本發(fā)明屬于鉆井平臺(tái)管理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種自動(dòng)防碰鉆井系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前，海洋大組叢式井及陸地老井區(qū)加密調(diào)整井的鉆探數(shù)量呈現(xiàn)大幅度增加趨勢(shì)，在鉆此類井的過程中，直井段施工打碰鄰井套管及斜井段發(fā)生兩井相碰的問題變得日益突出。井眼交碰導(dǎo)致報(bào)廢進(jìn)尺并重復(fù)施工及兩井同時(shí)作廢的現(xiàn)象影響了施工的進(jìn)度，也增加了成本。隨著油田開發(fā)需求的日益增長(zhǎng)，很多油田的鉆井?dāng)?shù)量呈現(xiàn)大幅度增長(zhǎng)趨勢(shì)。因此，很多油田，尤其是井網(wǎng)面積的油田面臨著較大的井眼碰撞風(fēng)險(xiǎn)。在鉆井過程中，如果沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)鉆頭已經(jīng)接近鄰井的套管，就有可能發(fā)生鉆頭與鄰井套管碰撞的事故。一旦發(fā)生碰撞，鉆頭往往會(huì)鉆穿鄰井套管，不僅會(huì)報(bào)廢新鉆井進(jìn)尺并重復(fù)施工，還會(huì)耽誤鄰井生產(chǎn)，進(jìn)行鄰井套管修補(bǔ)，造成巨額的經(jīng)濟(jì)損失?，F(xiàn)有技術(shù)中，鉆井過程中觀察鉆頭是否鉆遇鄰井的一般方法是在振動(dòng)篩處觀察是否有鄰井固井水泥或鐵屑返出。如果發(fā)現(xiàn)鄰井固井水泥或鐵屑返出，確定已經(jīng)碰撞到鄰井套管，停止施工。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種自動(dòng)防碰鉆井系統(tǒng)，旨在解決目前自動(dòng)防碰鉆井系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、容易發(fā)生鉆頭碰撞鄰井套管事故的問題。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種自動(dòng)防碰鉆井系統(tǒng)，該自動(dòng)防碰鉆井系統(tǒng)采用以下方法實(shí)現(xiàn)防碰：

步驟一、采用三維動(dòng)畫的建模方法建立三維鉆井圖形實(shí)體模型庫(kù)；

步驟二、輸入老井的軌道及新井的軌道數(shù)據(jù)，生成三角網(wǎng)數(shù)字地面模型，三角網(wǎng)數(shù)字地面模型與老井的軌道及新井的軌道數(shù)據(jù)結(jié)合生成具有約束條件的地面模型及鉆井軌道模型；

步驟三、根據(jù)目標(biāo)儲(chǔ)層的地震資料和地質(zhì)資料的分析處理結(jié)果，確定所述目標(biāo)儲(chǔ)層中水平井段中地質(zhì)突變的預(yù)測(cè)區(qū)域，當(dāng)所述水平井段中的鉆井鉆頭到達(dá)預(yù)測(cè)區(qū)域時(shí)，根據(jù)獲取的隨鉆地質(zhì)資料，確定所述地質(zhì)突變?cè)谒鲱A(yù)測(cè)區(qū)域中的位置和所述地質(zhì)突變的類型；

步驟四、基于實(shí)鉆軌跡最后兩測(cè)點(diǎn)的測(cè)斜數(shù)據(jù)，計(jì)算末測(cè)段的軌跡特征參數(shù)，所述測(cè)斜數(shù)據(jù)為井深、井斜角、方位角，所述軌跡特征參數(shù)用于表征最后測(cè)段的軌跡形狀；

步驟五、基于實(shí)鉆軌跡末測(cè)段的軌跡特征參數(shù)，采用外推法計(jì)算井底點(diǎn)的軌跡參數(shù)，所述軌跡參數(shù)包括井斜角、方位角和空間坐標(biāo)；

步驟六、確定對(duì)新井產(chǎn)生影響的直徑范圍，將新井周圍影響區(qū)域外的井位剔除；

步驟七、建立通用的靶平面方程以及靶點(diǎn)坐標(biāo)系與井口坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系，以適用于各種井型的靶平面；

步驟八、基于所述井底點(diǎn)的軌跡參數(shù)和井段長(zhǎng)度，預(yù)測(cè)入靶方向并校核是否滿足工程要求，所述入靶方向包括入靶井斜角和方位角；

步驟九、監(jiān)測(cè)鄰井套管端口的振動(dòng)，并采集振動(dòng)信號(hào)，根據(jù)所述振動(dòng)信號(hào)的強(qiáng)度，計(jì)算鉆井鉆頭與領(lǐng)井套管的最近距離；

步驟十、根據(jù)所述地質(zhì)突變的位置和地質(zhì)突變類型、氣侵位置、環(huán)空循環(huán)壓耗、預(yù)測(cè)入靶方向調(diào)整鉆井鉆頭的鉆進(jìn)方向；

步驟十一、進(jìn)行軌道碰撞掃描，并求出碰撞結(jié)果；

先確定預(yù)設(shè)安全井距然后進(jìn)行軌道碰撞掃描，采用水平掃描法、法面掃描法和最小距離法，在新井軌道的直井段采用水平掃描法，在新井軌道的斜井段與同方向井之間采用法面掃描法，與異方向井之間采用水平面掃描法，當(dāng)上述掃描結(jié)果井間距離小于安全井距的1.5倍時(shí)換用最小距離法進(jìn)行計(jì)算，得出井間最小距離，當(dāng)掃描到的井間最小距離在安全井距的1.5倍以上時(shí)再換回用平面掃描法或法面掃描法進(jìn)行掃描，對(duì)掃描結(jié)果小于安全井距的軌道距離進(jìn)行顯示；

