用于扫描邻井法面距离的解算方法与流程

本发明涉及油气井工程领域，具体地说，涉及一种用于扫描邻井法面距离的解算方法。
背景技术：
：为满足石油储量和产量的需求，老油田不断加密井距来挖潜剩余油，非常规油气资源开发正在发展分支井、鱼骨井以及井工厂技术，海上钻井的单平台布井数量越来越多而形成高密集丛式井。随着布井密度的不断增大，邻井间的距离越来越小，因此邻井防碰问题就越来越突出。邻井法面距离扫描是一种邻井防碰评价的常用方法，它用参考井的法平面来扫描邻井，以获取参考井与邻井间的距离，进而评价参考井与邻井是否相碰或是否存在相碰风险。传统的邻井法面距离扫描方法只能识别邻井上相邻测点位于法面异侧的情况，不能识别邻井上相邻测点位于法面同侧的情况，存在可能遗漏邻井防碰危险点的问题。为解决这个问题，目前存在邻井法面距离扫描的解析法。但是，解析法只适用于空间圆弧形的井眼轨迹，不适用于其它形状的井眼轨迹。为此，亟需建立邻井法面距离扫描的通用解算方法，以弥补现有技术缺陷。因此，本发明提供了一种用于扫描邻井法面距离的解算方法。技术实现要素：为解决上述问题，本发明提供了一种用于扫描邻井法面距离的解算方法，所述方法包含以下步骤：按行业规程采用测量仪器获得参考井和比较井的测斜数据，并基于所述测斜数据计算出所述参考井和所述比较井的井眼轨迹，其中，所述参考井为新设计井或正钻进井，所述比较井为所述参考井邻近的已钻井；将所述参考井和所述比较井归算到同一个坐标系下，并按所述参考井的井深区间来确定扫描范围；在所述参考井的所述扫描范围内选取参考点，基于所述参考点建立法平面，扫描所述比较井的每个测段，并判别所述法平面与所述比较井是否相交；当所述法平面与所述比较井的任一测段相交时，计算并保存交点的轨迹参数，并将所述交点作为备选比较点；基于所述备选比较点确定比较点，计算所述参考点与所述比较点之间的法面距离和扫描角，以表征所述参考点和所述比较点之间的相对位置关系，用于邻井防碰评价。根据本发明的一个实施例，在将所述参考井和所述比较井归算到同一个坐标系下的步骤中，还包括：所述同一个坐标系采用所述参考井的井口坐标系，所述井口坐标系的北坐标轴指向真北或网格北方向。根据本发明的一个实施例，在基于所述参考点建立法平面的步骤中，还包括：在所述参考点p处，垂直于所述参考井的切线建立法平面，得到所述法平面方程如下：(n-np)sinαpcosφp+(e-ep)sinαpsinφp+(h-hp)cosαp＝0其中：n、e和h分别为北坐标、东坐标和垂深坐标，单位：米；α和φ分别为井斜角和方位角，单位：(°)；p为参考点。根据本发明的一个实施例，在判别所述法平面与所述比较井是否相交的步骤中，还包括：通过如下方程判别所述法平面与所述比较井是否相交：f(l)＝(n-np)sinαpcosφp+(e-ep)sinαpsinφp+(h-hp)cosαp其中：l为所述比较井的井深，单位：米；在所述比较井的测段[li-1,li]内，若存在任一点q满足f(lq)＝0，则相交，将所述交点q记录为备选比较点；否则，不相交。其中，li-1表示测段起始点井深，li表示测段终止点的井深。根据本发明的一个实施例，在判别所述法平面与所述比较井是否相交的步骤中，还包括：基于所述比较井的测段[li-1,li]的两端点，计算f(li-1)和f(li)值，通过f(li-1)和f(li)判别所述法平面与所述比较井是否相交：s1、若f(li-1)·f(li)≤0，则所述测段[li-1,li]的两端点位于所述法平面异侧，所述法平面与所述测段[li-1,li]相交，采用二分法、牛顿法和弦截法确定备选比较点；s2、若f(li-1)·f(li)>0，则所述测段[li-1,li]的两端点位于所述法平面同侧，所述法平面与所述测段[li-1,li]不存在交点或存在一个交点或存在两个交点，其中所述法平面与所述测段[li-1,li]存在一个交点或存在两个交点的必要条件是：在所述测段内存在某点c，满足以下公式：f′(lc)＝0并且，所述法平面与所述测段[li-1,li]存在一个交点或存在两个交点的充分条件为满足以下公式：若同时满足所述必要条件和所述充分条件，则所述法平面与所述测段[li-1,li]存在一个交点或存在两个交点，采用如步骤s1中所述的方法分别算得2个子井段[li-1,lc]和[lc,li]的交点，并选取距离所述参考点空间距离最近的点作为备选比较点；s3、当所述测段[li-1,li]为直线段时，若f(li-1)·f(li)≤0，则所述法平面与所述测段相交，否则不相交；当f(l)≡0时，所述测段[li-1,li]位于所述法平面内，选取距离所述参考点空间距离最近的点作为备选比较点。