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井眼轨迹预测与待钻轨道优化设计方法研究

井眼轨迹预测与待钻轨道优化设计方法研究

作者：王潘涛中国石油大学(北京)

学位级别：硕士

随着油气勘探开发力度的不断增大,精确的井眼轨迹预测和控制越来越成为制约钻井成功的关键技术。钻井井眼轨迹形成于地下,钻井工程师只能通过随钻监测传感器(MWD)测量的数据来监测井眼轨迹的变化,测量数据无法真实反应井底钻头实际情况... 详细信息

随着油气勘探开发力度的不断增大,精确的井眼轨迹预测和控制越来越成为制约钻井成功的关键技术。钻井井眼轨迹形成于地下,钻井工程师只能通过随钻监测传感器(MWD)测量的数据来监测井眼轨迹的变化,测量数据无法真实反应井底钻头实际情况,造成钻井井眼轨迹与设计轨道总会发生偏差,轨迹调整频繁,这些情况制约着钻井施工的顺利进行。本文借鉴前人基础研究和相关轨迹预测方法,提出了井眼轨迹数据清洗与处理方法。通过对实时工程数据和测斜数据分析,利用Python的Numpy和Pandas工具包进行了相应的数据清洗、数据融合和缺失值补全,建立了井眼轨迹数据处理流程方法;总结前人研究的四种物理计算模型并利用单井数据进行了实际应用;结合数据处理和井眼轨迹影响因素,利用两种机器学习算法:支持向量机算法(SVR)和循环神经网络(RNN),建立了井眼轨迹智能预测方法,预测精度明显优于传统井眼轨迹预测模型;建立了基于空间圆弧模型和恒工具面模型的待钻轨道优化设计方法,优化求解方法采用精英保留的遗传算法(SEGA),实际求解快速方便,可为现场井眼轨迹控制提供借鉴;最后,根据井眼轨迹预测方法及待钻轨道设计方法,结合各方法特征以及方法的求解过程,开发了水平井井眼轨迹随钻监测及调整设计软件。本文所研究的内容,对于智能钻井背景下井眼轨迹智能控制,推动钻井作业自动化和智能化发展具有一定的借鉴意义。

关键词：井眼轨迹数据处理机器学习待钻轨道优化设计

基于数据融合的近钻头井眼轨迹参数动态测量方法

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石油钻探技术 2022年第1期50卷 38-44页

作者：宋晓健郑邦贤谭勇志黄秉亚马鸿彦董晨曦中国石油集团渤海钻探工程有限公司定向井技术服务分公司天津300280

采用三轴加速度计、磁通门和速率陀螺测量系统随钻测量井眼轨迹参数时,由于旋转、振动和磁干扰等因素的影响,造成测量结果存在较大偏差,无法满足随钻地质导向的要求。为此,针对三轴加速度计、磁通门和速率陀螺随钻测量系统,建立了基于... 详细信息

采用三轴加速度计、磁通门和速率陀螺测量系统随钻测量井眼轨迹参数时,由于旋转、振动和磁干扰等因素的影响,造成测量结果存在较大偏差,无法满足随钻地质导向的要求。为此,针对三轴加速度计、磁通门和速率陀螺随钻测量系统,建立了基于四元数井眼轨迹参数测量模型,并依据状态方程和量测方程,应用3个捷联式卡尔曼滤波器和磁干扰校正系统对加速度计、磁通门信号进行滤波、校正,形成了基于数据融合的近钻头井眼轨迹参数动态测量方法。实验室模拟试验和现场实钻表明,采用该测量方法测得的井眼轨迹参数精度大幅提高。研究表明,采用基于数据融合的近钻头井眼轨迹参数动态测量方法可以消除旋转、振动和磁干扰对三轴加速度计、磁通门和速率陀螺随钻测量系统随钻测量结果的影响,提高该测量系统随钻测量的精度,满足随钻地质导向的要求。

关键词：近钻头井眼轨迹动态测量数学模型捷联式卡尔曼滤波

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井眼轨迹不确定性表征方法

石油勘探与开发 2019年第2期46卷 391-396页

作者：刘修善中国石化石油工程技术研究院北京100101

针对井眼轨迹的不确定性问题提出了误差椭球姿态表征、截面误差椭圆解算、误差椭圆柱构建等方法,并进行实例计算。根据井斜角、方位角和工具面角定义,提出了井眼轨迹误差椭球姿态的表征方法;通过空间任意平面截取误差椭球,建立了截面误... 详细信息

