一种钻井轨迹偏移监测方法与流程

本发明涉及油气勘探开发技术领域，具体地说，涉及一种用于三维场景下钻井轨迹与设计轨道的偏移监测方法。

背景技术：

在定向钻井施工过程中，不仅要随时掌握实钻井底的坐标位置及井眼方向，还要与设计轨迹进行对比，分析钻井轨迹与设计轨道的相符程度及其变化趋势，以便工作人员能够及时采取调整措施，从而确保中靶并保持良好的井身质量。

然而，现有技术有关钻井轨迹监测方法在真实感、直观性以及有效性等方面还存在不足，无法满足用户的需求。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供了一种钻井轨迹偏移监测方法，所述方法包括：

三维地质场景构建步骤，根据预设可视化对象实体模型，构建目标井所在油田区块下的井下三维地质场景；

设计轨道可视化步骤，基于所述预设可视化对象实体模型，根据获取到的所述目标井的设计轨道数据，对所述目标井的设计轨道进行可视化，得到所述设计轨道在所述井下三维地质场景中的三维走向曲线；

钻井轨迹可视化步骤，基于所述预设可视化对象实体模型，根据获取到的所述目标井的随钻测量数据，对所述目标井的钻井轨迹进行可视化，得到所述钻井轨迹在所述井下三维地质场景中的三维走向曲线；

偏离判断步骤，判断所述目标井的当前深度点是否为偏离点，并根据判断结果采用不同的方式对所述设计轨道和钻井轨迹在所述井下三维地质场景中的三维走向曲线进行显示。

根据本发明的一个实施例，在所述偏离判断步骤中，

根据所述目标井在当前深度点处设计轨道数据和随钻测量数据，计算所述目标井在当前深度点处设计轨道与钻井轨迹的偏距；

将所述偏距与预设偏距阈值进行比较，根据比较结果判断所述目标井的当前深度点是否为偏离点。

根据本发明的一个实施例，在所述偏离判断步骤中，如果所述偏距小于所述预设偏距阈值，则判定所述当前深度点为非偏离点，否则判断定所述当前深度点为偏离点。

根据本发明的一个实施例，如果所述当前深度点为偏离点，则生成并输出偏移告警提示。

根据本发明的一个实施例，如果所述当前深度点为偏离点，则将所述当前深度点以不同于所述钻井轨迹的颜色进行标识。

根据本发明的一个实施例，如果所述当前深度点为偏离点，则进一步判断前一深度点是否同为偏离点，如果所述前一深度点同为偏离点，则将所述当前深度点与前一深度点之间的连线以不同于所述钻井轨迹的颜色进行标识。

根据本发明的一个实施例，所述预设可视化对象实体模型是利用钻井所在油田区块的地层分层数据、已钻井的井头数据和实钻测斜数据构建得到的，其包括：地层实体模型、轨道/轨迹实体模型和靶实体模型。

根据本发明的一个实施例，利用所述地层实体模型对所述目标井的设计轨道进行可视化，利用所述轨道/轨迹实体模型和靶实体模型对所述目标井的钻井轨迹进行可视化。本发明提出了一种把三维可视化和钻井轨迹与设计轨道的偏离监测相结合，在井下三维地质场景下，进行钻井轨迹与设计轨道偏离监测的方法。

该方法通过建立地层、轨道(轨迹)、靶等三维可视化实体模型、构建三维地质场景、建立设计轨道和钻井轨迹的三维可视化程序、钻井轨迹与设计轨道的偏离计算程序，基于获取的设计轨道数据和随钻测量数据，实现了三维场景下钻井轨迹的可视化监测、钻井轨迹与设计轨道的偏离分析与偏离井段的可视化报警。

该方法不仅可以真实、直观、多角度地观察与分析钻井轨迹与设计轨道的走向及其偏离情况，还能够及时、有效地避免钻井轨迹偏离设计轨道等情况的发生，从而确保中靶并保持良好的井身质量。该方法可以大大提高钻井轨迹监测及钻井轨迹与设计轨道偏离监测的真实感、直观性、有效性。

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

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要的附图做简单的介绍：

图1是根据本发明一个实施例的钻井轨迹偏移监测方法的实现流程图；

图2是根据本发明一个实施例的判断判断当前深度点是否为偏离点的具体流程图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

同时，在以下说明中，出于解释的目的而阐述了许多具体细节，以提供对本发明实施例的彻底理解。然而，对本领域的技术人员来说显而易见的是，本发明可以不用这里的具体细节或者所描述的特定方式来实施。

另外，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

实际钻井作业发生在地下几千米的深度处，要很好地实施导向钻井，最希望的是实时获知井下的真实情况，特别是直观地看到井下所钻的地层和井眼在底层中的位置。然而，传统的二维曲线图和底层剖面很难达到这一效果。

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种新的钻井轨迹偏移监测方法，该方法通过三维可视化环境下真实、直观、多角度地观察与分析钻井轨迹与设计轨道的走向及其偏离情况，从而及时、有效地避免钻井轨迹偏离设计轨道等情况的发生，确保中靶并保持良好的井深质量。

