CN115162958B - 一种定向钻孔控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本说明书实施例提供一种定向钻孔控制方法及系统。所述方法包括：获取随钻测量参数和随钻测井参数；随钻测量参数用于表示钻井过程中钻头的状态，随钻测井参数用于表示钻井过程中地层岩石的物理状态；基于随钻测量参数、随钻测井参数和预设钻孔轨迹，动态确定钻头的控制参数；基于控制参数，控制钻头进行定向钻孔。所述系统包括：获取模块、确定模块和控制模块。

Description

一种定向钻孔控制方法及系统

技术领域

本说明书涉及钻井设备技术领域，特别涉及一种定向钻孔控制方法及系统。

背景技术

定向钻孔是在利用钻孔施工时，随着深度的增加，改变钻孔倾角，从而以设计的角度穿过目标层位。在定向钻孔作业过程中，由于钻孔轨迹易受岩层地质条件、钻杆重力等因素影响，且工具面向角、倾角以及方位角之间的定量化关系较难确定，如何有效控制钻孔轨迹成为一个亟待解决的难题。

因此，有必要提出一种方法，能够较准确地实现定向钻孔控制。

发明内容

本说明书实施例之一提供一种定向钻孔控制方法，所述方法包括：获取随钻测量参数和随钻测井参数；所述随钻测量参数用于表示钻井过程中钻头的状态，所述随钻测井参数用于表示钻井过程中地层岩石的物理状态；基于所述随钻测量参数、所述随钻测井参数和预设钻孔轨迹，动态确定钻头的控制参数；基于所述控制参数，控制钻头进行定向钻孔。

在一些实施例中，所述基于所述随钻测量参数、所述随钻测井参数和预设钻孔轨迹，动态确定钻头的控制参数，包括：基于所述随钻测量参数，确定实钻轨迹；显示所述预设钻孔轨迹和所述实钻轨迹，响应于操作员的操作，确定所述控制参数。

在一些实施例中，所述响应于操作员的操作，确定所述控制参数，包括：基于所述随钻测量参数、所述随钻测井参数和当前控制参数，确定预测钻孔轨迹；显示所述预测钻孔轨迹，响应于操作员的确认操作，确定所述控制参数。

在一些实施例中，所述基于所述随钻测量参数、所述随钻测井参数和预设钻孔轨迹，动态确定钻头的控制参数，包括：获取多组候选控制参数；基于所述多组候选控制参数的每一组，以及所述随钻测量参数和所述随钻测井参数，确定多个预测钻孔轨迹；基于每一个所述预测钻孔轨迹与所述预设钻孔轨迹的偏差，从所述多组候选控制参数中确定所述控制参数。

在一些实施例中，所述基于每一个所述预测钻孔轨迹与所述预设钻孔轨迹的偏差，从所述多组候选控制参数中确定所述控制参数，包括：以评估函数的最小值所对应的所述候选控制参数为所述控制参数；所述评估函数正相关于所述候选控制参数与上一时点的所述控制参数的差异，且正相关于所述预测钻孔轨迹与所述预设钻孔轨迹的位置差。

在一些实施例中，所述控制参数包括钻头转速。

本说明书实施例之一提供一种定向钻孔控制系统，所述系统包括：获取模块，用于获取随钻测量参数和随钻测井参数；所述随钻测量参数用于表示钻井过程中钻头的状态，所述随钻测井参数用于表示钻井过程中地层岩石的物理状态；确定模块，用于基于所述随钻测量参数、所述随钻测井参数和预设钻孔轨迹，动态确定钻头的控制参数；以及控制模块，用于基于所述控制参数，控制钻头进行定向钻孔。

在一些实施例中，所述确定模块进一步用于：基于所述随钻测量参数，确定实钻轨迹；显示所述预设钻孔轨迹和所述实钻轨迹，响应于操作员的操作，确定所述控制参数；和/或获取多组候选控制参数；基于所述多组候选控制参数的每一组，以及所述随钻测量参数和所述随钻测井参数，确定多个预测钻孔轨迹；基于每一个所述预测钻孔轨迹与所述预设钻孔轨迹的偏差，从所述多组候选控制参数中确定所述控制参数。

本说明书实施例之一提供一种定向钻孔控制装置，包括处理器，所述处理器用于执行上述的定向钻孔控制方法。

本说明书实施例之一提供一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储计算机指令，当计算机读取存储介质中的计算机指令后，计算机执行上述的定向钻孔控制方法。

附图说明

本说明书将以示例性实施例的方式进一步说明，这些示例性实施例将通过附图进行详细描述。这些实施例并非限制性的，在这些实施例中，相同的编号表示相同的结构，其中：

图1是根据本说明书一些实施例所示的定向钻孔控制方法的应用场景示意图；

图2是根据本说明书一些实施例所示的定向钻孔控制系统的模块示意图；

图3是根据本说明书一些实施例所示的定向钻孔控制方法的示例性流程图；

图4是根据本说明书一些实施例所示的钻头控制参数确定的示例性流程图；

图5是根据本说明书一些实施例所示的钻头控制参数确定的示例性流程图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本说明书实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本说明书应用于其它类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。

