[发明专利]一种待钻井眼轨道自动优化设计的方法

说明书

一种待钻井眼轨道自动优化设计的方法，构建待钻井眼轨道评价函数的优化模型，设定原设计轨道的井身参数以及待钻井眼轨道的初始值，自动计算出评价函数值，从而自动筛选出最优待钻井眼轨道。本发明将无穷维优化问题离散化成有限维优化问题，然后求解有限维优化问题，用求解出来的有限维优化问题的解来近似地作为无穷为优化问题的解；即解决了钻井现场嵌入式设备的性能与设备成本之间的矛盾，又能满足钻井工程上的精度要求。实现了待钻井眼轨道设计的快速优化、及时性、科学性、规范性，减少了人为因素产生的随意性和不确定性。

技术领域

本发明涉及经验轨道设计领域，尤其涉及一种待钻井眼轨道自动优化设计的方法。

背景技术

待钻井眼轨道设计是钻井施工中实现定向钻井的重要任务。待钻井眼轨道的设计结果不仅影响到定向控制的难易程度，还直接关系到能否实现安全、优质、快速地完成钻井作业。待钻井眼轨道的优化设计不仅能够减轻井眼轨道控制的难度、减少定向控制的工作量，还能够减小钻具组合的扭矩和摩阻，有利于钻井速度和井身质量的提高、降低钻井作业综合成本。

与原设计轨道)相比，待钻井眼轨道优化设计有很多不同的特别之处：

第一，待钻井眼轨道是从实钻过程中的当前钻头位置开始钻达设计目标，在每进行一次测斜测量之后，都需要重新进行一次待钻井眼轨迹设计，从而为下一步钻井轨迹控制提供参考依据。

第二，待钻井眼轨道要贴近原设计轨道，两者之间不能相距太远，两者之间的距离随着井深的增加逐渐地趋近于零、直到准确地钻达设计目标。

第三，在当前钻头位置偏离原设计轨道较大时，不能立刻将待钻井眼轨道扭至原设计轨道，要考虑钻具组合的造斜能力、原设计轨道的井眼曲率、待钻井眼轨道的光顺程度等因素，以保障优质的井身质量和后续钻井作业(比如下套管)的通过性好。

目前在钻进过程中，也有一些做法可以对待钻井眼轨道进行人工筛选，力求得到比较好的待钻井眼轨道，这些做法有以下一些特征：

第一，用钻井工程设计相关软件设计几条或十几条待钻井眼轨道，从这些事先设计好了的待钻井眼轨道中筛选出设计者认为是最优的待钻井眼轨道。

第二，每一位设计者对指标的选择不尽相同，对多个指标、考虑的侧重度也不同，而且对待钻井眼轨道的最优性有很大的主观性。这样的结果是：不同的设计人员对同样的设计条件，设计出来最优待钻待钻井眼轨道是不同的。

第三，设计过程麻烦，除了先期的数条待钻井眼轨道可以借用专门的井眼轨道设计软件来完成，但是后面的人工优选都得手工操作，不能由计算机自动地完成。这样造成工作效率很低，不能满足钻井现场钻进过程要求的及时性，耽误钻进时间，增大钻井成本。

待钻井眼轨道有5项约束条件：井斜控制条件、方位控制条件、曲率控制条件、距离偏差控制条件、目标控制条件；满足以上约束条件的待钻井眼轨道，在理论上有无穷多条，在工程应用上，没有必要考虑这无穷多种可能性；而且考虑无穷多种待钻井眼轨道可能性所需要的数值算法，在编写成计算机程序之后，对计算机的内存和运行速度有很高的性能要求，很难在钻井现场普通的嵌入式设备上通畅地运行；如果必须要在钻井现场嵌入式设备上通畅运行，势必增加钻井成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种待钻井眼轨道自动优化设计的方法，从而解决现有技术中存在的前述问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种待钻井眼轨道自动优化设计的方法，包括以下步骤：

S1、设定原设计轨道设计节点P_l的井身参数为：

L_l,α_l,φ_l,N_l,E_l,H_l，l＝0,1,2,…,(M-1)