[發明專利]基于地球橢球的井間定位方法

在審

• 申請號: 201710284746.3
• 申請日: 2017-04-26
• 公開（公告）號: CN108801210A
• 公開（公告）日: 2018-11-13
• 發明（設計）人: 劉修善
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司石油工程技術研究院
• 主分類號: G01C3/28
• 分類號: G01C3/28
• 代理公司: 北京聿華聯合知識產權代理有限公司 11611
• 代理人: 朱繪;張文娟

本發明公開了一種基于地球橢球的井間定位方法，其包括：確定指北基準及井口坐標系、建立地固直角坐標系、求取井口點的地固直角坐標、確定參考井和比較井的井眼軌跡、選取參考坐標系、求取井眼軌跡的地固直角坐標及參考系坐標、獲取參考點和比較點等。通過建立基于地球橢球的地固直角坐標，本發明將參考井和比較井歸算到任意參考坐標系下，并提供了簡潔實用的一步式算法；按最近距離和法面距離等掃描原理，分別建立了參考井與比較井的井間定位方法。本發明考慮了地球表面彎曲、子午線收斂角和磁偏角時空變化等因素影響，消除了現有井間定位技術中的存在缺陷及誤差，能精準定位兩井及多井間的相對位置關系。

技術領域

本發明涉及油氣井鉆井技術領域，具體而言，涉及基于地球橢球的井間定位方法。

背景技術

叢式井的井間距離小，在設計與施工時應保持一定的安全距離，以避免井眼相碰。而救援井則期望連通事故井，以便實施壓井、滅火等救援措施。可見，無論是鄰井防碰還是救援井中靶，都需要計算井間距離。

為便于敘述兩井間的相對位置關系，常把它們分別稱之為參考井和比較井。一般情況下，參考井是新設計或是正在鉆進的井，而比較井是已設計或是已完鉆的鄰井。顯然，無論是參考井還是比較井都既可以是設計軌道也可以是實鉆軌跡，其計算方法本身與井眼軌跡的類型無關。

為滿足井眼軌跡設計、監測及控制需求，每口定向井都有自己的井口坐標系。顯然，鄰井防碰和救援井中靶都需要將參考井和比較井歸算到同一個坐標系下，才能計算它們之間的距離。為方便，一般將比較井歸算到參考井的井口坐標系下，這樣不必歸算參考井就使兩井擁有了共同的坐標系。

現有技術是基于地圖投影原理來進行井眼定位，明顯存在一些缺陷：

(1)將大地水準面看作是水平面

現有技術將大地水準面或似大地水準面看作是水平面，采用水平面定位和垂向定位相結合進行空間定位，并且二者互不相關。但事實上，大地水準面接近于橢球面，并非平面。在很小的區域內，大地水準面可近似為水平面，但并不存在嚴格意義上的水平面。

例如，假設在赤道和北極分別打兩口直井，現有技術認為這兩口井將平行向下鉆進。但實際上，這兩口直井應相互垂直而非平行，且越來越靠近并相交于地心。因此，在定位參考井與比較井之間的相對位置關系時，現有技術明顯存在偏差。

(2)地圖投影變形導致井間定位存在誤差

投影變形是地圖投影的固有缺陷，任何地圖投影方法都不可避免地存在長度、方向、角度或面積變形甚至多種變形共存。因此，基于地圖投影坐標進行定位，必然存在誤差。

(3)沒有考慮子午線收斂角和磁偏角沿井眼軌跡的變化

現有技術以網格北作為指北基準建立井口坐標系，并進行井眼軌道設計與監測。在將實鉆軌跡歸算到井口坐標系時，必然用到子午線收斂角和磁偏角等參數。但是，子午線收斂角與地理位置有關，磁偏角還與測量時刻有關，所以它們沿井眼軌跡變化，而現有技術采用井口處的子午線收斂角和磁偏角來歸算全井的井眼軌跡，顯然存在誤差。

總之，現有技術明顯存在缺陷和誤差，不能準確地定位井間的相對位置。

發明內容

本發明為解決上述技術問題，提供了一種基于地球橢球的井間定位方法。該方法包括：

S1、確定指北基準并基于地球橢球建立參考井和比較井的井口坐標系，其中比較井為一個或多個；

S2、以地球橢球中心為原點建立地固直角坐標系；

S3、根據所述比較井和參考井的井口點的大地坐標求取所述井口點在所述地固直角坐標系下的地固直角坐標；

S4、按預先確定的指北基準及井口坐標系來歸算所述參考井和比較井；