一种井丛场井眼轨道设计方法与流程

本发明涉及钻井工程
技术领域：
，特别涉及一种井丛场井眼轨道设计方法。
背景技术：
：井丛场是一种针对地面条件复杂、钻井用地紧张、建设环境敏感而提出的钻井模式，通过设置单排或双排井口，其中，井数为3～26个，最小井口距为3～6m，可以有效节约用地、降低投资、提高钻井效率。而井眼轨道设计是钻井技术的核心之一，如何对井丛场井眼轨道进行设计，是目前亟待解决的问题。对井眼轨道进行设计主要解决的是井口与靶点的优化分配问题，目前，现有技术中的井口与靶点的优化分配问题主要是采用退火算法、遗传算法或蚁群算法等，通过将井口坐标和靶点坐标代入到算法中进行计算，确定井口与靶点的匹配关系。在实现本发明的过程中，本发明人发现现有技术中至少存在以下问题：现有技术在解决井口与靶点的优化分配问题时所采用的算法，一方面不适用于井丛场，另一方面，计算过程复杂，工作量大。技术实现要素：鉴于此，本发明提供一种计算简便、操作性强的井丛场井眼轨道设计方法，实现井丛场井口与靶点的优化设计匹配。具体而言，包括以下的技术方案：一种井丛场井眼轨道设计方法，所述方法包括：步骤1、根据井丛场的中心点，将待研究区域内的井丛场井口和靶点划分为两个组；步骤2、根据每组中每个所述靶点的坐标和每个所述井丛场井口的坐标，确定一个所述靶点对应匹配一个所述井丛场井口；步骤3、根据每个所述靶点的坐标、与每个所述靶点对应匹配的所述井丛场井口的坐标和所述待研究区域内的每个直井的坐标，判断每个所述靶点和与其对应匹配的所述井丛场井口的连线与每个所述直井之间的垂直距离是否都大于或等于第一预设距离；步骤4、如果所述靶点和与其对应匹配的所述井丛场井口的连线与至少一个所述直井之间的垂直距离小于所述第一预设距离，则更换与所述靶点对应匹配的所述井丛场井口，并将所述靶点和更换后的与其对应匹配的所述井丛场井口代回到步骤3中进行再次判断；步骤5、如果所述靶点和与其对应匹配的所述井丛场井口的连线与每个所述直井之间的垂直距离均大于或等于所述第一预设距离，则对所述靶点进行井眼轨道设计。进一步地，所述根据井丛场的中心点，将待研究区域内的井丛场井口和靶点划分为两个组之前，所述方法还包括：获取所述水平投影图中待研究区域内的每个所述井丛场井口的坐标和每个所述靶点的坐标。进一步地，所述根据井丛场的中心点，将待研究区域内的井丛场井口和靶点划分为两个组具体包括：根据所述井丛场的中心点和所述井丛场中井口的延伸方向，以经过所述井丛场的中心点且垂直于所述井丛场中井口的延伸方向的直线为界，将所述直线一侧的所述井丛场井口和所述靶点划分为一组，将所述直线另一侧的所述井丛场井口和所述靶点划分为另一组。进一步地，所述根据每组中每个所述靶点的坐标和每个所述井丛场井口的坐标，确定一个所述靶点对应匹配一个所述井丛场井口具体包括：根据每组中每个所述靶点的坐标和每个所述井丛场井口的坐标，逐一计算组内所述靶点与每个所述井丛场井口之间的距离，将与所述靶点距离最小的所述井丛场井口作为对应匹配的所述井丛场井口；当任意一个所述靶点与一个所述井丛场井口对应匹配完成之后，再计算下一个所述靶点时，只需计算下一个所述靶点与对应匹配完成后的所述井丛场井口之外的每个所述井丛场井口之间的距离，确定一个所述靶点对应匹配一个所述井丛场井口。进一步地，所述如果所述靶点和与其对应匹配的所述井丛场井口的连线与至少一个所述直井之间的垂直距离小于所述第一预设距离，则更换与所述靶点对应匹配的所述井丛场井口包括：如果所述靶点和与其对应匹配的所述井丛场井口的连线与至少一个所述直井之间的垂直距离小于所述第一预设距离，则将所述靶点对应匹配的所述井丛场井口的相邻井口更换为对应匹配的所述井丛场井口；所述相邻井口对应匹配的原有靶点与所述靶点对应匹配的所述井丛场井口重新对应匹配。进一步地，所述如果所述靶点和与其对应匹配的所述井丛场井口的连线与至少一个所述直井之间的垂直距离小于所述第一预设距离，则更换与所述靶点对应匹配的所述井丛场井口，并将所述靶点和更换后的与其对应匹配的所述井丛场井口代回到步骤3中进行再次判断之后，所述方法还包括：将所述相邻井口对应匹配的原有靶点与重新对应匹配后的所述井丛场井口也代回到步骤3中进行再次判断。