海上丛式井组钻井顺序优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及海洋石油钻井工程领域，尤其涉及海上大型丛式井组钻井顺序优化方 法。
【背景技术】
[0002] 海上丛式井组待钻井较多且井口间距较小，优化钻井顺序对开发和钻井均具有重 要意义，不仅有助于落实储量和储层，降低开发风险，还有助于防碰和批钻井作业，节省平 台占用时间。当开发部门未指定钻井顺序时，钻井部门主要依据防碰和批钻井要求优选钻 井顺序。现有文献仅给出了钻井顺序优选原则，尚未给出相应的优化指标和优化模型。比 如，考虑防碰要求时通常先钻外围水平位移大、造斜点浅的井，后钻内排水平位移小、造斜 点深的井；考虑批钻井要求时通常采用跳"日"字或"田"字的斜对角线钻井顺序等。从排 列组合理论上说，η 口井的钻井顺序有η !种。比如，当总井数分别为6 口、8 口、10 口时， 钻井顺序分别有720种、40320种、3628800种！显然，当待钻井较多时（不少于10 口井）， 仅依靠上述优化原则只能找到较好的"可行解"，只有借助数学优化模型和高效求解方法才 能找到"最优解"。
[0003] 传统的海上丛式井组钻井顺序优化方法主要存在以下缺点：（1)仅有防碰和批钻 井优化原则，全凭经验和人工选择钻井顺序；（2)缺少钻井顺序优化评价指标，难以对若干 "可行解"进行评价和优选，难以兼顾防碰和批钻井要求；（3)缺少数学优化模型及高效求解 方法，当待钻井较多（不小于10 口井）时找不到"最优解"。
【发明内容】
[0004] 本发明针对现有海上丛式井钻井顺序优化方法存在的问题及不足，以防碰为首要 目标，兼顾批钻井要求，给出了完整、实用的海上丛式井组钻井顺序优化方法。
[0005] 本发明所采用的技术解决方案是：
[0006] -种海上丛式井组钻井顺序优化方法，包括以下步骤：
[0007] (1)给定整个井组的井眼轨道设计方案；
[0008] (2)采用井眼插值方法，对全部设计轨道进行插值计算，并用插值处理后的轨道代 替原来的设计轨道；
[0009] (3)将全部设计轨道转换到以某个基准点为原点的坐标系中；
[0010] (4)根据防碰扫描方法，对全部设计轨道进行最近距离扫描分析；
[0011] (5)对全部设计轨道赋以测量误差，根据井眼轨迹误差分析方法，计算出全部插值 点对应的误差椭球参数；
[0012] (6)根据井眼分离系数计算方法，逐口井计算该井设计轨道全部插值点与其余各 井对应的井眼分离系数；
[0013] (7)将各个设计轨道上井眼分离系数小于给定值的所有插值点编号分别存放到集 合Sl j中，i，j = 1，2，···，η，最终整理出目标矩阵S，见式（1); CN 105117809 A 说明书 2/8 页
[0015] 目标矩阵S中每个元素都是一个子集合，集合S1,是以i井为基准井，以j井为比 较井时，i井设计轨道上分离系数小于给定值的全部节点编号；当i = j时集合S1,= Φ， Φ为空集；
[0016] (8)对η 口井从1至η进行编号，用编号代替井号，每一种钻井顺序都对应一个具 有η个元素的全排列；设全排列P为任一种钻井顺序，即P = [P1, ρ2, ...，pk,... pn] (k = 1，2,…，η ;1 < pk< η);以整个井组的防碰井段总长度最小为优化目标建立钻井顺序优化 模型，见式（2);
t-i
[0018] 式中，L为钻井顺序P对应的整个井组的防碰井段总长度，m ; U表示k-1个 m~\ 集合Spkpni的并集，相同的元素不重复计算；card(*) X表示集合中元素的个数；△ L为井眼 轨道插值点间距，m ;
[0019] (9)采用遗传算法求解钻井顺序优化模型；
[0020] (10)针对遗传算法给出的多个最优解和次优解，结合批钻井要求，优选出最有利 于防碰和批钻井的钻井顺序。
