管道定向钻穿越轨迹的全角变化率确定方法及装置与流程
本发明涉及油气管道领域，特别涉及一种管道定向钻穿越轨迹的全角变化率确定方法及装置。
背景技术：
随着技术的不断发展，定向钻技术已成为油气管道穿越施工广泛采用的一种穿越技术，管道在定向钻施工过程中，可以通过定向系统使管道穿越河流、沟渠或高速公路等，进而避免季节、地面构筑物或河流等的影响。然而，由于地质条件的影响，导致钻头在定向钻过程中避硬切软，从而使管道定向钻的成孔轨迹形成s形曲线，造成局部曲率骤变，进而出现成孔轨迹的全角变化率突变现象，这种现象俗称为狗腿度现象。
相关技术中，在管道定向钻过程中，通过管道定向钻的成孔轨迹的全角变化率确定管道回拖时所需要的回拖力，进而判断成孔轨迹的全角变化率的严重程度，避免造成管道回拖时卡管事故的发生。
然而，由于管道的直径小于成孔轨迹的直径，且因为刚性原因，管道的曲率会小于成孔轨迹的曲率，且管道与成孔轨迹的孔壁之间具有一定空间，使管道的实际回拖力小于基于成孔轨迹的全角变化率确定的回拖力。也即是，按照成孔轨迹的全角变化率计算的回拖力偏大，很容易让施工人员造成误判。
技术实现要素：
为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种管道定向钻穿越轨迹的全角变化率确定方法及装置。所述技术方案如下：
第一方面，提供了一种管道定向钻穿越轨迹的全角变化率确定方法，所述方法包括：
确定成孔轨迹的n个测量点中每相邻两个测量点之间的测量段的理论全角变化率，得到n-1个测量段的理论全角变化率，所述n个测量点是在进行管道定向钻过程中对成孔轨迹进行测量的位置点；
从所述n-1个测量段中确定m个计算段，所述m小于所述n；
确定所述m个计算段中每个计算段的修正系数；
将所述n-1个测量段中每个测量段的理论全角变化率分别与所述测量段所处的计算段对应的修正系数相乘，得到所述管道回拖时在所述n-1个测量段的实际全角变化率。
可选地，所述从所述n-1个测量段中确定m个计算段，包括：
令i＝1，j＝1，根据所述n个测量点中第i个测量点的测量数据和第i+j个测量点的测量数据，计算所述第i个测量点与所述第i+j个测量点之间所述管道沿成孔轨迹产生的挠度值，所述i+j小于或等于所述n；
如果所述挠度值大于所述成孔轨迹的半径与所述管道的半径之间的差值，则将所述第i个测量点与所述第i+j个测量点之间的测量段确定为计算段，令i＝i+1，并返回根据所述第i个测量点的测量数据和第i+j个测量点的测量数据，计算所述第i个测量点与所述第i+j个测量点之间的挠度值的步骤；
如果所述挠度值小于或等于所述成孔轨迹的半径与所述管道的半径之间的差值，则令所述j＝j+1，返回根据所述第i个测量点的测量数据和第i+j个测量点的测量数据，计算所述第i个测量点与所述第i+j个测量点之间的挠度值，直至计算得到的挠度值大于或等于所述成孔轨迹的半径与所述管道的半径之间的差值时，将所述第i个测量点与所述第i+j个测量点之间的测量段确定为计算段，令i＝i+j，j＝1，并返回根据所述第i个测量点的测量数据和第i+j个测量点的测量数据，计算所述第i个测量点与所述第i+j个测量点之间的挠度值的步骤。
可选地，所述根据所述n个测量点中第i个测量点的测量数据和第i+j个测量点的测量数据，计算所述第i个测量点与所述第i+j个测量点之间的挠度值，包括：
根据所述第i个测量点的测量数据和所述第i+j个测量点的测量数据确定所述成孔轨迹在所述第i个测量点与所述第i+j个测量点之间孔斜角的变化值和所述第i个测量点与所述第i+j个测量点之间的直线距离；