针对井眼轨迹的不确定性问题提出了误差椭球姿态表征、截面误差椭圆解算、误差椭圆柱构建等方法,并进行实例计算。根据井斜角、方位角和工具面角定义,提出了井眼轨迹误差椭球姿态的表征方法;通过空间任意平面截取误差椭球,建立了截面误差椭圆的通用概念及算法,以分析井眼轨迹在水平面、铅垂面、法平面等任意平面上的误差;基于曲面相切和曲线投影理论,提出了井眼轨迹误差椭圆柱的构建方法,可评价井眼轨迹的轴向包络误差及其沿井深的变化情况。研究表明,井越深井眼轨迹误差越大;在使用常规随钻测量的深井超深井中,井眼轨迹位置误差可达数十米。提供了成套的井眼轨迹误差分析方法,用于评价井眼轨迹的监测精度及可靠性。

关键词：钻井理论定向钻井井眼轨迹随钻测量不确定性误差分析

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考虑磁方位校正的井眼轨迹测量误差计算

石油钻探技术 2023年第6期51卷 25-31页

作者：于瑞丰刁斌斌高德利石油工程教育部重点实验室(中国石油大学(北京)) 北京102249

随着水平井、丛式井等技术的推广应用,对井眼方位角的测量精度要求越来越高。磁干扰条件下,多测点分析方法(MSA)是校正磁方位并提高井眼轨迹测量精度的一种有效方法。与现有井眼轨迹测量误差计算模型仅考虑轴向磁干扰校正相比,MSA同时... 详细信息

随着水平井、丛式井等技术的推广应用,对井眼方位角的测量精度要求越来越高。磁干扰条件下,多测点分析方法(MSA)是校正磁方位并提高井眼轨迹测量精度的一种有效方法。与现有井眼轨迹测量误差计算模型仅考虑轴向磁干扰校正相比,MSA同时考虑了轴向磁干扰和传感器误差源校正。因此,有必要建立适用于MSA的井眼轨迹测量误差计算模型。基于传感器误差模型及协方差传播率,推导了以直接测量参数为自变量的误差源权函数,建立了考虑磁方位校正的井眼轨迹测量误差计算模型,揭示了地磁参考场精度对校正后井眼轨迹误差的影响规律。研究结果表明,考虑磁方位校正的井眼轨迹测量误差随地磁参考场的精度降低而增大;采用高精度地磁模型进行磁方位校正,对于提高磁方位角测量精度、减小井眼轨迹测量误差具有现实意义。

关键词：随钻测量井眼轨迹测量误差磁方位校正多测点分析丛式井

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沉浸式定向井井眼轨迹虚拟可视化系统

计算机仿真 2022年第7期39卷 416-420页

作者：沙林秀李琨邵小华西安石油大学陕西省钻机控制重点实验室陕西西安710065 大庆钻探钻井一公司浙江兰溪321100

针对日益复杂的井下油气钻井作业,为满足井眼轨迹的可视化的控制决策需求,系统通过3Ds max设计井场环境、地层和钻头模型,在unity3d引擎下编写C#(C sharp)脚本程序,驱动钻头在虚拟环境下运行并绘制井眼轨迹,从而研发的一套定向井井眼轨... 详细信息

针对日益复杂的井下油气钻井作业,为满足井眼轨迹的可视化的控制决策需求,系统通过3Ds max设计井场环境、地层和钻头模型,在unity3d引擎下编写C#(C sharp)脚本程序,驱动钻头在虚拟环境下运行并绘制井眼轨迹,从而研发的一套定向井井眼轨迹虚拟可视化系统。以陕北某定向井为例,在可视化地层中,实现了优化井迹与随钻井迹的三维动态显示。结果证明,上述系统实现的钻井平台虚拟可视化、虚拟钻头动态控制和沉浸式动态漫游显示,不仅为随钻井眼轨迹精确控制与决策提供提供一个友好的临境式、交互式决策环境和研究平台,同时降低钻井成本和风险,提高研究效率。

关键词：三维建模脚本编程井眼轨迹虚拟现实

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井眼轨迹模式定量识别方法

石油勘探与开发 2018年第1期45卷 145-148页

作者：刘修善中国石化石油工程技术研究院北京100101

为了准确计算实钻轨迹,提出了井眼轨迹模式定量识别方法,并进行实例分析。随钻测量数据可以提供井斜角、方位角以及工具面角的实测值,据此提出利用工具面角来识别井眼轨迹模式的技术思路。根据导向钻具的定向造斜机理建立了适用所有井... 详细信息

为了准确计算实钻轨迹,提出了井眼轨迹模式定量识别方法,并进行实例分析。随钻测量数据可以提供井斜角、方位角以及工具面角的实测值,据此提出利用工具面角来识别井眼轨迹模式的技术思路。根据导向钻具的定向造斜机理建立了适用所有井眼轨迹的工具面角方程,结合各种井眼轨迹模型的特征参数便可计算工具面角理论值。评价工具面角理论值与实测值之间的误差,可优选出最符合实际的井眼轨迹模型。井眼轨迹模式识别提供了测斜计算方法的定量评价指标和选用依据,可避免主观和随意选用测斜计算方法等问题,从而能提高井眼轨迹的监测精度及可靠性。