进一步地，所述对所述靶点进行井眼轨道设计的方法包括：直-增-稳、直-增-稳-降-直、上部小五段预斜、连续造斜扭方位、双增扭方位、地质靶点20m范围内微调。进一步地，所述对所述靶点进行井眼轨道设计的方法还包括：“v”字型造斜点，其中，所述造斜点采用“v”字型设计，相邻的所述井眼轨道的造斜点在垂直高度上的相差范围为30～50m。进一步地，所述对所述靶点进行井眼轨道设计之后，所述方法还包括：步骤6、对每个所述靶点的井眼轨道设计进行防碰扫描，如果所述靶点的井眼轨道在以第二预设距离为半径的圆周内防碰安全，则得到防碰距离安全的井丛场井眼轨道设计。进一步地，所述对每个所述靶点的井眼轨道设计进行防碰扫描，如果所述靶点的井眼轨道在以第二预设距离为半径的圆周内防碰安全，则得到防碰距离安全的井丛场井眼轨道设计之后，所述方法还包括：如果所述靶点的井眼轨道在以第二预设距离为半径的圆周内防碰紧张，则更换与所述靶点对应匹配的所述井丛场井口，并将所述靶点和更换后的与其对应匹配的所述井丛场井口代回到步骤3中进行再次判断。本发明实施例提供的技术方案的有益效果至少包括：通过井丛场的中心点，将待研究区域内的井丛场井口和靶点划分为两个组，根据每组中每个靶点的坐标和每个井丛场井口的坐标，确定一个靶点对应匹配一个井丛场井口，实现靶点和井丛场井口的初匹配；继而根据每个靶点的坐标、与每个靶点对应匹配的井丛场井口的坐标和待研究区域内的每个直井的坐标，判断每个靶点和与其对应匹配的井丛场井口的连线与每个直井之间的垂直距离是否都大于或等于第一预设距离；如果有至少一个直井到该靶点和与其对应匹配的井丛场井口的连线之间的垂直距离小于第一预设距离，则更换该靶点对应匹配的井丛场井口，并将该靶点和更换后的与其对应匹配的井丛场井口代回到上一步中进行再次判断，对靶点与井丛场井口进行调整，以实现井丛场井口与靶点的优化设计匹配；如果全部直井到该靶点和与其对应匹配的井丛场井口的连线之间的垂直距离都大于或等于第一预设距离，则对该靶点进行井眼轨道设计，计算简便、操作性强。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为本发明实施例提供的一种井丛场井眼轨道设计方法的方法流程图；图2为本发明实施例提供的另一种井丛场井眼轨道设计方法的方法流程图；图3为本发明实施例提供的一种井丛场井眼轨道设计方法中待研究区域内井丛场井口、靶点与直井之间的关系示意图；图4为本发明实施例提供的一种井丛场井眼轨道设计方法中一个靶点对应匹配一个井丛场井口的匹配示意图；图5为本发明实施例提供的一种井丛场井眼轨道设计方法中每个靶点和与其对应匹配的井丛场井口的连线与每个直井之间的位置关系图。具体实施方式为使本发明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。本发明实施例提供了一种井丛场井眼轨道设计方法，以该方法应用于大港油田某采油厂所辖某井网密集区块为例进行举例说明，其中，待研究区域为该井网密集区块，待研究区域内有10个靶点、单排10个井丛场井口，其方法流程图如图1所示，该方法包括：步骤1、根据井丛场的中心点，将待研究区域内的井丛场井口和靶点划分为两个组。在本步骤之前，先获取水平投影图中待研究区域内的每个井丛场井口的坐标和每个靶点的坐标。需要说明的是，靶点均不考虑垂深。进一步地，可以根据井丛场井口的坐标确定井丛场的中心点，由于整个井口排上的所有井口均在或近似在一条直线上，将井口按照一个方向(可以是计划实施钻井的方向，或其反向)排序，若第一个井丛场井口的坐标为(x1，y1)，最后一口井的井口坐标为(xn，yn)，则井丛场的中心点坐标为((x1+xn)/2，(y1+yn)/2)。