图1所示出了本实施例所提供的钻井轨迹偏移监测方法的实现流程图。

如图1所示，本实施例所提供的方法首先在步骤s101中根据预设可视化对象实体模型，构建目标井所在油田区块下的井下三维地质场景。

具体地，本方法所涉及的预设可视化对象实体模型优选地包括：地层实体模型、轨道/轨迹实体模型和靶点实体模型。其中，地层实体模型优选地为三维曲面体，设计轨道模型和钻井轨迹实体模型优选地为三维空间曲线，靶实体模型中的靶点优选地为三维空间点，靶区优选地为三维立方体。

本实施例中，优选地利用某井所在油田区块的地质分层数据、已钻井的井头数据和实钻测斜数据来构建该可视化对象实体模型。需要指出的是，在本发明的其他实施例中，还可以采用其他合理的方式来构建可视化对象实体模型，本发明不限于此。

本实施例中，该方法在步骤s101中通过加载目标井所在油田区块的地层实体模型来构建目标井所在油田区块的井下三维地质场景，从而展示目标井所在油田区块中不同深度地层的变化。其中，该方法优选地采用随机建模的方式来构建目标井所在油田区块的井下三维地质场景。

随机建模是一项综合利用多学科知识再现储层非均质性的技术，通过建立所要研究的某种储层属性的概率模型，以概率分布函数等数学特征来表征，然后抽取相互独立的、等概率的来自概率模型各个部分的可能属性值，这些属性值的一系列联合实现就是随机建模结果。

本实施例中，根据测井资料来确定出地层分层，针对某一待分析层位的分析区域进行网格化处理，随后将底层属性值分配到网格节点上，并针对小层进行随机建模。这样，根据建模结果便可以确定出网格中任一点处所对应的小层属性值，进而绘制出三维地层变化图，即井下三维地质场景。

需要指出的是，在本发明的其他实施例中，还可以采用其他合理的方式来构建目标井所在油田区块的井下三维地质场景，本发明不限于此。

如图1所示，在步骤s102中，本方法基于预设可视化对象实体模型，根据获取到的目标井的设计轨道数据，对目标井的设计轨道进行可视化，从而得到目标井的设计轨道在步骤s101中所构建得到的井下三维地质场景中的三维走向曲线(即第一三维走向曲线)。

钻井轨道设计就是在已知井位坐标(或测钻点坐标)、靶点坐标的条件下，设计出从井口至靶点的空间光滑曲线，并且该空间曲线能够在现有工艺技术以设备下实现。

在步骤s103中，本方法基于预设可视化对象实体模型，根据所获取到的目标井的随钻测量数据，对目标井的钻井轨迹进行可视化，从而得到目标井的钻井轨迹在步骤s101中所构建得到的井下三维地质场景中的三维走向曲线(即第二三维走向曲线)。

所谓井眼轨迹实际上是指井眼轴线，一口实钻井的井眼轴线是一条空间曲线。为了进行轨迹控制，就要了解这条空间曲线的形状，因此也就需要进行轨迹测量，这就是“测斜”。

目前常用的测斜方式并不是连续测斜，而是每隔一定长度的井段测一个点。这些井段被称为“侧段”，这些点被称为“测点”。测斜仪表上每个测点上测得的参数均有三个，即井深、井斜角和井斜方位角，这三个参数便是计算钻井轨迹所用到的基本参数。

井深(亦称为斜深)是指井口(通常以转盘面为基准)至测点的井眼长度，它既是测点的基本参数之一，又是表明测点位置的标志。井眼轴线上每一点都有自己的井眼前进方向，过井眼轴线上的某点做井眼轴线的切线，该切线向井眼前进方向延伸的部分称为井眼方向线，井眼方向线与重力线之间的夹角便是井斜角。

井眼轴线上的每一点都有其井眼方位线，井眼轴线上的某点的井眼方向线投影到水平面上，即为该点的井眼方位线(即井斜方位线)。以正北方位线为始边，顺时针旋转到井眼方位线上所转过的角度即井眼方位角(即井斜方位角)。

本实施例中，该方法优选地采用曲率半径法来利用测得的井斜角α、井斜方位角φ以及井深l来确定目标井的钻井轨迹。具体地，目标井的钻井轨迹模型可以表示为：

δh＝r(sinα2-sinα1)(1)

δs＝r(cosα1-cosα2)(2)

δn＝r(sinφ2-sinφ1)(3)

δe＝r(cosφ1-cosφ2)(4)

其中，存在：

δα＝α2-α1；δφ＝φ2-φ1；δl＝l2-l1(5)

上述表达式中，h表示垂深，α1和α2分别表示测点1和测点2的井斜角，s表示水平位移，n表示方位平面的深度变化，φ1和φ2分别表示测点1和测点2的井斜角的井斜方位角，l1和l2分别表示测点1和测点2的测量井深。

需要指出的是，在本发明的其他实施例中，根据实际需要，该方法可以根据所获取到的随钻测量数据(例如井深、井斜角和井斜方位角等数据)采用不同的方式来计算目标井的钻井轨迹，本发明不限于此。例如在本发明的一个实施例中，该方法可以采用石油天然气行业标准《定向井轨道设计与轨迹计算》(sy/t5435-2012)来计算目标井的钻井轨迹。

