1.本发明涉及石油钻井工程技术与装备领域，特别涉及一种钻井导向工具偏置力力学行为分析方法。
背景技术：2.在石油天然气领域，随着钻井技术的进步，定向井、水平井以及分支井的钻井数量在逐步增加，井眼轨道的设计逐步复杂，在钻井过程中对井眼轨迹控制精度的要求也逐渐提高。目前，钻井时的井眼轨迹控制主要依靠地面工作人员的经验手段进行控制、导向。钻井完成后，缺乏智能化的针对钻成井眼轨迹力学控制方案的分析总结方法，无法对钻井导向工具钻进过程中的力学行为以时间刻度进行分析总结，限制了智能钻井技术的进一步发展。
技术实现要素：3.为了解决上述问题，本发明提出了一种钻井导向工具偏置力力学行为分析方法，对井眼轨迹控制过程中智能钻井导向工具所产生的偏置力进行可视化与数据化处理，为同区块地层钻井导向偏置力设计提供数据支撑，为智能钻井井眼轨迹控制技术提供钻井案例分析方法。
4.鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种钻井导向工具偏置力力学行为分析方法。
5.第一方面，本发明实施例提供一种钻井导向工具偏置力力学行为分析方法，包括：
6.根据钻井井眼轨迹数据建立井眼轨迹坐标数据矩阵；
7.根据所述井眼轨迹坐标数据矩阵中的井眼轨迹坐标数据，计算井眼轨迹坐标数据对应的各井眼轨迹坐标节点的井斜角变化率以及方位角变化率；
8.根据所述各井眼轨迹坐标节点的井斜角变化率、方位角变化率以及钻井导向工具液压力最大值，对所述各井眼轨迹坐标节点所需的钻井导向工具偏置力的大小与方向进行矢量合成。
9.在一个实施例中，根据钻井井眼轨迹数据建立井眼轨迹坐标数据矩阵，包括：
10.根据钻井井眼轨迹数据中各井眼轨迹坐标节点对应的第一井斜角、第一方位角、井深数据，应用圆柱螺旋线法、三维数据差值法建立笛卡尔坐标系下的井眼轨迹坐标数据矩阵。
11.在一个实施例中，根据钻井井眼轨迹数据中各井眼轨迹坐标节点对应的第一井斜角、第一方位角、井深数据，应用圆柱螺旋线法、三维数据差值法建立笛卡尔坐标系下的井眼轨迹坐标数据矩阵，包括：
12.根据钻井井眼轨迹数据中各井眼轨迹坐标节点对应的第一井斜角、第一方位角、井深数据，应用圆柱螺旋线法计算获得各井眼轨迹坐标节点对应的预处理坐标数据；
13.根据所述各井眼轨迹坐标节点对应的预处理坐标数据，应用三维数据差值法计算
获得各井眼轨迹坐标节点对应的井眼轨迹坐标数据；
14.根据所述计算获得的各井眼轨迹坐标节点对应的井眼轨迹坐标数据，建立笛卡尔坐标系下的井眼轨迹坐标数据矩阵。
15.在一个实施例中，根据所述井眼轨迹坐标数据矩阵中的井眼轨迹坐标数据，计算井眼轨迹坐标数据对应的各井眼轨迹坐标节点的井斜角变化率，包括：
16.根据所述井眼轨迹坐标数据矩阵中的井眼轨迹坐标数据，利用井斜角计算公式计算井眼轨迹坐标数据对应的各井眼轨迹坐标节点的第二井斜角；
17.根据各井眼轨迹坐标节点的第二井斜角，利用井斜角变化率计算公式计算各井眼轨迹坐标节点的井斜角变化率。
18.在一个实施例中，井斜角计算公式为：
[0019][0020]
上式中，i表示各井眼轨迹坐标节点的顺序，x、z表示各井眼轨迹坐标节点对应的井眼轨迹坐标数据的x轴坐标、z轴坐标；
[0021]
井斜角变化率计算公式为：
[0022][0023]
上式中，i表示各井眼轨迹坐标节点的顺序。
[0024]
在一个实施例中，根据所述井眼轨迹坐标数据矩阵中的井眼轨迹坐标数据，计算井眼轨迹坐标数据对应的各井眼轨迹坐标节点的方位角变化率，包括：
[0025]
根据所述井眼轨迹坐标数据矩阵中的井眼轨迹坐标数据，利用方位角计算公式计算井眼轨迹坐标数据对应的各井眼轨迹坐标节点的第二方位角；
[0026]
根据各井眼轨迹坐标节点的第二方位角，利用方位角变化率计算公式计算各井眼轨迹坐标节点的方位角变化率。
[0027]
在一个实施例中，方位角计算公式为：
[0028][0029]
上式中，i表示各井眼轨迹坐标节点的顺序，x、y表示各井眼轨迹坐标节点对应的井眼轨迹坐标数据的x轴坐标、y轴坐标；
[0030]
方位角变化率计算公式为：
[0031][0032]
上式中，i表示各井眼轨迹坐标节点的顺序。