在本发明实施例中，每个井丛场井口的坐标如下表表1所示，每个靶点的坐标如下表表2所示：表1井口坐标井口12345678910x0.004.409.3014.3019.8024.8029.8034.7039.7044.70y0.00-0.60-1.30-1.80-2.30-2.90-3.50-4.10-4.60-5.20表2靶点坐标靶点abcdefghijx-297.9051.70308.4302.90437.90585.4561.00682.65717.64842.90y187.70207.30-352.00-115.90-204.50-4.50-297.70-143.35561.24-14.62在本步骤中，具体地，根据井丛场的中心点和井丛场中井口的延伸方向，以经过井丛场的中心点且垂直于井丛场中井口的延伸方向的直线为界，以图3为例，其中，标有t1、t2、t3、t4、t5的实心大尺寸圆点代表靶点；标有序号1、2、3、4、5的圆圈代表井丛场井口，实心小尺寸原点代表直井，将直线一侧的井丛场井口和靶点划分为一组，将直线另一侧的井丛场井口和靶点划分为另一组。在本发明实施例中，按照钻井实施顺序将井口排序为1～10号，第1个井丛场井口的坐标为(0.00，0.00)，第10个井丛场井口的坐标为(44.70，-5.20)，那么井丛场的中心点坐标为(22.35，-2.60)，井丛场的井口所在直线的方程为：0.116331x+y＝0；经过井丛场的中心点且垂直于井丛场中井口的延伸方向的直线方程为：8.596154x-y-194.724038＝0；将每个靶点的坐标带入经过井丛场的中心点且垂直于井丛场中井口的延伸方向的直线方程中，将取值小于或等于0的靶点划分为一组，也就是将直线一侧的靶点划分为一组；将取值大于0的靶点划分为另一组，也就是将直线另一侧的靶点划分为另一组，计算结果如下表表3所示：表3靶点分组计算表步骤2、根据每组中每个靶点的坐标和每个井丛场井口的坐标，确定一个靶点对应匹配一个井丛场井口。具体地，根据每组中每个靶点的坐标和每个井丛场井口的坐标，逐一计算组内靶点与每个井丛场井口之间的距离，将与靶点距离最小的井丛场井口作为对应匹配的井丛场井口；其中，靶点与每个井丛场井口之间的距离计算公式为：式中：s为靶点与井丛场井口之间的距离，单位为m；xt为靶点的横坐标，单位为m；xw为井丛场井口的纵坐标，单位为m；yt为靶点的纵坐标，单位为m；yw为井丛场井口的纵坐标，单位为m。需要说明的是，上述公式(1)可计算水平投影图上任意两点之间的距离。当任意一个靶点与一个井丛场井口对应匹配完成之后，再计算下一个靶点时，计算下一个靶点与对应匹配完成后的井丛场井口之外的每个井丛场井口之间的距离，确定一个靶点对应匹配一个井丛场井口。举例来说，对其中一组靶点，先计算组内每个靶点与井丛场的中心点的位移，按照该位移从大到小的顺序对该组靶点进行排序：靶点1、靶点2、……，即靶点1到井丛场的中心点的位移在该组靶点中最大，靶点2的位移次之，以此类推；从靶点1开始，计算靶点1与该组每个井丛场井口之间的距离，将靶点1匹配至对应距离最小的井丛场井口，记录下匹配结果；计算靶点2与该组余下每个井口的位移，将靶点2匹配至余下对应距离最小的井丛场井口，记录下匹配结果；以此类推。最终将该组的井丛场井口和靶点全部一一对应匹配完成；按照上述步骤进行另一组井丛场井口和靶点的匹配，以确定一个靶点对应匹配一个井丛场井口。步骤3、根据每个靶点的坐标、与每个靶点对应匹配的井丛场井口的坐标和待研究区域内的每个直井的坐标，判断每个靶点和与其对应匹配的井丛场井口的连线与每个直井之间的垂直距离是否都大于或等于第一预设距离。在本步骤中，只考虑相邻井中的直井，并假设直井的井斜为0，即在水平投影图上直井仅显示一个点，也就是该直井的井口点。具体地，可以按照水平投影图上的顺时针或者逆时针顺序，过直井的井口点向预设靶点和与其对应匹配的井丛场井口的连线做垂线，得到垂足，用上述公式(1)计算直井井口点与该垂足之间的距离，也就是靶点和与其对应匹配的井丛场井口的连线与直井之间的垂直距离，判断该距离是否都大于或等于第一预设距离。在这里，第一预设距离为井丛场井口与靶点的优化设计匹配中防碰的安全距离，在实际使用中，第一预设距离可以为6m。