所述自動(dòng)防碰鉆井系統(tǒng)包括振動(dòng)傳感器模塊、數(shù)據(jù)采集分析器模塊、鉆頭控制模塊、數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)射器模塊，所述數(shù)據(jù)采集分析器模塊與所述振動(dòng)傳感器模塊相連接，所述數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)射器模塊與所述數(shù)據(jù)采集分析器模塊和所述鉆頭控制模塊相連接，所述鉆頭控制模塊設(shè)置在鉆頭上，用于控制鉆頭的行進(jìn)方向。所述振動(dòng)傳感器模塊用于監(jiān)測(cè)鄰井套管端口的振動(dòng)，并將采集到的振動(dòng)信號(hào)傳遞至所述數(shù)據(jù)采集分析器模塊，所述數(shù)據(jù)采集分析器模塊用于根據(jù)所述振動(dòng)信號(hào)的強(qiáng)度，計(jì)算鉆井鉆頭與領(lǐng)井套管的最近距離，所述數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)射器模塊在所述最近距離小于安全距離時(shí)，發(fā)射預(yù)警信號(hào)至所述鉆頭控制模塊，所述鉆頭控制模塊控制鉆頭自動(dòng)避開障礙，開啟自動(dòng)防碰功能；

所述的振動(dòng)傳感器模塊安裝于鄰井井口的套管端口，所述的振動(dòng)傳感器模塊包括壓電式加速度傳感器；

所述的數(shù)據(jù)采集分析器模塊包括放大器、減法器、積分器、比較器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器和濾波器，所述放大器的輸出端與減法器的正輸入端連接，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出端與所述減法器的負(fù)輸入端連接，所述減法器的輸出端與積分器的輸入端連接，所述積分器的輸出端與所述比較器的輸入端連接，所述比較器的輸出端與數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入端以及濾波器的輸入端相連接；

所述的鉆頭控制模塊包括信號(hào)接收裝置、控制主機(jī)、顯示屏、電源裝置和報(bào)警裝置；

所述的顯示屏包含顯示面板、單元層、粘接層，所述單元層設(shè)置在所述顯示板的外側(cè)，所述粘接層設(shè)置在所述顯示面板和所述單元層之間，其中，所述粘接層的粘接于所述顯示面板的粘接面的第一邊緣和所述粘接層的粘接于所述單元層的粘接面的第二邊緣沿粘接面方向相互移位。

進(jìn)一步，所述數(shù)據(jù)采集分析器模塊設(shè)置有數(shù)據(jù)聚類集成單元，所述數(shù)據(jù)聚類集成單元的數(shù)據(jù)處理方法包括：

步驟一，先對(duì)XML文檔集中的每一個(gè)XML大數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、劃分和抽取預(yù)處理，即通過規(guī)模和內(nèi)容的劃分方法，從每個(gè)XML大數(shù)據(jù)中提取所有節(jié)點(diǎn)及節(jié)點(diǎn)的子集，計(jì)算節(jié)點(diǎn)在數(shù)據(jù)中的頻度，根據(jù)節(jié)點(diǎn)的頻繁頻度盡可能地把屬于同一主題內(nèi)容的節(jié)點(diǎn)及子孫劃分在同一子集，不同主題內(nèi)容的節(jié)點(diǎn)劃分在不同子集，并從劃分的子集中按照關(guān)鍵詞的頻繁頻度抽取n個(gè)子樹，求出抽取的每一個(gè)子樹從根節(jié)點(diǎn)到葉子節(jié)點(diǎn)的所有路徑，并以路徑作為消歧的輸入源對(duì)歧義詞進(jìn)行消歧處理，求取每個(gè)關(guān)鍵詞的語義相關(guān)度及上下文語義相關(guān)相似度；

步驟二，把消歧處理后的每一個(gè)子樹中所有的關(guān)鍵詞看成是該數(shù)據(jù)點(diǎn)的特征描述，這樣所有的數(shù)據(jù)點(diǎn)組成的XML文檔集就是n個(gè)n×n維特征空間向量；

步驟三，借鑒聚類集成的基本思想，用隨機(jī)子空間分類器作為基聚類器構(gòu)建k個(gè)分類器，k個(gè)分類器并行地從n個(gè)n×n特征向量空間中隨機(jī)抽取m個(gè)樣本數(shù)據(jù)來進(jìn)行訓(xùn)練以求得分類，方法是對(duì)新樣本集建立一個(gè)無向圖，每個(gè)樣本點(diǎn)是圖的一個(gè)頂點(diǎn)，圖的邊是頂點(diǎn)間的連線，它表示文檔之間的相似度，相似度采用標(biāo)記語義樹的方法求得，并按照它們組成的邊的權(quán)重最小、一條路徑的加權(quán)之和最大的原則把圖劃分成不同的路徑，路徑的劃分采用K-鄰近法，這樣把劃分的每一條路徑組成一個(gè)類別，所有不同的劃分路徑組成K個(gè)初始分類；

步驟四：從初始的簇集結(jié)果出發(fā)，按照簇集、簇和數(shù)據(jù)點(diǎn)三者之間的相互關(guān)系來構(gòu)建內(nèi)聯(lián)相似度矩陣，通過設(shè)計(jì)的并行的LANCZOS—QR算法求解其特征值對(duì)應(yīng)的特征向量來獲得低維向量的嵌入。