[0033]
在一个实施例中，根据所述各井眼轨迹坐标节点的井斜角变化率、方位角变化率以及钻井导向工具液压力最大值，对所述各井眼轨迹坐标节点所需的钻井导向工具偏置力的大小与方向进行矢量合成，包括：
[0034]
根据所述各井眼轨迹坐标节点的井斜角变化率以及钻井导向工具液压力最大值，利用造斜偏置力计算公式计算出各井眼轨迹坐标节点对应的造斜偏置力；
[0035]
根据所述各井眼轨迹坐标节点的方位角变化率以及钻井导向工具液压力最大值，利用造方位偏置力计算公式计算出各井眼轨迹坐标节点对应的造方位偏置力；
[0036]
根据所述各井眼轨迹坐标节点对应的造斜偏置力和造方位偏置力，利用偏置力合力大小计算公式对所述各井眼轨迹坐标节点所需的钻井导向工具偏置力的大小进行合成；
[0037]
根据所述各井眼轨迹坐标节点对应的井眼轨迹坐标数据利用偏置力合力方向计算公式，对所述各井眼轨迹坐标节点所需的钻井导向工具偏置力的方向进行合成。
[0038]
在一个实施例中，造斜偏置力计算公式为：
[0039][0040]
上式中，da
devi
为井斜角变化率，da
max
为钻井导向工具造斜角度最大值，f
max
为钻井导向工具液压力最大值；
[0041]
造方位偏置力计算公式为：
[0042][0043]
上式中，da
ori
为方位角变化率，da
max
为钻井导向工具造斜角度最大值，f
max
为钻井导向工具液压力最大值；
[0044]
偏置力合力大小计算公式为：
[0045][0046]
上式中，f
devi
为造斜偏置力，f
ori
为造方位偏置力；
[0047]
偏置力合力方向计算公式为：
[0048][0049][0050]
上式中，表示钻进方向向量，表示钻井导向工具偏置力方向向量，x、y、z表示各井眼轨迹坐标节点对应的井眼轨迹坐标数据的x轴坐标、y轴坐标、z轴坐标。
[0051]
在一个实施例中，根据所述各井眼轨迹坐标节点的井斜角变化率、方位角变化率以及钻井导向工具液压力最大值，对所述各井眼轨迹坐标节点所需的钻井导向工具偏置力的大小与方向进行矢量合成之后，还包括：
[0052]
根据各井眼轨迹坐标节点，在预设的三维展示图数据中，将矢量合成的各井眼轨迹坐标节点所需的钻井导向工具偏置力与所述各井眼轨迹坐标节点进行关联，并通过所述三维展示图进行展示。
[0053]
第二方面，本发明实施例提供一种井眼轨迹控制方法，根据如前述的钻井导向工具偏置力力学行为分析方法得到的导向工具偏置力的矢量数据，对钻井井眼的轨迹进行控制。
[0054]
第三方面，本发明实施例提供一种钻井导向工具偏置力力学行为分析装置，包括：
[0055]
建立模块，用于根据钻井井眼轨迹数据建立井眼轨迹坐标数据矩阵；
[0056]
计算模块，用于根据所述井眼轨迹坐标数据矩阵中的井眼轨迹坐标数据，计算井眼轨迹坐标数据对应的各井眼轨迹坐标节点的井斜角变化率以及方位角变化率；
[0057]
合成模块，用于根据所述各井眼轨迹坐标节点的井斜角变化率、方位角变化率以及钻井导向工具液压力最大值，对所述各井眼轨迹坐标节点所需的钻井导向工具偏置力的
大小与方向进行矢量合成。
[0058]
第四方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如前述的钻井导向工具偏置力力学行为分析方法。
[0059]
第五方面，本发明实施例提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如前述的钻井导向工具偏置力力学行为分析方法。
[0060]
本发明实施例提供的上述技术方案的有益效果至少包括：
[0061]
本发明实施例提供的钻井导向工具偏置力力学行为分析方法及井眼轨迹控制方法，根据钻井井眼轨迹数据建立井眼轨迹坐标数据矩阵；根据所述井眼轨迹坐标数据矩阵中的井眼轨迹坐标数据，计算井眼轨迹坐标数据对应的各井眼轨迹坐标节点的井斜角变化率以及方位角变化率；根据所述各井眼轨迹坐标节点的井斜角变化率、方位角变化率以及钻井导向工具液压力最大值，对所述各井眼轨迹坐标节点所需的钻井导向工具偏置力的大小与方向进行矢量合成；通过对井眼轨迹数据进行处理，对钻井过程中的钻井导向工具进行力学行为分析，能够为智能井眼轨迹控制技术的研发提供数据，并且为导向工具造斜力与地层可钻性的耦合研究提供基础数据及分析手段，以提高井眼轨迹的控制精度。