应当理解，本文使用的“系统”、“装置”、“单元”和/或“模块”是用于区分不同级别的不同组件、元件、部件、部分或装配的一种方法。然而，如果其他词语可实现相同的目的，则可通过其他表达来替换所述词语。

如本说明书和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其它的步骤或元素。

本说明书中使用了流程图用来说明根据本说明书的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，前面或后面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各个步骤。同时，也可以将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。

图1是根据本说明书一些实施例所示的定向钻孔控制方法的应用场景示意图。

定向钻孔是在利用钻孔施工时，随着深度的增加，改变钻孔倾角，从而能够以设计的角度穿过目标层位。在定向钻孔作业过程中，由于钻孔轨迹易受岩层地质条件、钻杆重力等因素影响，且工具面向角、倾角以及方位角之间的定量化关系较难确定，钻孔轨迹难以有效控制。鉴于此，本说明书一些实施例提供一种能够有效实现定向钻孔控制的方法及系统。

如图1所示，本说明书一些实施例提供的定向钻孔控制方法的典型应用场景100可以包括定向钻孔设备110、网络120、服务器130、一个或以上终端设备140和存储设备150。可以通过实施本说明书中披露的方法和/或过程对定向钻孔中各个环节进行监控，获取随钻测量参数和随钻测井参数，并根据随钻测量参数、随钻测井参数以及预设钻孔轨迹，确定钻头的控制参数，通过钻头的控制参数对钻头进行调节，进而能够有效地控制钻孔轨迹。

定向钻孔设备110可以为钻机。钻机是在勘探或矿产资源(含固体矿、液体矿、气体矿等)开发中，带动钻具向地下钻进，获取实物地质资料的机械设备。钻机通常可以由机器、机组和机构组成。钻机可以用于钻取岩心、矿心、岩屑、气态样、液态样等，以探明地下地质和矿产资源等情况。

网络120可以促进信息和/或数据的交换。在一些实施例中，应用场景100中的一个或以上组件(例如，服务器130、终端设备140等)可以经由网络120将信息和/或数据发送到应用场景100中的另一个组件。

服务器130可以设置在包括但不限于定向钻孔设备110的控制室、定向钻孔管理中心等场所。在一些实施例中，服务器130中安装有指挥及协调定向钻孔工作人员进行各项工作内容的协作平台。例如，服务器130可以获取随钻测量参数和随钻测井参数、定向钻孔监控信息、定向钻孔异常信息、定向钻孔工作流程等相关信息。

服务器130可以与定向钻孔设备110、终端设备140和存储设备150通信，以提供应用场景100的各种功能。在一些实施例中，服务器130可以经由例如网络120从终端设备140接收数据，对定向钻孔设备110进行钻孔调整。在另一些实施例中，服务器130可以经由例如网络120接收定向钻孔设备110中的相关定向钻孔信息(如，随钻测量参数、随钻测井参数、位置信息等)。

在一些实施例中，服务器130可以是单个服务器，也可以是服务器组。在一些实施例中，服务器130可以本地连接到网络120或者与网络120远程连接。在一些实施例中，服务器130可以在云平台上实施。

在一些实施例中，用户(如，定向钻孔工作人员等)可以是终端设备140的所有者。终端设备140可以接收用户请求，并经由网络120将与请求有关的信息发送到服务器130。例如，终端设备140可以接收用户要求发送确定钻头控制参数的请求，并经由网络120将与请求有关的信息发送到服务器130。终端设备140还可以经由网络120从服务器130接收信息。例如，终端设备140可以从服务器130接收与定向钻孔设备110有关的钻头信息。所确定的一个或以上钻头信息可以显示在终端设备140上。

在一些实施例中，终端设备140可以包括移动设备140-1、平板计算机140-2、膝上型计算机140-3、车载设备等或其任意组合。在一些实施例中，终端设备140可以是固定的和/或移动的。例如，终端设备140可以直接安装在服务器130和/或定向钻孔设备上，成为服务器130和/或定向钻孔设备的一部分。再例如，终端设备140可以是可移动的设备，定向钻孔工作人员可以携带终端设备140位于相对于服务器130以及定向钻孔设备110的距离较远的位置，终端设备140可以通过网络120与服务器130、和/或定向钻孔设备110连接和/或通信。

在一些实施例中，存储设备150可以连接到网络120以与应用场景100的一个或以上组件(例如，服务器130、终端设备140)通信。在一些实施例中，存储设备150可以是服务器130的一部分。

存储设备150可以储存数据和/或指令。数据可以包括与用户、终端设备140等有关的数据。在一些实施例中，存储设备150可以存储从终端设备140和/或定向钻孔设备110获取的数据。在一些实施例中，存储设备150可以储存服务器130用来执行或使用以完成本申请中描述的示例性方法的数据和/或指令。

在一些实施例中，存储设备150可包括大容量存储器、可移动存储器、易失性读写内存、只读内存(ROM)等或其任意组合。在一些实施例中，存储设备150可在云平台上实现。

图2是根据本说明书一些实施例所示的定向钻孔控制系统200的模块示意图。在一些实施例中，如图2所示，定向钻孔控制系统200可以包括获取模块210、确定模块220和控制模块230。