進(jìn)一步，所述數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)射器模塊設(shè)置有信息保護(hù)單元，所述信息保護(hù)單元的數(shù)據(jù)處理方法包括：

步驟一，定義一個(gè)在F_P上的橢圓曲線E，其中p是一個(gè)大素?cái)?shù)，設(shè)置P是E上階為素?cái)?shù)q的一個(gè)點(diǎn)，P是循環(huán)群<P>的生成元，且在<P>上的離散對(duì)數(shù)問題是難處理的；從Z_q中隨機(jī)選取一個(gè)值x，并計(jì)算Q＝xP，生成基于橢圓曲線的變型簽名算法公鑰K＝{(p,q,E,P,x,Q):Q＝xP}，簽名私鑰為x；產(chǎn)生一個(gè)輕量級(jí)對(duì)稱密碼算法f，對(duì)稱密鑰為τ，τ為用戶和可信審計(jì)者所共有；系統(tǒng)再隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)輕量級(jí)簽名算法的公私鑰對(duì)(spk,ssk)，并設(shè)置一個(gè)安全的哈希函數(shù)h:<P>→Z_q。

步驟二，用戶首先對(duì)數(shù)據(jù)文件F＝(m₁,m₂,...，m_n)的身份id計(jì)算文件標(biāo)簽t＝id||SSig_ssk(id)，接著采用基于橢圓曲線的變型簽名算法，對(duì)每一個(gè)數(shù)據(jù)塊m_i計(jì)算簽名σ_i＝(R_i,r_i,s_i)(i＝1,...,n),其中R_i＝k_iP＝(u_i,v_i)，r_i＝u_imodq，以及s_i＝(r_ik_i+m_ix)mod q，這n個(gè)簽名的集合為Φ＝{σ_i}_1≤i≤n，用戶再調(diào)用對(duì)稱密碼算法f將每一個(gè)數(shù)據(jù)塊m_i加密為m_i'＝m_i+f_τ(id||i)這樣數(shù)據(jù)文件F＝(m₁,m₂,...，m_n)被加密為F'＝(m₁',m₂',...，m_n').最后用戶將{F',t,Φ}發(fā)送給服務(wù)器，并且將原來的數(shù)據(jù)文件F＝(m₁,m₂,...，m_n)、簽名Φ＝{σ_i}_1≤i≤n和文件標(biāo)簽t刪除；

步驟三，可信審計(jì)者首先取回?cái)?shù)據(jù)文件標(biāo)簽t，并用spk驗(yàn)證SSig_ssk(id)，如果驗(yàn)證失敗，則TPA停止運(yùn)行.若驗(yàn)證通過，則TPA產(chǎn)生相應(yīng)的審計(jì)挑戰(zhàn)信息chal如下:可信審計(jì)者在集合{1,2,...,n}中隨機(jī)選取含有c個(gè)元素的集合C＝{l₁,...,l_c}；對(duì)于每一個(gè)j∈C，用戶產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的隨機(jī)值c_i，比特長(zhǎng)度應(yīng)小于q的比特長(zhǎng)度；然后，TPA向云服務(wù)器發(fā)送審計(jì)挑戰(zhàn)信息chal＝{(j,c_j)}_j∈C；當(dāng)云服務(wù)器接收到chal＝{(j,c_j)}_j∈C，云服務(wù)器查詢數(shù)據(jù)庫(kù)中的相關(guān)信息{F',t,Φ}并計(jì)算如下：計(jì)算計(jì)算計(jì)算云服務(wù)器再選擇一個(gè)隨機(jī)數(shù)η←Z_q，計(jì)算W＝ηQ，并且盲化μ'為μ＝μ'+ηh(W)；最后云服務(wù)器發(fā)送審計(jì)響應(yīng)信息{R,s,μ,W}給可信審計(jì)者。

進(jìn)一步，所述濾波器設(shè)置有壞點(diǎn)檢測(cè)及校正單元，所述壞點(diǎn)檢測(cè)及校正單元的濾波壞點(diǎn)檢測(cè)及校正方法包括：

步驟一，求出水平方向梯度絕對(duì)值的中值median_Dh＝median(Dh1,Dh2,Dh3)，同理求出豎直方向梯度絕對(duì)值的中值median_Dv＝median(Dv1,Dv2,Dv3)，對(duì)角線方向梯度絕對(duì)值的中值median_D45＝median(D45_1,D45_2,D45_3)，反對(duì)角線方向梯度絕對(duì)值的中值median_D135＝median(D135_1,D135_2,D135_3)；

步驟二，求出這四個(gè)中值梯度的最小值min_grad，即min_grad＝min(median_Dh，median_Dv，median_D45，median_D135)，將該方向作為邊緣方向進(jìn)行壞點(diǎn)濾波；

步驟三，對(duì)于中心像素值大于230和小于50的情況，當(dāng)中心像素點(diǎn)C₅的值小于15時(shí)，C₅都比C₁，C₂，C₃，C₄，C₆，C₇，C₈，C₉小，且小于某個(gè)閾值時(shí)，則判為壞點(diǎn)；否則當(dāng)中心像素點(diǎn)C₅的值大于230時(shí)，C₅都比C₁，C₂，C₃，C₄，C₆，C₇，C₈，C₉大，且大于某個(gè)閾值時(shí)，則判為壞點(diǎn)，在50與230之間的點(diǎn)仍用后面的步驟進(jìn)行壞點(diǎn)濾波；