[0062]
本发明实施例提供的钻井导向工具偏置力力学行为分析方法还将井眼轨迹控制过程进行了可视化展示，可以可视化地展示实钻井眼轨迹在钻进过程中钻井导向工具在各个井眼轨迹坐标节点的偏置力的大小与方向，为地面的导向工作人员提供分析依据进而优化井眼轨迹控制过程，不仅更方便人工勘误、改进轨迹校正过程，还为未来井眼轨迹闭环控制提供了技术基础。
[0063]
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
[0064]
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0065]
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0066]
图1为本发明实施例中钻井导向工具偏置力力学行为分析方法流程图；
[0067]
图2为本发明实施例中井眼轨迹坐标数据矩阵的示意图；
[0068]
图3为本发明实施例中部分井眼轨迹坐标节点的钻井导向工具偏置力的示意图；
[0069]
图4为本发明实施例中部分时间节点工具面上的钻井导向工具偏置力的示意图；
[0070]
图5为本发明实施例中钻井导向工具偏置力力学行为分析装置的结构框图。
具体实施方式
[0071]
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围
完整的传达给本领域的技术人员。
[0072]
为了更好地实现在钻井过程中对钻井导向工具产生的偏置力进行力学行为分析，本发明实施例提供了一种钻井导向工具偏置力力学行为分析方法，参照图1所示，该方法包括下述步骤：
[0073]
s11、根据钻井井眼轨迹数据建立井眼轨迹坐标数据矩阵；
[0074]
s12、根据所述井眼轨迹坐标数据矩阵中的井眼轨迹坐标数据，计算井眼轨迹坐标数据对应的各井眼轨迹坐标节点的井斜角变化率以及方位角变化率；
[0075]
s13、根据所述各井眼轨迹坐标节点的井斜角变化率、方位角变化率以及钻井导向工具液压力最大值，对所述各井眼轨迹坐标节点所需的钻井导向工具偏置力的大小与方向进行矢量合成。
[0076]
在本发明实施例中，钻井导向工具偏置力是指，静态偏置式机构在钻进过程中不与钻柱一起旋转，在某一方向上固定提供的侧向力。
[0077]
本发明实施例提供的钻井导向工具偏置力力学行为分析方法，根据实际钻井过程中产生的钻井井眼轨迹数据，计算出井眼轨迹中的各井眼轨迹坐标节点对应的井眼轨迹坐标数据，并根据各井眼轨迹坐标节点对应的井眼轨迹坐标数据建立出井眼轨迹坐标数据矩阵，如图2所示，井眼轨迹坐标数据矩阵中记录有各井眼轨迹坐标节点对应的井眼轨迹坐标数据，根据上述井眼轨迹坐标数据能够计算出各井眼轨迹坐标节点的井斜角变化率以及方位角变化率；再根据各井眼轨迹坐标节点的井斜角变化率、方位角变化率以及钻井导向工具液压力最大值，对各井眼轨迹坐标节点所需的钻井导向工具偏置力进行矢量合成，矢量合成的钻井导向工具偏置力包括其大小和方向。
[0078]
进一步地，上述步骤s11例如可通过下述方式实现：
[0079]
根据钻井井眼轨迹数据中各井眼轨迹坐标节点对应的第一井斜角、第一方位角、井深数据，应用圆柱螺旋线法、三维数据差值法建立笛卡尔坐标系下的井眼轨迹坐标数据矩阵。
[0080]
进一步地，上述井眼轨迹坐标数据矩阵具体通过下述方式建立：
[0081]
根据钻井井眼轨迹数据中各井眼轨迹坐标节点对应的第一井斜角、第一方位角、井深数据，应用圆柱螺旋线法计算获得各井眼轨迹坐标节点对应的预处理坐标数据；
[0082]
根据各井眼轨迹坐标节点对应的预处理坐标数据，应用三维数据差值法计算获得各井眼轨迹坐标节点对应的差值后的井眼轨迹坐标数据；
[0083]
根据计算获得的各井眼轨迹坐标节点对应的井眼轨迹坐标数据，建立笛卡尔坐标系下的井眼轨迹坐标数据矩阵。