获取模块210可以用于获取随钻测量参数和随钻测井参数。随钻测量参数用于表示钻井过程中钻头的状态。随钻测井参数用于表示钻井过程中地层岩石的物理状态。

确定模块220可以用于基于随钻测量参数、随钻测井参数和预设钻孔轨迹，动态确定钻头的控制参数。

在一些实施例中，确定模块220还可以用于基于随钻测量参数，确定实钻轨迹；显示预设钻孔轨迹和所述实钻轨迹，响应于操作员的操作，确定控制参数。在一些实施例中，确定模块220还可以用于获取多组候选控制参数；基于多组候选控制参数的每一组，以及随钻测量参数和随钻测井参数，确定多个预测钻孔轨迹；基于每一个预测钻孔轨迹与预设钻孔轨迹的偏差，从多组候选控制参数中确定控制参数。关于确定钻头的控制参数的更多内容可以参见图3-图5及其相关描述，此处不再赘述。

控制模块230可以用于基于控制参数，控制钻头进行定向钻孔。

需要注意的是，以上对于定向钻孔控制系统200及其模块的描述，仅为描述方便，并不能把本说明书限制在所举实施例范围之内。可以理解，对于本领域的技术人员来说，在了解该系统的原理后，可能在不背离这一原理的情况下，对各个模块进行任意组合，或者构成子系统与其他模块连接。在一些实施例中，图2中披露的获取模块210、确定模块220和控制模块230可以是一个系统中的不同模块，也可以是一个模块实现上述的两个或两个以上模块的功能。例如，各个模块可以共用一个存储模块，各个模块也可以分别具有各自的存储模块。诸如此类的变形，均在本说明书的保护范围之内。

图3是根据本说明书一些实施例所示的定向钻孔控制方法的示例性流程图。如图3所示，流程300包括下述步骤：

步骤310，获取随钻测量参数和随钻测井参数。在一些实施例中，步骤310可以由获取模块210执行。

随钻测量可以指钻机在钻进的同时连续不断地检测有关钻头或近钻头孔底的信息。随钻测量参数可以用于表示钻井过程中钻头的状态，随钻测量参数可以是钻机在工作过程中有关钻头或近钻头孔底的信息。例如，可以包括但不限于：井底钻头钻压、扭矩、转速、压力、温度、位置、测点深度等。

随钻测井可以指在钻井的过程中测量地层岩石物理参数。随钻测井参数用于表示钻井过程中地层岩石的物理状态，随钻测井参数可以是钻头即将要侵入的地层的物理参数。例如，可以包括但不限于：岩石类型、名称、成分、导电性、硬度、密度、含油气情况、地层信息等。

在一些实施例中，随钻测量参数可以通过跟踪与导向仪来获取，随钻测井参数可以通过钻机中设置的用于地层评价的参数传感器来获取，例如补偿双侧向电阻率、自然伽马、方位中子密度、声波、补偿中子密度、中子孔隙度等测井传感器。其中，获取随钻测井参数和/或随钻测量参数后主要依靠钻井液脉冲实时传输到地面上进行处理。

步骤320，基于随钻测量参数、随钻测井参数和预设钻孔轨迹，动态确定钻头的控制参数。在一些实施例中，步骤320可以由确定模块220执行。

预设钻孔轨迹可以是预先确定的理想钻孔轨迹。例如，预设钻孔轨迹可以是根据钻孔任务的目的、地质条件、施工成本、安全性等因素在钻孔前预先设置的包含有钻机位置的多个位置点的连线。在一些实施例中，预设钻孔轨迹可以表现在横坐标为时间，纵坐标为深度或位置的图上。在一些实施例中，预设钻孔轨迹也可以以其他坐标或其他形式表现。在一些实施例中，预设钻孔轨迹可以由人工根据经验进行设置，也可以由计算机根据历史数据自动进行设置。在一些实施例中，在确定预设钻孔轨迹的同时也可以确定预设钻孔轨迹上每一点对应的时点、预设钻孔轨迹上每一点对应的预设的钻头控制参数、预设钻孔轨迹上每一点对应的预设的随钻测量参数、预设钻孔轨迹上每一点对应的预设的随钻测井参数等。

钻头的控制参数可以指用于控制钻头的钻孔轨迹的相关参数。在一些实施例中，钻头的控制参数可以包括孔倾角、方位角、工具面角等。孔倾角可以是测量孔的轴线相对基准轴线的倾角，孔倾角可以通过倾斜仪获取。方位角可以是钻孔轴线的任意一点切线在水平上的投影与子午线指北方向顺时针旋转的夹角。方位角可以通过根据地磁场定向原理和/或地面定向原理利用方位尺获取。钻孔在垂直状态下方位角为0℃，只有钻孔偏离垂线之后才会呈现出方位角。工具面角可以是造斜工具在孔底时工具面所在的角度。工具面向角可以通过二维正交的重力加速度计和/或磁方位角传感器获取。

在一些实施例中，钻头的控制参数还可以包括钻头的转速。在一些实施例中，钻头的转速可以向操作人员显示。例如，可以与预设钻孔轨迹一同显示，显示预设钻孔轨迹上每一点所对应的钻头的转速。