步驟四，對(duì)于最小梯度方向?yàn)樗椒较蚝拓Q直方向的情況，過中心像素點(diǎn)的那個(gè)梯度的絕對(duì)值大于同方向的另兩個(gè)梯度絕對(duì)值和的某正整數(shù)倍，對(duì)于最小梯度時(shí)水平方向的情況，即當(dāng)Dh2>4×(Dh1+Dh3)時(shí)，則將中心像素點(diǎn)判為壞點(diǎn)，校正并輸出，否則為正常像素點(diǎn)；最小梯度為豎直的情況與之類似；

步驟五，對(duì)于最小梯度方向?yàn)閷?duì)角線方向的情況，此時(shí)反對(duì)角線的三個(gè)梯度絕對(duì)值兩兩之差的絕對(duì)值的和小于某個(gè)閾值，此時(shí)D45_2>4×(D45_1+D45_3)且D135_2>4×(D135_1+D135_3)，則判為壞點(diǎn)，校正并輸出，否則為正常點(diǎn)；否則，此時(shí)D45_2>4×(D45_1+D45_3)，則判為壞點(diǎn)，校正并輸出，否則為正常點(diǎn)；

步驟六，對(duì)于最小梯度方向?yàn)榉磳?duì)角線方向的情況，此時(shí)對(duì)角線的三個(gè)梯度絕對(duì)值兩兩之差的絕對(duì)值的和小于某個(gè)閾值，此時(shí)D135_2>4×(D135_1+D135_3)且D45_2>4×(D45_1+D45_3)，則判為壞點(diǎn)，校正并輸出，否則為正常點(diǎn)；否則，此時(shí)D135_2>4×(D135_1+D135_3)，則判為壞點(diǎn)，校正并輸出，否則為正常點(diǎn)；當(dāng)中心像素被確認(rèn)為壞點(diǎn)時(shí)，對(duì)最小梯度方向，用較接近中心像素點(diǎn)的像素值來求得校正值，校正過程如下：

中心像素點(diǎn)C₅已被判為壞點(diǎn)，且最小梯度方向min_grad是median_Dh即水平方向；此時(shí)用水平方向的值校正之，過程如下：|C₄-C₅|<|C₅-C₆|，則由C₅-C₄＝C₈-C₇＝C₂-C₁，得output＝C₄+(C₈+C₂-C₁-C₇)/2，否則，output＝C₄+(C₈+C₂-C₃-C₉)/2，用output代替原來的C₅輸出即可；同理，C₅被判為壞點(diǎn)且min_grad是median_Dv，即最小梯度方向是豎直方向，|C₅-C₂|<|C₅-C₈|，則由C₅-C₂＝C₄-C₁＝C₆-C₃，得output＝C₂+(C₄+C₆-C₁-C₃)/2，否則，output＝C₈+(C₄+C₆-C₇-C₉)/2，用output代替原來的C₅輸出即可；同理，C₅被判為壞點(diǎn)且min_grad是median_D45，即最小梯度方向是對(duì)角線方向，|C₅-C₃|<|C₅-C₇|，則由C₅-C₃＝C₄-C₂＝C₈-C₆，得output＝C₃+(C₄+C₈-C₂-C₆)/2，否則，output＝C₇+(C₂+C₆-C₄-C₈)/2，用output代替原來的C₅輸出即可；同理，C₅被判為壞點(diǎn)且min_grad是median_D135，即最小梯度方向是反對(duì)角線方向，|C₅-C₁|<|C₅-C₉|，則由C₅-C₁＝C₈-C₄＝C₆-C₂，得output＝C₁+(C₆+C₈-C₂-C₄)/2，否則，output＝C₉+(C₂+C₄-C₆-C₈)/2，用output代替原來的C₅輸出即可；

梯度絕對(duì)值的計(jì)算公式如下：

Dh1＝|C₁+C₃-2×C₂|，Dh2＝|C₄+C₆-2×C₅|，Dh2＝|C₇+C₉-2×C₈|，

Dv1＝|C₁+C₇-2×C₄|，Dv2＝|C₂+C₈-2×C₅|，Dv3＝|C₃+C₉-2×C₆|，

D45_1＝2×|C₂-C₄|，D45_2＝|C₃+C₇-2×C₅|，D45_3＝2×|C₆-C₈|

D135_1＝2×|C₄-C₈|，D135_2＝|C₁+C₉-2×C₅|，D135_3＝2×|C₂-C₆|；

對(duì)角線的三個(gè)梯度絕對(duì)值兩兩之差的絕對(duì)值的和的計(jì)算公式如下：D45_sum＝|D45_1-D45_2|+|D45_1-D45_3|+|D45_2-D45_3|；

