CN109812260B

CN109812260B - 用于海上勘探的定向井轨迹设计方法和系统、电子设备

Info

Publication number: CN109812260B
Application number: CN201910094149.3A
Authority: CN
Inventors: 罗伟; 万琼华; 刘杰; 张振波
Original assignee: China National Offshore Oil Corp CNOOC; China National Offshore Oil Corp Shenzhen Branch
Current assignee: China National Offshore Oil Corp CNOOC; China National Offshore Oil Corp Shenzhen Branch
Priority date: 2019-01-30
Filing date: 2019-01-30
Publication date: 2023-03-31
Anticipated expiration: 2039-01-30
Also published as: CN109812260A

Abstract

本发明涉及一种用于海上勘探的定向井轨迹设计方法和系统、电子设备，包括以下步骤：S1、接收定向井轨迹设计的设计参数；设计参数包括：在地心坐标系下，定向井的井口坐标、第一目标层的靶点坐标、第二目标层的靶点坐标以及定向井的井底设计深度；S2、根据设计参数进行运算处理，获得定向井轨迹设计的目标参数；S3、根据目标参数输出定向井轨迹。实施本发明可以快速获得定向井轨迹，提高定向井轨迹设计速度和效率，大幅减少因反复修改靶点造成的时间损失和误差，达到提高质量和效率的效果，且还可以在海上钻井前对工程设计方案进行验证，及时发现问题，提高钻井有效性。

Description

用于海上勘探的定向井轨迹设计方法和系统、电子设备

技术领域

本发明涉及勘探钻井的技术领域，更具体地说，涉及一种用于海上勘探的定向井轨迹设计方法和系统、电子设备。

背景技术

随着海洋油气勘探开发向新领域、新层系和深层不断发展，传统的用于勘探的直井的设计方式已经无法满足深层新领域复杂的地质构造的生产实际需要，对于定向井的设计需求更多、要求更高，同时设计时间也更加紧迫。

这就对海上勘探的定向井设计提出了新的挑战----亟需开发一套快速且高精度的定向井设计系统及方法，以达到快速获得定向井轨迹的目的。

目前对于定向井轨迹设计，通常是通过采用在工区中人式拟合的方式进行定向井轨迹设计，这种设计方式设计效率不高，如果靶点需要反复修改则工作量成倍增加，容易造成时间成本的大幅增加和试错次数的大幅增加，且精度无法保证。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种用于海上勘探的定向井轨迹设计方法和系统、电子设备。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种用于海上勘探的定向井轨迹设计方法，包括以下步骤：

S1、接收定向井轨迹设计的设计参数；所述设计参数包括：在地心坐标系下，定向井的井口坐标、第一目标层的靶点坐标、第二目标层的靶点坐标以及定向井的井底设计深度；

S2、根据所述设计参数进行运算处理，获得定向井轨迹设计的目标参数；

S3、根据所述目标参数输出定向井轨迹。

优选地，所述目标参数包括：第一目标层的靶点与定向井的井口之间的方位角；

所述步骤S2包括：

S2-1、根据所述定向井的井口坐标和第一目标层的靶点坐标，计算所述方位角。

优选地，所述步骤S2-1包括：

S2-11、根据所述定向井的井口坐标和第一目标层的靶点坐标，计算第一目标层的靶点与井口在第一方向上的第一距离和第二方向上的第二距离；

S2-12、根据所述第一距离和第二距离，获得第一目标层的靶点与井口的偏移角；

S2-13、对所述偏移角进行角度转换，获得所述方位角。

优选地，所述第一距离、第二距离、偏移角、以及方位角通过以下公式计算得到：

D_x＝abs(x₂-x₁)；

D_y＝abs(y₂-y₁)；

α＝arctan(D_x/D_y)；

β＝α+△α；

其中，D_x表示第一距离，D_y表示第二距离，α表示偏移角，△α表示α处在不同象限位置处的变量β表示方位角；x₁、y₁表示在地心坐标系下定向井的井口的横坐标和纵坐标，x₂、y₂表示在地心坐标系下第一目标层的靶点的横坐标和纵坐标。

