CN115075796A - 鱼骨井轨道确定方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种鱼骨井轨道确定方法及装置，其中该方法包括：获取鱼骨井轨道设计所需使用的井参数；根据井参数建立主井眼轨道模型和分支井眼轨道模型；根据井参数、主井眼轨道模型和分支井眼轨道模型建立主井眼钻柱力学软模型和分支井眼钻柱力学软模型，确定滑动钻进工况下的主井眼钻柱总摩阻计算模型和分支井眼钻柱总摩阻计算模型；将令主井眼钻柱总摩阻计算模型取得最小值的待定参数值确定为主井眼待定参数的参数值；将令分支井眼钻柱总摩阻计算模型取得最小值的待定参数值确定为分支井眼待定参数的参数值；根据得到各个参数值的井参数确定鱼骨井轨道。本发明可以缩短钻井周期，降低钻井成本。

Description

鱼骨井轨道确定方法及装置
技术领域
本发明涉及油气钻采技术领域，尤其涉及一种鱼骨井轨道确定方法及装置。
背景技术
本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明实施例提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。
鱼骨分支井(简称鱼骨井)是在一个长水平段主井眼中钻出多个分支井眼的分支井井型。由于分支井眼向主井眼两侧延伸，增加了井眼与油藏的泄油面积，能够有效地提高单井产量。该井型已在国内外油田中得到了广泛的应用，并取得了良好的经济效益。
通常，油藏工程师会在布设前对鱼骨井进行模拟，根据模拟结果得到鱼骨井的最佳布置方法，即主井眼和分支井眼的长度、分支数目、主井眼和分支井眼间的夹角、相邻分支井眼间的距离等。但鱼骨井的钻井难度大、工艺复杂，其水平段托压严重、钻柱最大下深能力不够等问题最为突出，使得实钻井眼可能无法满足设计指标。
同时，当现场采用不合理的分支井眼轨道设计方案实钻时，可能会出现主、分支井眼分离位置处的夹壁墙垮塌，导致井眼堵塞或井眼报废，以至于延长钻井周期，增加钻井成本。所以，在确保安全施工的条件下满足鱼骨井的各项预计指标是鱼骨井井眼轨道设计的首要标准，如何设计得到合理的鱼骨分支井井眼轨道从而避免出现上述问题，是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明实施例提供一种鱼骨井轨道确定方法，用以提供一种合理的鱼骨井轨道设计方案，减少主、分支井眼分离位置处的夹壁墙垮塌，导致井眼堵塞或井眼报废情况的出现，缩短钻井周期，降低钻井成本，该方法包括：
获取鱼骨井轨道设计所需使用的井参数，所述井参数包括主井眼已知参数、主井眼待定参数、分支井眼已知参数和分支井眼待定参数；
根据井参数建立主井眼轨道模型和分支井眼轨道模型；
根据井参数、主井眼轨道模型和分支井眼轨道模型建立主井眼钻柱力学软模型和分支井眼钻柱力学软模型，确定滑动钻进工况下的主井眼钻柱总摩阻计算模型和分支井眼钻柱总摩阻计算模型；
将主井眼已知参数的参数值代入主井眼钻柱总摩阻计算模型，将令主井眼钻柱总摩阻计算模型取得最小值的待定参数值确定为主井眼待定参数的参数值；
将主井眼待定参数的参数值、分支井眼已知参数的参数值代入分支井眼钻柱总摩阻计算模型，将令分支井眼钻柱总摩阻计算模型取得最小值的待定参数值确定为分支井眼待定参数的参数值；
根据得到各个参数值的井参数确定鱼骨井轨道。
本发明实施例还提供一种鱼骨井轨道确定装置，用以提供一种合理的鱼骨井轨道设计方案，减少主、分支井眼分离位置处的夹壁墙垮塌，导致井眼堵塞或井眼报废情况的出现，缩短钻井周期，降低钻井成本，该装置包括：
获取模块，用于获取鱼骨井轨道设计所需使用的井参数，所述井参数包括主井眼已知参数、主井眼待定参数、分支井眼已知参数和分支井眼待定参数；
模型构建模块，用于根据井参数建立主井眼轨道模型和分支井眼轨道模型；
模型构建模块，还用于根据井参数、主井眼轨道模型和分支井眼轨道模型建立主井眼钻柱力学软模型和分支井眼钻柱力学软模型，确定滑动钻进工况下的主井眼钻柱总摩阻计算模型和分支井眼钻柱总摩阻计算模型；
确定模块，用于将主井眼已知参数的参数值代入主井眼钻柱总摩阻计算模型，将令主井眼钻柱总摩阻计算模型取得最小值的待定参数值确定为主井眼待定参数的参数值；
确定模块，还用于将主井眼待定参数的参数值、分支井眼已知参数的参数值代入分支井眼钻柱总摩阻计算模型，将令分支井眼钻柱总摩阻计算模型取得最小值的待定参数值确定为分支井眼待定参数的参数值；
确定模块，还用于根据得到各个参数值的井参数确定鱼骨井轨道。
本发明实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述鱼骨井轨道确定方法。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述鱼骨井轨道确定方法的计算机程序。