在一些实施例中，可以根据随钻测量参数获取实钻轨迹，通过实钻轨迹和预设钻孔轨迹，动态确定包括转速在内的控制参数。在一些实施例中，可以获取多组候选控制参数，并从多组候选参数中确定控制参数。关于确定控制参数的更多内容可以参见图4和图5及其相关描述，在此不再赘述。

步骤330，基于控制参数，控制钻头进行定向钻孔。在一些实施例中，步骤330可以由控制模块230执行。

在一些实施例中，可以控制钻头在下一时段或下一时点根据确定好的控制参数进行定向钻孔作业。在一些实施例中，控制参数可以是一个或多个，且控制参数可能在不同时点相同或不同，在定向作业过程中，可以实时调控。

图4是根据本说明书一些实施例所示的钻头控制参数确定的示例性流程图。在一些实施例中，流程400可以由确定模块220执行。流程400包括以下步骤：

步骤410，基于随钻测量参数，确定实钻轨迹。

实钻轨迹可以是钻头实际钻孔的轨迹。在一些实施例中，钻头钻孔的工作持续进行，实钻轨迹可以随着工作进行逐渐获得。在一些实施例中，实钻轨迹可以表现在横坐标为时间，纵坐标为深度或位置的图上。在一些实施例中，实钻轨迹也可以以其他坐标或其他形式表现。

在一些实施例中，可以根据已经钻好的孔道的随钻测量参数来确定实际钻洞轨迹。孔道上位置点的选取可以根据钻头工作间隔一定时间所在的位置来确定。例如，可以获取每隔1秒钟的钻头的位置以及钻头在这些位置的深度等随钻测量参数来确定实际钻孔轨迹。

步骤420，显示预设钻孔轨迹和实钻轨迹，响应于操作员的操作，确定控制参数。

在一些实施例中，可以通过图形显示预设钻孔轨迹和实钻轨迹。图形显示可以是指利用显示设备或具有显示功能的终端来向操作员显示预设钻孔轨迹和实钻轨迹。操作员可以包括定向钻孔作业工作人员、生产安全管理人员、定向钻孔综合管理人员、定向钻孔技术专家等涉及定向钻孔操作及管理的人员。在一些实施例中，图形可以包括一个或多个三维图像以及一个或多个二维图像。在一些实施例中，在图形中可以以彩色显示所述随钻测井参数，便于操作员辨识。

在一些实施例中，预设钻孔轨迹和实钻轨迹可以分别用不同的颜色和/或线型在同一幅图像中显示。例如，可以选取红色的三角形来显示预设钻孔轨迹的一些点，将这些红色的三角形用红色的实线连接起来表示预设钻孔轨迹，同时，可以选取蓝色的圆形来显示实钻轨迹的一些点，将这些蓝色的圆形用蓝色的虚线连接起来表示实钻轨迹，然后将红色的预设钻孔轨迹和蓝色的实钻轨迹在以相同坐标系标识的同一张图像上显示出来。

在一些实施例中，可以以时间为横坐标，深度为纵坐标，在预设钻孔轨迹间隔相同时点显示该时点对应的预设随钻测量参数、预设随钻测井参数以及包括转速在内的预设控制参数等，在实钻轨迹上间隔相同时点显示该时点对应的当前随钻测量参数、当前随钻测井参数以及包括转速在内的当前控制参数等。在一些实施例中，随钻测量参数、随钻测井参数和控制参数等可以是隐藏的，当操作员选取轨迹上的某一点的时候，该点对应的随钻测量参数、随钻测井参数和控制参数等相应显示出来。

在一些实施例中，在同一张图像中还可以根据需要显示预测钻孔轨迹、差值(例如，位置差等)、评估函数等参数，关于其他参数的相关内容可以参见本说明书下述描述，在此不再赘述。

在一些实施例中，操作员可以根据在同一张图像上显示的预设钻孔轨迹和实钻轨迹，以及预设随钻测量参数、预设随钻测井参数、预设控制参数、当前随钻测量参数、当前随钻测井参数、当前控制参数等，通过人工经验的判断或通过机器学习模型，进一步确定钻井工作中下一时点或时间段的控制参数。

在一些实施例中，操作员可以基于推荐的控制参数，点击“确认”，将该推荐的控制参数作为钻井工作中下一时点或时间段的控制参数。推荐的控制参数可以通过预设或满足预设的条件确定。仅作为示例，若当前时点钻头实际位置与预设钻孔轨迹的距离的增量大于阈值(阈值可以人为设定)，可以适当降低钻头的转速，将该降低后的转速作为推荐控制参数。在一些实施例中，可以通过调整钻头转速来调整钻头的位置。例如，当前钻头的转速为1000r/s，当前时点钻头实际位置与预设钻孔轨迹对应位置的距离的增量大于阈值，可以将钻头的转速500r/s作为推荐控制参数向操作员显示，操作员确认后，钻头将以转速500r/s进行钻井工作中下一时点或下一时间段的工作。在一些实施例中，实时监测钻头转速值，便于及时调整。通过降低转速，可以减小钻头轨迹与预设轨迹的偏差。