根据所述成孔轨迹在所述第i个测量点与所述第i+j个测量点之间孔斜角的变化值和所述第i个测量点与所述第i+1个测量点之间的直线距离，按照如下公式计算所述第i个测量点与所述第i+j个测量点之间的挠度值；
其中，ω是指所述第i个测量点与所述第i+j个测量点之间的挠度值，δα是指所述成孔轨迹在所述第i个测量点与所述第i+j个测量点之间孔斜角的变化值，δl是指所述第i个测量点和所述第i+j个测量点之间的直线距离。
可选地，所述确定所述m个计算段中每个计算段的修正系数，包括：
对于所述m个计算段中的每个计算段，根据所述计算段的两端点的测量数据，确定所述成孔轨迹在所述计算段的两个端点之间孔斜角的变化值和所述计算段的两端点之间的直线距离；
根据所述管道的直径、所述成孔轨迹的直径与所述管道的直径之间的比值、所述成孔轨迹在所述计算段的两个端点之间孔斜角的变化值以及所述计算段的两个端点之间的直线距离，按照如下联合公式计算所述计算段的修正系数；
其中，f是指所述计算段的修正系数，ω是指所述计算段的两个端点之间的挠度值，δα是指所述成孔轨迹在所述计算段的两个端点之间孔斜角的变化值，δα‘是指在所述管道回拖时所述计算段的两个端点之间孔斜角的变化值，δl是指所述计算段的两个端点之间的直线距离，d是指所述管道的直径，k是指所述成孔轨迹的直径与所述管道的直径之间的比值。
第二方面，提供了一种管道定向钻穿越轨迹的全角变化率确定装置，所述装置包括：
第一确定模块，用于确定成孔轨迹的n个测量点中每相邻两个测量点之间的测量段的理论全角变化率，得到n-1个测量段的理论全角变化率，所述n个测量点是在进行管道定向钻过程中对成孔轨迹进行测量的位置点；
第二确定模块，用于从所述n-1个测量段中确定m个计算段，所述m小于所述n；
第三确定模块，用于确定所述m个计算段中每个计算段的修正系数；
运算模块，用于将所述n-1个测量段中每个测量段的理论全角变化率分别与所述测量段所处的计算段对应的修正系数相乘，得到所述管道回拖时在所述n-1个测量段的实际全角变化率。
可选地，所述第二确定模块包括：
第一计算子模块，用于令i＝1，j＝1，根据所述n个测量点中第i个测量点的测量数据和第i+j个测量点的测量数据，计算所述第i个测量点与所述第i+j个测量点之间所述管道沿所述成孔轨迹产生的挠度值，所述i+j小于或等于所述n；
第一确定子模块，用于如果所述挠度值大于所述成孔轨迹的半径与所述管道的半径之间的差值，则将所述第i个测量点与所述第i+j个测量点之间的测量段确定为计算段，令i＝i+1，并返回根据所述第i个测量点的测量数据和第i+j个测量点的测量数据，计算所述第i个测量点与所述第i+j个测量点之间的挠度值的步骤；
第二确定子模块，用于如果所述挠度值小于或等于所述成孔轨迹的半径与所述管道的半径之间的差值，则令所述j＝j+1，返回根据所述第i个测量点的测量数据和第i+j个测量点的测量数据，计算所述第i个测量点与所述第i+j个测量点之间的挠度值，直至计算得到的挠度值大于或等于所述成孔轨迹的半径与所述管道的半径之间的差值时，将所述第i个测量点与所述第i+j个测量点之间的测量段确定为计算段，令i＝i+j，j＝1，并返回根据所述第i个测量点的测量数据和第i+j个测量点的测量数据，计算所述第i个测量点与所述第i+j个测量点之间的挠度值的步骤。
可选地，所述第一计算子模块具体用于：
根据所述第i个测量点的测量数据和所述第i+j个测量点的测量数据确定所述成孔轨迹在所述第i个测量点与所述第i+j个测量点之间孔斜角的变化值和所述第i个测量点与所述第i+j个测量点之间的直线距离；
根据所述成孔轨迹在所述第i个测量点与所述第i+j个测量点之间孔斜角的变化值和所述第i个测量点与所述第i+j个测量点之间的直线距离，按照如下公式计算所述第i个测量点与所述第i+j个测量点之间的挠度值；
