一种井间相对位置关系的法面扫描解析方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及石油钻井工程领域，具体涉及用法面扫描方法来分析井眼轨迹间的相 对位置关系，可用于实钻轨迹偏差分析、邻井防碰等方面。
【背景技术】
[0002] 在钻井施工过程中，不仅要随时掌握井底的坐标位置及井眼方向，还要与设计轨 道进行对比。分析实钻轨迹与设计轨道的相符程度及其变化趋势，以便及时采取调整措施， 确保中靶并保持良好的井身质量。这对于要求控制精度较高的定向井、水平井尤为重要。因 此，在测斜计算的基础上，还需要研究实钻轨迹与设计轨道之间的偏差分析方法。
[0003] 要对比分析实钻轨迹与设计轨道之间的偏离情况，主要有两种方法：①投影图法， 将实钻轨迹和设计轨道分别绘制在垂直投影图和水平投影图上，通过视平移和水平偏距等 参数来分析它们之间的偏离程度；②法面距离扫描，在三维空间内分析实钻轨迹与设计轨 道间的偏离程度，用法面距离等参数来表征实钻轨迹与设计轨道之间的相对位置关系。
[0004] 此外，为了满足石油储量和产量的需求，老油田在不断地加密井距来挖潜剩余油。 而非常规油气资源开发正在发展分支井、鱼骨井以及井工厂技术，海上钻井的单平台布井 数量越来越多而形成高密集丛式井。随着钻井密度的不断增大，邻井间的距离越来越小，因 此邻井防碰问题就越来越突出。邻井防碰分析主要采用最近距离扫描，在一定的条件下也 可采用法面距离扫描。
[0005] 总之，法面扫描主要用于分析实钻轨迹与设计轨道的偏离情况，也可用于评价邻 井防碰问题。这两种情况在技术方法上并没有实质性的差别，都是采用法面扫描来分析井 眼轨迹之间的相互位置关系。
[0006] 但是，现有技术存在的主要问题是：①基于法面方程来判别法平面与比较井是否 存在交点的方法不具有普遍适用性，会出现遗漏邻井防碰危险点的情况；②现有的数值法 实质上是二分法，需要对比较井进行大量的轨迹插值和比较计算，计算量大、收敛性差；③ 现有的解析法数学模型复杂，有些参数的物理意义不明确，工程技术人员的理解和应用难 度大；④法面扫描结果的表述方法单一，不便于应用。
【发明内容】
[0007] 本发明针对现有技术的不足，提出了一种井间相对位置关系的法面扫描解析方 法，包括以下步骤：
[0008] S101、获取参考井和比较井的轨迹数据，其中所述参考井为设计轨道或新设计井， 所述比较井为实钻轨迹或已钻邻井，其中当用于分析实钻轨迹与设计轨道的偏离情况时， 所述参考井为设计轨道，所述比较井为实钻轨迹；当用于邻井防碰分析时，所述参考井为新 设计井，所述比较井为已钻邻井；
[0009] S102、统一所述参考井和所述比较井的指北方向及坐标系，并归算它们的轨迹数 据；
[0010] S103、根据实际需要确定所述参考井和所述比较井的计算范围；
[0011] S104、按扫描间距计算所述参考井在所述计算范围内的参考点P的参数；
[0012] S105、求取过任一参考点的法面与比较井的交点Q ;
[0013] S106、根据所述参考点P和所述交点Q的轨迹数据来计算法面扫描结果的表征参 数；
[0014] S107、按参考点的井深顺序输出计算结果图表，为实钻轨迹偏差分析、邻井防碰提 供依据。
[0015] 根据本发明的一个实施例，在所述步骤S105中，按照以下步骤来获得所述交点Q :
[0016] S201、比较井由若干个比较井段组成，根据轨道设计或测斜计算结果可获取任一 比较井段AB两端点的轨迹数据；
[0017] S202、基于所述两端点的轨迹数据计算该比较井段的弯曲角
[0018] cos ε A B = cos a Acos α B+sin α Asin α Bcos ( φ Β- φ Α)
[0019] 其中，α为井斜角；φ为方位角；ε Α Β为所述比较井段的弯曲角；
[0020] S203、计算所述比较井段AB的轨迹特征参数
[0021] 在空间圆弧轨迹模型中，若εΑιΒ = 0,则所述比较井段为直线段；若εΑ，Β古0,则 所述比较井段为圆弧段，此时所述轨迹特征参数为：