反對(duì)角線的三個(gè)梯度絕對(duì)值兩兩之差的絕對(duì)值的和的計(jì)算公式如下：

D135_sum＝|D135_1-D135_2|+|D135_1-D135_3|+|D135_2-D135_3|。

本發(fā)明提供的自動(dòng)防碰鉆井系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，可以通過檢測(cè)鄰井套管端口振動(dòng)信號(hào)的強(qiáng)弱，從而計(jì)算出鉆井鉆頭距鄰井的最小距離，當(dāng)所述最小距離小于安全距離時(shí)，所述裝置發(fā)出預(yù)警信號(hào)。這樣，克服了現(xiàn)有技術(shù)中鉆井存在的穿透鄰井套管的風(fēng)險(xiǎn)，增大了鉆井作業(yè)的安全性。另外，當(dāng)存在多個(gè)風(fēng)險(xiǎn)鄰井時(shí)，所述裝置還可以通過一臺(tái)數(shù)據(jù)采集分析器計(jì)算出鉆頭距離每個(gè)鄰井的最小距離，并將預(yù)警信號(hào)發(fā)送至每個(gè)鄰井的終端，保證了在復(fù)雜的鉆井系統(tǒng)中同樣實(shí)現(xiàn)鉆井防碰預(yù)警功能。該系統(tǒng)還能進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)，提供報(bào)警裝置，在很大程度上提高了使用的安全性。本發(fā)明通過基于橢圓曲線數(shù)字簽名(ECDSA)的變型簽名算法，安全性依賴于橢圓曲線的有限群上的離散對(duì)數(shù)問題，與基于RSA的數(shù)字簽名和基于有限域離散對(duì)數(shù)的數(shù)字簽名相比，在相同的安全強(qiáng)度條件下，具有簽名長(zhǎng)度短，存儲(chǔ)空間小，計(jì)算速度快的優(yōu)勢(shì)，

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的計(jì)算機(jī)信息管理控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的顯示屏的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的電源裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的報(bào)警裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：1、振動(dòng)傳感器模塊；1-1、壓電式加速度傳感器；2、數(shù)據(jù)采集分析器模塊；2-1、放大器；2-2、減法器；2-3、積分器；2-4、比較器；2-5、數(shù)模轉(zhuǎn)換器；2-6、濾波器；2-7、多通道數(shù)據(jù)采集分析器；3、鉆頭控制模塊；3-1、信號(hào)接收裝置；3-2、控制主機(jī)；3-3、顯示屏；3-3-1、顯示面板；3-3-2、單元層；3-3-3、粘接層；3-4、電源裝置；3-4-1、電源連接裝置；3-4-2、蓄電裝置；3-4-3、繼電保護(hù)裝置；3-5、報(bào)警裝置；3-5-1、收發(fā)模塊；3-5-2、處理器；3-5-3、RS232接口電路；3-5-4、LED燈；3-5-5、音箱；4、數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)射器模塊。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

下面結(jié)合附圖1-4及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的應(yīng)用原理作進(jìn)一步描述。

一種自動(dòng)防碰鉆井系統(tǒng)，該自動(dòng)防碰鉆井系統(tǒng)采用以下方法實(shí)現(xiàn)防碰：

步驟一、采用三維動(dòng)畫的建模方法建立三維鉆井圖形實(shí)體模型庫(kù)；

步驟二、輸入老井的軌道及新井的軌道數(shù)據(jù)，生成三角網(wǎng)數(shù)字地面模型，三角網(wǎng)數(shù)字地面模型與老井的軌道及新井的軌道數(shù)據(jù)結(jié)合生成具有約束條件的地面模型及鉆井軌道模型；

步驟三、根據(jù)目標(biāo)儲(chǔ)層的地震資料和地質(zhì)資料的分析處理結(jié)果，確定所述目標(biāo)儲(chǔ)層中水平井段中地質(zhì)突變的預(yù)測(cè)區(qū)域，當(dāng)所述水平井段中的鉆井鉆頭到達(dá)預(yù)測(cè)區(qū)域時(shí)，根據(jù)獲取的隨鉆地質(zhì)資料，確定所述地質(zhì)突變?cè)谒鲱A(yù)測(cè)區(qū)域中的位置和所述地質(zhì)突變的類型；

步驟四、基于實(shí)鉆軌跡最后兩測(cè)點(diǎn)的測(cè)斜數(shù)據(jù)，計(jì)算末測(cè)段的軌跡特征參數(shù)，所述測(cè)斜數(shù)據(jù)為井深、井斜角、方位角，所述軌跡特征參數(shù)用于表征最后測(cè)段的軌跡形狀；

步驟五、基于實(shí)鉆軌跡末測(cè)段的軌跡特征參數(shù)，采用外推法計(jì)算井底點(diǎn)的軌跡參數(shù)，所述軌跡參數(shù)包括井斜角、方位角和空間坐標(biāo)；

步驟六、確定對(duì)新井產(chǎn)生影響的直徑范圍，將新井周圍影響區(qū)域外的井位剔除；

步驟七、建立通用的靶平面方程以及靶點(diǎn)坐標(biāo)系與井口坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系，以適用于各種井型的靶平面；

步驟八、基于所述井底點(diǎn)的軌跡參數(shù)和井段長(zhǎng)度，預(yù)測(cè)入靶方向并校核是否滿足工程要求，所述入靶方向包括入靶井斜角和方位角；

步驟九、監(jiān)測(cè)鄰井套管端口的振動(dòng)，并采集振動(dòng)信號(hào)，根據(jù)所述振動(dòng)信號(hào)的強(qiáng)度，計(jì)算鉆井鉆頭與領(lǐng)井套管的最近距離；

步驟十、根據(jù)所述地質(zhì)突變的位置和地質(zhì)突變類型、氣侵位置、環(huán)空循環(huán)壓耗、預(yù)測(cè)入靶方向調(diào)整鉆井鉆頭的鉆進(jìn)方向；