本发明实施例中，利用鱼骨井轨道设计所需使用的井参数，建立了主井眼轨道模型和分支井眼轨道模型，并基于主井眼轨道模型、分支井眼轨道模型和钻柱力学软模型，建立了主井眼钻柱总摩阻计算模型和分支井眼钻柱总摩阻计算模型，将令该两个总摩阻计算模型分别取得最小值的参数值确定为井参数中待定参数值。可见，本发明实施例采用的管柱力学理论模型明确，输入基本井参数和井眼轨迹即可完成鱼骨井轨道计算，运算效率高，计算结果合理，可为现场提供一定的指导与参考意见；并且，本发明实施例以滑动钻进摩阻最小为目标，在完成钻柱摩阻的计算的同时设计出鱼骨井轨道，使得到的鱼骨井轨道的总摩阻较小，从而减少主、分支井眼分离位置处的夹壁墙垮塌，导致井眼堵塞或井眼报废情况的出现，确保钻井施工的安全进行，同时还能缩短钻井周期，降低钻井成本。
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。在附图中：
图1为本申请实施例中一种鱼骨井轨道确定方法的流程图；
图2为本申请实施例中一种鱼骨井井眼轨道示意图；
图3为本发明实施例中另一种鱼骨井井眼轨道示意图；
图4为本发明实施例中使用的钻柱力学软模型的示意图；
图5为本发明实施例中鱼骨井分支井眼的轨道示意图；
图6为本发明实施例中鱼骨井分支井眼稳斜扭方位段和稳斜直井段的示意图；
图7为本发明实施例中一种鱼骨井轨道确定装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
本发明实施例提供了一种鱼骨井轨道确定方法，如图1所示，该方法包括步骤101至步骤106：
步骤101、获取鱼骨井轨道设计所需使用的井参数。
其中，井参数包括主井眼已知参数、主井眼待定参数、分支井眼已知参数和分支井眼待定参数。
鱼骨井轨道设计分为主井眼轨道设计和分支井眼轨道设计。如图2所示，某一鱼骨井斜直井段DG位于倾角为β的储层平面1中，主井眼轨道由O点至E点，分支井眼(n1、n2、…、ni、…、nend)依次分布于主井眼的两侧，主、分支井眼的分离点(侧钻点)为(a1、a2、…、ai、…、aend)。鱼骨井轨道设计所需使用的井参数中有部分已知参数已由用户预设设定好，另有部分参数(即待定参数)需要另行确定。
具体的，主井眼已知参数包括井口坐标、造斜点处的井斜角和方位角、入靶点垂深、斜直井段的井斜角，以及直井段的长度；主井眼待定参数包括造斜深度、第一增斜段造斜率、第二增斜段造斜率和靶前位移。
分支井眼已知参数包括分支井眼的数量、分支井眼的长度、相邻分支之间的距离、主井眼与分支井眼间的夹角、第一个分支在主井眼中的井深、分支井眼増斜/降斜扭方位段的长度、第一个稳斜扭方位段的长度，及中间降斜/増斜扭方位段的长度；分支井眼待定参数包括分支井眼距离主井眼的第一个弯曲段相对于主井眼的装置面角和各弯曲段的造斜率，其中，分支井眼各弯曲段的造斜率相同。
其中，分支井眼的长度为主、分支井眼分离点至分支井眼末端的直连线长度；主、分支井眼间的夹角为分离点至分支井眼末端的直连线与主井眼斜直井段的夹角，使分支井眼直连线的井斜与主井眼斜直井段的井斜相同，则主、分支井眼间的夹角为方位变化角；相邻分支之间的距离为相邻的两个主、分支井眼分离点间的距离。
需要说明的是，在已知主井眼已知参数和分支井眼的基础上，可以计算所有侧钻点在主井眼斜直井段上的坐标。当主井眼斜直井段与分支井眼具有同一井斜时，主、分支井眼间的夹角为方位变化角，进而可得分支井眼末端的坐标。
步骤102、根据井参数建立主井眼轨道模型和分支井眼轨道模型。
下面将分别对主井眼轨道模型的建立过程、分支井眼轨道模型的建立过程分别进行具体介绍。
1)、主井眼轨道模型
本发明实施例中采用二维双增式轨道对主井眼轨道进行设计，即“垂直井段+增斜段+稳斜段+增斜段+斜直井段”。
如附图3所示，主井眼分为：垂直井段OA、造斜段AB、稳斜段BC、造斜段CD、斜直井段DE，已知参数有：①、井口O坐标NO、EO、DO，单位为米(m)；②、造斜点A点的井斜角αA、方位角
Figure BDA0002971323470000059
单位为度(°)；③、入靶点D点的垂深DOK，单位为m；④、斜直井段的井斜角，也即D点的井斜角αD，单位为°；⑤、直井段DE的长度LDE，单位为m。
待定参数有：①、造斜深度，即A点垂深DOA，单位为m；②、第一増斜段AB段造斜率kAB，单位为°/30m；③、第二增斜段CD段造斜率kCD，单位为°/30m；④、靶前位移SKD，单位为m。
假设主井眼任意位置i点处的井深为Li，由上述参数可得i点在不同井段中的井斜角αi、方位角
Figure BDA0002971323470000051
(1)当i点位于垂直井段OA中时：
αi＝0
Figure BDA0002971323470000052
(2)当i点位于造斜段AB中时：
Figure BDA0002971323470000053
Figure BDA0002971323470000054
(3)当i点位于稳斜段BC中时：
αi＝αB
Figure BDA0002971323470000055
(4)当i点位于造斜段CD中时：
Figure BDA0002971323470000056
Figure BDA0002971323470000057
(5)当i点位于直井段DE中时：
αi＝αD
Figure BDA0002971323470000058
由图3可得，
Figure BDA0002971323470000061