其中，ω是指所述第i个测量点与所述第i+j个测量点之间的挠度值，δα是指所述成孔轨迹在所述第i个测量点与所述第i+j个测量点之间孔斜角的变化值，δl是指所述第i个测量点和所述第i+j个测量点之间的直线距离。
可选地，所述第三确定模块包括：
第三确定子模块，用于对于所述m个计算段中的每个计算段，根据所述计算段的两端点的测量数据，确定所述成孔轨迹在所述计算段的两个端点之间孔斜角的变化值和所述计算段的两端点之间的直线距离；
第二计算子模块，用于根据所述管道的直径、所述成孔轨迹的直径与所述管道的直径之间的比值、所述成孔轨迹在所述计算段的两个端点之间孔斜角的变化值以及所述计算段的两个端点之间的直线距离，按照如下联合公式计算所述计算段的修正系数；
其中，f是指所述计算段的修正系数，ω是指所述计算段的两个端点之间的挠度值，δα是指所述成孔轨迹在所述计算段的两个端点之间孔斜角的变化值，δα‘是指所述管道回拖时所述计算段的两个端点之间孔斜角的变化值，δl是指所述计算段的两个端点之间的直线距离，d是指所述管道的直径，k是指所述成孔轨迹的直径与所述管道的直径之间的比值。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过对成孔轨迹的理论全角变化率进行修正，得到管道回拖时的实际全角变化率，进而确定更为准确地管道回拖时所需的回拖力，避免因成孔轨迹确定偏大的回拖力使操作人员产生误判。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种管道定向钻穿越轨迹的全角变化率确定方法流程图；
图2是本发明实施例提供的修正系数与成孔轨迹的孔斜角变化值之间的关系图；
图3是本发明实施例提供的修正系数与计算段的两个端点之间的直线距离的关系图；
图4是本发明实施例提供的一种管道定向钻穿越轨迹的全角变化率确定装置结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
图1是本发明实施例提供的一种管道定向钻穿越轨迹的全角变化率确定方法流程图。参见图1，该方法包括：
步骤101：确定成孔轨迹的n个测量点中每相邻两个测量点之间的测量段的理论全角变化率，得到n-1个测量段的理论全角变化率，该n个测量点是在进行管道定向钻过程中对成孔轨迹进行测量的位置点。
在管道定向钻施工过程中，可以在管道定向钻的成孔轨迹上选择n个位置点作为测量点并进行测量，以获取n个测量点对应的测量数据。其中，每个测量点的测量数据通常可以包括该测量点处于成孔轨迹的孔斜角、孔斜方位角以及位置信息等等。
将选择的n个测量点中每相邻的两个测量点之间的成孔轨迹确定为测量段，从而得到n-1个测量段。对于该n-1个测量段中的每个测量段，确定构成该测量段的两个测量点的测量数据中的孔斜角之间的差值，并将该差值确定为该两个测量点对应的孔斜角的变化值，以及确定该两个测量点对应孔斜角的平均值。确定该两个测量点的测量数据中孔斜方位角之间的差值，将该差值确定为该两个测量点对应的孔斜方位角的理论变化值。确定该两个测量点的测量数据中位置信息之间的直线距离，以得到该两个测量点之间的直线距离。
之后，通过该成孔轨迹在该两个测量点对应的孔斜角的变化值、孔斜角的平均值、孔斜方位角的变化值以及该两个测量点之间的直线距离，按照如下公式(1)确定该测量段的理论全角变化率，从而确定出n-1个测量段对应的全角变化率；
