本發(fā)明涉及石油鉆井，尤其涉及一種石油鉆井軌跡動態(tài)控制方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、本部分旨在為權(quán)利要求書中陳述的本發(fā)明實施例提供背景或上下文。此處的描述不因為包括在本部分中就承認(rèn)是現(xiàn)有技術(shù)。

2、在現(xiàn)有的石油鉆井軌跡動態(tài)控制技術(shù)中，有兩種方式：

3、第一種：旋導(dǎo)定向鉆進

4、使用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向設(shè)備進行定向鉆進。通過循環(huán)泥漿的泵壓脈沖或者通過鉆具旋轉(zhuǎn)鉆速變化在地面下達指令，通過旋導(dǎo)在井底進行控制、測量和通過液體脈沖反饋。

5、旋導(dǎo)定向鉆進的缺點是：

6、(a)費用高

7、目前某油田，一口井使用旋導(dǎo)的綜合費用為17萬元/天。一口井的造斜段一般鉆進周期為一周，并且在水平段可能也會使用到旋導(dǎo)，一口井平均使用旋導(dǎo)的成本超過100萬元。

8、(b)鉆進慢

9、由于旋導(dǎo)設(shè)備自身的限制，從井口施加的壓力、鉆速等指標(biāo)受到限制，從而影響到了鉆頭高速鉆進。如φ215.9mm井眼，一般不能給旋導(dǎo)施加150kn至200kn的鉆壓，但有些可鉆性差的地層，必須用高鉆壓、高轉(zhuǎn)速才有效。

10、(c)風(fēng)險高

11、對于可能出現(xiàn)井下嚴(yán)重漏失或者破碎帶易垮塌井段的井眼，可能發(fā)生卡鉆等復(fù)雜，甚至發(fā)生埋旋導(dǎo)儀器的事故導(dǎo)致嚴(yán)重?fù)p失。

12、(d)使用條件受限

13、如井底往往存在高溫環(huán)境，可能導(dǎo)致旋導(dǎo)的電子部件失效無法使用。

14、第二種：彎螺桿定向鉆進

15、水平井在油田開發(fā)中的比例越來越高，目前水平井鉆井過程中，大多數(shù)采用“彎螺桿+mwd”鉆具組合進行軌跡控制。通常采用靜態(tài)井斜角法進行軌跡控制，一般流程如下：

16、(a)現(xiàn)場靜態(tài)測斜：靜態(tài)井斜角就是鉆具在靜止?fàn)顟B(tài)下測量的井斜角數(shù)據(jù)。現(xiàn)場采用頂驅(qū)鉆井過程中，每鉆完一個立柱(3個單根，共28.5m左右)，將鉆頭提離井底測量一次靜態(tài)井斜角和方位角。測量過程是先停泵5分鐘，然后再開泵至循環(huán)排量，等待井底測量數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛妫A(yù)計在10～15min左右，現(xiàn)場完成一次靜態(tài)測斜一般總計耗時30分鐘以上。

17、(b)定向工程師利用靜態(tài)測量數(shù)據(jù)通過鉆井軌跡計算軟件分析，預(yù)測井底軌跡變化趨勢，根據(jù)設(shè)計剖面，選擇后續(xù)鉆進方式(是滑動定向還是復(fù)合鉆進)以及鉆進參數(shù)。

18、(c)靜態(tài)測量井斜角受泥漿介質(zhì)、泥漿泵效率、司鉆操作等因素影響，有時候測斜會不成功，則需要按上述步驟進行再次測量。

19、目前彎螺桿定向鉆進的缺點是：

20、(1)井斜角測量不準(zhǔn)確

21、由于一般使用“pdc鉆頭+彎螺桿+電阻率+mwd+……”鉆具組合其測量點距離鉆頭位置的零長約18m-22m，導(dǎo)致測量出的數(shù)據(jù)不能立即反映鉆頭位置的實際情況，采取的措施滯后，影響了軌跡精確控制。

22、(2)井斜角測量間距大

23、一般打完一個立柱才進行測量，而陸上、海上鉆機的立柱長度在19米到30米之間，每個測量點的間距很大，發(fā)現(xiàn)問題時已經(jīng)滯后。雖然mwd能夠?qū)崟r發(fā)送當(dāng)前的井斜角和方位角，但這些動態(tài)信息一般未被有效利用。

24、(3)定向滑動鉆進效率低

25、由于上述的原因，定向工程師預(yù)測的井底軌跡變化趨勢有時候并不準(zhǔn)確，發(fā)現(xiàn)軌跡與設(shè)計軌道偏差量過大后需要緊急糾偏，進而放棄復(fù)合鉆進轉(zhuǎn)為定向滑動鉆進，從而導(dǎo)致施工中往往出現(xiàn)一會需要定向增斜、一會又進行定向降斜的情況，井眼曲折不光滑。頻繁的定向滑動鉆進由于鉆具不轉(zhuǎn)動，因井眼易托壓機速慢；且存在粘卡風(fēng)險。為消除托壓和預(yù)防卡鉆，需頻繁活動鉆具，鉆進效率較低。同時，定向滑動鉆進時工具面因螺桿扭矩波動會出現(xiàn)大幅度擺動、不穩(wěn)定的情況，工具面難以控制，導(dǎo)致定向效率不高。