[0084]
进一步地，在上述步骤s12中，各井眼轨迹坐标节点的井斜角变化率通过下述方式进行计算：
[0085]
根据井眼轨迹坐标数据矩阵中的井眼轨迹坐标数据，利用井斜角计算公式计算井眼轨迹坐标数据对应的各井眼轨迹坐标节点的第二井斜角；
[0086]
例如，上述的井斜角计算公式可以为：
[0087][0088]
上式中，i表示各井眼轨迹坐标节点的顺序，x、z表示各井眼轨迹坐标节点对应的
井眼轨迹坐标数据的x轴坐标、z轴坐标；
[0089]
根据各井眼轨迹坐标节点的第二井斜角，利用井斜角变化率计算公式计算各井眼轨迹坐标节点的井斜角变化率；
[0090]
例如，上述的井斜角变化率计算公式可以为：
[0091][0092]
上式中，i表示各井眼轨迹坐标节点的顺序。
[0093]
进一步地，在上述步骤s12中，各井眼轨迹坐标节点的方位角变化率通过下述方式进行计算：
[0094]
根据所述井眼轨迹坐标数据矩阵中的井眼轨迹坐标数据，利用方位角计算公式计算井眼轨迹坐标数据对应的各井眼轨迹坐标节点的第二方位角；
[0095]
例如，上述的方位角计算公式可以为：
[0096][0097]
上式中，i表示各井眼轨迹坐标节点的顺序，x、y表示各井眼轨迹坐标节点对应的井眼轨迹坐标数据的x轴坐标、y轴坐标；
[0098]
根据各井眼轨迹坐标节点的第二方位角，利用方位角变化率计算公式计算各井眼轨迹坐标节点的方位角变化率；
[0099]
例如，上述的方位角变化率计算公式可以为：
[0100][0101]
上式中，i表示各井眼轨迹坐标节点的顺序。
[0102]
进一步地，上述步骤s13，根据所述各井眼轨迹坐标节点的井斜角变化率、方位角变化率以及钻井导向工具液压力最大值，对所述各井眼轨迹坐标节点所需的钻井导向工具偏置力的大小与方向进行矢量合成，具体通过下述方式实现：
[0103]
根据所述各井眼轨迹坐标节点的井斜角变化率以及钻井导向工具液压力最大值，利用造斜偏置力计算公式计算出各井眼轨迹坐标节点对应的造斜偏置力；
[0104]
上述的造斜偏置力计算公式例如可以为：
[0105][0106]
上式中，da
devi
为井斜角变化率，da
max
为钻井导向工具造斜角度最大值，f
max
为钻井导向工具液压力最大值；
[0107]
钻井导向工具造斜角度最大值以及钻井导向工具液压力最大值均来自导向工具实际施工参数。
[0108]
根据所述各井眼轨迹坐标节点的方位角变化率以及钻井导向工具液压力最大值，利用造方位偏置力计算公式计算出各井眼轨迹坐标节点对应的造方位偏置力；
[0109]
上述的造方位偏置力计算公式例如可以为：
[0110][0111]
上式中，da
ori
为方位角变化率，da
max
为钻井导向工具造斜角度最大值，f
max
为钻井
导向工具液压力最大值；
[0112]
根据所述各井眼轨迹坐标节点对应的造斜偏置力和造方位偏置力，利用偏置力合力大小计算公式对所述各井眼轨迹坐标节点所需的钻井导向工具偏置力的大小进行合成；
[0113]
上述的偏置力合力大小计算公式例如可以为：
[0114][0115]
上式中，f
devi
为造斜偏置力，f
ori
为造方位偏置力；
[0116]
根据所述各井眼轨迹坐标节点对应的井眼轨迹坐标数据利用偏置力合力方向计算公式，对所述各井眼轨迹坐标节点所需的钻井导向工具偏置力的方向进行合成；
[0117]
上述的偏置力合力方向计算公式例如可以为：
[0118][0119][0120]
上式中，表示钻进方向向量，表示钻井导向工具偏置力方向向量，x、y、z表示各井眼轨迹坐标节点对应的井眼轨迹坐标数据的x轴坐标、y轴坐标、z轴坐标。
[0121]
在上述的对各井眼轨迹坐标节点所需的钻井导向工具偏置力的大小与方向进行矢量合成的计算方法中，示例性的，假设地层均质，钻井参数为：钻压7tf，泵压15mpa，扭矩11kn
·
m，采用pdc钻头，推靠式旋转导向钻井工具，钻井导向工具偏置力与井斜角变化率、方位角变化率的变化关系遵循下述公式(实际钻井过程中需根据实钻情况调整系数)：
[0122]
δa＝2.1852e
0.1496f[0123]
