[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

说明书

本发明公开了一种基于蝙蝠算法和井壁稳定的钻进轨迹设计方法及系统，优化工作分3个步骤进行，首先，对三维钻进轨迹进行解析建模，获得钻进轨迹优化模型的目标函数和等式约束条件；然后，由井壁稳定分析得到钻进轨迹优化模型不等约束条件；最后，采用蝙蝠搜索智能算法优化各参数。本文所提方法克服了以前钻进轨迹设计优化方法中未将井壁稳定性这一关键地层环境参数和蝙蝠搜索智能算法形成统一构架，和使用人工试错法大量计算带来的缺陷。相比传统的人工计算和遗传智能算法，降低了井眼轨迹设计的钻进成本指标和设计时间，提高了设计精度，为地质勘探钻进过程轨迹优化控制打下了良好的基础。

技术领域

本发明属于地质勘探钻进过程智能控制领域，尤其涉及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。

背景技术

我国深部矿产资源丰富，然而深部地质勘探技术尚不成熟，要保证国家资源能源安全，就必须要推动深部地质钻探科技创新，建立符合复杂地质钻进需求的智能决策和钻进控制方法。钻进轨迹设计与优化是实现复杂地质条件下高效、安全钻进的关键之一，不合适的钻进轨迹设计可能导致效率低下，甚至钻进事故、脱靶等问题。因此建立三维优化钻进轨迹是钻进过程智能控制的基准，同时也是实现地质勘探钻进过程安全高效目标的重要基础。

目前对于钻进轨迹优化问题仅对针对单一指标进行优化，且多未考虑地层因素的影响。面对复杂地质钻进过程，传统的轨迹设计和优化方法已经不能满足需求，也不适用技术日益发展的工程实际。因此，形成一种考虑井壁稳定性、钻井工艺参数等的钻进轨迹设计优化方法，并在保证安全的前提下减少钻进成本，提高钻进效率，是实现钻进过程智能控制的新途径。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于蝙蝠算法和井壁稳定的钻进轨迹设计方法及系统，本发明通过融合随钻测量所获得的地层应力信息和轨迹参数信息，建立了三维钻进轨迹设计模型及其优化方法，能够有效获得较好的轨迹参数优化效果，为地质勘探钻进过程智能控制打下良好的基础。

为了实现上述目的，本发明提供的基于蝙蝠算法和井壁稳定的钻进轨迹设计方法包括以下步骤：

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。

进一步地，在本发明的基于蝙蝠算法和井壁稳定的钻进轨迹设计方法中，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)通过所述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。

进一步地，在本发明的基于蝙蝠算法和井壁稳定的钻进轨迹设计方法中，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。

进一步地，在本发明的基于蝙蝠算法和井壁稳定的钻进轨迹设计方法中，所述步骤三具体包括以下具体步骤：