一种基于三维GIS技术的井眼轨迹控制方法与流程

本发明涉及一种基于三维GIS技术的井眼轨迹控制方法，属于油气勘探开发技术领域。

背景技术：

GIS技术，即地理信息系统，(Geographic Information System或Geo－Information system，简称GIS)。是在计算机软硬件系统支持下，对整个或部分地球表层(包括大气层)空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。

井眼轨道是一口井开钻之前，预先设计的井眼轴线形状。井眼轨迹是一口井实际钻成后的井眼轴线形状。在钻井设计和实际钻进过程中，存在着正钻井的井眼与已完井的井眼相互交叉的可能。

目前，勘探开发区域的部署井井眼设计主要以地质设计方案、井场的环境资料、邻井的钻井资料(包括复杂情况的处理、钻井液密度的使用情况等)为依据，同时结合设计人员的经验设计而成。这些可供参考的资料里面包括邻井的井眼轨迹数据，设计人员虽然可以使用一些钻井防碰软件绘制部署井和邻近已完井的三维轨迹，这些软件因为使用扫描测距的方法，识别的精度有限，所以目标区域部署井的井眼与邻井的井眼仍然存在相互交叉的可能性，一旦出现交叉则导致两口井都报废。

在钻井钻进过程中，需要实时定性、定量的了解实际钻井的井眼轨迹与设计井眼轨道之间的相互关系及其变化趋势，确保击中靶点并保持良好的井身质量。但是由于多种因素的影响，井眼的实际轨迹通常与钻井设计井眼轨道出现一定的偏差。如果这种偏差导致这口部署井的井眼轨道向邻井的井眼轨迹不断靠近，尤其是针对同一层位深度的两口井，可能使这两口井的井眼直接交叉，导致两口井都报废。

近年来，国内一些机构研究并开发了一些钻井可视化防碰软件或防碰系统，这些软件系统的实现方法是利用井位数据建立井口相对坐标系，再以井口为原点建立该井的井眼模型，使用最近距离扫描技术或三维可视化技术判断钻井设计的井眼和实时钻进的井眼是否存在交叉。因为测量误差以及相对位置计算误差的存在，井口的相对位置和实际位置存在一定的偏离；使用三维可视化技术将模型摆放在相对位置上，井口模型位置的偏离导致井眼的模型位置也存在偏差；在进行正钻井的井眼轨迹数值计算时，实时数据经过条件筛选处理，与真实情况存在偏差。这些因素导致在钻井设计和实时钻进过程中不能精确定位井眼的空间位置，部署井与邻井的井眼仍然存在相互交叉的可能性。

国内某机构根据陆上钻井作业的特点，结合定向井技术的发展方向和目前国外定向井技术服务公司软件的特点，开发了一套Navigator定向井水平井井眼轨道设计及计算分析系统，该方法是根据油气田开发方案、气藏工程、岩层等信息设计的井眼轨道，其特征是在钻井设计时提供了按轨道测深插值和垂深插值计算，其中按垂深插值可一次性计算出相同垂深的多个轨道点，但是多个轨道点可能与已完井的井眼轨迹存在交叉；在实钻过程中用二维投影图和三维立体图实时显示设计井眼轨道与正钻井眼轨迹的变化，当实钻测斜数据发生变化时，同步刷新垂直剖面图、水平投影图和三维立体图，不能精细的再现井眼轨迹的真实空间分布，存在正钻井的井眼与已完井的井眼相互交叉的可能。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于三维GIS技术的井眼轨迹控制方法，克服现有技术识别井眼相互交叉的精度低，导致正钻井的井眼与已完井的井眼相互交叉、同时报废的缺陷。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：

一种基于三维GIS技术的井眼轨迹控制方法，利用地理信息系统技术和三维可视化技术，构建覆盖钻探目标区域的三维可视化场景立体模型、部署井的井眼轨道的三维模型和已完井、正钻井的井眼轨迹的三维模型在内的三维可视化立体模型，依据三维可视化立体模型直观展示部署井的井眼轨道和已完井、正钻井的井眼轨迹，调整部署井的钻井设计或正钻井的钻进参数，控制正钻井的井眼轨迹。具体包括以下步骤：

1)根据钻探目标区域各部署井的钻井设计，获取部署井的井眼轨道的设计数据，建立部署井的井眼轨道的三维模型A；

2)根据地理信息系统技术和已完井的井眼轨迹信息，建立钻探目标区域的三维可视化立体模型D；

3)依据钻探目标区域的部署井的井眼轨道的三维模型A与钻探目标区域的三维可视化立体模型D中的已完井的井眼轨迹的三维模型C的地理位置对应关系，构建包含钻探目标区域的部署井的井眼轨道的三维模型A和钻探目标区域的三维可视化立体模型D的三维可视化立体模型E，确定钻探目标区域的部署井的井眼轨道；

4)在按照步骤3)确定的部署井的井眼轨道实施钻井过程中，利用随钻测井技术获取正钻井的井眼轨迹的实时数据，建立正钻井的井眼轨迹的三维模型F；

5)依据正钻井的井眼轨迹的三维模型F与钻探目标区域的三维可视化立体模型D中的已完井的井眼轨迹的三维模型C的地理位置的对应关系，构建包含正钻井的实时井眼轨迹的三维模型F和钻探目标区域的三维可视化立体模型D的三维可视化立体模型G，控制钻探目标区域的正钻井的井眼轨迹。