上式中，δa为井斜角、方位角每30m的变化率，
°
/30m；f为偏置力大小，kn。
[0124]
进一步地，在上述步骤s13中，对各井眼轨迹坐标节点所需的钻井导向工具偏置力的大小与方向进行矢量合成之后，还可执行下述步骤：
[0125]
根据各井眼轨迹坐标节点，在预设的三维展示图数据中，将矢量合成的各井眼轨迹坐标节点所需的钻井导向工具偏置力与所述各井眼轨迹坐标节点进行关联，并通过所述三维展示图进行展示。
[0126]
在对各井眼轨迹坐标节点所需的钻井导向工具偏置力的大小与方向进行矢量合成之后，将合成的钻井导向工具偏置力对应标记在所有的井眼轨迹坐标节点上，实现可视化地展示各井眼轨迹坐标节点所需的钻井导向工具偏置力的大小及方向，参照图3所示，图3展示出了部分井眼轨迹坐标节点的钻井导向工具偏置力，图3中与井眼轨迹坐标节点相连的线段即为该井眼轨迹坐标节点对应的钻井导向工具偏置力，线段的方向表示钻井导向工具偏置力的方向，线段的长度表示钻井导向工具偏置力的大小；为了方便可视化，图3中线段的长度为钻井导向工具偏置力大小的绝对值扩大100倍后的数值对应的长度。图4展示出了部分时间节点工具面上的钻井导向工具偏置力，工具面为造斜工具弯曲方向的平面。
[0127]
将井眼轨迹控制过程进行了可视化展示，可以可视化地展示实钻井眼轨迹在钻进过程中钻井导向工具在各个井眼轨迹坐标节点的偏置力的大小与方向，为地面的导向工作人员提供分析依据进而优化井眼轨迹控制过程，不仅更方便人工勘误、改进轨迹校正过程，还为未来井眼轨迹闭环控制提供了技术基础。
[0128]
本发明实施例还提供了一种井眼轨迹控制方法，该方法根据如前述的钻井导向工具偏置力力学行为分析方法得到的导向工具偏置力的矢量数据，对钻井井眼的轨迹进行控制，进而优化井眼轨迹控制过程。
[0129]
具体对钻井井眼的轨迹进行控制的过程，可参照现有技术，在此不再赘述。
[0130]
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种钻井导向工具偏置力力学行为分析装置，由于该装置所解决问题的原理与前述钻井导向工具偏置力力学行为分析方法相似，因此该装置的实施可以参见前述方法的实施，重复之处不再赘述。
[0131]
本发明实施例提供一种钻井导向工具偏置力力学行为分析装置，参照图5所示，包括：
[0132]
建立模块51，用于根据钻井井眼轨迹数据建立井眼轨迹坐标数据矩阵；
[0133]
计算模块52，用于根据所述井眼轨迹坐标数据矩阵中的井眼轨迹坐标数据，计算井眼轨迹坐标数据对应的各井眼轨迹坐标节点的井斜角变化率以及方位角变化率；
[0134]
合成模块53，用于根据所述各井眼轨迹坐标节点的井斜角变化率、方位角变化率以及钻井导向工具液压力最大值，对所述各井眼轨迹坐标节点所需的钻井导向工具偏置力的大小与方向进行矢量合成。
[0135]
本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如前述的钻井导向工具偏置力力学行为分析方法。
[0136]
本发明实施例提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如前述的钻井导向工具偏置力力学行为分析方法。
[0137]
关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。
[0138]
应该明白，公开的过程中的步骤的特定顺序或层次是示例性方法的实例。基于设计偏好，应该理解，过程中的步骤的特定顺序或层次可以在不脱离本公开的保护范围的情况下得到重新安排。所附的方法权利要求以示例性的顺序给出了各种步骤的要素，并且不是要限于所述的特定顺序或层次。
[0139]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0140]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0141]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指