Se＝SKD-RABcosαA+RCDcosαD
De＝DOK-DOA+RABsinαA-RCDsinαD
Re＝RAB-RCD
Figure BDA0002971323470000062
Figure BDA0002971323470000063
各节点处的井深：
LA＝DOA
LB＝LA+RABγAB
Figure BDA0002971323470000064
LD＝LC+RCDγCD
LE＝LD+LDE
造斜段AB、CD的狗腿角：
Figure BDA0002971323470000065
Figure BDA0002971323470000066
为完成后续针对分支井眼的总摩阻计算，还需D、E点的坐标：
Figure BDA0002971323470000067
Figure BDA0002971323470000068
Figure BDA0002971323470000069
Figure BDA00029713234700000610
Figure BDA00029713234700000611
DE＝DD+LDEcosαD
其中，LA、LB、LC、LD、LE分别为节点A、B、C、D、E处的井深，单位为m；αB、αC、αD分别为节点B、C、D处的井斜角，单位为°；αB、αC、αD、αE分别为节点B、C、D、E处的方位角，单位为°；LAB、LBC、LCD、LDE分别为增斜段AB、稳斜段BC、增斜段CD、直井段DE的井段长度，单位为m；Se、De、Re为过渡参数，m；RAB、RCD分别为增斜段AB、CD的曲率半径，单位为m；γAB、γCD分别为增斜段AB、CD的狗腿角，单位为°；ND、ED、DD为D点坐标，单位为m；NE、EE、DE为E点坐标，单位为m。
2)分支井眼轨道模型
鱼骨分支井分支井眼采用斜面圆弧法进行设计，包括“增斜/降斜扭方位段+稳斜扭方位段+降斜/增斜扭方位段+稳斜扭方位段+斜直井段”。由于分支井眼分布于主井眼斜直井段的两侧，当分支井眼的形状为上鱼骨状时，分支井眼采用“增斜扭方位段+稳斜扭方位段+降斜扭方位段+稳斜扭方位段+斜直井段”进行设计，钻柱在增斜扭方位段中向0°～90°或0°～-90°装置面方向钻进；钻柱在第一个稳斜扭方位段中向90°或-90°装置面方向钻进；钻柱在降斜扭方位段中向90°～180°或-90°～-180°装置面方向钻进。当分支井眼的形状为下鱼骨状时，分支井眼采用“降斜扭方位段+稳斜扭方位段+增斜扭方位段+稳斜扭方位段+斜直井段”进行设计，钻柱在降斜扭方位段中向90～180°或-90°～180°装置面方向钻进；钻柱在第一个稳斜扭方位段中向90°或-90°装置面方向钻进；钻柱在增斜扭方位段中向0°～90°或0°～-90°装置面方向钻进。
以图2中的第j个分支为例，其主、分支井眼分离点位置主井眼aj点；分离点至分支井眼末端的直连线长度为Δajfj；主分支井眼间的夹角为θj；分支井眼位于倾角为β的储层平面1中，则有：
Figure BDA0002971323470000071
需要说明的是，真实的鱼骨井分支井眼轨道应分为5部分，如附图5所示。当鱼骨井分支井眼采用上鱼骨状时，分支井眼分为：増斜扭方位段ajbj、稳斜扭方位段bjcj、降斜扭方位段cjdj、稳斜扭方位段djej以及稳斜直井段ejfj；当鱼骨井分支井眼采用下鱼骨状时，分支井眼分为：降斜扭方位段ajbj、稳斜扭方位段bjcj、增斜扭方位段cjdj、稳斜扭方位段djej以及稳斜直井段ejfj。其中井段ajbj、bjcj、cjdj的长度
Figure BDA0002971323470000072
为单根长度，稳斜扭方位段bjcj的装置面位于水平方向，方向视分支井眼相对主井眼的方向而定。
当ajbj段的装置面角
Figure BDA0002971323470000073
确定后，cjdj段的装置面角
Figure BDA0002971323470000074
与ajbj段的装置面角
Figure BDA0002971323470000075
需满足以下关系：
Figure BDA0002971323470000076
Figure BDA0002971323470000077
Figure BDA0002971323470000081
Figure BDA0002971323470000082
由上述描述可得，分支井眼的待定参数有：分支井眼距离主井眼的第一个弯曲段ajbj段相对于主井眼的的装置面角
Figure BDA00029713234700000816
分支井眼弯曲段的造斜率kj，(°/30m)。分支井眼各弯曲段采用同一造斜率，则有：
Figure BDA0002971323470000083
Rj为第j分支各弯曲井段的曲率半径，m。
已知参数有：分支数目n；第一个侧钻点a1的井深
Figure BDA00029713234700000817
m；相邻分支间的距离
Figure BDA0002971323470000084
主、分支井眼间的夹角θj，°；分离点至分支井眼末端的直连线长度Δajfj，m。
由分支井眼布置方案可得第j分支侧钻点的井深：
Figure BDA0002971323470000085