[0021] 步骤（5)中：先计算垂直井段对应的误差椭圆并等效成面积相等的误差圆，再计 算斜井段对应的误差椭球。
[0022] 步骤（9)中：所述遗传算法包括选择初始群体和迭代次数、构造适应度函数和优 化遗传算子，遗传算子包括选择算子、交叉算子和变异算子；具体如下：
[0023] (1)初始群体：对于η 口井随机产生N组序列个体，作为初始群体，取初始群体N = 4η ；
[0024] (2)适应度函数：按公式（3)构造适应度函数
[0026] 式中，f(i)为初始群体中第i个个体对应的适应值；L(i)为第i个个体对应的防 碰井段总长度，m山_和L _分别为初始群体中防碰井段总长度的最大值和最小值，m ; AL 为井眼轨道插值点间距，m;
[0027] (3)选择算子：采用比例选择方法选择初始群体；
[0028] (4)交叉算子：每一种钻井顺序都对应一个具有η个元素的全排列，采用部分映 射交叉方法，为避免父代交叉产生较差的子代，还加入交叉检验步骤；交叉算子基本步骤如 下：
[0029] ①根据井数n，按式（4)确定交叉带的宽度w，然后随机选取交叉带的起始位置；
[0030] w = int(-) + 2 (4)
[0031] ②交换双亲的交叉带，形成原始子代；
[0032] ③确定两交叉带的映射关系；
[0033] ④根据映射关系，对原始子代的非交叉带进行变化，直到子代没有冲突；
[0034] (5)变异算子：采用互换变异方法，对某一钻井顺序随机选择两个位置，然后将这 两个位置上的井号进行相互交换；为了避免早熟现象，同样进行强制群体变异，并加入变异 检验步骤防止变异产生较差子代；
[0035] (6)迭代次数：按式（5)确定迭代次数；
[0036] C>50xint(-+1) (5) 5
[0037] 式中，η为丛式井组井数；C为迭代次数。
[0038] 本发明的有益技术效果是：
[0039] (1)本发明考虑海上丛式井组防碰问题的重要性，首次提出了以整个丛式井组防 碰井段总长度最小作为钻井顺序优化指标，可以对给定的钻井顺序进行定量评价和优选。
[0040] (2)本发明首次给出了海上丛式井组钻井顺序优化模型及遗传算法求解方法，与 以往凭经验和人工选择钻井顺序相比，大大提高了钻井顺序优化质量（可找到最优解）和 效率。
[0041] (3)本发明以满足防碰为首要条件，兼顾批钻井要求，给出的海上丛式井钻井顺序 优化方法更有优势，有助于降低防碰施工难度和工作量，也有助于批钻井方式，节省钻井时 间和钻井成本。
[0042] (4)本发明在进行井眼轨迹误差分析时，提出先计算垂直井段对应的误差椭圆并 等效成面积相等的误差圆，再计算斜井段对应的误差椭球，使井眼交碰风险评价结果和钻 井顺序优化结果更可靠。
[0043] (5)本发明建立的海上丛式井钻井顺序优化模型通常会出现多解现象，可以对遗 传算法重复运行10次左右，并且每次都重置初始群体，最后输出全部最优解及多个次优 解，以便钻井设计人员结合批钻井要求做进一步筛选。
【附图说明】
[0044] 下面结合附图与【具体实施方式】对本发明作进一步说明：
[0045] 图1为本发明海上丛式井组钻井顺序优化方法的流程图；
[0046] 图2为本发明中井眼轨迹误差分析对应的流程图；
[0047] 图3为本发明中遗传算法求解过程对应的流程图；
[0048] 图4为本发明中遗传算法的交叉算子流程图；
[0049] 图5为南海西部某海上丛式井组的井口槽排列关系图。
【具体实施方式】
[0050] 结合附图，一种海上丛式井组钻井顺序优化方法，包括以下步骤：
[0051] (1)给定整个井组的井眼轨道设计方案，方案中含全部设计轨道及井口槽参数。
[0052] (2)井眼插值分析：采用井眼插值方法，对全部设计轨道进行插值计算（取插值点 间距1.0 m)，并用插值处理后的轨道代替原来的设计轨道。
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