根据本发明的一个实施例，在基于所述备选比较点确定比较点的步骤中，还包括：基于所述比较井各测段的备选比较点，将距离参考点空间距离最近的备选比较点作为比较点，计算所述参考点与所述比较点之间的法面距离和扫描角，用以邻井防碰评价。本发明提供的用于扫描邻井法面距离的解算方法解决了现有技术可能遗漏邻井防碰危险点、解析法只适用于空间圆弧轨迹等问题，提供了一种适用性强、可靠性高的邻井法面距离解算方法。本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：图1显示了根据本发明的一个实施例的用于扫描邻井法面距离的解算方法流程图；图2显示了根据本发明的另一个实施例的用于扫描邻井法面距离的解算方法流程图；图3显示了根据本发明的一个实施例的用于扫描邻井法面距离的解算方法进行扫描原理图；图4显示了根据本发明的一个实施例的用于扫描邻井法面距离的解算方法原理示意图；以及图5显示了根据本发明的一个实施例的用于扫描邻井法面距离的解算方法进行邻井法面距离扫描图。具体实施方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图对本发明实施例作进一步地详细说明。针对现有技术存在的不足，本发明公开了一种用于扫描邻井法面距离的解算方法，既解决了传统技术可能会遗漏邻井防碰危险点的问题，又突破了现有解析法只适用于空间圆弧轨迹的局限，为邻井防碰评价提供了一种适用性强、可靠性高的邻井法面距离解算方法。图1显示了根据本发明的一个实施例的用于扫描邻井法面距离的解算方法流程图。如图1所示，在步骤s101中，按行业规程采用测量仪器获得参考井和比较井的测斜数据，并基于测斜数据计算出参考井和比较井的井眼轨迹，其中，参考井为新设计井或正钻进井，比较井为参考井邻近的已钻井。然后，在步骤s102中，将参考井和比较井归算到同一个坐标系下，并按参考井的井深区间来确定扫描范围。根据本发明的一个实施例，同一个坐标系采用参考井的井口坐标系，井口坐标系的北坐标轴指向真北或网格北方向。确定扫描范围后，在步骤s103中，在参考井的扫描范围内选取参考点，基于参考点建立法平面，扫描比较井的每个测段，并判别法平面与比较井是否相交。根据本发明的一个实施例，在参考点p处，垂直于参考井的切线建立法平面，得到法平面方程如下：(n-np)sinαpcosφp+(e-ep)sinαpsinφp+(h-hp)cosαp＝0其中：n、e和h分别为北坐标、东坐标和垂深坐标，单位：米；α和φ分别为井斜角和方位角，单位：(°)；p为参考点。接着，在步骤s104中，当法平面与比较井的任一测段相交时，计算并保存交点的轨迹参数，并将交点作为备选比较点。根据本发明的一个实施例，通过如下方程判别法平面与比较井是否相交：f(l)＝(n-np)sinαpcosφp+(e-ep)sinαpsinφp+(h-hp)cosαp其中：l为比较井的井深，单位：米；在比较井的测段[li-1,li]内，若存在任一点q满足f(lq)＝0，则相交，将交点q记录为备选比较点；否则，不相交，其中，li-1表示测段起始点井深，li表示测段终止点的井深。另外，基于比较井的测段[li-1,li]的两端点，计算f(li-1)和f(li)值，通过f(li-1)和f(li)判别法平面与比较井是否相交：s1、若f(li-1)·f(li)≤0，则测段[li-1,li]的两端点位于法平面异侧，法平面与所述测段[li-1,li]相交，采用二分法、牛顿法和弦截法确定备选比较点。s2、若f(li-1)·f(li)>0，则测段[li-1,li]的两端点位于法平面同侧，法平面与测段[li-1,li]不存在交点或存在一个交点或存在两个交点，其中法平面与测段[li-1,li]存在一个交点或存在两个交点的必要条件是：在测段内存在某点c，满足以下公式：f′(lc)＝0并且，法平面与所述测段[li-1,li]存在一个交点或存在两个交点的充分条件为满足以下公式：若同时满足必要条件和充分条件，则法平面与测段[li-1,li]存在一个交点或存在两个交点，采用如步骤s1中的方法分别算得2个子井段[li-1,lc]和[lc,li]的交点，并选取距离参考点空间距离最近的点作为备选比较点。