[发明专利]一种基于Kalman滤波的改进SAGD算法

说明书

技术领域

本发明涉及磁场定位技术领域，尤其涉及基于SAGD技术在低信噪比或突发干扰情况下测距导向的不足提出一种基于Kalman滤波的改进算法。

背景技术

据统计，世界稠油、超稠油和天然沥青的储量约为1000×10⁸t，占有油气总储量较大的比例，对于稠油资源相对丰富的中国、美国和加拿大等国家来说，如何经济有效的开采稠油成为石油界的一个重大课题。传统开采稠油是采用热力采油，包括蒸汽吐、蒸汽驱等技术，其对于普通稠油的开采十分成功。然而，传统方法对于地下原油粘度超过10⁴mPa·s的特稠油开采的经济效益很差，而对于粘度超过5×10⁴mPa·s，甚至高达10⁵mPa·s的超稠油、沥青等，传统方法根本无法开采。20世纪70年代末，加拿大石油工业专家R.M.Butler提出了蒸汽辅助重力泄油（Steam Assisted Gravity Drainage,SAGD）技术，采用蒸汽驱开采方式，向注汽井连续注入高温、高干度蒸汽，蒸汽向上超覆在地层中形成蒸汽腔，蒸汽腔向上及侧面扩展，与油层中的原油发生热交换，加热后的原油和蒸汽冷凝水靠重力作用泄到下面的水平生产井中产出。生产水平井一般是在接近油柱底部油水界面上，蒸汽通过该水平井上方与前者相平行的第2口水平井或一系列垂直井持续注入，从而在生产井上方形成蒸汽室。SAGD与水平井技术相结合被认为是20世纪末所建立的最著名的油藏工程理论。

SAGD的布井方式主要有双水平井方式、直井水平井联合方式及单井SAGD。实验表明，双水平井情况下的采油率最高，效果最佳，在相同原油和蒸汽压力的情况下，水平井的采油速度大约是垂直井的2-3倍。在水平双井的钻井过程中，通常先打通一口水平井，然后在距离前者的正上方或正下方3-5m的位置打通第二口平行的水平井。SAGD布设水平双井的关键在于保证两口水平井处于同一垂直平面内。因此，在第二口水平井的钻进过程中应对钻进位置进行导航定位，在钻头偏离预定平面时及时给于修正。

20世纪90年代，Arthur F.Kuckes等人在专利US005589775A中提出一种针对SAGD技术的导航定位系统，并设计相应算法（以下简称SAGD算法）。如图1所示，该系统在钻头后部安装一永磁体并随钻头转动，在钻进过程中产生一个不断移动的时变磁场。而在已有水平井中，放置一个磁传感器，并向钻进方向移动位置，保持与钻头一定的进尺间距。通过对磁场数据的分析，可以得到两口水平井的相对距离及垂直偏离角度等信息，实现对钻进位置的导航定位。然而，该算法在钻头钻进过程中仅通过对特定位置磁场的一次测量进行解算，在低信噪比或突发干扰情况下，其定位结果的准确性将变差。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是提供一种仅在一次连续钻进过程中，在不同位置实现对同一点的多次测量，保证钻井过程连续性及抗噪声和干扰的基于Kalman滤波的改进SAGD算法。

（二）技术方案

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于Kalman滤波的改进SAGD算法，包括以下步骤：

①、在已有井中选取若干目标点作为相对导航定位的参考点，目标点间隔取为预定双井间距Δl的4倍，磁传感器将随钻进过程放置于不同目标点，划分各目标点作用距离；

②、在目标点作用距离内，磁传感器记录钻进过程中的磁场数据，计算总磁场的归一化幅值；

③、选取若干离散的归一化幅值作为测点，各测点分别由SAGD算法计算得到多个相对距离r；

④、由上述测点中提取x、y方向的磁场分量，按照磁场模型解算出多个其双井相对的垂直偏离角度θ；

⑤、将多个测点的r和θ值依次输入Kalman滤波器，对于第m次滤波，r_m和θ_m分别按照相对几何位置加权规则实施状态转移，给出一步预测值；

⑥、对r和θ进行滤波更新，得到其滤波估计；

重复⑤-⑥，直至所有测点输入完毕，此时的滤波估计即为最终的定位结果。

进一步的技术方案是，在步骤①中，进尺为z₂的目标点，其作用距离划分为钻头进尺z₁由z₂-2Δl变化至z₂+2Δl的位置。

进一步的技术方案是，步骤②中计算归一化幅值的具体方法是，