关键词：定向钻井井眼轨迹模式识别测斜计算随钻测量

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井眼轨迹模型的通用格式

石油学报 2015年第3期36卷 366-371页

作者：刘修善刘子恒中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院北京100101 大庆油田有限责任公司第一采油厂黑龙江大庆163000

针对井眼轨迹模型的多样性问题,提出了空间圆弧、圆柱螺线和自然曲线等模型的通用格式。将各种井眼轨迹模型的空间坐标增量都表述为3个坐标分配系数与某个参考量的乘积,其中坐标分配系数分别表征了单位长度参考量所对应的各坐标增量,再... 详细信息

针对井眼轨迹模型的多样性问题,提出了空间圆弧、圆柱螺线和自然曲线等模型的通用格式。将各种井眼轨迹模型的空间坐标增量都表述为3个坐标分配系数与某个参考量的乘积,其中坐标分配系数分别表征了单位长度参考量所对应的各坐标增量,再引入一个参考量化算系数,将不同井眼轨迹模型的参考量都化算为井段长度,使得每种井眼轨迹模型的各坐标增量都表示成了参考量化算系数、坐标分配系数和井段长度三者乘积的形式,具有形式简明、易于计算机编程等特点。由于不同的导向钻井方式要使用不同的井眼轨迹模型,所以对于同一个井眼轨迹设计、监测或控制问题就要分别建立适用于不同导向钻井方式的计算方法。通用格式的井眼轨迹模型可提供普遍适用的计算方法,不同的导向钻井方式只需选用不同系数的井眼轨迹模型。

关键词：钻井理论定向钻井井眼轨迹数学模型计算方法

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井眼轨迹预测理论及方法研究

天然气工业 2004年第4期24卷 38-40页

作者：祝效华刘清友李红岩童华 "油气藏地质及开发工程"国家重点实验室.西南石油学院中原油田钻井二公司

科学的井眼轨迹设计方法和精确的井眼轨迹预测与控制技术是确保定向井、丛式井、水平井、大位移井、老井重钻、复杂结构井等一系列特殊工艺井钻井成功 ,降低钻井成本的关键技术。科学的井眼轨迹预测不仅可以指导轨迹设计、预测实钻井眼... 详细信息

科学的井眼轨迹设计方法和精确的井眼轨迹预测与控制技术是确保定向井、丛式井、水平井、大位移井、老井重钻、复杂结构井等一系列特殊工艺井钻井成功 ,降低钻井成本的关键技术。科学的井眼轨迹预测不仅可以指导轨迹设计、预测实钻井眼轨迹参数 ,而且可以优化下部钻具组合、提高轨迹控制精度。文章对井眼轨迹预测理论及方法作了简要的分类 ,介绍了几种目前常用的井眼轨迹预测方法及其特点 ;提出了基于钻井系统动力学的井眼轨迹预测理论及方法 ,建立了新的预测模式 ,提出了井眼轨迹不仅与下部钻具组合和钻头与岩石互作用有关 ,而且与钻柱的振动和钻井液水力作用有关。

关键词：井眼轨迹系统动力学钻井力学钻头岩石互作用钻井液

井眼轨迹随钻测量中的测斜仪器不对中随机误差分析

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中国石油大学学报（自然科学版） 2006年第2期30卷 41-44页

作者：陈炜卿管志川赵丽中国石油大学石油工程学院山东东营257061 胜利油田采油工艺研究院山东东营257000

为了更加准确地描述随钻测量时产生的井眼轨迹误差,利用误差分析方法对随钻测量时测量仪器与井眼轴线不重合所产生的误差进行了分析,并采用拉格朗日插值进行了计算。结果表明,这种不对中所引起的测量误差属于随机误差的范畴,该误差对井... 详细信息

为了更加准确地描述随钻测量时产生的井眼轨迹误差,利用误差分析方法对随钻测量时测量仪器与井眼轴线不重合所产生的误差进行了分析,并采用拉格朗日插值进行了计算。结果表明,这种不对中所引起的测量误差属于随机误差的范畴,该误差对井斜和方位测量结果的作用是相同的,且服从均匀分布。算例分析表明,这种随机误差相对于系统误差所造成的井眼位置的不确定范围要小得多。测点处的随机误差椭球的中心与测点之间的距离很近,但是,随着钻头尺寸与钻铤尺寸差别的增大,此距离增大,并且椭球的3个半轴也呈现相同的变化趋势。

关键词：井眼轨迹随钻测量测斜仪测量误差随机误差误差分析