s3、当测段[li-1,li]为直线段时，若f(li-1)·f(li)≤0，则法平面与测段相交，否则不相交；当f(l)≡0时，测段[li-1,li]位于所述法平面内，选取距离所述参考点空间距离最近的点作为备选比较点。最后，在步骤s105中，基于备选比较点确定比较点，计算参考点与比较点之间的法面距离和扫描角，以表征参考点和比较点之间的相对位置关系，用于邻井防碰评价。根据本发明的一个实施例，基于比较井各测段的备选比较点，将距离参考点空间距离最近的点作为比较点，计算参考点与比较点之间的法面距离和扫描角，用以邻井防碰评价。图2显示了根据本发明的另一个实施例的用于扫描邻井法面距离的解算方法流程图。如图2所示，在步骤s201中，获取井眼轨迹数据。将新设计或正在钻进的井作为参考井，将附近的已钻邻井作为比较井。采用测量仪器获取参考井和比较井的测斜数据，并按行业标准算得各测点的空间坐标等参数。在步骤s202中，统一指北方向及坐标系。参考井和比较井都有各自的井口坐标系，它们分别以各自的井口作为坐标原点，井口坐标系的3个坐标轴分别指向北坐标、东坐标和垂深(铅垂向下)方向。石油钻井涉及真北、网格北和磁北等3个指北方向，一般使用真北作为指北基准来确定北坐标轴和东坐标轴的方向，也可使用网格北作为指北基准。在邻井法面距离扫描时，必须先将参考井和比较井统一到同一个坐标系下，才能进行法面扫描及距离解算。一般情况下，这个坐标系多采用参考井的井口坐标系，这样只需将比较井换算到参考井的井口坐标系，而无需换算参考井。在步骤s203中，确定扫描范围及间距。通常，只有部分井段存在邻井相碰风险，所以无需在参考井的全井轨迹范围内进行扫描。为避免不必要的冗余计算，常用参考井的井深区间来限定扫描范围。为规避邻井相碰风险，通常需要加密参考井上的计算点。加密计算点的方法是：在参考井的任一测段上，按扫描间距要求对井深进行插值，并计算出插值点的井斜角、方位角、空间坐标等参数。在步骤s204中，选取参考点并建立法平面。在经过加密计算点的参考井上，选取一点p作为参考点。如图3所示。过参考点p建立一个法平面，使其垂直于参考井的切线方向，则该法平面的方程为：(n-np)sinαpcosφp+(e-ep)sinαpsinφp+(h-hp)cosαp＝0(1)其中：n为北坐标，m；e为东坐标，m；h为垂深坐标，m；α为井斜角，(°)；φ为方位角，(°)；p表示参考点。在步骤s205中，扫描邻井任一测段得到备选比较点。参考点p处的法面可能与比较井相交或不相交，也可能存在多个交点。为识别出各种情况，就需要扫描比较井的每个测段。对于比较井的任一测段[li-1,li]，用以下方法来判别参考点法面与比较井是否相交：令：f(l)＝(n-np)sinαpcosφp+(e-ep)sinαpsinφp+(h-hp)cosαp(2)其中：l为比较井的井深，m。于是，若在比较井的测段[li-1,li]内存在某点q满足f(lq)＝0，则相交；否则，不相交。由于这个交点q可能是也可能不是最终的比较点，所以称为备选比较点。选定参考点p后，其轨迹参数(αp,φp,np,ep,hp)就是已知数据。由于比较井的空间坐标(n,e,h)都随井深l变化，所以f(l)是以比较井井深l为自变量的函数。即给出一个比较井井深l值，就可算得函数f(l)值。为判别参考点法面与比较井是否相交及存在几个交点，将比较井测段[li-1,li]的两端点代入式(2)，可算得f(li-1)和f(li)值。这样，共存在f(li-1)·f(li)≤0和f(li-1)·f(li)>0两种情况，此外还需要处理一些特殊情况。在步骤s2051中，若f(li-1)·f(li)≤0，则说明测段两端点位于法面异侧。由于井眼轨迹具有连续光滑的特性，所以在测段[li-1,li]内必存在某点q满足f(lq)＝0。采用二分法、牛顿法、弦截法等迭代计算方法求解式(2)，便可确定备选比较点。在步骤s2052中，若f(li-1)·f(li)>0，则说明测段两端点位于法面同侧。如图4所示。由于井眼轨迹具有单凸性，所以在测段[li-1,li]内共有不存在交点、存在1个交点(法面与比较井测段相切时)或2个交点这3种情况，即存在0～2个交点。