[发明专利]一种丛式井井口靶批量分配及三维轨迹优化设计方法

说明书

一种丛式井井口靶批量分配及三维轨迹优化设计方法，以蚁群搜索算法为基础，求解迭代中所有蚂蚁的最短路径；判断迭代次数是否达到最大迭代次数；建立井眼轨迹优化目标；轨迹优化蚁群算法参数初始化；计算评价函数值和空间转移概率；求解蚂蚁在一次转移中走过的距离；判断蚂蚁搜索是否终止；判断蚂蚁序号数是否等于蚂蚁个数；判断迭代次数是否达到最大迭代次数；求解最优路径；判断是否完成批量设计；最后批量设计结果展示；本发明基于蚁群搜索算法实现井口靶分配批量分配以及井眼轨迹的优化设计，将丛式井井口靶分配和轨迹优化设计相结合，大大提高了井口靶分配和轨迹设计的效率。

技术领域

本发明属于油气钻井技术领域，特别涉及一种丛式井井口靶批量分配及三维轨迹优化设计方法。

背景技术

为了满足油田整体的开发需求，降低钻井作业成本，提高油井的集中管理能力，丛式井钻井技术在油田受到了广泛的应用。丛式井是指在一个井场或平台上，钻出若干口甚至上百口井，各井的井口相距数米至数十米不等，各井井底则按照设计要求延伸至不同方位，即在一个平台(海上平台、沙漠钻井平台、人工岛等)上钻出一组定向井。但是，由于丛式井是在有限的空间内完成十几口甚至上百口井的施工，在其作业过程中会存在大量的作业困难。因此，如何合理、高效实现丛式井井口靶批量分配和井眼三维轨迹优化，对丛式井的施工变得尤为重要。

关于井口靶批量分配的研究主要集中于“水平位移和最小”、“总井深之和最小”、“总井深与总水平位移和最小”等几个方面，在实际计算过程中存在计算时间复杂度高，计算效果难以满足实际工程需求等问题。

关于井眼三维轨迹优化设计则多以最优化理论为数学依据，以井眼最短为目标函数，以工具造斜率、造斜点垂深、井斜角、方位角等为约束条件，构造拉格朗日函数，将等式约束问题转化为不等式约束问题，进而求解不等式约束问题的数学方程组，该求解过程比较繁琐，数值求解算法效率低。

综上所述，目前尚没有一套完整的理论研究关于丛式井井口靶批量分配及三维轨迹优化设计方法，这给丛式井的设计及施工指导带来不便。

发明内容

为了克服现有井口靶批量分配模型和井眼三维轨迹设计模型的求解过程繁琐、计算效果难以满足实际工程需求的问题，本发明的目的在于提供一种丛式井井口靶批量分配及三维轨迹优化设计方法，该方法以蚁群搜索算法为基础，通过罚函数实现井口与靶点间的批量分配，通过地层离散化设计实现井眼轨迹的优化设计。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种丛式井井口靶批量分配及三维轨迹优化设计方法，包括以下步骤：

步骤一、数据载入，载入待设计区块的井口坐标和靶点坐标，其中井口个数为m，靶点个数为n；

步骤二、井口靶分配蚁群算法参数初始化，初始迭代次数NC；人工蚂蚁数sumant；初始蚂蚁序号ant；信息素重要程度参数pip；启发式因子重要程度参数edp；信息素蒸发系数pec；最大迭代次数NC_max；信息素增加强度pai，开始为1；惩罚因子pf。

步骤三、计算每个井口到靶点的距离，计算公式为两点间距离公式：

式中，D(i,j)为第i井口至第j靶点的距离；x_hi，y_hi，z_hi分别为第i井口的三维坐标；x_bj，y_bj，z_bj分别为第j靶点的三维坐标；

步骤四、将蚂蚁随机放在任意井口位置；

步骤五、计算剩余靶点的空间转移概率，剩余靶点指未被该只蚂蚁访问的靶点，计算蚂蚁从第i井口去向第j靶点的空间转移概率空间，空间转移概率计算公式如下：