如图1所示，在得到目标井的设计轨道以及钻井轨迹在井下三维地质场景中的三维走向曲线后，本方法在步骤s104中判断目标井的当前深度点是否为偏离点，并在步骤s105中根据步骤s104的判断结果采用不同的方式来对设计轨道和钻井轨迹在井下三维地质场景中的三维走向曲线进行显示。

具体地，如图2所示，在判断目标井的当前深度点是否为偏离点时，本方法优选地在步骤s201中根据目标井在当前深度处的设计轨道数据和获取到的随钻测量数据，计算目标井在当前深度点处设计轨道与钻井轨道的偏距。

需要指出的是，本实施例中，该方法在计算目标井在当前深度点处设计轨道与钻井轨道的偏距所采用的方法可以是现有技术中所公开的方法，故在此不对计算该偏距的具体原理以及实现过程进行赘述。

在计算得到目标井在当前深度点处设计轨道与钻井轨道的偏距后，本方法在步骤s202中将步骤s201中所得到的偏距与预设偏距阈值进行比较，并根据比较结果来判断当前深度点是否为偏离点。其中，如果步骤s201中所得到的偏距小于预设偏距阈值，那么本方法则在步骤s203中判定当前深度点为非偏离点；如果步骤s201中所得到的偏距大于或等于预设偏距阈值，那么本方法则在步骤s204中判定当前深度点为偏离点，并对该偏离点进行记录。

本实施例中，如果目标井的当前深度点为偏离点，那么则生成并输出相应的偏移告警提示。具体地，如果目标井的当前深度点为偏离点，本方法优选地将当前深度点以不同于钻井轨迹的颜色进行标识，以此表征该深度点为偏离点。例如，钻井轨迹的显示颜色为蓝色，如果当前深度点为偏离点的话，那么则将当前深度点显示为红色。

为了更加清楚、直观地显示钻井轨迹的状态，本实施例中，如果目标井的当前深度点为偏离点，那么则进一步判断前一深度点是否同为偏离点。如果前一深度点同为偏离点，那么则将当前深度点与前一深度点之间的连线以不同于钻井轨迹的颜色进行显示。例如，正常钻井轨迹的显示颜色为蓝色，如果当前深度点与前一深度点同为偏离点，那么则将这两个深度点之间的连线用红色进行显示，以此表征此时钻井轨迹已经偏离了设计轨道。

需要指出的是，在本发明的其他实施例中，该方法还可以采用其他合理的方法来对偏离点和/或偏离点的连线进行表示，本发明不限于此。

为了验证本方法的实用性以及优点，本实施例利用该方法在某油田勘探区块重点井钻井施工远程监控项目中进行了实验，对该区块y井的钻井轨迹进行监测。

本方法首先建立了目标井所在油田勘探区块的地层模型以及轨道(轨迹)和靶的实体模型。随后通过加载区块地层模型，构建了井下三维地质场景。该方法获取该井的设计轨道数据和随钻测量数据，通过加载三维轨道(轨迹)及靶实体模型，对该井设计轨道和钻井轨迹进行三维可视化显示并在三维场景下对钻井轨迹的走向及变化趋势进行动态监测、钻井轨迹与设计轨道的偏离进行分析。

具体地，在该井的5809m～5843m井段，在三维场景下观察钻井轨迹与设计轨道发生了偏离，当超过了设置的偏离报警阀值时进行偏离报警，并把该偏离井段以红色进行了标识，报警提示发生了偏离。此时，监测工程师及时通知了现场作业工程师采取了纠斜措施，有效避免了钻井轨迹偏离设计轨道，达到了三维场景下钻井轨迹与设计轨道偏离监测的目的及效果。

从上述描述中可以看出，本发明提出了一种把三维可视化和钻井轨迹与设计轨道的偏离监测相结合，在井下三维地质场景下，进行钻井轨迹与设计轨道偏离监测的方法。

该方法通过建立地层、轨道(轨迹)、靶等三维可视化实体模型、构建三维地质场景、建立设计轨道和钻井轨迹的三维可视化程序、钻井轨迹与设计轨道的偏离计算程序，基于获取的设计轨道数据和随钻测量数据，实现了三维场景下钻井轨迹的可视化监测、钻井轨迹与设计轨道的偏离分析与偏离井段的可视化报警。

该方法不仅可以真实、直观、多角度地观察与分析钻井轨迹与设计轨道的走向及其偏离情况，还能够及时、有效地避免钻井轨迹偏离设计轨道等情况的发生，从而确保中靶并保持良好的井身质量。该方法可以大大提高钻井轨迹监测及钻井轨迹与设计轨道偏离监测的真实感、直观性、有效性。

应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构或处理步骤，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。

说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。

虽然上述示例用于说明本发明在一个或多个应用中的原理，但对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的原理和思想的情况下，明显可以在形式上、用法及实施的细节上作各种修改而不用付出创造性劳动。因此，本发明由所附的权利要求书来限定。