CN107542447A - 一种用于钻井轨迹监测的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于钻井轨迹监测的方法，包括：数据获取步骤，用于获取建立三维实体模型所需数据及钻井轨迹监测所需相关数据；三维实体模型建立步骤，根据三维实体模型所需数据建立钻井轨迹监测所需的三维实体模型；钻井轨迹监测步骤，将相关数据加载入三维实体模型，以对钻井轨迹进行三维可视化监测和二维投影剖面监测。本发明可以监测钻头是否沿着预定的轨道钻进，及时避免钻井轨迹偏离设计轨道等情况的发生，并使钻井轨迹监测更直观、有效。

Description

一种用于钻井轨迹监测的方法

技术领域

本发明属于石油钻井工程领域，具体地说，尤其涉及一种用于钻井轨迹监测的方法。

背景技术

在石油钻井中，实钻井眼轨迹的计算与描述是井眼轨迹监测的重要环节，也是井眼轨迹控制的基础。在钻井施工过程中，不仅要随时掌握钻头位置及井眼方向，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，以便采取调整措施，确保中靶并保持良好的井身质量。

因此，井眼轨迹的可视化是钻井轨迹设计与钻井施工过程中不可回避的问题，该技术可以直观地观察当前钻头是否沿着预定的轨道钻进，可以及时避免实钻轨迹偏离设计轨道等情况的发生。但是，现有技术在钻井轨迹监测的直观性、有效性等方面还有待改进与提高。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供了一种用于钻井轨迹监测的方法，可以监测钻头是否沿着预定的轨道钻进，及时避免钻井轨迹偏离设计轨道等情况的发生。

根据本发明的一个实施例，提供了一种用于钻井轨迹监测的方法，包括：

数据获取步骤，用于获取建立三维实体模型所需数据及钻井轨迹监测所需相关数据；

三维实体模型建立步骤，根据三维实体模型所需数据建立钻井轨迹监测所需的三维实体模型；

钻井轨迹监测步骤，将所述相关数据加载入所述三维实体模型，以对钻井轨迹进行三维可视化监测和二维投影剖面监测。

根据本发明的一个实施例，所述三维实体模型包括地层实体模型、钻井轨迹实体模型、设计轨道实体模型、靶点实体模型和靶区实体模型。

根据本发明的一个实施例，所述地层实体模型为三维曲面体，所述设计轨道实体模型及所述钻井轨迹实体模型为三维空间曲线，所述靶点实体模型为三维空间点，所述靶区实体模型为三维立方体。

根据本发明的一个实施例，钻井轨迹监测所需的相关数据包括目标井设计轨道数据和目标井随钻测斜数据。

根据本发明的一个实施例，钻井轨迹三维可视化监测进一步包括：

三维实体模型可视化，包括地层实体模型可视化、设计轨道可视化和钻井轨迹可视化；

根据目标井设计轨道数据和目标井随钻测斜数据计算钻井轨迹参数、钻井轨迹与设计轨道的偏离数据、偏离最大允许值；

基于三维地质场景对可视化设计轨道、可视化钻井轨迹、钻井轨迹参数、钻井轨迹与设计轨道的偏离数据、偏离最大允许值进行集成，以实现三维场景下钻井轨迹的可视化监测。

根据本发明的一个实施例，三维实体模型可视化进一步包括：

加载地层实体模型，构建三维地质场景；

将目标井设计轨道数据加载入设计轨道实体模型、靶点实体模型和靶区实体模型，实现设计轨道的三维走向曲线绘制与可视化；

将目标井随钻测斜数据加载入钻井轨迹实体模型，实现钻井轨迹的实时三维走向曲线绘制与可视化。

根据本发明的一个实施例，当钻井轨迹与设计轨道的偏离数据大于所述偏离最大允许值时偏移报警。

根据本发明的一个实施例，钻井轨迹二维投影剖面监测进一步包括：

绘制钻井轨迹及设计轨道的二维投影剖面，其中，投影剖面包括三维坐标图、垂直投影图和水平投影图；

根据目标井设计轨道数据和目标井随钻测斜数据计算钻井轨迹参数、钻井轨迹与设计轨道的偏离数据、偏离最大允许值；

对钻井轨迹及设计轨道的三维坐标图、垂直投影图、水平投影图、钻井轨迹参数、钻井轨迹与设计轨道的偏离数据、偏离最大允许值进行集成，实现实现基于钻井轨迹及设计轨道的二维钻井轨迹监测。

