，m；EA：起始点东坐标，m；NT：目标点北坐标，m；NA：起始点北坐标，m；γ：狗腿角，rad；α0：初始井斜角，rad；αT：目标点井斜角，rad；φT：目标点方位角，rad；(la，ma，na)为设计起点的单位方向余弦。[0169] S24、三维五段制，如图3中的(b)所示[0170][0171][0172][0173][0174] 两圆弧切线长度计算如下：[0175][0176][0177] 其中[0178] R1＝5400/πK1，R2＝5400/πK2[0179] 各符号代表的含义：[0180] T0：AD在矢量a上的投影长度；Tt：AD在矢量t上的投影长度；θ：a、t矢量夹角；[0181] γ1：第一圆弧段狗腿角，rad；γ2：第二圆弧段狗腿角，rad；K1：第一圆弧段造斜率，rad；K2：第二圆弧段造斜率，rad；HD：目标点垂深，m；HA：初始垂深，m；ED：目标点东坐标，m；EA：起始点东坐标，m；ND：目标点北坐标，m；NA：起始点北坐标，m；[0182] S25、最近距离法，如图4中的(a)所示，[0183] 最近距离法的计算步骤，如图5所示：[0184] a)数据准备。两口井都要有完整的轨迹测量数据或轨迹设计数据。将比较井身上的每一个点(包括井口)的坐标都转换为基准井坐标系的值。基准井上的每一个测点都可以作为基准点。[0185] b)寻找与基准点最近的测点。如图4中的(a)所示，对每一个基准点M来说，比较井上都有一个测点B与之距离最近。找到此测点的方法是：对比基准点与比较井上所有测点的距离，距离最小的就是最近测点。基准点与测点的距离计算公式为：[0186][0187] 式中M——表示基准点；[0188] B——表示比较井的测点。[0189] S26、法面距离法，如图4中的(b)所示，[0190] 法面距离扫描法的基本思想与计算过程，如图6所示[0191] (a)数据准备。这点与最近距离扫描法一致，都需要将比较井的坐标值换算到参考井所在的坐标系中。[0192] (b)交点的判别。对每一个基准点，在计算前都需要先判别过该基准点所作的法面与比较井有没有交点和交点在哪一个井段上。[0193] 1)建立参考点法面方程[0194] 根据参考点M的井眼方向(井斜角αM、井斜方位角φM)和坐标值(HM,NM,EM)，可以建立法面方程：[0195] a(E‑EM)+b(N‑NM)+c(H‑HM)＝0[0196] 式中，H，N，E为法面上任一点的垂深，北坐标，东坐标。[0197][0198] 2)判断法面与比较井是否有交点。[0199] 把上面的法面方程公式作为一个函数式：[0200] f＝a(E‑EM)+b(N‑NM)+c(H‑HM)[0201] 把比较井的井口坐标代入上述函数式中，求得函数值f上，然后再把井底坐标代入函数式，求得函数值f下。如果存在f上≤0和f下≥0，则必然有交点，即可进入下一步计算；否则，没有交点，则改换下一个基准点。[0202] 3)判断交点所在的井段[0203] 知道有交点，还要判断交点在哪一个井段内。判断的方法是：把比较井每一个测段的上测点坐标和下测点坐标代入f＝a(E‑EM)+b(N‑NM)+c(H‑HM)中，分别求得f上和f下。如果存在f上≤0和f下≥0，则交点必然在该井段上；否则，代入下一个井段的上、下测点坐标值进行计算和判断，直到交点所在的测段为止。[0204] (a)交点坐标的求解。[0205] S27、水平距离法，如图4中的(c)所示，[0206] 水平距离扫描法的计算步骤如下：[0207] 1)通过基准井的每个基准点作水平面，如果该水平面与比较井有交点，则转到第(2)步，否则转到步骤(5)；[0208] 2)根据基准点的垂深判断交点在比较井的哪个井段，找到井段后转到第(3)步；[0209] 3)在相交井段用插值计算方法计算交点坐标；[0210] 4)计算扫描径和扫描角；[0211] 5)扫描下一个基准点，重复以上步骤，直到基准井的所有基准点扫描完毕。[0212] S3、编制前端交互界面，主要包括井基本信息编辑界面、钻井地质设计文档上传界面、井眼轨道设计界面、防碰扫描界面等。井基本信息编辑界面主要的功能是编辑轨道设计和防碰扫描相关的参数，如井口坐标(纵X、横Y)、磁偏角、磁倾角、磁场强度、地面海拔、补心高等参数。钻井地质设计文档上传界面主要功能是将钻井地质设计上传到服务器，服务器解析钻井地质文档。靶信息编辑界面，主要是修改靶信息。井眼轨道设计界面，主要是根据选择参数不同，提交到云端服务器，服务器根据提交参数设计，选择具体设计模型设计出井眼轨道。防碰扫描界面，主要是根据构造、区块或井距离查找邻井，并根据邻井进行防碰扫描分析，其计算模型包括：最近距离法，法面距离法、水平距离法。[0213] S4、云端解析钻井地质设计文档，其步骤如下所示：[0214] 1)用户进入前端地质设计文档上传界面，上传钻井地质设计文档到云服务器；[0215] 2)云计算服务器解析钻井地质设计文档，包括井号、地理位置、井口坐标、靶数据及井身质量要求等井基础信息数据。[0216] S5、设计井眼轨道数据，其设计结果可以用两种方式等到，如下：[0217] 1)界面设置参数设计井眼轨道数据，其步骤如下所示：[0218] a)进入轨道设计界面，输入设计参数(根据井身质量要求、靶信息设置参数)；[0219] b)上传设计参数到服务器，根据设置参数选择轨道设计模型，得到计算结果；[0220] c)进入防碰扫描界面，将设计的井眼轨道数据进行防碰扫描分析，如果符合防碰扫描要求，则得到轨道设计结果；如果不符合要求，则进入a)步，重新设计参数，直到符合防碰扫描结果，井眼轨道设计结束。[0221] 2)智能设计井眼轨道数据，其步骤如下所示：[0222] a)查询邻井井眼轨道设计数据，根据当前井的构造(构造名称相等)、区块(区块名称相等)或井口坐标(井口坐标距离<＝某值)扫描当前井邻井，查询邻井井眼轨道设计参数数据；[0223] b)解析邻井井眼轨道设计数据，主要解析：设计模式、每段设计狗腿、造斜段层位等。[0224] c)确定当前井井眼轨道设计模型及参数。[0225] d)与邻井轨迹进行防碰扫描分析，如果满足防碰扫描要，则井眼轨道设计结束；如果不满足防碰扫描要求，进入1)进行人工设计。[0226] S6、确定最终井眼轨道设计参数，根据上S5设计的井眼轨道数据，进行对比分析，找出最符合要求的井眼轨道设计方案，同时也可调整设计参数，进行方案修正，确定最终井眼轨道设计方案。[0227] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

专利地区：四川

专利申请日期：2021-10-25

专利公开日期：2024-06-18

专利公告号：CN113935095B