假设主井眼任意位置i点处的井深为Li，由上述参数可得i点在不同井段中的井斜角αi、方位角
Figure BDA0002971323470000086
(1)当i点位于扭方位段ajbj中时：
Figure BDA0002971323470000087
Figure BDA0002971323470000088
Figure BDA0002971323470000089
(2)当i点位于稳斜扭方位段bjcj中时：
Figure BDA00029713234700000810
Figure BDA00029713234700000811
Figure BDA00029713234700000812
(3)当i点位于扭方位段cjdj中时：
Figure BDA00029713234700000813
Figure BDA00029713234700000814
Figure BDA00029713234700000815
(4)当i点位于扭方位段djej中时：
Figure BDA0002971323470000091
Figure BDA0002971323470000092
Figure BDA0002971323470000093
上式中，当
Figure BDA0002971323470000094
时，取“+”号，当
Figure BDA0002971323470000095
时，取“-”号。
(5)当i点位于扭方位段ejfj中时：
Figure BDA0002971323470000096
Figure BDA0002971323470000097
在上述公式中，需要aj、bj、cj、dj、ej、fj、gj处的节点参数，包括井斜角、方位角、坐标、井深，其推导公式如下：
(1)aj点的节点参数
已知主井眼D点坐标ND、ED、DD，井斜角αD，方位角
Figure BDA0002971323470000098
井深LD，E点坐标NE、EE、DE，井深LE，可得aj点井斜角
Figure BDA0002971323470000099
方位角
Figure BDA00029713234700000910
坐标
Figure BDA00029713234700000911
Figure BDA00029713234700000912
Figure BDA00029713234700000913
Figure BDA00029713234700000914
Figure BDA00029713234700000915
Figure BDA00029713234700000916
(2)bj点的节点参数：
由aj点节点参数，可得bj点井斜角
Figure BDA00029713234700000917
方位角
Figure BDA00029713234700000918
坐标
Figure BDA00029713234700000919
井深
Figure BDA00029713234700000920
Figure BDA00029713234700000921
Figure BDA00029713234700000922
Figure BDA00029713234700000923
Figure BDA00029713234700000924
Figure BDA0002971323470000101
Figure BDA0002971323470000102
Figure BDA0002971323470000103
(3)cj点的节点参数：
由bj点节点参数，可得cj点井斜角
Figure BDA0002971323470000104
方位角
Figure BDA0002971323470000105
坐标
Figure BDA0002971323470000106
井深
Figure BDA0002971323470000107
Figure BDA0002971323470000108
Figure BDA0002971323470000109
Figure BDA00029713234700001010
Figure BDA00029713234700001011
Figure BDA00029713234700001012
Figure BDA00029713234700001013
Figure BDA00029713234700001014
(4)dj点的参数：
由cj点节点参数，可得dj点井斜角
Figure BDA00029713234700001015
方位角
Figure BDA00029713234700001016
坐标
Figure BDA00029713234700001017
井深
Figure BDA00029713234700001018
Figure BDA00029713234700001019
Figure BDA00029713234700001020
Figure BDA00029713234700001021
Figure BDA00029713234700001022
Figure BDA00029713234700001023