26、(4)定向滑動鉆進容易損壞鉆頭

27、定向滑動鉆進時，因為靜態(tài)摩阻較大，為了推動鉆桿向前運動，有時為了克服靜態(tài)摩阻會施加較大的鉆壓。一旦鉆桿開始滑動，動態(tài)摩阻快速變小，鉆頭可能會和地層發(fā)生劇烈碰撞，從而導(dǎo)致鉆頭非正常損壞。鉆頭損壞后，會影響鉆進速度，并可能進一步導(dǎo)致不必要的起下鉆情況。每趟起下鉆需要把井下所有的鉆具取出，更換鉆頭后重新下入，根據(jù)井深不同會浪費30-50多個小時的有效工作時間。

28、(5)主觀因素影響比較大

29、實際工作按照地質(zhì)導(dǎo)向師的要求，多少米內(nèi)要達到多少度。工作效果和定向工程師有關(guān)。

30、因此，目前缺乏一種降低鉆進成本的同時提高當(dāng)前施工方法的效率的方案。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、第一方面，本發(fā)明實施例提供一種石油鉆井軌跡動態(tài)控制方法，能夠在不使用旋導(dǎo)而是彎螺桿鉆具的情況下，實時預(yù)測當(dāng)前鉆頭位置的軌跡狀態(tài)參數(shù)變化率(井斜角、方位角等)，實現(xiàn)對井眼軌跡的精確控制，并且提高鉆進速度、減少鉆頭損壞，從而降本增效，該方法包括：

2、采集同一深度下的動態(tài)軌跡控制數(shù)據(jù)；

3、根據(jù)動態(tài)軌跡控制數(shù)據(jù)，確定當(dāng)前鉆進狀態(tài)；

4、根據(jù)動態(tài)軌跡控制數(shù)據(jù)，計算當(dāng)前鉆進狀態(tài)的軌跡狀態(tài)參數(shù)變化率；

5、以動態(tài)軌跡控制數(shù)據(jù)中的特征值為輸入，以當(dāng)前鉆進狀態(tài)的軌跡狀態(tài)參數(shù)變化率為輸出，使用機器學(xué)習(xí)的方式進行訓(xùn)練，獲得當(dāng)前鉆進狀態(tài)對應(yīng)的預(yù)測模型；

6、根據(jù)當(dāng)前段的動態(tài)軌跡控制數(shù)據(jù)序列和軌跡狀態(tài)參數(shù)變化率序列，使用預(yù)測模型預(yù)測當(dāng)前鉆頭新鉆進井段的軌跡狀態(tài)參數(shù)變化率，并根據(jù)預(yù)測得到的軌跡狀態(tài)參數(shù)變化率預(yù)測值，計算當(dāng)前鉆頭所在位置的軌跡狀態(tài)參數(shù)；

7、以當(dāng)前鉆頭所在位置的軌跡狀態(tài)參數(shù)為基準(zhǔn)，以目標(biāo)軌跡狀態(tài)參數(shù)為目標(biāo)函數(shù)，以井段單位進尺對應(yīng)的軌跡狀態(tài)參數(shù)變化率的最大值為約束條件，使用當(dāng)前鉆進狀態(tài)對應(yīng)的預(yù)測模型進行動態(tài)求解，獲得至少一組推薦的軌跡控制參數(shù)，及其對應(yīng)的軌跡狀態(tài)參數(shù)變化率，并計算達到目標(biāo)軌跡狀態(tài)參數(shù)的鉆進距離；

8、根據(jù)所述軌跡控制參數(shù)和鉆進距離，進行鉆井軌跡控制。

9、第二方面，本發(fā)明實施例還提供一種石油鉆井軌跡動態(tài)控制裝置，能夠在不使用旋導(dǎo)而是彎螺桿鉆具的情況下，實時預(yù)測當(dāng)前鉆頭位置的井斜角、方位角等參數(shù)，實現(xiàn)對井眼軌跡的精確控制，并且提高鉆進速度、減少鉆頭損壞，從而降本增效，該裝置包括：

10、數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集同一深度下的動態(tài)軌跡控制數(shù)據(jù)；

11、鉆進狀態(tài)確定模塊，用于根據(jù)動態(tài)軌跡控制數(shù)據(jù)，確定當(dāng)前鉆進狀態(tài)；

12、數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊，用于根據(jù)動態(tài)軌跡控制數(shù)據(jù)，計算當(dāng)前鉆進狀態(tài)的軌跡狀態(tài)參數(shù)變化率；

13、模型訓(xùn)練模塊，用于以動態(tài)軌跡控制數(shù)據(jù)中的特征值為輸入，以當(dāng)前鉆進狀態(tài)的軌跡狀態(tài)參數(shù)變化率為輸出，使用機器學(xué)習(xí)的方式進行訓(xùn)練，獲得當(dāng)前鉆進狀態(tài)對應(yīng)的預(yù)測模型；

