雙水平井SADG軟件井眼軌跡仿真模塊設計與實現

陽萬里 劉波濤

摘要：采用“最小曲率法”對井眼軌跡進行建模，基于pandas進行數值預處理，利用Numpy進行科學計算，使用Matplotlib進行圖形可視化，最后利用PyQt完成GUI開發。文中給出了模塊設計的原理及算法，闡述了軟件模塊設計流程圖，最后給出了測試實例及結果。經過實際井斜數據的驗證表明，軟件模塊運行穩定，可視化效果良好，能有效指導實際開發過程。

關鍵詞：SAGD;井眼軌跡仿真;python; PyQt; Matplotlib

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）03-0267-03

隨著當今社會的發展，石油作為當前社會的工業血液，其需求也與日俱增。稠油作為一種非常規油氣，儲量豐富具有極大的開采潛力，因此稠油開采技術就成為當前石油開發技術研究的重點問題之一[1]。目前，稠油開采技術方案較多，如表面活性劑開采技術、改進的蒸汽法開采技術、微生物強化開采技術、井下催化反應法開采技術等[2]。其中，應用較為廣泛的是蒸汽輔助重力泄油（Steam Assisted G ravity Drainage.以下簡稱SAGD）技術[3]，且多以雙水平井蒸汽輔助重力泄油技術[4]為主。雙水平井SACD有預熱和生產2個不同的開發階段，開發雙水平井SACD軟件，去揭示不同開發階段過程中油藏的不同發育形態，可以指導SAGD開發策略，具備極大的實際應用價值。在雙水平井SACD軟件中，溫度場與產量的計算都離不開井眼軌跡的計算和仿真，準確的井眼軌跡對于SACD的預熱階段溫度場擴展，生產階段蒸汽腔發育的狀態，都有很大的影響。

對于SACD數值模擬軟件來說，如CMG start，Eclipse500熱采模擬器等，其主要面對的是國外海相油藏，而中國國內多是陸相油藏，有一定參考價值但略顯不足。同時，該類軟件售價高昂，學習成本也不低，開發SACD軟件就有實際價值與意義。以下，以筆者研制的雙水平井SADG軟件井眼軌跡仿真為例，闡述設計思路與實現。

1 軟件設計原理及算法研究

雙水平井SAGD的井眼軌跡包括生產井井眼軌跡與注入井井眼軌跡，其實際上是兩條三維空間的曲線，而實際油藏開發過程中，井眼軌跡數據并不是直接的三維空間數據坐標，必須經過算法轉換、數值建模，才能將井眼軌跡數據轉為三維空間數據，最后用以可視化顯示[8]。

1.1 井眼軌跡仿真理論

井眼軌跡使用的坐標系為地理坐標系，包含正東（E），正北（N），正西（E），正南（S）和海拔高度（H）。井眼軌跡主要參數有很多，如井深，井斜角，井斜方位角，狗腿角，降斜點，增斜段等[6]。實際井眼軌跡數據是測量儀器在不同測點測量的數據，井眼軌跡在每個測點的參數包含3個，分別是測深，井斜角，井斜方位角[7]，如圖1所示，A為上測點，C為下測點，0為上測點的垂線與下測點水平面的交點，下測點所在的平面為平面COD，其中，OD平行于N方向。

1.2 井眼軌跡仿真算法模型

井眼軌跡附近因蒸汽注入形成的三維溫度場，在時間與空間上都影響三維蒸汽腔發育狀態，所以三維井眼軌跡模型較為適用。三維井眼軌跡仿真模型[7]常用方法包括正切法、平衡正切法、最小曲率法、曲率半徑法等。為了計算精確的井眼軌跡模型[8]，通常將井眼軌跡看作空間上連續的曲線或圓弧。筆者采用最小曲率算法計算井眼軌跡坐標[9]。

井軌跡空間狀態一般以O-NED坐標系來描述（見圖2）。其中原點0為井口，N是正北方，E是正東方，D是井垂直深度。

根據井眼軌跡測點數據，計算出每個測點在NED的偏移量，獲取井眼軌跡在坐標內的真實坐標。由于測量數據是不連續的，為得到較為連續的井眼軌跡，因此需對不連續的井眼軌跡坐標進行插值處理[10]。

