[发明专利]一种待钻井眼轨道自动优化设计的方法

权利要求书

1.一种待钻井眼轨道自动优化设计的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、设定原设计轨道设计节点P_l的井身参数为：

L_l,α_l,φ_l,N_l,E_l,H_l，l＝0,1,2,…,(M-1)

式中，l为设计节点的编号，M为设计节点的个数，L_l为设计节点的井深，α_l为设计节点的井斜角，φ_l为设计节点的方位角，N_l为设计节点的北坐标，E_l为设计节点的东坐标，H_l为设计节点的垂深；

S2、为待钻井眼轨道的优化模型做数据准备：定义约束区域的参数、约束区域内的划分，规定约束区域内划分参数的表示方法以及规定所述待钻井眼轨道初始的井身参数；

所述约束区域的参数为：每一个设计节点的法平面上定义一个约束区域，当设计目标是定向井的圆形靶时，约束区域为以设计节点为圆心、d_l为半径的法面约束圆；当设计目标是水平井的矩形靶时，在A靶和A靶之后的设计节点的法平面上，约束区域为以设计节点为中心，与设计靶床矩形相似的半宽为dw_l、半高为dh_l的法面约束矩形；在A靶之前的设计节点的法平面上，约束区域以设计节点为中心、d_l为半径的法面约束圆；

所述约束区域的划分及参数表示为：将所述约束区域按设定精度△d划分成纵横网格，所述纵横网格的交点为格点；从一个约束区域的一个格点到下一个约束区域的一个格点之间的直线或曲线为一段待钻井段；设待钻井眼轨道的设计节点记为：P_m，m＝0,1,2…M-1,当前井底即当前钻头位置的为待钻井眼轨道的第一个设计节点P₀，在设计节点P₀的约束区域内的格点记为： 在设计节点P₁的约束区域内的格点记为： 则所述待钻井段有M-1个；则一条完整的待钻井眼轨道可以表示为：

S3、构建所述待钻井眼轨道优化设计的数学模型：

定义待钻井眼轨道的井斜角评价函数为：

其中，p_l为井斜角偏差的权重系数，满足：e_α为给定的常数值；u为原设计轨道上第l-1个设计节点的约束区域中格点的编号；v为原设计轨道上第l个设计节点的约束区域中格点的编号,下同；

定义待钻井眼轨道的方位角评价函数为：

其中，q_l为方位角偏差的权重系数，满足： e_φ为给定的常数值；

定义待钻井眼轨道与原设计轨道的偏差评价函数为：

其中，r_l为权重系数，满足： 为待定设计井段的距离偏差；

其中：

权重默认值可取；其中n表示待钻井眼轨道的最后一个设计节点的编号；m表示待钻井眼轨道的第一个设计节点的编号；

定义待钻井眼轨道的井眼曲率评价函数为：

对于第l个待钻井眼轨道，计算出来的井眼曲率为，在原设计轨道上对应的设计井段的井眼曲率为k_l，则井眼曲率约束条件为：

定义待钻井眼轨道的评价函数为：

F(z)＝β_αf_α(z)+β_φf_φ(z)+β_ρf_ρ(z)+f_κ(z)

其中：β_α、β_φ、β_ρ为权重系数，满足0≤β_α,β_φ,β_ρ≤1，β_α+β_φ+β_ρ＝1；

再定义一个格点连接系数：

其中，u为原设计轨道上第l-1个设计节点的约束区域中格点的编号(1≤u≤M_l-1)；v为原设计轨道上第l个设计节点的约束区域中格点的编号(1≤v≤M_l)；φ为设计节点的方位角；

则待钻井眼轨道的评价函数也可以写为：

S4、求出所有可行的所述待钻井眼轨道的评价函数，并输出最优待钻井眼轨道。