在一些实施例中，可以根据每档钻头转速对应的实钻位置与预设钻孔轨迹的距离的平均增量，取平均增量小于阈值的各档中转速最大者为推荐控制参数。阈值可以人为设定。

平均增量是指一段时间内实钻位置和预设钻孔位置的差值的平均值。例在一些实施例中，平均增量可以是在一段时间内同一时点对应的实钻轨迹和预设钻孔轨迹上的点差值的平均值来计算。例如，在两个小时内，实钻轨迹和预设钻孔轨迹之间的积分面积为10m²，那么平均增量为10/2＝5。

在一些实施例中，可以将钻头的转速设置为不同的档位。在一些实施例中，不同的档位可以对应不同的平均增量。在一些实施例中，当平均增量小于阈值时，可以取该平均增量对应的档位中的转速的最大值为推荐转速。在一些实施例，可以对平均增量设置不同的阈值，平均增量的不同的阈值对应不同的档位。例如，可以将钻头的转速分为1档、2档，1档中转速范围为1-1000r/s，2档中转速范围为1001-2000r/s，1档对应的平均增量的阈值为X，2档对应的平均增量的阈值为Y，如果计算所得的实际平均增量小于X，那么对应钻头的转速为1挡，推荐转速为1档中转速的最大值，为1000r/s。

通过选择对应档位的钻头的转速最大值作为推荐控制参数保证了较高的钻进速度，减小了对作业速度的影响，又能使实钻轨迹不断靠近预设钻孔轨迹。在一些实施例中，不同档位的多个转速可以对应设置为下述的多组候选控制参数。

在一些实施例中，可以基于随钻测量参数、随钻测井参数和当前控制参数来确定预测钻孔轨迹。然后通过显示预测钻孔轨迹，响应于操作员的确认操作，确定控制参数。

在一些实施例中，预测钻孔轨迹可以包括多条，操作员可以点击显示设备上所显示的轨迹图像中的多条预测钻孔轨迹的其中任意一条上的某一点，显示设备上会相应显示与该点对应的随钻测量参数、随钻测井参数、控制参数等，若操作员确定多条预测钻孔轨迹中的一条为最优预测钻孔轨迹，那么控制参数可以被确认为最优预测钻孔轨迹所对应的预测控制参数。在一些实施例中，该最优预测钻孔轨迹上每一点所对应的预测控制参数可能相同或不同，钻头工作时可以实时进行调整。在一些实施例中，操作员可以通过输入预测钻孔轨迹的编号，显示设备上显示与该预测钻孔轨迹对应的钻头的预测控制参数；若操作员确定该预测钻孔轨迹为最优预测钻孔轨迹，那么控制参数为最优预测钻孔轨迹中的每点对应的预测控制参数。

在一些实施例中，预测钻孔轨迹可以基于第一预测模型确定。在一些实施例中，第一预测模型为机器学习模型，例如LSTM模型。在一些实施例中，第一预测模型的输入可以包括一个时间段内多个时点的过程特征，输出可以包括下一个时间段内多个时点的多个预测位置数据。

过程特征可以是某一时点的与钻机工作过程有关的信息。在一些实施例中，过程特征可以包括位置数据、地层信息、钻机参数、控制参数。

位置数据可以是与钻机在某一时点的位置有关的数据。在一些实施例中，位置数据可以基于随钻测量参数确定。

地层信息可以是与钻机在某一时点的地层有关的数据。例如，地层信息可以包括基底基岩地层、中更新统砾石、下更新统中细砂等。在一些实施例中，地层信息可以基于随钻测井数据确定。

钻机参数可以是与钻机在某一时点的本身有关的数据。例如，钻机参数可以包括钻机的温度、钻头的磨损度等。在过程特征中引入地层信息、钻机参数可以提高第一预测模型预测的准确度，使第一预测模型预测结果符合实际。

在一些实施例中，输入的一个时间段内的多个时点和输出的下一个时间段内的多个时点的数目相同并且相应。例如，可以将当前一个小时(例如，10:00-11:00)内包含3个时点，分别为10:10、10:30和10:50，那么输出为下一个小时(11:00-12:00)多个时点的对应的过程特征，分别为11:10、11:30和11:50。在一些实施例中，时间段是预先设定的，一个时间段和对应的下一个时间段的时长相同，这两个时间段可以连续或者不连续。例如，可以输入10:00-11:00的时点的过程特征，可以输出16:00-17:00的时点的位置数据。在一些实施例中，第一预测模型可以输出下一个时间段内一个时点的多个位置数据。在一些实施例中，基于第一预测模型输出的时点对应的预测位置数据可以形成预测钻孔轨迹。在一些实施例中，预测钻孔轨迹可以包括多条。通过获取操作员的输入，可以确定多条预测钻孔轨迹中的一条作为最优预测钻孔轨迹，从而将该最优预测钻孔轨迹上的每一点对应的预测控制参数确定为钻头的控制参数。

在一些实施例中，第一预测模型可以通过多个带有标签的训练样本得到。例如，可以将多个带有标签的训练样本输入初始第一预测模型，通过标签和初始第一预测模型的预测结果构建损失函数，基于损失函数的迭代更新初始第一预测模型的参数，当初始第一预测模型的损失函数满足预设条件时模型训练完成，其中，预设条件可以是损失函数收敛、迭代的次数达到阈值等。