其中，上述公式(1)中，k是指该测量段的理论全角变化率，δα是指该成孔轨迹在该两个测量点的孔斜角的变化值，δφ是指该成孔轨迹在该两个测量点的孔斜方位角的变化值，αc是指该成孔轨迹在该两个测量点的孔斜角的平均值，δl是指该两个测量点之间的直线距离，sin2αc是指该成孔轨迹在该孔斜角的平均值的正弦函数。
其中，全角变化率是指测量段成孔轨迹曲线在三维空间的角度变化，n是不小于2的常数。
在确定n-1个测量段中每个测量段的理论全角变化率之后，为了确定管道回拖时在n-1个测量段中每个测量段的实际全角变化率，可以先通过步骤102-步骤103实现对该每个测量段的理论全角变化率进行修正的修正系数的确定。
步骤102：从n-1个测量段中确定m个计算段，m小于n。
在管道回拖过程中，管道会依照成孔轨迹曲线而发生相应的均匀的弯曲变形，且管道的弯曲变形可以看作是平面曲线，也即是，n-1个测量段中每个测量段的孔斜方位角的变化值可以忽略不计，可以将同一平面内管线的弯曲变形量确定为该管道的挠度值。其中，挠度值是指横截面圆心沿与轴线垂直方向的线位移。
另外，在管道的弯曲变形的挠度值大于成孔轨迹的半径与管道的半径之间的差值时，管道的实际回拖力与基于n-1个测量段的理论全角变化率计算的回拖力之间会存在误差。因此，需要对n-1个测量段进行划分，以确定出挠度值大于成孔轨迹的半径与管道的半径之间的差值的m个计算段。
具体地，可以通过如下步骤(1)-(3)来确定挠度值大于成孔轨迹的半径与管道的半径之间的差值的m个计算段。
(1)令i＝1，j＝1，根据n个测量点中第i个测量点的测量数据和第i+j个测量点的测量数据，计算第i个测量点与第i+j个测量点之间管道沿成孔轨迹产生的挠度值，i+j小于或等于n。
其中，计算第i个测量点与第i+j个测量点之间管道沿成孔轨迹产生的挠度值的具体实现过程可以为：根据第i个测量点的测量数据和第i+j个测量点的测量数据确定成孔轨迹在第i个测量点与第i+j个测量点之间孔斜角的变化值和第i个测量点与第i+j个测量点之间的直线距离；根据成孔轨迹在第i个测量点与第i+j个测量点之间孔斜角的变化值和第i个测量点与第i+j个测量点之间的直线距离，按照如下公式(2)计算第i个测量点与第i+j个测量点之间的挠度值；
其中，ω是指第i个测量点与第i+j个测量点之间的挠度值，δα是指该成孔轨迹在第i个测量点与第i+j个测量点之间孔斜角的变化值，δl是指第i个测量点和第i+j个测量点之间的直线距离，
其中，确定该成孔轨迹在第i个测量点和第i+j个测量点之间孔斜角的变化值，以及确定第i个测量点和第i+j个测量点之间的直线距离的方法与步骤101中的方法相同，本发明实施例在此不再进行赘述。
(2)如果挠度值大于成孔轨迹的半径与管道的半径之间的差值，则将第i个测量点与第i+j个测量点之间的测量段确定为计算段，令i＝i+1，并返回步骤(1)中根据第i个测量点的测量数据和第i+j个测量点的测量数据，计算第i个测量点与第i+j个测量点之间的挠度值的步骤。
(3)如果挠度值小于或等于成孔轨迹的半径与管道的半径之间的差值，则令j＝j+1，返回步骤(1)中根据第i个测量点的测量数据和第i+j个测量点的测量数据，计算第i个测量点与第i+j个测量点之间的挠度值，直至计算得到的挠度值大于或等于成孔轨迹的半径与管道的半径之间的差值时，将第i个测量点与第i+j个测量点之间的测量段确定为计算段，令i＝i+j，j＝1，并返回步骤(1)中根据第i个测量点的测量数据和第i+j个测量点的测量数据，计算第i个测量点与第i+j个测量点之间的挠度值的步骤。
也即是，以成孔轨迹的第一个测量点作为第一个计算段的起点，计算第一个测量点与第二个测量点之间的挠度值，第一个测量点与第三个测量点之间的挠度值，以及第一个测量点与第三个测量点之间的挠度值，直至计算出的挠度值大于成孔轨迹的半径与管道的半径之间的差值，则将该挠度值对应的另一测量点作为该计算段的终点；然后，将该计算段的终点作为下一个计算段的起点，重复上述步骤，确定出下一个计算段的终点。重复上述步骤直至完成对n个测量点的划分。