[0022]
[0023] 其中，R为曲率半径；ω为初始工具面角；
[0024] S204、求取参考点P处的法面与比较井段的交点Q，
[0025] 假设所述法面与所述比较井段的交点为Q，则用Q点与所述比较井段始点A之间的 井深差Δ LAiQ来标识所述Q点的位置，
[0026] ①若 εΑ,Β = 〇,则
[0027]
[0028]
[0029]
[0030]
[0031]
[0032]
[0035] 式中，Λ LAi(j为所述比较井段上的交点Q与始点A之间的井深差；ε为所述比较井 段上的交点Q与始点A之间的弯曲角；
[0036] 其中，上述算法会产生3种结果：无解、唯一解和有2个解，但是，这些都是理论解， 只有满足条件〇 < △ LAi(j < △ LAiB时才表明存在交点Q ;若所述法面与所述比较井段存在两 个交点，应取法面距离最近者作为交点Q ;
[0037] S205、对于任一参考点P，重复执行上述步骤依次求取其法面与比较井上每个比较 井段的交点。当该法面与2个或2个以上比较井段存在交点时，取法面距离最近者作为参 考点法面与比较井的交点Q。
[0038] 至此，所述法面与所述比较井只有存在交点或不存在交点两种情况，当存在交点 时该交点Q也称为比较点；
[0039] S206、计算比较点的轨迹参数，
[0040] 由步骤S201~S205可得到比较点的井深，该点的轨迹参数用如下方法计算： [0041 ]①右 εA,B = 〇,则
[0048]
?
[0049] 根据本发明的一个实施例，在所述步骤S106中，按照以下方式计算法面扫描结果 的表征参数：
[0050] 参考点P与比较点之间的距离就是参考点P与所述比较井的法面距离，计算公式 为
[0051]
[0052]
[0053] ；
[0054] 要表征参考点P与比较点之间的相对位置关系，除法面距离P μ外，还需要根据 不同的参考面增加相应的参数：
[0055] ①用水平面作为参考面时
[0056] 增加扫描井斜角和扫描方位角2个角度参数，其中扫描井斜角a PiQ是指@直线
与铅垂方向的夹角，扫描方位角是将_直线垂直投影到水平面上后与正北方向的夹 角，
[0057]
[0058]
[0059] 扫描井斜角αΡ ()和扫描方位角φρ』的值域分别为[0°，180° ]和[0°，360° ]。
[0060] ②用法平面作为参考面时
[0061] 因比较点位于法面内，所以只需增加一个高边转角即可表征出比较点的位置，高 边转角Θ M是指在法平面上从井眼高边开始顺时针旋转至比较点的角度，其计算公式为
[0065] 式中，分别为比较点在P - xyz坐标系下的坐标，高边转角ΘΡ()的值域也分
[0062]
[0063]
[0064] 别为[0°，360° ]。
[0066] 本发明解决了现有技术中的方法局限性大、收敛性差、模型复杂等问题，并改进了 法面扫描结果的表述方法和图表输出内容及格式。此外，本发明不需要对比较井进行插值 计算，仅需要比较井的设计轨道节点或实钻轨迹测点数据就能得到准确的计算结果，大大 地减少了计算量。因此，本发明具有计算方法科学、计算过程高效、计算结果准确、图表美观 实用等优点。
[0067] 本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得 显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要 求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
【附图说明】
[0068] 附图用来对本发明提供更详细的说明，而不作为限制。在附图中：
[0069] 图1是根据本发明一个实施例的技术方法流程图；
[0070] 图2是根据本发明一个实施例的技术原理示意图；
[0071] 图3是根据本发明一个实施例的核心技术方法及流程图；
[0072] 图4是根据本发明一个实施例的法面距离关系的水平参考面表示法；
[0073]