Figure BDA00029713234700001024
Figure BDA00029713234700001025
(5)fj点的参数：
由aj点井斜角
Figure BDA00029713234700001026
方位角
Figure BDA00029713234700001027
坐标系
Figure BDA00029713234700001028
主井眼和分支井眼夹角θj，分支井眼长度Δajfj，需先计算出第j分支井眼末端fj的井斜角
Figure BDA00029713234700001029
坐标
Figure BDA00029713234700001030
Figure BDA0002971323470000111
Figure BDA0002971323470000112
Figure BDA0002971323470000113
Figure BDA0002971323470000114
当
Figure BDA0002971323470000115
时，上式中的“±”号取“+”号，当
Figure BDA0002971323470000116
时取“—”号。
(6)ej点的参数：
当dj井斜角
Figure BDA0002971323470000117
方位角
Figure BDA0002971323470000118
坐标
Figure BDA0002971323470000119
fj点坐标
Figure BDA00029713234700001110
已知后，由图6可得关系式：
Figure BDA00029713234700001111
Figure BDA00029713234700001112
令：
Δdjhj＝Δdjfjcos∠gjdjfj
Δhjfj＝Δdjfjsin∠gjdjfj
Figure BDA00029713234700001113
Figure BDA00029713234700001114
其中，Δdjfj为节点dj、fj间的距离，m；∠gjdjfj为向量
Figure BDA00029713234700001115
间的夹角，°；
Figure BDA00029713234700001116
为向量
Figure BDA00029713234700001117
的单位向量；Δdjhj为点dj、hj间的距离，m；Δhjfj为点hj、fj间的距离，m。
根据
Figure BDA00029713234700001118
可解得gj点坐标：
Figure BDA00029713234700001119
Figure BDA00029713234700001120
Figure BDA0002971323470000121
当
Figure BDA0002971323470000122
已知后，可求解出ej点的井斜角
Figure BDA0002971323470000123
方位角
Figure BDA0002971323470000124
坐标
Figure BDA0002971323470000125
井深
Figure BDA0002971323470000126
Figure BDA0002971323470000127
Figure BDA0002971323470000128
Figure BDA0002971323470000129
Figure BDA00029713234700001210
Figure BDA00029713234700001211
Figure BDA00029713234700001212
由此可得，fj点井深
Figure BDA00029713234700001213
方位角
Figure BDA00029713234700001214
Figure BDA00029713234700001215
Figure BDA00029713234700001216
步骤103、根据井参数、主井眼轨道模型和分支井眼轨道模型建立主井眼钻柱力学软模型和分支井眼钻柱力学软模型，确定滑动钻进工况下的主井眼钻柱总摩阻计算模型和分支井眼钻柱总摩阻计算模型。
本发明实施例中，根据井参数、主井眼轨道模型建立主井眼钻柱力学软模型，确定滑动钻进工况下的主井眼钻柱总摩阻计算模型，可以执行为：利用钻柱力学软模型模拟完全下入主井眼井底的钻柱，将钻柱离散成n个钻柱单元和n+1个钻柱节点，其中，钻柱底部为第一个节点，钻柱力学软模型所描述的钻柱形变与主井眼中心线一致；根据钻柱单元底部钻压、单元浮重及单元两侧在主井眼中的井斜角和方位角，计算每个钻柱单元的接触正压力和摩擦力；叠加所有钻柱单元的接触正压力和摩擦力，得到滑动钻进工况下主井眼钻柱总摩阻计算模型。
需要补充的是，任意钻柱单元两端节点在井眼中的位置可分为：两端全部位于直井段中、两端全部位于弯曲井段中、一端位于直井段，而另一端位于弯曲井段。当钻柱单元一端位于直井段，而另一端位于弯曲井段时，可视为全部位于弯曲井段中。
下面将对主井眼钻柱总摩阻计算模型的建立过程进行详细介绍。
钻柱在滑动钻进工况下钻至主井眼末端E，钻柱总长度与主井眼E点井深LE相等。将钻柱由井底至井口分为n个单元和n+1个节点，每个单元的长度记做ls，则有：