假如，成孔轨迹的位置测量点有7个，分别为测量点1，测量点2、测量点3、测量点4、测量点5、测量点6和测量点7，将测量点1作为第一个计算段的起点，计算测量点1与测量点2之间的挠度值ω1，如果ω1大于成孔轨迹的半径与管道的半径之间的差值，则将测量点2作为第一个计算段的终点；然后，将测量点2作为第二个计算段的起点，计算测量点2与测量点3之间的挠度值ω2，如果ω2小于或等于成孔轨迹的半径与管道的半径之间的差值时，则计算测量点2与测量点4之间的挠度值ω3，如果ω3大于成孔轨迹的半径与管道的半径之间的差值时，则将测量点4作为第二个计算段的终点；然后，将测量点4作为第三个计算段的起点，计算测量点4与测量点5之间的挠度值ω4，如果ω4小于或等于成孔轨迹的半径与管道的半径之间的差值，则计算测量点4与测量点6之间的挠度值ω5，如果ω5小于或等于成孔轨迹的半径与管道的半径之间的差值，则将测量点7作为第三计算段的终点。
步骤103：确定m个计算段中每个计算段的修正系数。
具体地，对于m个计算段中的每个计算段，根据该计算段的两个端点的测量数据，确定该成孔轨迹在该计算段的两个端点之间的孔斜角的变化值和该计算段的两个端点之间的直线距离。之后，根据管道的直径、成孔轨迹的直径与管道的直径之间的比值、该成孔轨迹在该计算段的两个端点之间孔斜角的变化值以及该计算段的两个端点之间的直线距离，按照如下联合公式(3)计算该计算段的修正系数；
其中，f是指该计算段的修正系数，ω是指该计算段的两个端点之间的挠度值，δα是指该成孔轨迹在该计算段的两个端点之间孔斜角的变化值，δα‘是指在管道回拖时该计算段的两个端点之间孔斜角的变化值，δl是指该计算段的两个端点之间的直线距离，d是指管道的直径，k是指成孔轨迹的直径与管道的直径之间的比值，
由于修正系数是管道回拖时的实际全角变化率与成孔轨迹的理论全角变化率之间的比值，因此修正系数的表达式可以是如下公式(4)；
其中，sin2αc是指该成孔轨迹在该计算段的两个端点之间孔斜角平均值的正弦值的平方，其它各参数意义与上述公式(3)中相应参数意义相同，本发明实施例不再具体阐述。
经过大量计算验证发现，在修正系数大于0.7的情况下，(δφ)2sin2αc项对修正系数的影响可忽略不计。且在现实应用中，绝大多数情况下修正系数是大于0.7的，因此修正系数的表达式可以简化为上述联合公式(3)中的第三项公式。
进一步地，在确定完每个计算段的修正系数后，通过如下(1)-(4)的情况对修正系数的取值范围，修正系数与成孔轨迹的直径与管道的直径之间的比值之间的关系，修正系数与孔斜角的理论变化值之间的关系，以及修正系数与计算段的两个端点之间的直线距离的关系进行介绍。
(1)修正系数f的取值范围：
由于任一计算段对应管道的曲率小于成孔轨迹的曲率，也即是，该计算段管道回拖时的实际全角变化率小于成孔轨迹的理论全角变化率，因此，修正系数大于或等于0且小于或等于1。对于小直径管道，比如管道的规格为d273×6，按照管道定向钻的设计原则，成孔轨迹的直径一般为1.2d，即k值取1.2，则成孔轨迹的半径与管道的半径之间的差值为0.0273m，可以忽略不计，修正系数可以近似为1。
当计算段内成孔轨迹的挠度刚好等于成孔轨迹的半径与管道的半径之间的差值时，该计算段管道的全角变化率可以近似为0，因此，修正系数可以为0。
(2)修正系数f与成孔轨迹的直径与管道的直径之间的比值k之间的关系：