根据本发明的一个实施例，绘制钻井轨迹及设计轨道的二维投影剖面进一步包括：

所述三维坐标图是将钻井轨迹垂直投影到设计轨道曲面上得到的曲面投影轨迹；

所述垂直投影图是将设计轨道曲面展为平面得到的曲面投影条件下钻井轨迹及设计轨道的垂直投影轨迹；

所述水平投影图是将设计轨道和设计轨道曲面投影轨迹分别投影到水平面上，得到水平投影轨迹。

根据本发明的一个实施例，所述钻井轨迹监测步骤之后还包括：

一体化监测步骤，结合三维可视化监测和二维投影剖面监测以实现钻井轨迹一体化监测。

本发明的有益效果：

本发明把三维场景下的钻井轨迹可视化监测与基于二维井眼轨道投影剖面的钻井轨迹监测有机结合，以实现钻井轨迹的动态一体化监测，不仅可直观和实时地监测钻头是否沿着预定的设计轨道钻进，而且可实时分析钻井轨迹与设计轨道的相符程度及其变化趋势，及时掌握井眼方向，辅助钻井作业，有效防止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身质量。

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中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要的附图做简单的介绍：

图1是根据本发明的一个实施例的方法流程图。

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。

如图1所示为根据本发明的一个实施例的方法流程图，以下参考图1来对本发明进行详细说明。

首先是步骤S110数据获取步骤，用于获取建立三维实体模型所需数据及钻井轨迹监测所需相关数据。钻井轨迹监测所需的相关数据包括目标井设计轨道数据和目标井随钻测斜数据。目标井设计轨道数据包括目标井的井眼轨道设计数据，该数据来源于目标井的钻井工程设计资料。目标井随钻测斜数据包括实时获取的目标井测斜数据，该数据来源于现场的随钻测量工具。

三维实体模型所需数据包括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；工程设计的测斜数据；工程设计的设计靶点数据；实钻过程中采集的测斜数据等。

接着是步骤S120三维实体模型建立步骤，根据三维实体模型所需数据建立钻井轨迹监测所需的三维实体模型。钻井三维实体模型包括地层实体模型、钻井轨迹实体模型、设计轨道实体模型、靶点实体模型和靶区实体模型，其中，地层实体模型为三维曲面体，设计轨道及钻井轨迹实体模型为三维空间曲线，靶点实体模型为三维空间点，靶区实体模型为三维立方体。

根据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等建立地层实体模型，以构建该井所在油田区块的三维地质场景，展示不同深度地层的变化，其中不同地层以不同颜色标识。根据目标井的井眼轨道设计数据建立设计轨道实体模型、靶点实体模型和靶区实体模型。根据目标井随钻测斜数据建立钻井轨迹实体模型。

具体的，地层实体模型根据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等建立。设计轨道实体模型根据工程设计的测斜数据(如井深、井斜角、方位角)进行轨道计算。靶点实体模型和靶区实体模型根据靶点数据建立，其中，设计靶点，来源于工程设计的设计靶点数据；实钻靶点：来源于实钻过程中采集的靶点数据。钻井轨迹实体模型根据实钻过程中采集的测斜数据(如井深、井斜角、方位角，如通过随钻测量工具(MWD)、随钻测井工具(LWD)等进行建立。

接下来是步骤S130钻井轨迹监测步骤，将相关数据加载入三维实体模型，以对钻井轨迹进行三维可视化监测和二维投影剖面监测。

三维可视化监测包括以下几个步骤：首先是三维实体模型可视化。具体的，加载油田区块的地层实体模型，以构建该井所在油田区块的三维地质场景，展示不同深度地层的变化，不同地层以不同颜色标识。