Figure BDA0002971323470000131
以钻柱第i单元为例，第i单元分别位于第i节点和第i+1节点之间，如图4所示。平面1为钻柱单元所在的斜平面，平面2为过钻柱单元中点切线方向的铅锤面。以该单元中点为原点，分别以中点的切线、法线和副法线方向为三个坐标轴的方向建立该单元的随动坐标系
Figure BDA0002971323470000132
第i点的井斜角为αi，方位角为
Figure BDA0002971323470000133
该节点在主井眼的井深Li可表示为：
Figure BDA0002971323470000134
同理，第i+1节点的井斜角为αi+1，方位角为
Figure BDA0002971323470000135
该节点在主井眼的井深Li+1可表示为：
Figure BDA0002971323470000136
将钻柱第i单元的接触正压力、浮重、摩擦力分别记做Ni、Wi、Fa,i；第i单元在节点i处的轴向力为Tb,i，第i单元在节点i+1处的轴向力为Tu,i，则第i单元因需满足静力平衡而具有关系式：
Tu,i＝Tb,i+Fa,i+Wt,i
其中：
Fa,i＝μaNi
当节点i和i+1位于主井眼直井段OA、BC、DE时：
Ni＝Wisinαi
Wt,i＝Wicosαi
当节点i和i+1位于造斜段段AB、CD时：
Figure BDA0002971323470000141
Figure BDA0002971323470000142
Figure BDA0002971323470000143
Figure BDA0002971323470000144
Figure BDA0002971323470000145
第i个单元计算完成后，第i+1单元的下端轴向力Tb,i+1＝-Tu,i，进而可采用与第i单元相同的计算方法得到第i+1单元的接触正压力Ni+1和摩擦力Fa,i+1。当第n单元计算完成后，将每个单元的摩擦力相加得到总摩阻Ftotal：
Figure BDA0002971323470000146
式中，Wi为第i单元的浮重，N；Wn,i、Wb,i、Wt,i分别为第i单元浮重在随动坐标系
Figure BDA0002971323470000147
上的分量，N；Nn,i、Nb,i为接触正压力在法线
Figure BDA0002971323470000148
副法线
Figure BDA0002971323470000149
上的分量，N；μa为轴向摩擦系数。
本发明实施例中，当得到分支井眼轨道模型后，以距主井眼井底最近的分支为依据，将钻柱由侧钻点aj下钻至分支井眼中，钻柱总长度为
Figure BDA00029713234700001410
采用与主井眼设计方法相同钻柱力学模型对进入分支井眼的钻柱进行受力分析，可得不同分支井眼待定参数条件下的分支井眼钻柱总摩阻计算模型。
步骤104、将主井眼已知参数的参数值代入主井眼钻柱总摩阻计算模型，将令主井眼钻柱总摩阻计算模型取得最小值的待定参数值确定为主井眼待定参数的参数值。
参见步骤103建立的主井眼钻柱总摩阻计算模型，钻柱上第i单元的正压力Ni随该第i节点和第i+1节点处的井斜角αi、αi+1，方位角
Figure BDA00029713234700001411
的改变而变化，而不同位置处的井斜角、方位角又可由给定的已知参数和待定参数DOA、kAB、kCD、SKD表示。改变上述参数的值，得到不同的总摩阻值，将总摩阻最小作为优选目标，选出具有最小摩阻的待定参数值，即该方案为主井眼中滑动钻进摩阻的最小方案。
步骤105、将主井眼待定参数的参数值、分支井眼已知参数的参数值代入分支井眼钻柱总摩阻计算模型，将令分支井眼钻柱总摩阻计算模型取得最小值的待定参数值确定为分支井眼待定参数的参数值。
本发明实施例中，当主井眼轨道设计完成后，以摩阻最小的主井眼轨道为基础，进行分支井眼的设计。
其中，将主井眼待定参数的参数值、分支井眼已知参数的参数值代入分支井眼钻柱总摩阻计算模型，具体可以执行为：根据主井眼待定参数的参数值，利用内插法计算沿分支井眼截面中心线任意位置处的井斜角和方位角；将沿分支井眼截面中心线任意位置处的井斜角和方位角，以及分支井眼已知参数的参数值代入分支井眼钻柱总摩阻计算模型，进而确定分支井眼钻柱总摩阻计算模型的最小值，将得到最小值时的待定参数值确定为分支井眼待定参数的参数值。
本发明实施例中，使用的内插法包括圆弧段内插法和直线段内插法。
步骤106、根据得到各个参数值的井参数确定鱼骨井轨道。
当得到各个主井眼待定参数和分支井眼待定参数的参数值之后，利用该些参数以及主井眼已知参数、分支井眼已知参数，可以确定鱼骨井轨道。
本发明实施例中，利用鱼骨井轨道设计所需使用的井参数，建立了主井眼轨道模型和分支井眼轨道模型，并基于主井眼轨道模型、分支井眼轨道模型和钻柱力学软模型，建立了主井眼钻柱总摩阻计算模型和分支井眼钻柱总摩阻计算模型，将令该两个总摩阻计算模型分别取得最小值的参数值确定为井参数中待定参数值。可见，本发明实施例采用的管柱力学理论模型明确，输入基本井参数和井眼轨迹即可完成鱼骨井轨道计算，运算效率高，计算结果合理，可为现场提供一定的指导与参考意见；并且，本发明实施例以滑动钻进摩阻最小为目标，在完成钻柱摩阻的计算的同时设计出鱼骨井轨道，使得到的鱼骨井轨道的总摩阻较小，从而减少主、分支井眼分离位置处的夹壁墙垮塌，导致井眼堵塞或井眼报废情况的出现，确保钻井施工的安全进行，同时还能缩短钻井周期，降低钻井成本。