当其他条件不变时，随着k的增大，
(3)修正系数f与成孔轨迹的孔斜角的变化值δα之间的关系：
假如，管道规格为d813×10，k值取1.5，孔斜方位角δφ值为0，直线距离δl值为30m。如图2所示，当其他条件一定时，通过实际计算，可以看出f随着δα的增大而增大，且增大的幅度越来越小。
(4)修正系数f与计算段的两个端点之间的直线距离δl的关系：
假如，管道规格为d813×10，计算段内孔斜角的理论变化值取15°，k值取1.5，孔斜方位角δφ值为0。如图3所示，当其他条件一定时，通过实际计算，可以看出f随着δl的增大而增大，且增大的幅度越来越小。在计算段的直线距离足够大时，修正系数可直接取1。
步骤104：将n-1个测量段中每个测量段的理论全角变化率分别与该测量段所处的计算段对应的修正系数相乘，得到管道回拖时在n-1个测量段的实际全角变化率。
由于确定的m个计算段中的任意一个计算段可以对应一个测量段，也可以对应多个测量段，也即是，确定的m个计算段中的任意一个计算段内可以包括一个测量段，也可以包括多个测量段，因此，对于n-1个测量段中每个测量段，可以将该测量段的理论全角变化率与对应的计算段的修正系数相乘，以得到管道回拖时在n-1个测量段的实际全角变化率。
比如，成孔轨迹的位置测量点有7个，也即是包括6个测量段，如上述描述，该6个测量段对应有3个计算段，分别为：第一测量段对应第一计算段，第二测量段和第三测量段对应第二计算段，第四测量段、第五测量段和第六测量段对应第三计算段。假如，该6个测量段对应的理论全角变化率分别为1、0.8、1.8、2、4和3.8，三个计算段对应的修正系数分别为0.8、0.85和0.75，则将该6个测量段的理论全角变化率分别与对应的计算段的修正系数相乘，得到该6个测量段的实际全角变化率分别是0.8、0.68、1.53、1.5、3和2.85。
进一步地，在确定n-1个测量段的实际全角变化率之后，对该n-1个实际全角变化率的严重程度进行判断，具体如下：
根据理论全角变化率确定管道所需的回拖力，以及根据实际全角变化率确定管道所需的回拖力，并根据在理论全角变化率的情况下管道所需的回拖力，以及在实际全角变化率的情况下管道所需的回拖力，可以按照如下公式(5)确定实际全角变化率的严重程度指示值；
其中，tl是指在理论全角变化率的情况下管道所需的回拖力，tk是指在实际全角变化率的情况下管道所需的回拖力，λ是指实际全角变化率的严重程度指示值，为无量纲量。
实际应用中，可以将实际全角变化率的严重程度指示值的取值范围分为四个子范围，这样，实际全角变化率的严重程度就可以对应四个严重程度等级。当实际全角变化率的严重程度指示值满足第一子范围时，确定实际全角变化率的严重程度为第一等级，也即是轻度级，不影响为管道的回拖；当实际全角变化率的严重程度指示值满足第二子范围时，确定实际全角变化率的严重程度为第二等级，也即是一般级，只需要增大回拖力而无需采取其他措施即可实现回拖；当实际全角变化率的严重程度指示值满足第三子范围时，确定实际全角变化率的严重程度为第三等级，也即是严重级，需通过技术手段进行特别处理后才可实现回拖；当实际全角变化率的严重程度指示值满足第四子范围时，确定实际全角变化率的严重程度为第四等级，也即是特别严重级，即使经过特别处理也不能实现回拖。
其中，根据理论全角变化率确定管道所需的回拖力，以及根据实际全角变化率确定管道所需的回拖力的方法可以参考相关技术，本发明实施例不再详细阐述。
