井眼交碰风险分析及可视化

摘要

近年来，加密井和丛式井技术得到广泛应用，井与井之间的距离越来越小，意外井眼交碰事故时有发生，井眼交碰风险评价对于井眼防碰设计与施工具有重要意义。现有的井眼交碰风险评价指标包括井间距离、井眼分离系数、井眼交碰概率等。其中，井眼分离系数是目前最常用的井眼交碰风险评价指标。尽管该指标有多种计算方法，包括传统分离系数、中心向量法分离系数、垂足线法分离系数、定向分离系数等，但是其中大多数计算方法只有计算原理和思路，尚无完整的数学模型。不仅如此，从计算原理上还发现这些计算方法要么过于保守，要么过于乐观，还需要继续改进。 基于上述原因，本文深入分析了现有的各种井眼交碰风险评价指标的计算原理，重建或还原了数学模型，为井眼交碰风险评价指标优选提供了技术支持，也为后期的编程提供数学基础。考虑到现有的井眼交碰风险评价指标尚不能准确地评价井眼交碰风险，还给出了一种基于误差椭球缩放原理的井眼分离系数计算新方法，称为“误差椭球缩放法”。该方法同比例缩放两个误差椭球使之满足外切条件，与之对应的误差椭球缩放系数即为井眼分离系数。应用高等数学知识，推导出了新方法对应的基本方程组（四元二次方程组），探讨了与之配套的数值求解方法及快速求解策略，使新方法在理论上和计算上均可行，首次实现了直接在三维空间中准确评价两个误差椭球的分离程度。井眼交碰实例分析表明，与其他井眼分离系数计算方法相比，新方法能够更好地指导井眼交碰风险评价工作，有助于准确定位危险井段，减少防碰施工工作量。 还采用MATLAB R2014a软件开发了《井眼交碰风险评价软件》，可以求解上述井眼交碰风险评价指标，综合评价井眼交碰风险。结合现有的井眼轨迹测量及误差图示方法，实现了含误差的定向井井眼轨迹及其交碰风险评价结果可视化。输出结果包括分离系数以及井眼轨迹投影图、含误差椭球的三维轨迹图等，满足了钻井现场要求。

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