步驟十一、進(jìn)行軌道碰撞掃描，并求出碰撞結(jié)果。

進(jìn)一步，先確定預(yù)設(shè)安全井距然后進(jìn)行軌道碰撞掃描，采用水平掃描法、法面掃描法和最小距離法，在新井軌道的直井段采用水平掃描法，在新井軌道的斜井段與同方向井之間采用法面掃描法，與異方向井之間采用水平面掃描法，當(dāng)上述掃描結(jié)果井間距離小于安全井距的1.5倍時(shí)換用最小距離法進(jìn)行計(jì)算，得出井間最小距離，當(dāng)掃描到的井間最小距離在安全井距的1.5倍以上時(shí)再換回用平面掃描法或法面掃描法進(jìn)行掃描，對(duì)掃描結(jié)果小于安全井距的軌道距離進(jìn)行顯示。

本發(fā)明實(shí)施例的自動(dòng)防碰鉆井系統(tǒng)包括振動(dòng)傳感器模塊1、數(shù)據(jù)采集分析器模塊2、鉆頭控制模塊3、數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)射器模塊4，所述數(shù)據(jù)采集分析器模塊2與所述振動(dòng)傳感器模塊1相連接，所述數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)射器模塊4與所述數(shù)據(jù)采集分析器模塊2和所述鉆頭控制模塊3相連接，所述鉆頭控制模塊3設(shè)置在鉆頭上，用于控制鉆頭的行進(jìn)方向。所述振動(dòng)傳感器模塊1用于監(jiān)測(cè)鄰井套管端口的振動(dòng)，并將采集到的振動(dòng)信號(hào)傳遞至所述數(shù)據(jù)采集分析器模塊2，所述數(shù)據(jù)采集分析器模2塊用于根據(jù)所述振動(dòng)信號(hào)的強(qiáng)度，計(jì)算鉆井鉆頭與領(lǐng)井套管的最近距離，所述數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)射器模塊4在所述最近距離小于安全距離時(shí)，發(fā)射預(yù)警信號(hào)至所述鉆頭控制模塊3，所述鉆頭控制模塊3控制鉆頭自動(dòng)避開障礙，開啟自動(dòng)防碰功能。

進(jìn)一步，所述的振動(dòng)傳感器模塊1安裝于鄰井井口的套管端口。

進(jìn)一步，所述的振動(dòng)傳感器模塊1包括壓電式加速度傳感器1-1。

進(jìn)一步，所述的數(shù)據(jù)采集分析器模塊2包括放大器2-1、減法器2-2、積分器、比較器2-4、數(shù)模轉(zhuǎn)換器2-5和濾波器2-6，所述放大器2-1的輸出端與減法器2-2的正輸入端連接，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器2-5的輸出端與所述減法器2-2的負(fù)輸入端連接，所述減法器2-2的輸出端與積分器2-3的輸入端連接，所述積分器的2-3輸出端與所述比較器2-4的輸入端連接，所述比較器2-4的輸出端與數(shù)模轉(zhuǎn)換器2-5的輸入端以及濾波器2-6的輸入端相連接。

進(jìn)一步，所述的鉆頭控制模塊3包括信號(hào)接收裝置3-1、控制主機(jī)3-2、顯示屏3-3、電源裝置3-4和報(bào)警裝置3-5。

進(jìn)一步，所述的顯示屏3-3包含顯示面板3-3-1、單元層3-3-2、粘接層3-3-3，所述單元層3-3-2設(shè)置在所述顯示板的外側(cè)，所述粘接層3-3-3設(shè)置在所述顯示面板3-3-1和所述單元層3-3-2之間，其中，所述粘接層3-3-3的粘接于所述顯示面板3-3-1的粘接面的第一邊緣和所述粘接層3-3-3的粘接于所述單元層3-3-2的粘接面的第二邊緣沿粘接面方向相互移位。

進(jìn)一步，所述的電源裝置3-4包括電源連接裝置3-4-1、蓄電裝置3-4-2和繼電保護(hù)裝置3-4-3；

進(jìn)一步，所述的電源連接裝置3-4-1包括至少一個(gè)連接外部電源的電源輸入電路和至少一個(gè)連接負(fù)載的負(fù)載輸出電路。

進(jìn)一步，所述的蓄電裝置3-4-2包括連接蓄電池的蓄電池充放電電路。

進(jìn)一步，所述的報(bào)警裝置3-5包括收發(fā)模塊3-5-1、處理器3-5-2、RS232接口電路3-5-3、LED燈3-5-4、音箱3-5-5，所述收發(fā)模塊3-5-1發(fā)送報(bào)警信息，所述處理器3-5-2用于進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比處理，所述RS232接口電路3-5-3進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，所述收發(fā)模塊3-5-1與所述處理器3-5-2電連接，所述處理器3-5-2與所述RS232接口電路和LED燈3-5-4電連接，所述RS232接口電路3-5-3與所述音箱3-5-5電連接。

進(jìn)一步，當(dāng)所述鉆井包括多個(gè)鄰井時(shí)，所述數(shù)據(jù)采集分析器模塊2包括多通道數(shù)據(jù)采集分析器2-7。

進(jìn)一步，所述的多通道數(shù)據(jù)采集分析器2-7用于根據(jù)所述振動(dòng)信號(hào)的傳遞時(shí)間以及振動(dòng)幅度，確定所述鄰井和所述鉆井鉆頭的最小距離。

進(jìn)一步，所述數(shù)據(jù)采集分析器模塊設(shè)置有數(shù)據(jù)聚類集成單元，所述數(shù)據(jù)聚類集成單元的數(shù)據(jù)處理方法包括：