14、鉆頭井斜角預(yù)測模塊，用于根據(jù)當(dāng)前段的動態(tài)軌跡控制數(shù)據(jù)序列和軌跡狀態(tài)參數(shù)變化率序列，使用預(yù)測模型預(yù)測當(dāng)前鉆頭新鉆進井段的軌跡狀態(tài)參數(shù)變化率，并根據(jù)預(yù)測得到的軌跡狀態(tài)參數(shù)變化率預(yù)測值，計算當(dāng)前鉆頭所在位置的軌跡狀態(tài)參數(shù)；

15、軌跡控制參數(shù)推薦模塊，用于以當(dāng)前鉆頭所在位置的軌跡狀態(tài)參數(shù)為基準(zhǔn)，以目標(biāo)軌跡狀態(tài)參數(shù)為目標(biāo)函數(shù)，以井段單位進尺對應(yīng)的軌跡狀態(tài)參數(shù)變化率的最大值為約束條件，使用當(dāng)前鉆進狀態(tài)對應(yīng)的預(yù)測模型進行動態(tài)求解，獲得至少一組推薦的軌跡控制參數(shù)，及其對應(yīng)的軌跡狀態(tài)參數(shù)變化率，并計算達到目標(biāo)軌跡狀態(tài)參數(shù)的鉆進距離；

16、軌跡控制模塊，用于根據(jù)所述軌跡控制參數(shù)和鉆進距離，進行鉆井軌跡控制。

17、第三方面，本發(fā)明實施例還提供一種計算機設(shè)備，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序，所述處理器執(zhí)行所述計算機程序時實現(xiàn)上述石油鉆井軌跡動態(tài)控制方法。

18、第四方面，本發(fā)明實施例還提供一種計算機可讀存儲介質(zhì)，所述計算機可讀存儲介質(zhì)存儲有計算機程序，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)上述石油鉆井軌跡動態(tài)控制方法。

19、第五方面，本發(fā)明實施例還提供一種計算機程序產(chǎn)品，所述計算機程序產(chǎn)品包括計算機程序，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)上述石油鉆井軌跡動態(tài)控制方法。

20、本發(fā)明實施例中，采集同一深度下的動態(tài)軌跡控制數(shù)據(jù)；根據(jù)動態(tài)軌跡控制數(shù)據(jù)，確定當(dāng)前鉆進狀態(tài)；根據(jù)動態(tài)軌跡控制數(shù)據(jù)，計算當(dāng)前鉆進狀態(tài)的軌跡狀態(tài)參數(shù)變化率；以動態(tài)軌跡控制數(shù)據(jù)中的特征值為輸入，以當(dāng)前鉆進狀態(tài)的軌跡狀態(tài)參數(shù)變化率為輸出，使用機器學(xué)習(xí)的方式進行訓(xùn)練，獲得當(dāng)前鉆進狀態(tài)對應(yīng)的預(yù)測模型；根據(jù)當(dāng)前段的動態(tài)軌跡控制數(shù)據(jù)序列和軌跡狀態(tài)參數(shù)變化率序列，使用預(yù)測模型預(yù)測當(dāng)前鉆頭新鉆進井段的軌跡狀態(tài)參數(shù)變化率，并根據(jù)預(yù)測得到的軌跡狀態(tài)參數(shù)變化率預(yù)測值，計算當(dāng)前鉆頭所在位置的軌跡狀態(tài)參數(shù)；以當(dāng)前鉆頭所在位置的軌跡狀態(tài)參數(shù)為基準(zhǔn)，以目標(biāo)軌跡狀態(tài)參數(shù)為目標(biāo)函數(shù)，以井段單位進尺對應(yīng)的軌跡狀態(tài)參數(shù)變化率的最大值為約束條件，使用當(dāng)前鉆進狀態(tài)對應(yīng)的預(yù)測模型進行動態(tài)求解，獲得至少一組推薦的軌跡控制參數(shù)，及其對應(yīng)的軌跡狀態(tài)參數(shù)變化率，并計算達到目標(biāo)軌跡狀態(tài)參數(shù)的鉆進距離；根據(jù)所述軌跡控制參數(shù)和鉆進距離，進行鉆井軌跡控制。與現(xiàn)有技術(shù)中采用旋導(dǎo)定向鉆進和彎螺桿定向鉆進的方案相比，本發(fā)明實施例以當(dāng)前鉆進狀態(tài)對應(yīng)的動態(tài)軌跡控制數(shù)據(jù)中的特征值為輸入，以當(dāng)前鉆進狀態(tài)的軌跡狀態(tài)參數(shù)變化率為輸出，訓(xùn)練了對應(yīng)的預(yù)測模型，可用于當(dāng)前鉆頭所在位置的軌跡狀態(tài)參數(shù)的預(yù)測，以及軌跡控制參數(shù)推薦，從而計算準(zhǔn)確的鉆進距離，從而有效進行鉆井軌跡控制，且提高了鉆進速度、減少鉆頭損壞，從而降本增效。