优选地，所述目标参数包括：第二目标层的靶点与第一目标层的靶点之间的倾斜角；

所述步骤S2包括：

S2-2、根据所述定向井的井口坐标、所述第一目标层的靶点坐标以及所述第二目标层的靶点坐标，计算所述倾斜角。

优选地，所述步骤S2-2包括：

S2-21、根据所述第一目标层的靶点坐标和所述第二目标层的靶点坐标，计算第二目标层的靶点与第一目标层的靶点在第一方向上的第一层距离和第二方向上的第二层距离；

S2-22、根据所述第一层距离和第二层距离，获得所述倾斜角。

优选地，所述第一层距离、所述第二层距离和所述倾斜角通过以下公式计算得到：

D_z＝abs(z₃-z₂)；

D_L＝sqrt((abs(x₃-x₂))²+(abs(y₃-y₂))²)；

θ＝arctan(D_L/D_z)；

其中，D_L表示第一层距离，D_z表示第二层距离，x₂、y₂、z₂表示第一目标层的靶点坐标，x₃、y₃、z₃表示第二目标层的靶点坐标，θ表示倾斜角。

优选地，所述目标参数还包括：造斜点的测量深度；

所述步骤S2-2之后包括：

根据所述定向井的井口坐标、所述第一目标层的靶点坐标以及所述倾斜角，计算出所述造斜点的测量深度。

优选地，所述造斜点的测量深度通过以下公式计算得到：

Z_Q＝z₂-sqrt((abs(x₂-x₁))²+(abs(y₂-y₁))²)/tan(θ)；

其中，Z_Q表示造斜点的测量深度，x₁、y₁表示在地心坐标系下定向井的井口的横坐标和纵坐标，x₂、y₂表示在地心坐标系下第一目标层的靶点的横坐标和纵坐标，θ表示倾斜角。

优选地，所述步骤S3之后还包括：

S4、对所述定向井轨迹进行实时显示。

本发明还提供一种用于海上勘探的定向井轨迹设计系统，包括：

接收单元，用于接收定向井轨迹设计的设计参数；所述设计参数包括：在地心坐标系下，定向井的井口坐标、第一目标层的靶点坐标、第二目标层的靶点坐标以及定向井的井底设计深度；

数据处理单元，用于根据所述设计参数进行运算处理，获得定向井轨迹设计的目标参数；

轨迹生成单元，用于根据所述目标参数输出定向井的轨迹。

优选地，还包括：

显示单元，用于对所述定向井轨迹进行实时显示。

本发明还提供一种电子设备，包括处理器，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机程序时实现如上任意一项所述方法的步骤。

本发明还提供一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理执行时实现如上任意一项所述方法的步骤。

实施本发明的用于海上勘探的定向井轨迹设计方法，具有以下有益效果：本发明用于海上勘探的定向井轨迹设计方法包括以下步骤：S1、接收定向井轨迹设计的设计参数；设计参数包括：在地心坐标系下，定向井的井口坐标、第一目标层的靶点坐标、第二目标层的靶点坐标以及定向井的井底设计深度；S2、根据设计参数进行运算处理，获得定向井轨迹设计的目标参数；S3、根据目标参数输出定向井轨迹。通过采用上述定向井轨迹设计方法，可以快速获得定向井轨迹，提高定向井轨迹设计速度和效率，大幅减少因反复修改靶点造成的时间损失和误差，达到提高质量和效率的效果，且还可以在海上钻井前对工程设计方案进行验证，及时发现问题，提高钻井有效性。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例提供的用于海上勘探的定向井轨迹设计方法的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的方位角求取流程示意图；