需要说明的是，当理论全角变化率的情况下确定的管道所需的回拖力为tl时，可以选择拉力为t0＝3tl的钻机，此时，当实际全角变化率的情况下管道所需的回拖力tk小于或等于t0时，管道的回拖才可能成功，因此λ的临界值可以为不小于0.33。然而，由于各定向钻施工公司技术水平不同，λ的临界取值也不同，可以是0.4，也即是，当λ小于0.4时，管道的全角变化率严重程度最大，不可接受，属于第四等级，因此，可以将可接受的λ的取值范围0.4～1均分为三等分，分别得到三个子范围，第一子范围为0.8～1；第二子范围为0.6～0.8，也即是，管道的全角变化率导致回拖力增大至理想状态的5/4～5/3倍；第三子范围为0.4～0.6，也即是，管道的全角变化率导致回拖力增大至理想状态的5/3～5/2倍；第四子范围为0～0.4。
比如，如上述描述根据6个测量段对应的理论全角变化率1、0.8、1.8、2、4和3.8确定管道所需的回拖力为tl，根据该6个测量段对应的实际全角变化率0.8、0.68、1.53、1.5、3和2.85确定管道所需的回拖力为tk，按照上述公式(5)计算λ，如果λ值为0.9，则确定管道的实际全角变化率的严重程等级为第一等级；如果λ值为0.75，则确定管道的实际全角变化率的严重程等级为第二等级；如果λ值为0.5，则确定管道的实际全角变化率的严重程等级为第三等级；如果λ值为0.3，则确定管道的实际全角变化率的严重程等级为第四等级。
由于第一等级管道的实际全角变化率对管道的回拖不产生影响，因此，第一等级可以通过λ的第一子范围进行判断，也可以依据管道的弯曲变形产生的挠度值是否小于或等于成孔轨迹的半径与管道的半径之间的差值，或者管道的弯曲变形产生的挠度值是否小于或等于管道自身因为自重产生的挠度值进行判断。
其中，当依据计算段的弯曲变形产生的挠度值小于或等于成孔轨迹的半径与管道的半径之间的差值进行判断时，可以根据计算段的两个端点的测量数据，确定成孔轨迹在该计算段的两个端点之间孔斜角的变化值和计算段的两端点之间的直线距离；根据管道的直径、成孔轨迹的直径与管道的直径之间的比值，按照如下公式(6)进行判断，也即是，当满足公式(6)的条件时，确定实际全角变化率的严重程度为第一级；
其中，公式(6)中各参数意义如上述公式(3)中相应参数的意义，本发明实施例不再具体阐述。
当依据管道的弯曲变形产生的挠度值小于或等于管道自身因为自重产生的挠度值进行判断时，可以根据成孔轨迹在该计算段的两个端点之间孔斜角的变化值、计算段的两个端点之间的直线距离以及直线距离的管道自重产生的挠度值，按照如下公式(7)进行判断；也即是，当满足公式(7)的条件时，确定实际全角变化率的严重程度为第一级；
其中，f是指δl长度的管道因自重产生的挠度值，公式(7)中其余各参数意义如上述公式(3)中相应参数的意义，本发明不再具体阐述。
其中，管道因自重产生的挠度值f可以参考相关技术，本发明不再详细阐述。
在本发明实施例中，在管道的定向钻过程中，通过对成孔轨迹的理论全角变化率进行修正，可以得到管道的实际全角变化率，进而确定更为准确地管道回拖时所需的回拖力，避免因成孔轨迹确定偏大的回拖力使操作人员产生误判。
参见图4，本发明实施例提供了一种管道定向钻穿越轨迹的全角变化率确定装置，该装置包括：
第一确定模块401，用于确定成孔轨迹的n个测量点中每相邻两个测量点之间的测量段的理论全角变化率，得到n-1个测量段的理论全角变化率，n个测量点是在进行管道定向钻过程中对成孔轨迹进行测量的位置点。
第二确定模块402，用于从n-1个测量段中确定m个计算段，m小于n。
第三确定模块403，用于确定m个计算段中每个计算段的修正系数。
运算模块404，用于将n-1个测量段中每个测量段的理论全角变化率分别与该测量段所处的计算段对应的修正系数相乘，得到管道回拖时在n-1个测量段的实际全角变化率。