步驟一，先對(duì)XML文檔集中的每一個(gè)XML大數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、劃分和抽取預(yù)處理，即通過規(guī)模和內(nèi)容的劃分方法，從每個(gè)XML大數(shù)據(jù)中提取所有節(jié)點(diǎn)及節(jié)點(diǎn)的子集，計(jì)算節(jié)點(diǎn)在數(shù)據(jù)中的頻度，根據(jù)節(jié)點(diǎn)的頻繁頻度盡可能地把屬于同一主題內(nèi)容的節(jié)點(diǎn)及子孫劃分在同一子集，不同主題內(nèi)容的節(jié)點(diǎn)劃分在不同子集，并從劃分的子集中按照關(guān)鍵詞的頻繁頻度抽取n個(gè)子樹，求出抽取的每一個(gè)子樹從根節(jié)點(diǎn)到葉子節(jié)點(diǎn)的所有路徑，并以路徑作為消歧的輸入源對(duì)歧義詞進(jìn)行消歧處理，求取每個(gè)關(guān)鍵詞的語義相關(guān)度及上下文語義相關(guān)相似度；

步驟二，把消歧處理后的每一個(gè)子樹中所有的關(guān)鍵詞看成是該數(shù)據(jù)點(diǎn)的特征描述，這樣所有的數(shù)據(jù)點(diǎn)組成的XML文檔集就是n個(gè)n×n維特征空間向量；

步驟三，借鑒聚類集成的基本思想，用隨機(jī)子空間分類器作為基聚類器構(gòu)建k個(gè)分類器，k個(gè)分類器并行地從n個(gè)n×n特征向量空間中隨機(jī)抽取m個(gè)樣本數(shù)據(jù)來進(jìn)行訓(xùn)練以求得分類，方法是對(duì)新樣本集建立一個(gè)無向圖，每個(gè)樣本點(diǎn)是圖的一個(gè)頂點(diǎn)，圖的邊是頂點(diǎn)間的連線，它表示文檔之間的相似度，相似度采用標(biāo)記語義樹的方法求得，并按照它們組成的邊的權(quán)重最小、一條路徑的加權(quán)之和最大的原則把圖劃分成不同的路徑，路徑的劃分采用K-鄰近法，這樣把劃分的每一條路徑組成一個(gè)類別，所有不同的劃分路徑組成K個(gè)初始分類；

步驟四：從初始的簇集結(jié)果出發(fā)，按照簇集、簇和數(shù)據(jù)點(diǎn)三者之間的相互關(guān)系來構(gòu)建內(nèi)聯(lián)相似度矩陣，通過設(shè)計(jì)的并行的LANCZOS—QR算法求解其特征值對(duì)應(yīng)的特征向量來獲得低維向量的嵌入。

進(jìn)一步，所述數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)射器模塊設(shè)置有信息保護(hù)單元，所述信息保護(hù)單元的數(shù)據(jù)處理方法包括：

步驟一，定義一個(gè)在F_P上的橢圓曲線E，其中p是一個(gè)大素?cái)?shù)，設(shè)置P是E上階為素?cái)?shù)q的一個(gè)點(diǎn)，P是循環(huán)群<P>的生成元，且在<P>上的離散對(duì)數(shù)問題是難處理的；從Z_q中隨機(jī)選取一個(gè)值x，并計(jì)算Q＝xP，生成基于橢圓曲線的變型簽名算法公鑰K＝{(p,q,E,P,x,Q):Q＝xP}，簽名私鑰為x；產(chǎn)生一個(gè)輕量級(jí)對(duì)稱密碼算法f，對(duì)稱密鑰為τ，τ為用戶和可信審計(jì)者所共有；系統(tǒng)再隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)輕量級(jí)簽名算法的公私鑰對(duì)(spk,ssk)，并設(shè)置一個(gè)安全的哈希函數(shù)h:<P>→Z_q。

步驟二，用戶首先對(duì)數(shù)據(jù)文件F＝(m₁,m₂,...，m_n)的身份id計(jì)算文件標(biāo)簽t＝id||SSig_ssk(id)，接著采用基于橢圓曲線的變型簽名算法，對(duì)每一個(gè)數(shù)據(jù)塊m_i計(jì)算簽名σ_i＝(R_i,r_i,s_i)(i＝1,...,n),其中R_i＝k_iP＝(u_i,v_i)，r_i＝u_imod q，以及s_i＝(r_ik_i+m_ix)mod q，這n個(gè)簽名的集合為Φ＝{σ_i}_1≤i≤n，用戶再調(diào)用對(duì)稱密碼算法f將每一個(gè)數(shù)據(jù)塊m_i加密為m_i'＝m_i+f_τ(id||i)這樣數(shù)據(jù)文件F＝(m₁,m₂,...，m_n)被加密為F'＝(m₁',m₂',...，m_n').最后用戶將{F',t,Φ}發(fā)送給服務(wù)器，并且將原來的數(shù)據(jù)文件F＝(m₁,m₂,...，m_n)、簽名Φ＝{σ_i}_1≤i≤n和文件標(biāo)簽t刪除；