令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0142]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0143]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
技术特征：1.一种钻井导向工具偏置力力学行为分析方法，其特征在于，包括：根据钻井井眼轨迹数据建立井眼轨迹坐标数据矩阵；根据所述井眼轨迹坐标数据矩阵中的井眼轨迹坐标数据，计算井眼轨迹坐标数据对应的各井眼轨迹坐标节点的井斜角变化率以及方位角变化率；根据所述各井眼轨迹坐标节点的井斜角变化率、方位角变化率以及钻井导向工具液压力最大值，对所述各井眼轨迹坐标节点所需的钻井导向工具偏置力的大小与方向进行矢量合成。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据钻井井眼轨迹数据建立井眼轨迹坐标数据矩阵，包括：根据钻井井眼轨迹数据中各井眼轨迹坐标节点对应的第一井斜角、第一方位角、井深数据，应用圆柱螺旋线法、三维数据差值法建立笛卡尔坐标系下的井眼轨迹坐标数据矩阵。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据钻井井眼轨迹数据中各井眼轨迹坐标节点对应的第一井斜角、第一方位角、井深数据，应用圆柱螺旋线法、三维数据差值法建立笛卡尔坐标系下的井眼轨迹坐标数据矩阵，包括：根据钻井井眼轨迹数据中各井眼轨迹坐标节点对应的第一井斜角、第一方位角、井深数据，应用圆柱螺旋线法计算获得各井眼轨迹坐标节点对应的预处理坐标数据；根据所述各井眼轨迹坐标节点对应的预处理坐标数据，应用三维数据差值法计算获得各井眼轨迹坐标节点对应的井眼轨迹坐标数据；根据所述计算获得的各井眼轨迹坐标节点对应的井眼轨迹坐标数据，建立笛卡尔坐标系下的井眼轨迹坐标数据矩阵。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述井眼轨迹坐标数据矩阵中的井眼轨迹坐标数据，计算井眼轨迹坐标数据对应的各井眼轨迹坐标节点的井斜角变化率，包括：根据所述井眼轨迹坐标数据矩阵中的井眼轨迹坐标数据，利用井斜角计算公式计算井眼轨迹坐标数据对应的各井眼轨迹坐标节点的第二井斜角；根据各井眼轨迹坐标节点的第二井斜角，利用井斜角变化率计算公式计算各井眼轨迹坐标节点的井斜角变化率。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述井斜角计算公式为：上式中，i表示各井眼轨迹坐标节点的顺序，x、z表示各井眼轨迹坐标节点对应的井眼轨迹坐标数据的x轴坐标、z轴坐标；所述井斜角变化率计算公式为：上式中，i表示各井眼轨迹坐标节点的顺序。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述井眼轨迹坐标数据矩阵中的井眼轨迹坐标数据，计算井眼轨迹坐标数据对应的各井眼轨迹坐标节点的方位角变化率，包括：根据所述井眼轨迹坐标数据矩阵中的井眼轨迹坐标数据，利用方位角计算公式计算井眼轨迹坐标数据对应的各井眼轨迹坐标节点的第二方位角；
根据各井眼轨迹坐标节点的第二方位角，利用方位角变化率计算公式计算各井眼轨迹坐标节点的方位角变化率。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方位角计算公式为：上式中，i表示各井眼轨迹坐标节点的顺序，x、y表示各井眼轨迹坐标节点对应的井眼轨迹坐标数据的x轴坐标、y轴坐标；所述方位角变化率计算公式为：上式中，i表示各井眼轨迹坐标节点的顺序。