为识别上述3种情况，将式(2)对比较井井深l求导，得：f′(l)＝cosαcosαp+sinαsinαpcos(φ-φp)(3)于是，参考井法面与比较井相交的必要条件是：在测段[li-1,li]内存在某点c，满足：f′(lc)＝0(4)式(4)说明：在比较井上c点处的单位切线向量tc垂直于参考点处的单位切线向量tp，即向量tc平行于参考井法面。而参考井法面与比较段相交的充分条件为：因此，当f(li-1)·f(li)>0时，先用式(4)解算出lc，再用式(5)判别参考井法面与比较井测段[li-1,li]是否相交。若满足式(5)，则说明相交，即在比较井测段内存在某点c，将该测段分割为2个子井段[li-1,lc]和[lc,li]。在每个子井段内分别存在1个交点，用步骤s2051的方法可确定这2个交点，并作为备选比较点。在步骤s2053中，除步骤s2051和步骤s2052外，还需要处理两种特殊情况。第一：当比较井测段[li-1,li]为直线段时，由于f′(l)为常数，所以f(l)是单调函数。此时，若f(li-1)·f(li)≤0，则参考点法面与比较井测段相交，否则不相交；第二：当f(l)≡0时，说明比较井测段[li-1,li]位于参考点法面内。此时，参考点法面与比较井测段存在无数个交点，从邻井防碰角度来说，应取距离参考点p最近者作为备选比较点。在步骤s206中，基于备选比较点确定比较点。对于选定的参考点p，按步骤s205逐测段扫描比较井后，在每个测段上只有存在或不存在备选比较点这2种结果。若在每个测段上都不存在备选比较点，则说明参考点p处的法面与比较井不相交，即不存在比较点；若在多个测段上存在备选比较点，则说明参考点p处的法面与比较井的多个测段相交，此时应取距离参考点p最近者作为比较点。对于参考点p，若存在比较点，则可算得二者之间的距离及扫描角等参数，并保存计算结果。在步骤s207中，输出结果图表。对于所有参考点，按步骤s204～s206完成扫描后，便得到了参考井与比较井之间的法面距离及相互位置关系等结果，进而通过报表、绘图等形式输出扫描结果，便可进行邻井防碰评价。图5显示了根据本发明的一个实施例的用于扫描邻井法面距离的解算方法进行邻井法面距离扫描图。老油田不断加密井距来挖潜剩余油，非常规油气资源开发正在发展分支井、鱼骨井以及井工厂技术，海上钻井的单平台布井数量越来越多而形成高密集丛式井。随着布井密度的不断增大，邻井间的距离越来越小，邻井防碰问题越来越突出，因此本发明具有广阔的应用前景。在一个实施例中，新设计一口直井，附近有一口已钻水平井。该水平井相对于新井的北坐标为-40m、东坐标为-400m，井眼轨迹数据见表1。现以直井为参考井、已钻水平井为比较井，用法面距离扫描方法进行邻井防碰分析。表1实施例的比较井轨迹数据井深(m)井斜角(°)方位角(°)北坐标(m)东坐标(m)垂深(m)0.000.00/0.000.000.001400.000.00(90.00)0.000.001400.001560.0050.0090.000.0065.491540.451720.0050.0090.000.00188.061643.301920.00106.0090.000.00376.001683.242000.0088.0090.000.00455.071673.532100.0076.0090.000.00553.921687.432350.0080.0090.000.00798.411739.39图5给出了在90°方位的铅垂平面上，参考井和比较井相对位置示意图。根据本发明的技术方法及流程，在参考井井深1670m～1695m范围内，按步长1m进行法面距离扫描，扫描结果见表2。表2实施例的法面距离扫描结果本实施例涵盖了比较井段两端点位于参考井法面的同侧和异侧、参考井法面与比较井单个测段存在多个交点和相交于多个测段等情况，从而验证了本发明的普遍适用性。本发明提供的用于扫描邻井法面距离的解算方法解决了现有技术可能遗漏邻井防碰危险点、解析法只适用于空间圆弧轨迹等问题，提供了一种适用性强、可靠性高的邻井法面距离解算方法。应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构、处理步骤或材料，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属
技术领域：
内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。当前第1页12