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专利号: 2021103276653
申请人: 中国地质大学(武汉)
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种井壁稳定性约束下的钻进轨迹多目标优化方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、以轨迹长度L和钻柱扭矩T作为优化目标,以中靶误差e和井深s处的安全泥浆密度上限MWhigh和下限MWlow为约束,建立井壁稳定性约束下的钻进轨迹多目标优化问题模型;

S2、利用结合拐点和反世代距离的多目标进化算法求解步骤S1中井壁稳定性约束下的轨迹优化问题,得到一组互不支配的轨迹设计方案集;

S3、计算轨迹设计方案集在各关键点处的安全泥浆密度上限和下限,选择上限和下限标准差最小的方案作为最终的轨迹设计方案。

2.根据权利要求1所述的一种井壁稳定性约束下的钻进轨迹多目标优化方法,其特征在于,步骤S1中,所述钻进轨迹多目标优化模型为:min[f1(x)=L,f2(x)=T]其中,L为轨迹长度,T为钻柱扭矩,e是中靶误差,MWhigh为安全泥浆密度上限,MWlow为安全泥浆密度下限,g2n+1是第2n+1个约束函数,s’是第2+n个约束函数中的井深;MWhb和MWlb分别是安全泥浆密度上限和下限的边界值。

3.根据权利要求2所述的一种井壁稳定性约束下的钻进轨迹多目标优化方法,其特征在于,安全泥浆密度上限MWhigh和下限MWlow的计算公式分别如下:其中,plow(s)和phigh(s)分别是最低和最高的极限压力,g是重力常数,D(s)是井深为s时对应的井的垂直深度。

4.根据权利要求2所述的一种井壁稳定性约束下的钻进轨迹多目标优化方法,其特征在于,所述中靶误差e的计算公式如下:其中,N(L)、E(L)是轨迹终点的北、东方向坐标,Nta、Eta是目标靶区中心的北、东坐标。

5.根据权利要求2所述的一种井壁稳定性约束下的钻进轨迹多目标优化方法,其特征在于,所述轨迹长度L为:

其中,m为轨迹的总段数,Li为第i段轨迹长度;

直井段i的钻柱扭矩Ti和所受拉力Fi分别为:Ti=μbwpLirpsinαiFi=Fi‑1+bwpLicosαi其中,μ是井壁与钻柱间的摩擦系数,b是浮力系数,wp是钻柱的重力系数,rp是钻柱的半径,αi是井斜角,弧线井段的钻柱扭矩Ti和所受拉力Fi分别为:Ti=μrpFi/ωi

其中,ωi是弧线段起始点的工具面角,所以m段轨迹的总钻柱扭矩T为:

6.根据权利要求1所述的一种井壁稳定性约束下的钻进轨迹多目标优化方法,其特征在于,步骤S2中结合拐点和反世代距离的多目标进化算法为:S21、输入参数:井壁稳定性约束下的钻进轨迹优化问题、种群大小N和迭代终止条件;

S22、初始化:随机产生N个体,初始化计算反世代距离的参考点、存档集合和拐点,对随机个体进行非支配排序;

S23、产生子代:根据中靶误差和安全泥浆密度约束计算个体的违约值,用锦标赛策略选择亲代,优先选择违约值小的个体,若违约值一致则选择支配等级更高的个体,若支配等级一致则选择是拐点的个体,用基因算法中的交叉变异产生子代;

S24、非支配排序:对于可行解,根据轨迹长度和钻柱扭矩进行非支配排序,非支配等级高的个体具有更小的轨迹长度和钻柱扭矩,互不支配的个体至少有一个目标函数值不小于其它个体的目标函数值;对于不可行解,根据违约值排序,违约值小的个体具有更高的非支配等级;可行解支配不可行解;

S25、环境选择:选择前k‑1个支配等级的个体,对于第k级的个体,若当前可行解的数量大于e*N,则选择第k级中的拐点;否则,删除对逆世代距离没有贡献的解,直到种群数量达到N;

S26、若达到终止条件,则输出当前种群,否则返回到步骤S23进行循环。

7.根据权利要求1所述的一种井壁稳定性约束下的钻进轨迹多目标优化方法,其特征在于,步骤S3中给出最终的轨迹设计方案的步骤为:

1 2

S31、计算所有设计方案所对应轨迹的关键点处安全泥浆密度上限MW high,MWhigh,…n 1 2 n

MWhigh,下限MWlow,MWlow,…MWlow;n为安全泥浆密度上限和下限的个数;

std std

S32、求取各关键点处安全泥浆密度上限MW high和下限的标准差MW low;

S33、选择标准差最小的设计方案作为最终的轨迹设计方案。