2 井眼軌跡仿真模塊的設計與實現

井眼軌跡仿真模塊屬于雙水平井SADG軟件的一部分，其中包括GUI用戶交互、數據預處理、數值計算、計算結果可視化等。主要運用Python語言，需要的工具庫：CUI用戶交互（Py-Qt）;井眼軌跡數據的預處理（Pandas）;井眼軌跡坐標的數值計算（Numpy）;圖形化展示（Matplotlib）。

2.1 模塊的流程框圖

模塊整體流程如圖3所示。由圖可知，該流程主要分為六大步，分別是加載數據、顯示數據、計算坐標、插值處理、顯示數據。

2.2 模塊的實現

為方便具體的用戶使用，整個井眼軌跡仿真模塊主要的功能實現由三個子模塊實現：子模塊一實現井眼軌跡數據的加載與錄入功能;子模塊二根據1.2章節最小曲率算法模型，實現井眼軌跡坐標的計算與插值處理;子模塊三實現在桌面顯示井眼軌跡與和用戶交互的功能。

2.2.1 子模塊一的實現

假設井眼軌跡控制類名稱為main_frame，實現如下：

obtain_we11_3D_coordinate_by_well_deviation（listReadedDa -ta1。

該函數的作用是將入讀的井斜數據listReadedData轉為真實的空間坐標。

2.2.2 子模塊二的實現

實現如下：

1） get_all_coordinate_point_3d（row_well_arr）。第一個參數為3*N的井眼軌跡的數據，包含井深，井斜角方位角。根據最小曲率算法，計算出相關的井眼軌跡每個點的空間坐標。

2） hole_trajectory_interpolation（well_coordinate， point_times）。該函數有兩個參數，well—coordinate代表插值的坐標數，point_times代表將點插值的倍數。

2.2.3 子模塊三的實現

實現如下：

1） draw_2d_well_by_data（well_datas. tab_canvas. is_scatter=True。x_label=N，y-label=TVD，axes_title=None）。該函數包含6個參數，well_datas井眼軌跡坐標數據，tab_canvas代表要繪制的畫布類，is_scatter代表的是繪制散點還是直線圖，true繪制散點圖，false繪制連續曲線圖，x_labe代表x軸的標簽，默認值為“N”，y_label代表ylabel的標簽，默認值為“TVD”（true verticaldepth），axes_title代表當前圖像的標題。返回繪制完成之后的畫布。

2） draw_3d_well_by_data（well_datas. tab_canvas. is_scatter=True，x_label=N，y-label=TVD，axes_title=None）。該函數包含6個參數，well_datas井眼軌跡坐標數據，tab_canvas代表要繪制的畫布類，is_scatter代表的是繪制散點還是直線圖，true繪制散點圖，false繪制連續曲線圖，x_labe代表x軸的標簽，默認值為“N”，y_label代表ylabel的標簽，默認值為“TVD”（true verticaldepth），axes_title代表當前圖像的標題。返回繪制完成之后的畫布。

3 實例與分析

點擊井眼軌跡仿真模塊，輸入生產井井斜數據，注入井井斜數據之后，點擊繪制井眼軌跡，可觀察圖形化結果。對現場生產井與注入井3101、310P數據進行應用，軟件具體運行結果如下圖4所示。

由圖可知，藍色曲線為注入井，紅色曲線為生產井，曲線較為光滑，雙水平井的井眼軌跡空間狀態展示良好，能反映實際情況。

4 結論

（1）基于最小曲率算法建立了雙水平井SACD的井眼軌跡仿真模型。

（2）系統地給出了設計與實現雙水平井SACD軟件井眼軌跡仿真模塊的開發思路，功能模塊流程圖，基本運行界面。

（3）應用研制的軟件模塊對現場注入井3101與生產井310P進行了應用，應用結果顯示，該軟件模塊具有很好的使用價值。

參考文獻：

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