在本发明实施例中，靶点和井丛场井口的对应匹配结果如表4和图4所示：表4井口和靶点初匹配计算表步骤4、如果靶点和与其对应匹配的井丛场井口的连线与至少一个直井之间的垂直距离小于第一预设距离，则更换与靶点对应匹配的井丛场井口，并将靶点和更换后的与其对应匹配的井丛场井口代回到步骤3中进行再次判断。具体地，如果靶点和与其对应匹配的井丛场井口的连线与至少一个直井之间的垂直距离小于第一预设距离，则将靶点对应匹配的井丛场井口的相邻井口更换为对应匹配的井丛场井口；由于要确保一个靶点对应匹配一个井丛场井口，因而相邻井口对应匹配的原有靶点与靶点对应匹配的井丛场井口重新对应匹配。进而将靶点和更换后的与其对应匹配的井丛场井口代回到步骤3中进行再次判断，直到靶点与对应匹配的井丛场井口满足靶点和与其对应匹配的井丛场井口的连线与全部直井之间的垂直距离不小于第一预设距离。可以理解的是，也将相邻井口对应匹配的原有靶点与重新对应匹配后的井丛场井口也代回到步骤3中进行再次判断，直到靶点与对应匹配的井丛场井口满足靶点和与其对应匹配的井丛场井口的连线与全部直井之间的垂直距离不小于第一预设距离。需要说明的是，若该靶点与每一个井丛场井口的连线均不能满足靶点和与其对应匹配的井丛场井口的连线与全部直井之间的垂直距离不小于第一预设距离，则该靶点遵循初次匹配结果。在本发明实施例中，如果该靶点和与其对应匹配的井丛场井口的连线与周围任意一口直井的距离小于6m，则将该靶点对应匹配的井丛场井口更换为相邻井口，直到该靶点和与其对应匹配的井丛场井口的连线与周围所有直井的距离均不小于6m为止；进而对所有靶点进行同样的计算。经过计算，靶点c、d、f、i、g、h和与其对应匹配的井丛场井口的连线与直井之间的垂直距离存在小于6m的情况，因此需要调整其对应匹配的井丛场井口。再次经过计算可知，对靶点i、j、g、h进行井丛场井口的匹配调整，如表5和图5所示：表5井口和靶点初次匹配结果靶点abdcefighj井口12345678910步骤5、如果靶点和与其对应匹配的井丛场井口的连线与每个直井之间的垂直距离均大于或等于第一预设距离，则对靶点进行井眼轨道设计。如果靶点和与其对应匹配的井丛场井口的连续与每个直径之间的垂直距离均大于或等于第一预设距离，则说明靶点与井丛场井口匹配完成，继而对靶点进行井眼轨道设计。具体地，靶点进行井眼轨道设计的方法包括：直-增-稳、直-增-稳-降-直、上部小五段预斜、连续造斜扭方位、双增扭方位、地质靶点20m范围内微调等，由于上述方法均为本领域井眼轨道设计的常规方法，且过程较为复杂，在本发明实施例中不作具体展开论述。进一步地，井眼轨道设计的方法还包括：“v”字型造斜点，其中，为保证井丛场内各个设计轨道之间防碰最优，造斜点采用“v”字型设计，相邻的井眼轨道的造斜点在垂直高度上的相差范围为30～50m，造斜点可以由井丛场井口内的中间井口向两边逐渐变浅，使井丛场的井口排造斜点整体呈现“v”字型，也可以局部相邻若干口井的造斜点采用“v”字型或倒“v”字型设计，旨在使相邻设计轨道之间的最近距离接近或等于相邻井口间的井口距，降低施工难度。需要说明的是，若二维轨道难以使防碰安全，则采用小五段预斜、连续造斜扭方位或双增扭方位等轨道设计方法，还可以通过轨道控制对地质靶点进行微调，调整范围控制在20m半径以内。在本发明实施中，为保证井丛场各设计轨道之间防碰最优，造斜点要采用“v”字型设计，相邻井口的造斜点垂深彼此相差30m，根据实际情况，d靶点所属轨道造斜点设计最深，为420m，向两边造斜点逐渐变浅，井口排造斜点整体呈现“v”字型，各造斜点的数据如表6所示：表6造斜点“v”字型设计靶点abdcefighj井口12345678910造斜点/m27030042030027024021018015080在进行完井眼轨道设计后，如图2所示，本方法还包括：步骤6、对每个靶点的井眼轨道设计进行防碰扫描，如果靶点的井眼轨道在以第二预设距离为半径的圆周内防碰安全，则得到防碰距离安全的井丛场井眼轨道设计。当井眼轨道设计完成后，对每个靶点的井眼轨道设计进行防碰扫描，判断井眼轨道是否防碰安全。