在一些实施例中，训练样本可以包括若干条历史实钻轨迹中一个时间段内若干连续时点的历史过程特征数据。在一些实施例中，历史过程特征可以包括历史位置数据、历史地层信息、历史钻机参数、历史控制参数。在一些实施例中，标签可以是下一个时间段内多个连续时点的历史位置数据序列和对应的控制参数序列。在一些实施例中，训练样本可以基于历史数据获取。

通过选择钻头的历史实钻轨迹作为样本数据，可以较精确地、高效率地预测钻头下一时点的预测位置数据。

图5是根据本说明书一些实施例所示的钻头控制参数确定的示例性流程图。在一些实施例中，流程500可以由确定模块220执行。流程500包括以下步骤：

步骤510，获取多组候选控制参数。

候选控制参数是下一时段或下一时点钻头的控制参数，候选控制参数可以是一组或多组。例如，方位角θ1、转速φ1可以为一组候选控制参数，方位角θ2、转速φ2可以为另一组候选控制参数。

在一些实施例中，候选控制参数可以根据历史控制参数确定。在一些实施例中，可以对当前控制参数的数值做加减调整来获取至少一组候选控制参数。在一些实施例中，候选控制参数可以是预先设置好的，也可以是基于当前控制参数自动加减预设值得到的。

步骤520，基于多组候选控制参数的每一组，以及随钻测量参数和随钻测井参数，确定多个预测钻孔轨迹。

在一些实施例中，可以根据多个预测钻孔位置数据形成预测钻孔轨迹。例如，可以根据预测钻孔位置对应的时点对预测钻孔位置进行排序，形成预测钻孔轨迹。在一些实施例中，可以通过第二预测模型确定预测钻孔轨迹。

在一些实施例中，第二预测模型可以为机器学习模型，例如LSTM模型。在一些实施例中，第二预测模型的输入为一个时间段内多个时点的随钻测量参数、随钻测井参数以及一组候选控制参数。输出是对应时点的预测位置数据。例如，输入的时间段为当前一个小时(例如，10:00-11:00)，其包含1个时点,为10:10，那么输出的时间段为下一个小时(例如，11:00-12:00)，也包含1个时点，为11:10，那么可以将10:10对应的随钻测量参数、随钻测井参数和11:10对应的多组候选控制参数中的一组输入第二预测模型，输出可以是11:10的预测钻孔位置。在一些实施例中，可以根据预测位置数据来确定预测钻孔轨迹。

第二预测模型的参数可以通过训练获取。在一些实施例中，第一预测模型可以通过多个带有标签的训练样本得到。在一些实施例中，训练样本可以包括一时间段内多个时点的随钻测量参数、随钻测井参数，以及一组候选控制参数和位置数据。在一些实施例中，标签可以是下一个时间段内多个连续时点的历史位置数据。在一些实施例中，训练样本可以基于历史数据获取。

步骤530，基于每一个预测钻孔轨迹与预设钻孔轨迹的偏差，从多组候选控制参数中确定控制参数。

预测钻孔轨迹与预设钻孔轨迹的偏差可以指某一时点的预测钻孔轨迹上的点和预设钻孔轨迹点的距离。在一些实施例中，可以预测钻孔轨迹与预设钻孔轨迹的距离可以通过点的坐标来计算两点间的几何距离来确定。实例性的，预测钻孔轨迹与预设钻孔轨迹的偏差可以通过公式(1)来确定：

其中，d为A和B之间的距离。A(x₁,y₁,z₁)和B(x₂,y₂,z₂)分别为某一时点对应的预测钻孔轨迹与预设钻孔轨迹上的点的坐标。

在一些实施例中，可以在显示设备上显示的轨迹图像上显示预测钻孔轨迹与预设钻孔轨迹的偏差。

在一些实施例中，可以选择评估函数的最小值所对应的候选控制参数作为控制参数。其中，评估函数正相关于候选控制参数与上一时点的控制参数的差异，且正相关于预测钻孔轨迹与预设钻孔轨迹的偏差。

在一些实施例中，评估函数可以通过公式(2)来表示：

f＝a×c+b×d (2)

其中，f为评估函数，a和b为权重参数，可以人为设定，c为候选控制参数与上一时点的控制参数的差异，d为预测钻孔轨迹与预设钻孔轨迹的偏差。

在一些实施例中，多个候选控制参数中的一个与上一时点的控制参数的差异可以通过候选控制参数表示的向量和上一时点的控制参数表示的向量之间的距离来表示。例如，候选控制参数向量可以是(a₁,b₁,c₁,d₁)，上一时点的控制参数向量可以是(a₂,b₂,c₂,d₂)，其中，a、b、c、d分别表示控制参数中的孔倾角、方位角、工具面角、转速，多个候选控制参数中的一个与上一时点的控制参数的差异可以通过计算(a₁,b₁,c₁,d₁)和(a₂,b₂,c₂,d₂)之间的距离来表示。计算距离的方法可以包括但不限于欧式距离、余弦距离、马氏距离、切比雪夫距离和/或曼哈顿距离等。在一些实施例中，可以在显示设备上显示的轨迹图像上显示多个候选控制参数中的一个与上一时点的控制参数的差异和/或评估函数。利用评估函数可以确定最符合需要的钻头控制参数，可以判断钻头方向变化幅度大小等，并及时调整，以满足作业要求。