图3是本发明实施例提供的方位角示意图；

图4是本发明实施例提供的倾斜角求取流程示意图；

图5是本发明实施例提供的倾斜角示意图；

图6是本发明实施例提供的用于海上勘探的定向井轨迹设计系统的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了解决现有技术所存在的问题，本发明提供了一种新的用于海上勘探的定向井轨迹设计方法，该方法可以快速地设计出定向井的勘探轨迹，而且该方法操作简单，操作流程简洁，数据处理量小，可以大幅提升计算速度，而且所计算得到的数据可以快速导入工区并实时显示定向井轨迹，有效提高定向井轨迹设计速度和效率，大幅减少因反复修改靶点造成的时间损失和误差，达到提高质量和效率的效果，且还可以在海上钻井前对工程设计方案进行验证，及时发现问题，提高钻井有效性。另外，该方法通过软件实现，不仅设计效率高，而且精度可以得到保证，有效节省时间成本和人工成本。

参考图1，为本发明实施例提供的用于海上勘探的定向井轨迹设计方法的流程示意图。

如图1所示，本发明实施例用于海上勘探的定向井轨迹设计方法，包括步骤：步骤S1、步骤S2和步骤S3。

具体操作如下：

步骤S1、接收定向井轨迹设计的设计参数。

本发明实施例，定向井轨迹设计的设计参数为给定的已知参数，可以通过任意适当的方法得到，本发明对此不作具体限定，只要在设计前给定即可。

可选的，本发明实施例的设计参数包括：在地心坐标系下，定向井的井口坐标、第一目标层的靶点坐标、第二目标层的靶点坐标以及定向井的井底设计深度。

本发明所采用的地心坐标系即WGS84(World Geodetic System一1984CoordinateSystem)坐标系，其坐标原点为地球质心，地心空间直角坐标系的Z轴指出地球极方向，X轴指向零子午面和地球极赤道的交点，Y轴与Z轴、X轴垂直构成右手坐标系。

可以理解地，由于定向井的井口坐标、第一目标层的靶点坐标、第二目标层的靶点坐标均是在地心坐标系下的坐标，所以，定向井的井口坐标、第一目标层的靶点坐标、第二目标层的靶点坐标均为三维坐标；定向井的井底设计深度为去除补心高的垂直深度，即井底坐标中的沿Z轴方向上的值。

步骤S2、根据所述设计参数进行运算处理，获得定向井轨迹设计的目标参数。

本发明实施例中，目标参数包括：第一目标层的靶点与定向井的井口之间的方位角。

具体的，目标参数包括第一目标层的靶点与定向井的井口之间的方位角时，步骤S2包括：

步骤S2-1、根据所述定向井的井口坐标和第一目标层的靶点坐标，计算所述方位角。

具体的，如图2所示，步骤S2-1包括：

步骤S2-11、根据所述定向井的井口坐标和第一目标层的靶点坐标，计算第一目标层的靶点与井口在第一方向上的第一距离和第二方向上的第二距离。

步骤S2-12、根据所述第一距离和第二距离，获得第一目标层的靶点与井口的偏移角。

步骤S2-13、对所述偏移角进行角度转换，获得所述方位角。

结合图3，图3为方位角示意图。

如图3所示，O点为地心坐标系下的坐标原点，其中，X为地心坐标系下的X轴，为本发明实施例的第一方向；Y为地心坐标系下的Y轴，为本发明实施例的第二方向，图中A点为定向井的井口上的点，B点为第一目标层的靶点，用坐标表示为A(x₁，y₁，z₁)、B(x₂，y₂，z₂)。由于所给定的设计参数均为地心坐标系下的坐标，所以，为了简化计算，本发明实施例将各设计参数的坐标在UTM投影系统下进行投影后，再进行计算。这里UTM投影(UniversalTransverse Mercator Projection--通用横轴墨卡托投影)是横轴等角割椭圆柱面投影。具体的，将空间直角坐标系xyz简化为平面直角坐标系xy，如图3所示，根据平面三角函数的关系可以快速的计算出第一距离、第二距离、偏移角、以及方位角。

