[发明专利]一种基于蝙蝠算法和井壁稳定的钻进轨迹设计方法与系统

权利要求书

1.一种基于蝙蝠算法和井壁稳定的钻进轨迹设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：基于三维钻进轨迹模型，构建钻进进尺成本目标函数和对应的等式约束条件；

步骤二：在步骤一中的三维钻进轨迹模型的基础上，建立井周应力模型，采用Mohr-Coulomb破坏准则确定三维钻进轨迹中轨迹参数的范围，同时结合钻进轨迹狗腿率范围，确定三维钻进轨迹优化模型的不等约束条件；

步骤三：对所述钻进进尺成本目标函数、所述等式约束条件以及所述不等约束条件中的各变量进行无量纲化处理，在无量纲化处理后，将各约束条件加入钻进进尺成本目标函数中形成惩罚函数，基于所述惩罚函数采用蝙蝠搜索算法进行模型优化，得到优化的钻进轨迹作为最终要得到的钻进轨迹。

2.根据权利要求1所述的一种基于蝙蝠算法和井壁稳定的钻进轨迹设计方法，其特征在于，所述步骤一具体包括以下具体步骤：

1)通过地质勘探钻进设计及随钻测量原理分析，设计三维钻进轨迹模型，并依据空间向量法和半角公式推导轨迹设计参数等式约束公式；

2)通过设计轨迹推导轨迹长度公式，将推导出的结果作为钻进进尺成本目标函数。

3.根据权利要求1所述的一种基于蝙蝠算法和井壁稳定的钻进轨迹设计方法，其特征在于，所述步骤二具体包括以下具体步骤：

1)通过岩石力学性质，建立井眼周围应力模型，利用原地应力模型和轨迹参数获得地层主应力，通过Mohr-Coulomb破坏准则，确定井壁稳定情况下稳斜段的井斜角和方位角范围，将其作为不等约束条件之一；

2)根据底部钻具组合的限制，确定狗腿度的范围，将其作为不等约束条件之一。

4.根据权利要求1所述的一种基于蝙蝠算法和井壁稳定的钻进轨迹设计方法，其特征在于，所述步骤三具体包括以下具体步骤：

1)将各不同单位的设定参数和过程参数进行无量纲化处理，采用罚函数法进行去约束化处理，形成最终的蝙蝠优化算法目标函数；

2)调整蝙蝠算法的参数，使得蝙蝠算法收敛得到优化结果，将结果还原为原轨迹模型设计参数。

5.根据权利要求1所述的一种基于蝙蝠算法和井壁稳定的钻进轨迹设计方法，其特征在于，

钻进进尺成本目标函数f(x)为：

等式约束条件为：

其中，钻头从钻头钻进的初始点位置A点开始在第一平面内进行第一段圆弧曲线造斜到达第一平面和第二平面的交线上的B点处，沿着交线方向进行一段直线稳斜到达C点后达到第二平面进行第二段圆弧造斜达到靶点设计钻头钻进到的靶点位置D点；记向量s即为A点所在位置的切线方向，向量t则代表D点所在位置的切线方向，向量s、t之间的夹角是θ，A点到D点的直线距离为L，A点到D点的直线线段投影到向量s和向量t上，所得到的投影长度分别为T_s和T_t；记向量s与所述第一平面和所述第二平面的交线的交点为点M，向量t与所述交线的交点为N，A点和B点到M点的直线距离均为L_m，C点和D点到M点的直线距离均为L_n，B点到C点的直线距离为L_h；记第一段造斜圆弧的半径为R₁，记第二段造斜圆弧的半径为R₂，而半径R₁、R₂的倒数即为造斜率K₁、K₂。

6.根据权利要求5所述的一种基于蝙蝠算法和井壁稳定的钻进轨迹设计方法，其特征在于，不等约束条件为：

式中，α、φ分别稳斜段的井斜角和方位角，α_lb、α_ub分别是求解出的井斜角的最小值和最大值，φ_lb、φ_ub分别是求解出的井斜角的最小值和最大值。