本发明实施例中还提供了一种鱼骨井轨道确定装置，如下面的实施例所述。由于该装置解决问题的原理与鱼骨井轨道确定方法相似，因此该装置的实施可以参见鱼骨井轨道确定方法的实施，重复之处不再赘述。
如图7所示，该装置700包括获取模块701、模型构建模块702和确定模块703。
其中，获取模块701，用于获取鱼骨井轨道设计所需使用的井参数，井参数包括主井眼已知参数、主井眼待定参数、分支井眼已知参数和分支井眼待定参数；
模型构建模块702，用于根据井参数建立主井眼轨道模型和分支井眼轨道模型；
模型构建模块702，还用于根据井参数、主井眼轨道模型和分支井眼轨道模型建立主井眼钻柱力学软模型和分支井眼钻柱力学软模型，确定滑动钻进工况下的主井眼钻柱总摩阻计算模型和分支井眼钻柱总摩阻计算模型；
确定模块703，用于将主井眼已知参数的参数值代入主井眼钻柱总摩阻计算模型，将令主井眼钻柱总摩阻计算模型取得最小值的待定参数值确定为主井眼待定参数的参数值；
确定模块703，还用于将主井眼待定参数的参数值、分支井眼已知参数的参数值代入分支井眼钻柱总摩阻计算模型，将令分支井眼钻柱总摩阻计算模型取得最小值的待定参数值确定为分支井眼待定参数的参数值；
确定模块703，还用于根据得到各个参数值的井参数确定鱼骨井轨道。
本发明实施例的一种实现方式中，主井眼已知参数包括井口坐标、造斜点处的井斜角和方位角、入靶点垂深、斜直井段的井斜角，以及直井段的长度；主井眼待定参数包括造斜深度、第一增斜段造斜率、第二增斜段造斜率和靶前位移；分支井眼已知参数包括分支井眼的数量、分支井眼的长度、相邻分支之间的距离、主井眼与分支井眼间的夹角、第一个分支在主井眼中的井深、分支井眼増斜/降斜扭方位段的长度、第一个稳斜扭方位段的长度，及中间降斜/増斜扭方位段的长度；分支井眼待定参数包括分支井眼距离主井眼的第一个弯曲段相对于主井眼的装置面角和各弯曲段的造斜率，其中，分支井眼各弯曲段的造斜率相同。
本发明实施例的一种实现方式中，模型构建模块702，用于：
利用钻柱力学软模型模拟完全下入主井眼井底的钻柱，将钻柱离散成n个钻柱单元和n+1个钻柱节点，其中，钻柱底部为第一个节点，钻柱力学软模型所描述的钻柱形变与主井眼中心线一致；
根据钻柱单元底部钻压、单元浮重及单元两侧在主井眼中的井斜角和方位角，计算每个钻柱单元的接触正压力和摩擦力；
叠加所有钻柱单元的接触正压力和摩擦力，得到滑动钻进工况下主井眼钻柱总摩阻计算模型。
本发明实施例的一种实现方式中，确定模块703，用于：
根据主井眼待定参数的参数值，利用内插法计算沿分支井眼截面中心线任意位置处的井斜角和方位角；
将沿分支井眼截面中心线任意位置处的井斜角和方位角，以及分支井眼已知参数的参数值代入分支井眼钻柱总摩阻计算模型。
本发明实施例中，利用鱼骨井轨道设计所需使用的井参数，建立了主井眼轨道模型和分支井眼轨道模型，并基于主井眼轨道模型、分支井眼轨道模型和钻柱力学软模型，建立了主井眼钻柱总摩阻计算模型和分支井眼钻柱总摩阻计算模型，将令该两个总摩阻计算模型分别取得最小值的参数值确定为井参数中待定参数值。可见，本发明实施例采用的管柱力学理论模型明确，输入基本井参数和井眼轨迹即可完成鱼骨井轨道计算，运算效率高，计算结果合理，可为现场提供一定的指导与参考意见；并且，本发明实施例以滑动钻进摩阻最小为目标，在完成钻柱摩阻的计算的同时设计出鱼骨井轨道，使得到的鱼骨井轨道的总摩阻较小，从而减少主、分支井眼分离位置处的夹壁墙垮塌，导致井眼堵塞或井眼报废情况的出现，确保钻井施工的安全进行，同时还能缩短钻井周期，降低钻井成本。
本发明实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述鱼骨井轨道确定方法。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述鱼骨井轨道确定方法的计算机程序。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种鱼骨井轨道确定方法，其特征在于，所述方法包括：
获取鱼骨井轨道设计所需使用的井参数，所述井参数包括主井眼已知参数、主井眼待定参数、分支井眼已知参数和分支井眼待定参数；
根据井参数建立主井眼轨道模型和分支井眼轨道模型；
根据井参数、主井眼轨道模型和分支井眼轨道模型建立主井眼钻柱力学软模型和分支井眼钻柱力学软模型，确定滑动钻进工况下的主井眼钻柱总摩阻计算模型和分支井眼钻柱总摩阻计算模型；
将主井眼已知参数的参数值代入主井眼钻柱总摩阻计算模型，将令主井眼钻柱总摩阻计算模型取得最小值的待定参数值确定为主井眼待定参数的参数值；
将主井眼待定参数的参数值、分支井眼已知参数的参数值代入分支井眼钻柱总摩阻计算模型，将令分支井眼钻柱总摩阻计算模型取得最小值的待定参数值确定为分支井眼待定参数的参数值；