将目标井设计轨道数据加载入设计轨道实体模型、靶点实体模型和靶区实体模型，实现设计轨道的三维走向曲线绘制与可视化。具体实现时，通过获取的目标井钻井工程设计中给出的该井井眼轨道设计数据等建立设计轨道可视化程序，加载轨道(轨迹)及靶的实体模型，实现设计轨道的三维走向曲线绘制与可视化。

将目标井随钻测斜数据加载入钻井轨迹实体模型，实现钻井轨迹的实时三维走向曲线绘制与可视化。具体实现时，通过实时获取的随钻测斜数据建立钻井轨迹可视化程序，加载轨道(轨迹)的实体模型，实现该井钻井轨迹的实时三维走向曲线绘制与可视化。其中，轨迹计算算法采用相关行业标准及公开文献中的算法。

另外，钻井轨迹监测还需要计算钻井轨迹参数、钻井轨迹与设计轨道的偏离数据、偏离最大允许值等。其中，轨迹参数算法、偏离算法等采用相关行业标准及公开文献中的算法。具体实现时，建立钻井轨迹与设计轨道偏离计算程序，实现同一深度下钻井轨迹与设计轨道的偏离计算，当超过设置的偏离报警阀值时，给以偏离报警提示，提示的方式是对偏离井段进行不同的颜色标识。

然后，基于三维地质场景对可视化设计轨道、可视化钻井轨迹、钻井轨迹参数，钻井轨迹与设计轨道的偏离数据、偏离最大允许值进行集成，以实现三维场景下钻井轨迹的可视化监测，从而可以在井下三维场景下，直观地观察钻遇地层、设计轨道、钻井轨迹的实时走向，监测钻头是否沿着预定的设计轨道钻进，及时掌握井眼方向。

二维投影剖面监测是基于投影轨迹来对比钻井轨迹与设计轨道的符合程度及其变化趋势，主要包括以下几个步骤。首先基于投影轨迹实现钻井轨迹与设计轨道二维走线曲线绘制与可视化，具体包括三维坐标图绘制、垂直投影图绘制和水平投影图绘制。三维坐标图绘制是将钻井轨迹垂直投影到设计曲面上，得到的曲面投影轨迹；垂直投影图绘制是将设计曲面展为平面，得到的曲面投影条件下井眼轨道(包括设计轨道、钻井轨迹)的垂直投影轨迹；水平投影图绘制是将设计轨道和曲面投影轨迹分别投影到水平面上，得到水平投影轨迹。某井设计轨道的投影曲线绘制，其数据来源于该井钻井工程设计中给出的井眼轨道设计数据等；某井钻井轨迹的投影曲线绘制，其基础数据来源于随钻测量数据。

然后对三维坐标图、垂直投影图、水平投影图、钻井轨迹参数、钻井轨迹与设计轨道的偏离数据、偏离最大允许值进行集成，实现实现基于井眼轨道投影剖面的钻井轨迹监测。可以基于二维井眼轨道投影剖面，分析钻井轨迹与设计轨道的相符程度及其变化趋势。

最后是步骤S140一体化监测步骤，结合三维可视化监测和二维投影剖面监测以实现钻井轨迹一体化监测。建立客户端一体化集成监测程序，把三维场景下的钻井轨迹可视化监测功能与基于二维井眼轨道投影剖面的钻井轨迹监测功能进行有机结合，集成在一个功能界面上，实现钻井轨迹的一体化监测。

本发明把三维场景下的钻井轨迹可视化监测与基于二维井眼轨道投影剖面的钻井轨迹监测有机结合，以实现钻井轨迹的动态一体化监测，不仅可直观和实时地监测钻头是否沿着预定的设计轨道钻进，而且可实时分析钻井轨迹与设计轨道的相符程度及其变化趋势，及时掌握井眼方向，辅助钻井作业，有效防止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身质量。

