多障碍三维绕障定向井轨道模型研究

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1、多障碍三维绕障定向井轨道模型研究多障碍三维绕障定向井轨道模型研究徐月庆摘要：针对油田开发后期密井网多障碍井眼绕障设计问题，提出了双面绕障井眼轨道计算机设计模型，通过对轨道可行域、障碍区间等设计概念的定义，实现了对不规则形状障碍的计算机模拟。模型运用了水平投影图和垂直剖面图实现井眼轨道的绕障设计，在水平投影图上运用计算机试算法进行轨道设计，可以得到相对优化的设计结果，最后综合水平投影图和垂直剖面图的设计，得到整体设计方案并运用防碰扫描验证设计的可行性。此模型不需要考虑障碍井的具体形状，便于用程序实现，具有良好的通用性。关键词：绕障　轨道设计　防碰

2、　投影前言随着油田勘探程度的提高，进入加密井开发阶段，加密井的不断增多，使井距越来越小，因此进行定向井设计时，需要考虑到邻井的防碰问题，许多井需要采取绕障设计以达到防碰要求。而障碍井的种类主要包括直井、定向井，而存在多口障碍井时的绕障设计并不是单障碍井绕障设计的简单叠加，进行一口定向井的设计时需要考虑到多口障碍井的综合影响，本文通过提出轨道可行域的概念进行二维或三维井眼设计的判断，结合计算机技术，利用试算法进行水平投影设计，对多障碍井三维绕障设计模型进行了较细致的研究。双面绕障井眼轨道设计模型的设计过程如下：确定设计轨道可行域同一般设计一样，在

3、设计前需要知道一些设计条件，如目标靶点的位置，井口位置，造斜段的工具造斜范围［，］，降斜段的工具降斜范围［，］，以及造斜点的位置范围［，］等等。下面我们以S型井眼为例来说明双面绕障设计法。在设计绕障井时，用来绕障的井段一般都是斜井段。根据井眼轨迹设计的特点，地下岩层构造以及现场施工工具、技术等的情况，地下留给井眼穿越的空间是有限的，这里把井眼可能穿越的空间称为井眼的可行域。如果把设计是展现在柱面图上，那么这个可行域就是如图1的所围区域。可行域的设计方法如下：以设计井的井口点为坐标原点，以垂直水平面的铅垂线为轴，正向向下，以（点为靶点在点所在水平

4、面的投影）直线为轴建立坐标平面。以造斜点可选区间最浅处为造斜点，最大造斜率为造斜率，最小降斜率为降斜率，降斜段末端为靶点设计井眼轨迹abcA。此时的最大井斜角设为。以造斜点可选区间最深处为造斜点，最小造斜率为造斜率，最大降斜率为降斜率，降斜段末端为靶点设计井眼轨迹。此时的最大井斜角设为。这两条轨迹构成一个封闭图形，即轨迹的可行域。障碍物判断设计井眼轨迹之前首先需要进行障碍井的判断，即在可行域内判断共存在几个障碍物，分布形式如何。可以想象，只有邻井在可行域内的井眼部分才对设计井眼构成障碍，我们将障碍井在可行域内的井眼部分称为障碍井段。实际障碍井段

5、的形状可能有很多种，如何系统的描述这些障碍井段呢？为此我们引入“障碍区间”来辅助设计，下面用一个例子来说明障碍区间的概念。如图2所示，障碍物B1、B2、B3和B4在可行域的情况是不一样的，有的是部分阻挡，有的是全部阻挡，部分阻挡也有不同情况。这里障碍物的障碍区间的定义是：在可行域的任一位置，在垂深方向上将可行域这段按0到1从上到下进行平均划分，这时把某一障碍物在这段区间内的所覆盖的最大范围记录下来，就成为这个障碍物在此位置上的障碍区间，而障碍物在S轴上各位置上障碍区间的并集就构成了障碍物在S轴上的最大障碍区间，以下简称为障碍区间。例如图2中障碍

6、物B1的障碍区间是［0，0.26］，B2的障碍区间是［0.53，0.86］等等。这里给出了障碍区间，同时也就给出了设计井的设计区间。如果障碍物B1的障碍区间是［0，0.26］，那么留给设计的区间就是［0.26，１］，这样把所有障碍物的障碍区间取并集，然后对其求补集，就得到了设计的可行区间。如果可行区间不为空，那么就在这个区间内进行设计计算，给出设计轨迹。如果可行区间为空，障碍物挡住了所有的可行的路径，那么只有先进行水平投影图的绕障设计，再进行垂直剖面图的设计。在设计绕障水平投影图时，首先要确定需要绕哪一个障碍物，以图2为例，假设这是井口与靶点所

7、在平面展成的柱面图，那么首先就要绕将可行域完全阻挡的障碍物B4，如果没有障碍物B4，但是其它三个障碍物障碍区间的并集为[0，1]，那么也那么就要看其他障碍物对可行域的阻挡程度，这时选出对可行域阻挡程度最大的障碍物，看剩余障碍物障碍区间的并集是否为[0，1]，若不是，则可以对这一障碍物进行水平投影图的绕障，若是，则需要重新选择障碍物，直到剩余障碍物障碍区间的并集不为[0，1]，这时再进行水平投影图的绕障，然后针对其它障碍物进行垂直剖面图的设计。3.水平投影图绕障设计3.1选择水平投影图上绕障圆的大小与位置水平投影绕障圆的定义：在水平投影上的井眼轨

8、道设计一般是由线段和圆弧段构成的，而圆弧段所在的圆我们称为水平投影绕障圆。首先我们要根据造斜工具的稳斜扭方位能力和设计相关参数确定最小的方位绕障圆的曲