如图3所示，根据平面三角函数的关系可以得到：

D_x＝abs(x₂-x₁)；(1式)。

D_y＝abs(y₂-y₁)；(2式)。

α＝arctan(D_x/D_y)；(3式)。

β＝α+△α；(11式)。

由(11式)可以看出，方位角β可以通过偏移角α在不同象限位置处的加减得到。如图3所示，此时，β＝α+180°。

具体的，当α在不同象限位置时，方位角β的取值为：

当x₁＝x₂，y₁>y₂时，β＝0°；

当x₁＝x₂，y₁<y₂时，β＝180°；

当y₁＝y₂，x₁>x₂时，β＝270°；

当y₁＝y₂，x₁<x₂时，β＝90°；

当x₁>x₂，y₁>y₂时，β＝180°+α；

当x₁>x₂，y₁<y₂时，β＝270°+α；

当x₁<x₂，y₁>y₂时，β＝90°+α；

当x₁<x₂，y₁<y₂时，β＝α。

需要说明的是，方位角β是以WGS84坐标系的北方向(即xy平面直角坐标系的y方向)为0°开始旋转得到的。

(1式)和(2式)中，abs表示取绝对值，(3式)中arctan表示tan的反函数。

进一步地，本发明实施例中，目标参数还包括：第二目标层的靶点与第一目标层的靶点之间的倾斜角。

具体的，目标参数包括第二目标层的靶点与第一目标层的靶点之间的倾斜角时，步骤S2包括：

步骤S2-2、根据所述定向井的井口坐标、所述第一目标层的靶点坐标以及所述第二目标层的靶点坐标，计算所述倾斜角。

具体的，如图4所示，步骤S2-2包括：

步骤S2-21、根据所述第一目标层的靶点坐标和所述第二目标层的靶点坐标，计算第二目标层的靶点与第一目标层的靶点在第一方向上的第一层距离和第二方向上的第二层距离。

步骤S2-22、根据所述第一层距离和第二层距离，获得所述倾斜角。

结合图5，图5为倾斜角示意图。

如图5所示，O点为地心坐标系下的坐标原点，其中，X为地心坐标系下的X轴，为本发明实施例的第一方向；Y为地心坐标系下的Y轴，为本发明实施例的第二方向，Z为地心坐标系下的Z轴。其中，图5中的A点和B点为图3的A点和B点，坐标分别为A(x₁，y₁，z₁)和B(x₂，y₂，z₂)，C点为第二目标层的靶点，其坐标为C(x₃，y₃，z₃)，D为定向井井底的点，其坐标为D(x₄，y₄，z₄)。Q为造斜点，θ为倾斜角。

如图5所示，根据空间直角坐标系的三角函数关系可以算出第一层距离，再在xz平面中利用平面直角坐标关系求得倾斜角。

第一层距离、所述第二层距离和所述倾斜角通过以下公式计算得到：

D_z＝abs(z₃-z₂)；(4式)。

D_L＝sqrt((abs(x₃-x₂))²+(abs(y₃-y₂))²)；(5式)。

θ＝arctan(D_L/D_z)；(6式)。

这里需要说明的是，在工程实际操作中，需要一个过渡的稳斜段，即不是直接从造斜点Q通过θ角突变实现造斜，而是从0°到θ的缓慢过渡变化。一般地，角度的变化可以趋向于一个微积分的过程，通过由造斜点Q以上(朝向进盘Q₀的方向)每向下10米大致可调整0.8°的方式逐渐向倾斜角θ过渡。

进一步地，本发明实施例中，目标参数还包括：造斜点的测量深度。即如图5所示，本发明还需要计算造斜点Q的测量深度，造斜点Q的测量深度以Z_Q表示，则Z_Q可以根据所述定向井的井口坐标、所述第一目标层的靶点坐标以及所述倾斜角，计算得到。具体的，Z_Q可以通过以下公式计算得到：