以下通过一个具体的实施例来对本发明进行验证说明。本发明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与实施，对该区块X井的钻进过程进行监控。建立了该油田勘探区块的地层模型以及轨道(轨迹)和靶的实体模型，构建井下三维工程地质场景；获取该井的设计轨道数据和随钻测量数据，加载三维轨道(轨迹)及靶实体模型，对该井设计轨道进行三维可视化显示；在三维空间环境下对钻井轨迹的走向及变化趋势进行动态监测；同时，建立井眼轨道投影剖面图，包括三维坐标图、垂直投影图、水平投影图，获取该井的随钻测量数据，并基于井眼轨道投影剖面对钻井轨迹的变化趋势进行动态监测。在该井的4521m～4575m井段，钻井轨迹与设计轨道发生了偏离并超过了设置的偏离范围，分别对三维场景下和井眼轨道投影剖面下此偏离井段以红色标识，报警提示发生了偏离；此时，监控工程师及时通知了钻井现场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，达到了钻井轨迹的可视化监测的目的及效果。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种用于钻井轨迹监测的方法，包括：

数据获取步骤，用于获取建立三维实体模型所需数据及钻井轨迹监测所需相关数据；

三维实体模型建立步骤，根据三维实体模型所需数据建立钻井轨迹监测所需的三维实体模型；

钻井轨迹监测步骤，将所述相关数据加载入所述三维实体模型，以对钻井轨迹进行三维可视化监测和二维投影剖面监测。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述三维实体模型包括地层实体模型、钻井轨迹实体模型、设计轨道实体模型、靶点实体模型和靶区实体模型。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述地层实体模型为三维曲面体，所述设计轨道实体模型及所述钻井轨迹实体模型为三维空间曲线，所述靶点实体模型为三维空间点，所述靶区实体模型为三维立方体。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，钻井轨迹监测所需的相关数据包括目标井设计轨道数据和目标井随钻测斜数据。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，钻井轨迹三维可视化监测进一步包括：

三维实体模型可视化，包括地层实体模型可视化、设计轨道可视化和钻井轨迹可视化；

根据目标井设计轨道数据和目标井随钻测斜数据计算钻井轨迹参数、钻井轨迹与设计轨道的偏离数据、偏离最大允许值；

基于三维地质场景对可视化设计轨道、可视化钻井轨迹、钻井轨迹参数、钻井轨迹与设计轨道的偏离数据、偏离最大允许值进行集成，以实现三维场景下钻井轨迹的可视化监测。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，三维实体模型可视化进一步包括：

加载地层实体模型，构建三维地质场景；

将目标井设计轨道数据加载入设计轨道实体模型、靶点实体模型和靶区实体模型，实现设计轨道的三维走向曲线绘制与可视化；

将目标井随钻测斜数据加载入钻井轨迹实体模型，实现钻井轨迹的实时三维走向曲线绘制与可视化。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，当钻井轨迹与设计轨道的偏离数据大于所述偏离最大允许值时偏移报警。

8.根据权利要求4-7中任一项所述的方法，其特征在于，钻井轨迹二维投影剖面监测进一步包括：

绘制钻井轨迹及设计轨道的二维投影剖面，其中，投影剖面包括三维坐标图、垂直投影图和水平投影图；

根据目标井设计轨道数据和目标井随钻测斜数据计算钻井轨迹参数、钻井轨迹与设计轨道的偏离数据、偏离最大允许值；

对钻井轨迹及设计轨道的三维坐标图、垂直投影图、水平投影图、钻井轨迹参数、钻井轨迹与设计轨道的偏离数据、偏离最大允许值进行集成，实现实现基于钻井轨迹及设计轨道的二维钻井轨迹监测。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，绘制钻井轨迹及设计轨道的二维投影剖面进一步包括：

所述三维坐标图是将钻井轨迹垂直投影到设计轨道曲面上得到的曲面投影轨迹；

所述垂直投影图是将设计轨道曲面展为平面得到的曲面投影条件下钻井轨迹及设计轨道的垂直投影轨迹；

所述水平投影图是将设计轨道和设计轨道曲面投影轨迹分别投影到水平面上，得到水平投影轨迹。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钻井轨迹监测步骤之后还包括：

一体化监测步骤，结合三维可视化监测和二维投影剖面监测以实现钻井轨迹一体化监测。