步骤2)中建立钻探目标区域的三维可视化立体模型D的步骤为：

a.依据地理信息系统技术，建立钻探目标区域的三维可视化场景立体模型B；

b.依据钻探目标区域的已完井的井眼轨迹信息，建立已完井井眼轨迹的三维模型C；

c.依据钻探目标区域的已完井的井眼轨迹与钻探目标区域的三维可视化场景立体模型B的地理位置对应关系，构建包括已完井的井眼轨迹的三维模型C和三维可视化场景立体模型B在内的钻探目标区域的三维可视化立体模型D。

步骤3)中三维可视化立体模型E中部署井的井眼与已完井的井眼存在相互交叉现象时，重复前述操作(即该操作前的所有操作)，重新设计钻探目标区域的部署井的井眼轨道，确定部署井的井眼轨道，使部署井的井眼与已完井的井眼不存在相互交叉现象，从而避免设计的井眼与已完井的井眼相互交叉。

步骤5)中三维可视化立体模型G中正钻井的实时井眼与已完井的井眼存在相互交叉的趋势时，重复前述操作(即该操作前的所有操作)，调整正钻井的钻进参数，控制正钻井的井眼轨迹，确定正钻井的井眼轨迹，从而避免正钻井的井眼与已完井的井眼相互交叉的事故发生。

本发明的有益效果：

本发明利用地理信息系统和三维可视化技术构建的钻探目标区域的三维可视化立体模型，及时调整部署井的钻井设计或正钻井的钻进参数，通过控制正钻井的井眼轨迹，有效避免正钻井的井眼与已完井的井眼出现交叉事故，确保正钻井按照钻井设计的井眼轨迹击中靶点并保证井身质量。

附图说明

图1为本发明控制方法的流程示意图；

图2为实施例中钻探某区域的X井的井眼轨道的三维模型A；

图3为钻探某区域的三维可视化场景立体模型B；

图4为钻探某区域的已完井的井眼轨迹的三维模型C；

图5为钻探某区域的三维可视化立体模型D；

图6为钻探某区域的三维可视化立体模型E；

图7为钻探某区域的重新设计后的X井的井眼轨道；

图8为钻探某区域X井的实时井眼轨迹的三维模型F；

图9为钻探某区域的三维可视化立体模型G；

图10为钻探某区域的调整钻进参数后X井的井眼轨迹。

具体实施方式

下述实施例仅对本发明作进一步详细说明，但不构成对本发明的任何限制。

实施例1

以某钻探区域的X井为例，如图1所示，基于三维GIS技术的井眼轨迹控制方法，包括如下步骤：

1)根据钻探区域X井的钻井设计，获取如表1所示的X井的井眼轨道的设计数据，建立如图2所示的X井的井眼轨道的三维模型A；

表1X井的井眼轨道的设计数据

2)根据地理信息技术和已完井的井眼轨迹信息，建立钻探区域的三维可视化模型D：

a.依据地理信息系统技术，建立如图3所示钻探区域的三维可视化场景立体模型B；

b.依据钻探区域的已完井的井眼轨迹信息，建立如图4所示两口已完井的井眼轨迹的三维模型C；

c.依据钻探区域的已完井的井眼轨迹与钻探区域的三维可视化场景立体模型B的地理位置对应关系，构建如图5所示的包含已完井的井眼轨迹的三维模型C和三维可视化场景立体模型B在内的某钻探区域的三维可视化立体模型D；

3)依据X井的井眼轨道的三维模型A与某钻探区域的三维可视化场景模型D中的已完井的井眼轨迹的三维模型C的地理位置对应关系，构建如图6所示的包含X井的井眼轨道的三维立体模型A和钻探区域的三维可视化立体模型D的三维可视化立体模型E，确定X井的井眼轨道：

a.如图6所示，钻探区域的三维可视化场景模型E中X井的井眼与已完井的井眼存在相互交叉现象；

b.重复步骤1)～3)，重新设计X井的井眼轨道，确定如图7所示的X井的井眼轨道，由图7可知X井的井眼与已完井的井眼不存在相互交叉现象，从而避免X井的设计井眼与已完井的井眼相互交叉；

4)在按照步骤3)确定的X井的井眼轨道实施钻井过程中，利用随钻测井技术获取X井的井眼轨迹的实时数据，建立如图8所示的X井的实时井眼轨迹的三维模型F；

实时数据包括测量井深、井斜角、方位角等；

测量井深：指井口至测点间的井眼实际长度；

井斜角：测点处的井眼方向线与重力线之间的夹角；

方位角：以正北方向线为始边，顺时针旋转至方位线所转过的角度，该方向线是指在水平面上，方位角可在0～360°之间变化；

5)依据X井的实时井眼轨迹的三维模型F与钻探区域的三维可视化立体模型D中的已完井的井眼轨迹的三维模型C的地理位置对应关系，构建如图9所示的包含X井的实时井眼轨迹的三维模型F和钻探区域的三维可视化立体模型D的三维可视化立体模型G，控制X井的井眼轨迹：

a.如图9所示，钻探区域的三维可视化立体模型G中X井的实时井眼与已完井的井眼存在相互交叉的趋势；

b.专家会诊确认后，调整X井的钻进参数，控制X井的井眼轨迹，确定如图10所示的X井的井眼轨迹；由图10可知的X井的井眼与已完井的井眼已不存在相互交叉的趋势，从而避免X井的井眼与已完井的井眼相互交叉事故的发生；

6)如果钻探区域存在多口部署井和已完井，重复上述步骤1)～5)，确定正钻井的井眼轨迹，避免正钻井的井眼与钻探区域内所有部署井和已完井的井眼相互交叉事故的发生。