根据得到各个参数值的井参数确定鱼骨井轨道。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述主井眼已知参数包括井口坐标、造斜点处的井斜角和方位角、入靶点垂深、斜直井段的井斜角，以及直井段的长度；所述主井眼待定参数包括造斜深度、第一增斜段造斜率、第二增斜段造斜率和靶前位移；所述分支井眼已知参数包括分支井眼的数量、分支井眼的长度、相邻分支之间的距离、主井眼与分支井眼间的夹角、第一个分支在主井眼中的井深、分支井眼増斜/降斜扭方位段的长度、第一个稳斜扭方位段的长度，及中间降斜/増斜扭方位段的长度；所述分支井眼待定参数包括分支井眼距离主井眼的第一个弯曲段相对于主井眼的装置面角和各弯曲段的造斜率，其中，分支井眼各弯曲段的造斜率相同。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，根据井参数、主井眼轨道模型建立主井眼钻柱力学软模型，确定滑动钻进工况下的主井眼钻柱总摩阻计算模型，包括：
利用钻柱力学软模型模拟完全下入主井眼井底的钻柱，将钻柱离散成n个钻柱单元和n+1个钻柱节点，其中，钻柱底部为第一个节点，钻柱力学软模型所描述的钻柱形变与主井眼中心线一致；
根据钻柱单元底部钻压、单元浮重及单元两侧在主井眼中的井斜角和方位角，计算每个钻柱单元的接触正压力和摩擦力；
叠加所有钻柱单元的接触正压力和摩擦力，得到滑动钻进工况下主井眼钻柱总摩阻计算模型。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将主井眼待定参数的参数值、分支井眼已知参数的参数值代入分支井眼钻柱总摩阻计算模型，包括：
根据主井眼待定参数的参数值，利用内插法计算沿分支井眼截面中心线任意位置处的井斜角和方位角；
将沿分支井眼截面中心线任意位置处的井斜角和方位角，以及分支井眼已知参数的参数值代入分支井眼钻柱总摩阻计算模型。
5.一种鱼骨井轨道确定装置，其特征在于，所述装置包括：
获取模块，用于获取鱼骨井轨道设计所需使用的井参数，所述井参数包括主井眼已知参数、主井眼待定参数、分支井眼已知参数和分支井眼待定参数；
模型构建模块，用于根据井参数建立主井眼轨道模型和分支井眼轨道模型；
模型构建模块，还用于根据井参数、主井眼轨道模型和分支井眼轨道模型建立主井眼钻柱力学软模型和分支井眼钻柱力学软模型，确定滑动钻进工况下的主井眼钻柱总摩阻计算模型和分支井眼钻柱总摩阻计算模型；
确定模块，用于将主井眼已知参数的参数值代入主井眼钻柱总摩阻计算模型，将令主井眼钻柱总摩阻计算模型取得最小值的待定参数值确定为主井眼待定参数的参数值；
确定模块，还用于将主井眼待定参数的参数值、分支井眼已知参数的参数值代入分支井眼钻柱总摩阻计算模型，将令分支井眼钻柱总摩阻计算模型取得最小值的待定参数值确定为分支井眼待定参数的参数值；
确定模块，还用于根据得到各个参数值的井参数确定鱼骨井轨道。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述主井眼已知参数包括井口坐标、造斜点处的井斜角和方位角、入靶点垂深、斜直井段的井斜角，以及直井段的长度；所述主井眼待定参数包括造斜深度、第一增斜段造斜率、第二增斜段造斜率和靶前位移；所述分支井眼已知参数包括分支井眼的数量、分支井眼的长度、相邻分支之间的距离、主井眼与分支井眼间的夹角、第一个分支在主井眼中的井深、分支井眼増斜/降斜扭方位段的长度、第一个稳斜扭方位段的长度，及中间降斜/増斜扭方位段的长度；所述分支井眼待定参数包括分支井眼距离主井眼的第一个弯曲段相对于主井眼的装置面角和各弯曲段的造斜率，其中，分支井眼各弯曲段的造斜率相同。
7.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，模型构建模块，用于：
利用钻柱力学软模型模拟完全下入主井眼井底的钻柱，将钻柱离散成n个钻柱单元和n+1个钻柱节点，其中，钻柱底部为第一个节点，钻柱力学软模型所描述的钻柱形变与主井眼中心线一致；
根据钻柱单元底部钻压、单元浮重及单元两侧在主井眼中的井斜角和方位角，计算每个钻柱单元的接触正压力和摩擦力；
叠加所有钻柱单元的接触正压力和摩擦力，得到滑动钻进工况下主井眼钻柱总摩阻计算模型。
8.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，确定模块，用于：
根据主井眼待定参数的参数值，利用内插法计算沿分支井眼截面中心线任意位置处的井斜角和方位角；
将沿分支井眼截面中心线任意位置处的井斜角和方位角，以及分支井眼已知参数的参数值代入分支井眼钻柱总摩阻计算模型。
9.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至4任一所述方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有执行权利要求1至4任一所述方法的计算机程序。
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