在一些实施例中，权重参数a可以与钻头的转速和温度负相关。当钻头转速较高和/或温度较高时，可以减小权重参数a进而降低a的权重，从而增加“a*c”对于评估函数值影响，即增加候选控制参数与上一时点的控制参数的差异对评估函数值的影响。通过考虑钻头的温度对钻头转速的影响，可以随时调整钻头的转速和力度，可以保证钻头的使用寿命以及工作效率。

在一些实施例中，可以基于第三预测模型确定钻头控制参数。在一些实施例中，第三预测模型为机器学习模型，例如LSTM模型。在一些实施例中，钻头控制参数预测的输入可以包括历史实钻轨迹中多个连续时点的钻头控制参数，输出可以包括预测的下一个时点的钻头控制参数。在一些实施例中，输入可以是当前时点以及当前时点之前的多个连续时点的钻头控制参数。输出可以是当前时点的下一个时点的控制参数。

第三预测模型的参数可以通过训练获取。在一些实施例中，第三预测模型可以通过多个带有标签的训练样本得到。例如，可以将多个带有标签的训练样本输入初始第三预测模型，通过标签和初始第三预测模型的预测结果构建损失函数，基于损失函数的迭代更新第三预测模型的参数，当第三预测模型的损失函数满足预设条件时模型训练完成，其中，预设条件可以是损失函数收敛、迭代的次数达到阈值等。

在一些实施例中，训练样本可以包括历史实测钻孔轨迹中若干连续时点的钻头控制参数。在一些实施例中，标签可以是若干连续时点的最后一个时点的下一个时点的钻头控制参数。在一些实施例中，训练样本可以基于历史数据获取。根据历史控制参数的数据，可以较精确高效地预测钻头下一时点的控制参数。

在一些实施例中，操作员可以参与控制参数的选取。例如，当操作员认为第三预测模型输出的控制参数明显有错误时，可以选择暂停钻机。再例如，操作员可以选取第三预测模型输出的多组控制参数中的一组作为控制参数。

本说明书实施例之一提供一种定向钻孔控制装置，包括处理器，该处理器用于执行所述计算机指令以实现如上述实施例中任一项所述的定向钻孔控制方法。

本说明书实施例之一提供一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储计算机指令，当计算机读取存储介质中的计算机指令后，计算机执行如上述实施例中任一项所述的定向钻孔方法。

本说明书一些实施例可能带来的有益效果包括但不限于：(1)通过随钻测量参数、随钻测井参数和预设钻孔轨迹，可以较为精确地确定钻头的控制参数；(2)通过第一预测模型和第二预测模型可以精确高效地预测钻头的钻孔轨迹；(3)通过第一预测模型和第二预测模型以及第三预测模型可以精准预测钻头的控制参数；(4)在同一个图像上同时显示实钻轨迹、预设钻孔轨迹、预测钻孔轨迹，并显示轨迹上每点对应的控制参数、随钻测量参数、随钻测井参数以及控制参数差、位置差、评估函数等参数，可以给操作员提供更充分的参考信息，使操作员可以更准确的选择合适的控制参数，以实现对钻头定向钻孔的精确控制。需要说明的是，不同实施例可能产生的有益效果不同，在不同的实施例里，可能产生的有益效果可以是以上任意一种或几种的组合，也可以是其他任何可能获得的有益效果。

上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述详细披露仅仅作为示例，而并不构成对本说明书的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本说明书进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本说明书中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本说明书示范实施例的精神和范围。

同时，本说明书使用了特定词语来描述本说明书的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本说明书至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一个替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本说明书的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

此外，除非权利要求中明确说明，本说明书所述处理元素和序列的顺序、数字字母的使用、或其他名称的使用，并非用于限定本说明书流程和方法的顺序。尽管上述披露中通过各种示例讨论了一些目前认为有用的实施例，但应当理解的是，该类细节仅起到说明的目的，附加的权利要求并不仅限于披露的实施例，相反，权利要求旨在覆盖所有符合本说明书实施例实质和范围的修正和等价组合。例如，虽然以上所描述的系统组件可以通过硬件设备实现，但是也可以只通过软件的解决方案得以实现，如在现有的服务器或移动设备上安装所描述的系统。

同理，应当注意的是，为了简化本说明书披露的表述，从而帮助对一个或多个实施例的理解，前文对本说明书实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本说明书对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。

一些实施例中使用了描述成分、属性数量的数字，应当理解的是，此类用于实施例描述的数字，在一些示例中使用了修饰词“大约”、“近似”或“大体上”来修饰。除非另外说明，“大约”、“近似”或“大体上”表明所述数字允许有±20％的变化。相应地，在一些实施例中，说明书和权利要求中使用的数值参数均为近似值，该近似值根据个别实施例所需特点可以发生改变。在一些实施例中，数值参数应考虑规定的有效数位并采用一般位数保留的方法。尽管本说明书一些实施例中用于确认其范围广度的数值域和参数为近似值，在具体实施例中，此类数值的设定在可行范围内尽可能精确。