Z_Q＝z₂-sqrt((abs(x₂-x₁))²+(abs(y₂-y₁))²)/tan(θ)；(7式)。

其中，(5式)和(7式)中sqrt表示开方运算。

这里需要说明的是，本发明实施例中，造斜点Q的测量深度是以井盘(Q₀)为0点至造斜点Q在Z轴方向上的距离。

步骤S3、根据所述目标参数输出定向井轨迹。

进一步地，在步骤S3之前还包括以下步骤：

获取定向井的井底坐标点D的横坐标x₄和纵坐标y₄。

具体的，定向井的井底坐标点D的横坐标x₄和纵坐标y₄可以通过以下式子计算得到：

设在xy平面中，AD之间的平面距离为DL_AD则：

DL_AD＝tan(θ)/(z₄-z_Q)(8式)。

从而根据所求得的方位角β，求得x₄和y₄的值：

在获得坐标点D的横坐标x₄和纵坐标y₄后，结合给定的定向井的井底设计深度，以z₄表示，可以得到坐标点D的坐标为(x₄，y₄，z₄)，再结合前面计算得到的方位角β、倾斜角θ、以及造斜点Q的测量深度Z_Q，通过轨迹生成单元进行处理，可以得到定向井的轨迹。

进一步地，本发明实施例中，步骤S3之后还包括：

S4、对所述定向井轨迹进行实时显示。

本发明实施例通过对定向井轨迹进行实时显示，可以实现定向井轨迹的可视化，给勘探设计提供更多的便利。

参考图6，为本发明实施例提供的一种用于海上勘探的定向井轨迹设计系统的结构示意图。

可以理解地，本发明实施例的用于海上勘探的定向井轨迹设计系统可以用于实现前述实施例的用于海上勘探的定向井轨迹设计方法。

如图6所示，该用于海上勘探的定向井轨迹设计系统包括：接收单元601、数据处理单元602、轨迹生成单元603和显示单元604。

具体的，接收单元601，用于接收定向井轨迹设计的设计参数；所述设计参数包括：在地心坐标系下，定向井的井口坐标、第一目标层的靶点坐标、第二目标层的靶点坐标以及定向井的井底设计深度。

数据处理单元602，用于根据所述设计参数进行运算处理，获得定向井轨迹设计的目标参数。

轨迹生成单元603，用于根据所述目标参数输出定向井的轨迹。

显示单元604，用于对所述定向井轨迹进行实时显示。

参考图7，本发明还提供了一种电子设备，所公开的电子设备包括但不限于电脑、服务器等。

如图7所示，该电子设备可以包括处理器701和存储器702。处理器701可以根据存储在存储器702中的程序执行各种适当的动作和处理。进一步地存储器702中还存储有电子设备操作所需的各种程序和数据。例如，处理器701可以执行存储器702中存储的计算机程序时实现如前述方法的步骤。

进一步地，根据本发明的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本发明的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以从网络上被下载和安装，或者从存储器702被安装。在该计算机程序被处理器701执行时，执行本发明实施例的方法中限定的上述功能。

本发明还提供一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理执行时实现如前述方法的步骤。本发明实施例所提供的可读存储介质战胜硬盘空间小，其上所存储的计算机程序被安装时速度很快，安装时间较短，可以实现快速安装，且运行速度及数据处理快。

本发明实施例提供的可读存储介质包括但不限于磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述器件的任意组合。

可以理解地，本发明的可读存储介质可以是上述电子设备中所包含的可读存储介质，也可以是独立存在而未安装在电子设备中的可读存储介质。

进一步地，本发明的可读存储介质所存储的计算机程序可以为一个或者多个程序。

以上实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据此实施，并不能限制本发明的保护范围。凡跟本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims

1.一种用于海上勘探的定向井轨迹设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

S3、根据所述目标参数输出定向井轨迹；

其中，造斜点位于所述定向井的正下方；所述目标参数还包括：第一目标层的靶点与定向井的井口之间的方位角和第二目标层的靶点与第一目标层的靶点之间的倾斜角以及所述造斜点的测量深度；

所述步骤S2包括：

S2-1、根据所述定向井的井口坐标和第一目标层的靶点坐标，计算所述方位角；

S2-2、根据所述定向井的井口坐标、所述第一目标层的靶点坐标以及所述第二目标层的靶点坐标，计算所述倾斜角；

根据所述定向井的井口坐标、所述第一目标层的靶点坐标以及所述倾斜角，计算出所述造斜点的测量深度；

所述步骤S2-1包括：

S2-13、对所述偏移角进行角度转换，获得所述方位角；

所述第一距离、第二距离、偏移角、以及方位角通过以下公式计算得到：

Dx＝abs(x2-x1)；

Dy＝abs(y2-y1)；

α＝arctan(Dx/Dy)；

β＝α+△α；

Dx表示第一距离，Dy表示第二距离，α表示偏移角，△α表示α处在不同象限位置处的变量，β表示方位角；x1、y1表示在地心坐标系下定向井的井口的横坐标和纵坐标，x2、y2表示在地心坐标系下第一目标层的靶点的横坐标和纵坐标。

2.根据权利要求1所述的用于海上勘探的定向井轨迹设计方法，其特征在于，所述步骤S2-2包括：

3.根据权利要求2所述的用于海上勘探的定向井轨迹设计方法，其特征在于，所述第一层距离、所述第二层距离和所述倾斜角通过以下公式计算得到：

D_z＝abs(z₃-z₂)；

D_L＝sqrt((abs(x₃-x₂))²+(abs(y₃-y₂))²)；

θ＝arctan(D_L/D_z)；

4.根据权利要求1所述的用于海上勘探的定向井轨迹设计方法，其特征在于，所述造斜点的测量深度通过以下公式计算得到：

Z_Q＝z₂-sqrt((abs(x₂-x₁))²+(abs(y₂-y₁))²)/tan(θ)；

其中，Z_Q表示造斜点的测量深度，x₁、y₁表示在地心坐标系下定向井的井口的横坐标和纵坐标，x₂、y₂和z₂表示在地心坐标系下第一目标层的靶点的横坐标、纵坐标和深度，θ表示倾斜角。

5.根据权利要求1所述的用于海上勘探的定向井轨迹设计方法，其特征在于，所述步骤S3之后还包括：

S4、对所述定向井轨迹进行实时显示。

6.一种用于海上勘探的定向井轨迹设计系统，其特征在于，包括：

轨迹生成单元，用于根据所述目标参数输出定向井的轨迹；

所述设计参数进行运算处理，获得定向井轨迹设计的目标参数包括：

根据所述定向井的井口坐标和第一目标层的靶点坐标，计算所述方位角；

根据所述定向井的井口坐标、所述第一目标层的靶点坐标以及所述第二目标层的靶点坐标，计算所述倾斜角；

所述定向井的井口坐标和第一目标层的靶点坐标，计算所述方位角包括：

根据所述定向井的井口坐标和第一目标层的靶点坐标，计算第一目标层的靶点与井口在第一方向上的第一距离和第二方向上的第二距离；

根据所述第一距离和第二距离，获得第一目标层的靶点与井口的偏移角；

对所述偏移角进行角度转换，获得所述方位角；

Dx＝abs(x2-x1)；

Dy＝abs(y2-y1)；

α＝arctan(Dx/Dy)；

β＝α+△α；

7.根据权利要求6所述的用于海上勘探的定向井轨迹设计系统，其特征在于，还包括：

显示单元，用于对所述定向井轨迹进行实时显示。

8.一种电子设备，其特征在于，包括处理器，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机程序时实现如权利要求1-5中任意一项所述方法的步骤。

9.一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理执行时实现如权利要求1-5中任意一项所述方法的步骤。