举例来说，当所有靶点对应的井眼轨道设计完成后，计算设计井眼轨道与周围200m范围内所有邻井的防碰距离，即防碰扫描计算——从设计轨道井口开始(井深0m开始)，以10m井深为步长，计算相应井深处设计轨道与周围200m范围内所有邻井实钻轨迹的距离，防碰扫描计算方法可以采用“closestapproach3d”法。如果防碰距离安全，则得到防碰距离安全的井丛场井眼轨道设计。进一步地，该方法还包括：如果靶点的井眼轨道在以第二预设距离为半径的圆周内防碰紧张，则更换与靶点对应匹配的井丛场井口，并将靶点和更换后的与其对应匹配的井丛场井口代回到步骤3中进行再次判断，直到所有设计井眼轨道防碰安全为止。需要说明的是，由于大港油田有防碰距离经验公式，也可以利用该防碰距离经验公式进行防碰扫描。具体地，该防碰距离经验公式为lmin＝f(md)，其中，md为井深，单位为m；lmin为井深md对应的安全防碰距离，单位为m；函数关系f已知，且该函数关系是根据大港油田钻井实钻数据，通过回归分析得到。举例来说，假设设计井轨道在井深md1时，与周围某一实钻邻井的最近距离为l1，则若l1≥f(md1)，则防碰安全；若l1＜f(md1)，则防碰紧张。在本发明实施例中，对每个靶点的井眼轨道设计进行防碰扫描的结果如下表表7所示：表7防碰扫描结果靶点abdcefighj井口12345678910造斜点/m27030042030027024021018015080防碰安全？是是否是是否是是是否轨道确定？是是否是是否是是是否可以看出，目前d、f和j三个靶点的井眼轨道防碰紧张，还需进行进一步的计算调整。通过对靶点d和f的对应匹配的井丛场井口的匹配关系进行互换，计算得到防碰安全的井眼轨道，此时，井口和靶点的匹配结果如表8所示：表8井口和靶点二次匹配结果靶点abfcedighj井口12345678910由于进行了井口和靶点匹配的二次调整，因此，相应井眼轨道也需要进行更新。此外，靶点j采用二维轨道设计方法时防碰紧张，需要采用预斜或双增扭方位设计方法(还可通过轨道控制对地质靶点进行微调，调整范围≤20m)。通过防碰扫描计算，j靶点轨道采用上部小五段预斜绕障设计方法，对井眼轨道进行二次优化设计，具体数据如下表表9所示：表9轨道二次优化设计靶点abfcedighj井口12345678910造斜点/m27030042030027024021018015080轨道类型五段五段五段五段五段五段五段五段五段上部小五段预斜此时，对二次优化设计后的每个靶点的井眼轨道设计进行防碰扫描，得到的扫描结果如表10所示：表10二次防碰扫描结果靶点abfcedighj井口12345678910造斜点/m27030042030027024021018015080轨道类型五段五段五段五段五段五段五段五段五段上部小五段预斜防碰安全？是是是是是是是是是是轨道确定？是是是是是是是是是是从上表可知，各靶点的防碰距离和轨道均满足工程要求，该井丛场轨道设计完成。因此，本发明实施例的井丛场井眼轨道设计方法通过井丛场的中心点，将待研究区域内的井丛场井口和靶点划分为两个组，根据每组中每个靶点的坐标和每个井丛场井口的坐标，确定一个靶点对应匹配一个井丛场井口，实现靶点和井丛场井口的初匹配；继而根据每个靶点的坐标、与每个靶点对应匹配的井丛场井口的坐标和待研究区域内的每个直井的坐标，判断每个靶点和与其对应匹配的井丛场井口的连线与每个直井之间的垂直距离是否都大于或等于第一预设距离；如果有至少一个直井到该靶点和与其对应匹配的井丛场井口的连线之间的垂直距离小于第一预设距离，则更换该靶点对应匹配的井丛场井口，并将该靶点和更换后的与其对应匹配的井丛场井口代回到上一步中进行再次判断，对靶点与井丛场井口进行调整，以实现井丛场井口与靶点的优化设计匹配；如果全部直井到该靶点和与其对应匹配的井丛场井口的连线之间的垂直距离都大于或等于第一预设距离，则对该靶点进行井眼轨道设计，计算简便、操作性强。以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本发明的技术方案，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。当前第1页12