针对本说明书引用的每个专利、专利申请、专利申请公开物和其他材料，如文章、书籍、说明书、出版物、文档等，特此将其全部内容并入本说明书作为参考。与本说明书内容不一致或产生冲突的申请历史文件除外，对本说明书权利要求最广范围有限制的文件(当前或之后附加于本说明书中的)也除外。需要说明的是，如果本说明书附属材料中的描述、定义、和/或术语的使用与本说明书所述内容有不一致或冲突的地方，以本说明书的描述、定义和/或术语的使用为准。

最后，应当理解的是，本说明书中所述实施例仅用以说明本说明书实施例的原则。其他的变形也可能属于本说明书的范围。因此，作为示例而非限制，本说明书实施例的替代配置可视为与本说明书的教导一致。相应地，本说明书的实施例不仅限于本说明书明确介绍和描述的实施例。

Claims (8)

1.一种定向钻孔控制方法，其特征在于，所述方法包括：

获取随钻测量参数和随钻测井参数；所述随钻测量参数用于表示钻井过程中钻头的状态，所述随钻测井参数用于表示钻井过程中地层岩石的物理状态；

基于所述随钻测量参数、所述随钻测井参数和预设钻孔轨迹，动态确定钻头的控制参数，其中包括：

获取多组候选控制参数；

基于所述多组候选控制参数的每一组，以及所述随钻测量参数和所述随钻测井参数，确定多个预测钻孔轨迹，其中，

所述预测钻孔轨迹通过第一预测模型获取，所述第一预测模型的输入包括一个时间段内多个时点的过程特征，输出包括下一个时间段内多个时点的多个预测位置数据，所述过程特征包括位置数据、地层信息、钻机参数、控制参数，其中，所述位置数据基于所述随钻测量参数确定，所述地层信息基于随钻测井参数确定；

基于所述第一预测模型输出的所述多个预测位置数据获取所述预测钻孔轨迹；

基于每一个所述预测钻孔轨迹与所述预设钻孔轨迹的偏差，从所述多组候选控制参数中确定所述钻头的控制参数，其中包括：

使用评估函数，对所述候选控制参数与上一时点的控制参数的差异以及所述预测钻孔轨迹与所述预设钻孔轨迹的所述偏差进行加权计算，将所述评估函数计算结果的最小值对应的所述候选控制参数作为所述钻头的控制参数，其中，所述候选控制参数与上一时点的控制参数的差异的权重系数与钻头的转速和温度负相关；

基于所述控制参数，控制钻头进行定向钻孔。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述随钻测量参数、所述随钻测井参数和预设钻孔轨迹，动态确定钻头的控制参数，包括：

基于所述随钻测量参数，确定实钻轨迹；

显示所述预设钻孔轨迹和所述实钻轨迹，响应于操作员的操作，确定所述控制参数。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述响应于操作员的操作，确定所述控制参数，包括：

基于所述随钻测量参数、所述随钻测井参数和当前控制参数，确定预测钻孔轨迹；

显示所述预测钻孔轨迹，响应于操作员的确认操作，确定所述控制参数。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制参数包括钻头转速。

5.一种定向钻孔控制系统，其特征在于，所述系统包括：

获取模块，用于获取随钻测量参数和随钻测井参数；所述随钻测量参数用于表示钻井过程中钻头的状态，所述随钻测井参数用于表示钻井过程中地层岩石的物理状态；

确定模块，用于基于所述随钻测量参数、所述随钻测井参数和预设钻孔轨迹，动态确定钻头的控制参数，所述确定模块进一步用于：

获取多组候选控制参数；

基于所述多组候选控制参数的每一组，以及所述随钻测量参数和所述随钻测井参数，确定多个预测钻孔轨迹，其中，

所述预测钻孔轨迹通过第一预测模型获取，所述第一预测模型的输入包括一个时间段内多个时点的过程特征，输出包括下一个时间段内多个时点的多个预测位置数据，所述过程特征包括位置数据、地层信息、钻机参数、控制参数，其中，所述位置数据基于所述随钻测量参数确定，所述地层信息基于随钻测井参数确定；

基于所述第一预测模型输出的所述多个预测位置数据获取所述预测钻孔轨迹；

基于每一个所述预测钻孔轨迹与所述预设钻孔轨迹的偏差，从所述多组候选控制参数中确定所述钻头的控制参数，其中包括：

使用评估函数，对所述候选控制参数与上一时点的控制参数的差异以及所述预测钻孔轨迹与所述预设钻孔轨迹的所述偏差进行加权计算，将所述评估函数计算结果的最小值对应的所述候选控制参数作为所述钻头的控制参数，其中，所述候选控制参数与上一时点的控制参数的差异的权重系数与钻头的转速和温度负相关；以及

控制模块，用于基于所述控制参数，控制钻头进行定向钻孔。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述确定模块进一步用于：

基于所述随钻测量参数，确定实钻轨迹；

显示所述预设钻孔轨迹和所述实钻轨迹，响应于操作员的操作，确定所述控制参数。

7.一种定向钻孔控制装置，其特征在于，包括处理器，所述处理器用于执行权利要求1-4中任一项所述的定向钻孔控制方法。

8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质存储计算机指令，当计算机读取存储介质中的计算机指令后，计算机执行如权利要求1-4任一项所述的定向钻孔控制方法。