8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述各井眼轨迹坐标节点的井斜角变化率、方位角变化率以及钻井导向工具液压力最大值，对所述各井眼轨迹坐标节点所需的钻井导向工具偏置力的大小与方向进行矢量合成，包括：根据所述各井眼轨迹坐标节点的井斜角变化率以及钻井导向工具液压力最大值，利用造斜偏置力计算公式计算出各井眼轨迹坐标节点对应的造斜偏置力；根据所述各井眼轨迹坐标节点的方位角变化率以及钻井导向工具液压力最大值，利用造方位偏置力计算公式计算出各井眼轨迹坐标节点对应的造方位偏置力；根据所述各井眼轨迹坐标节点对应的造斜偏置力和造方位偏置力，利用偏置力合力大小计算公式对所述各井眼轨迹坐标节点所需的钻井导向工具偏置力的大小进行合成；根据所述各井眼轨迹坐标节点对应的井眼轨迹坐标数据利用偏置力合力方向计算公式，对所述各井眼轨迹坐标节点所需的钻井导向工具偏置力的方向进行合成。9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述造斜偏置力计算公式为：上式中，da
devi
为井斜角变化率，da
max
为钻井导向工具造斜角度最大值，f
max
为钻井导向工具液压力最大值；所述造方位偏置力计算公式为：上式中，da
ori
为方位角变化率，da
max
为钻井导向工具造斜角度最大值，f
max
为钻井导向工具液压力最大值；所述偏置力合力大小计算公式为：上式中，f
devi
为造斜偏置力，f
ori
为造方位偏置力；所述偏置力合力方向计算公式为：所述偏置力合力方向计算公式为：
上式中，表示钻进方向向量，表示钻井导向工具偏置力方向向量，x、y、z表示各井眼轨迹坐标节点对应的井眼轨迹坐标数据的x轴坐标、y轴坐标、z轴坐标。10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述各井眼轨迹坐标节点的井斜角变化率、方位角变化率以及钻井导向工具液压力最大值，对所述各井眼轨迹坐标节点所需的钻井导向工具偏置力的大小与方向进行矢量合成之后，还包括：根据各井眼轨迹坐标节点，在预设的三维展示图数据中，将矢量合成的各井眼轨迹坐标节点所需的钻井导向工具偏置力与所述各井眼轨迹坐标节点进行关联，并通过所述三维展示图进行展示。11.一种井眼轨迹控制方法，其特征在于，根据如权利要求1至10任一所述的钻井导向工具偏置力力学行为分析方法得到的导向工具偏置力的矢量数据，对钻井井眼的轨迹进行控制。12.一种钻井导向工具偏置力力学行为分析装置，其特征在于，包括：建立模块，用于根据钻井井眼轨迹数据建立井眼轨迹坐标数据矩阵；计算模块，用于根据所述井眼轨迹坐标数据矩阵中的井眼轨迹坐标数据，计算井眼轨迹坐标数据对应的各井眼轨迹坐标节点的井斜角变化率以及方位角变化率；合成模块，用于根据所述各井眼轨迹坐标节点的井斜角变化率、方位角变化率以及钻井导向工具液压力最大值，对所述各井眼轨迹坐标节点所需的钻井导向工具偏置力的大小与方向进行矢量合成。13.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至10任一所述的钻井导向工具偏置力力学行为分析方法。14.一种计算机程序产品，其特征在于，所述计算机程序产品包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至10任一所述的钻井导向工具偏置力力学行为分析方法。
技术总结本发明公开了一种钻井导向工具偏置力力学行为分析方法。所述方法包括：根据钻井井眼轨迹数据建立井眼轨迹坐标数据矩阵；根据所述井眼轨迹坐标数据矩阵中的井眼轨迹坐标数据，计算井眼轨迹坐标数据对应的各井眼轨迹坐标节点的井斜角变化率以及方位角变化率；根据所述各井眼轨迹坐标节点的井斜角变化率、方位角变化率以及钻井导向工具液压力最大值，对所述各井眼轨迹坐标节点所需的钻井导向工具偏置力的大小与方向进行矢量合成。本发明公开的钻井导向工具偏置力力学行为分析方法，能够对钻井过程中的钻井导向工具进行力学行为分析，并可视化地展示井眼轨迹在钻进过程中钻井导向工具在各个井眼轨迹坐标节点的偏置力大小与方向。方向。方向。
技术研发人员：赵庆 孙挺 刘伟 付加胜 李牧 房超 许朝辉 郝围围 林子力 吕乾 王树森
受保护的技术使用者：中国石油集团工程技术研究院有限公司 中国石油大学（北京）
技术研发日：2022.06.28
技术公布日：2022/11/1