在本发明实施例中，通过对成孔轨迹的理论全角变化率进行修正，可以得到管道回拖时的实际全角变化率，进而确定更为准确地管道回拖所需的回拖力，提前对管道回拖时的实际全角变化率现象的严重程度进行分析，避免因全角变化率现象过于严重，在管道回拖时，造成卡管事故的发生。
可选地，第二确定模块402包括：
第一计算子模块，用于令i＝1，j＝1，根据n个测量点中第i个测量点的测量数据和第i+j个测量点的测量数据，计算第i个测量点与第i+j个测量点之间管道沿成孔轨迹产生的挠度值，i+j小于或等于n。
第一确定子模块，用于如果该挠度值大于成孔轨迹的半径与管道的半径之间的差值，则将第i个测量点与第i+j个测量点之间的测量段确定为计算段，令i＝i+1，并返回根据第i个测量点的测量数据和第i+j个测量点的测量数据，计算第i个测量点与第i+j个测量点之间的挠度值的步骤。
第二确定子模块，用于如果该挠度值小于或等于成孔轨迹的半径与管道的半径之间的差值，则令j＝j+1，返回根据第i个测量点的测量数据和第i+j个测量点的测量数据，计算第i个测量点与第i+j个测量点之间的挠度值，直至计算得到的挠度值大于或等于成孔轨迹的半径与管道的半径之间的差值时，将第i个测量点与第i+j个测量点之间的测量段确定为计算段，令i＝i+j，j＝1，并返回根据第i个测量点的测量数据和第i+j个测量点的测量数据，计算第i个测量点与第i+j个测量点之间的挠度值的步骤。
可选地，第一计算子模块具体用于：
根据第i个测量点的测量数据和第i+j个测量点的测量数据确定第i个测量点与第i+j个测量点之间孔斜角的理论变化值和第i个测量点与第i+j个测量点之间的直线距离。
根据第i个测量点与第i+j个测量点之间孔斜角的理论变化值和第i个测量点与第i+j个测量点之间的直线距离，按照如下公式计算第i个测量点与第i+j个测量点之间的挠度值；
其中，ω是指第i个测量点与第i+j个测量点之间的挠度值，δα是指该成孔轨迹在该第i个测量点与第i+j个测量点之间孔斜角的理论变化值，δl是指第i个测量点和第i+j个测量点之间的直线距离。
可选地，第三确定模块403包括：
第三确定子模块，用于对于m个计算段中的每个计算段，根据该计算段的两端点的测量数据，确定该计算段的两个端点之间孔斜角的理论变化值和该计算段的两端点之间的直线距离。
第二计算子模块，用于根据管道的直径、成孔轨迹的直径与管道的直径之间的比值、该计算段的两个端点之间孔斜角的理论变化值以及该计算段的两个端点之间的直线距离，按照如下联合公式计算该计算段的修正系数；
其中，f是指该计算段的修正系数，ω是指该计算段的两个端点之间的挠度值，δα是指该成孔轨迹在该该计算段的两个端点之间孔斜角的理论变化值，δα‘是指在管道回拖时该计算段的两个端点之间孔斜角的实际变化值，δl是指该计算段的两个端点之间的直线距离，d是指管道的直径，k是指成孔轨迹的直径与管道的直径之间的比值。
在本发明实施例中，在管道的定向钻过程中，通过对成孔轨迹的理论全角变化率进行修正，可以得到管道的实际全角变化率，进而确定更为准确地管道回拖时所需的回拖力，避免因成孔轨迹确定偏大的回拖力使操作人员产生误判。
需要说明的是：上述实施例提供的管道定向钻穿越轨迹的全角变化率确定装置在确定管道回拖时的实际全角变化率时，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，上述实施例提供的管道的全角变化率确定装置与管道的全角变化率确定方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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