步驟三，可信審計(jì)者首先取回?cái)?shù)據(jù)文件標(biāo)簽t，并用spk驗(yàn)證SSig_ssk(id)，如果驗(yàn)證失敗，則TPA停止運(yùn)行.若驗(yàn)證通過，則TPA產(chǎn)生相應(yīng)的審計(jì)挑戰(zhàn)信息chal如下:可信審計(jì)者在集合{1,2,...,n}中隨機(jī)選取含有c個(gè)元素的集合C＝{l₁,...,l_c}；對(duì)于每一個(gè)j∈C，用戶產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的隨機(jī)值c_i，比特長(zhǎng)度應(yīng)小于q的比特長(zhǎng)度；然后，TPA向云服務(wù)器發(fā)送審計(jì)挑戰(zhàn)信息chal＝{(j,c_j)}_j∈C；當(dāng)云服務(wù)器接收到chal＝{(j,c_j)}_j∈C，云服務(wù)器查詢數(shù)據(jù)庫(kù)中的相關(guān)信息{F',t,Φ}并計(jì)算如下：計(jì)算計(jì)算計(jì)算云服務(wù)器再選擇一個(gè)隨機(jī)數(shù)η←Z_q，計(jì)算W＝ηQ，并且盲化μ'為μ＝μ'+ηh(W)；最后云服務(wù)器發(fā)送審計(jì)響應(yīng)信息{R,s,μ,W}給可信審計(jì)者。

進(jìn)一步，所述濾波器設(shè)置有壞點(diǎn)檢測(cè)及校正單元，所述壞點(diǎn)檢測(cè)及校正單元的濾波壞點(diǎn)檢測(cè)及校正方法包括：

步驟一，求出水平方向梯度絕對(duì)值的中值median_Dh＝median(Dh1,Dh2,Dh3)，同理求出豎直方向梯度絕對(duì)值的中值median_Dv＝median(Dv1,Dv2,Dv3)，對(duì)角線方向梯度絕對(duì)值的中值median_D45＝median(D45_1,D45_2,D45_3)，反對(duì)角線方向梯度絕對(duì)值的中值median_D135＝median(D135_1,D135_2,D135_3)；

步驟二，求出這四個(gè)中值梯度的最小值min_grad，即min_grad＝min(median_Dh，median_Dv，median_D45，median_D135)，將該方向作為邊緣方向進(jìn)行壞點(diǎn)濾波；

步驟三，對(duì)于中心像素值大于230和小于50的情況，當(dāng)中心像素點(diǎn)C₅的值小于15時(shí)，C₅都比C₁，C₂，C₃，C₄，C₆，C₇，C₈，C₉小，且小于某個(gè)閾值時(shí)，則判為壞點(diǎn)；否則當(dāng)中心像素點(diǎn)C₅的值大于230時(shí)，C₅都比C₁，C₂，C₃，C₄，C₆，C₇，C₈，C₉大，且大于某個(gè)閾值時(shí)，則判為壞點(diǎn)，在50與230之間的點(diǎn)仍用后面的步驟進(jìn)行壞點(diǎn)濾波；

步驟四，對(duì)于最小梯度方向?yàn)樗椒较蚝拓Q直方向的情況，過中心像素點(diǎn)的那個(gè)梯度的絕對(duì)值大于同方向的另兩個(gè)梯度絕對(duì)值和的某正整數(shù)倍，對(duì)于最小梯度時(shí)水平方向的情況，即當(dāng)Dh2>4×(Dh1+Dh3)時(shí)，則將中心像素點(diǎn)判為壞點(diǎn)，校正并輸出，否則為正常像素點(diǎn)；最小梯度為豎直的情況與之類似；

步驟五，對(duì)于最小梯度方向?yàn)閷?duì)角線方向的情況，此時(shí)反對(duì)角線的三個(gè)梯度絕對(duì)值兩兩之差的絕對(duì)值的和小于某個(gè)閾值，此時(shí)D45_2>4×(D45_1+D45_3)且D135_2>4×(D135_1+D135_3)，則判為壞點(diǎn)，校正并輸出，否則為正常點(diǎn)；否則，此時(shí)D45_2>4×(D45_1+D45_3)，則判為壞點(diǎn)，校正并輸出，否則為正常點(diǎn)；

步驟六，對(duì)于最小梯度方向?yàn)榉磳?duì)角線方向的情況，此時(shí)對(duì)角線的三個(gè)梯度絕對(duì)值兩兩之差的絕對(duì)值的和小于某個(gè)閾值，此時(shí)D135_2>4×(D135_1+D135_3)且D45_2>4×(D45_1+D45_3)，則判為壞點(diǎn)，校正并輸出，否則為正常點(diǎn)；否則，此時(shí)D135_2>4×(D135_1+D135_3)，則判為壞點(diǎn)，校正并輸出，否則為正常點(diǎn)；當(dāng)中心像素被確認(rèn)為壞點(diǎn)時(shí)，對(duì)最小梯度方向，用較接近中心像素點(diǎn)的像素值來求得校正值，校正過程如下：

中心像素點(diǎn)C₅已被判為壞點(diǎn)，且最小梯度方向min_grad是median_Dh即水平方向；此時(shí)用水平方向的值校正之，過程如下：|C₄-C₅|<|C₅-C₆|，則由C₅-C₄＝C₈-C₇＝C₂-C₁，得output＝C₄+(C₈+C₂-C₁-C₇)/2，否則，output＝C₄+(C₈+C₂-C₃-C₉)/2，用output代替原來的C₅輸出即可；同理，C₅被判為壞點(diǎn)且min_grad是median_Dv，即最小梯度方向是豎直方向，|C₅-C₂|<|C₅-C₈|，則由C₅-C₂＝C₄-C₁＝C₆-C₃，得output＝C₂+(C₄+C₆-C₁-C₃)/2，否則，output＝C₈+(C₄+C₆-C₇-C₉)/2，用output代替原來的C₅輸出即可；同理，C₅被判為壞點(diǎn)且min_grad是median_D45，即最小梯度方向是對(duì)角線方向，|C₅-C₃|<|C₅-C₇|，則由C₅-C₃＝C₄-C₂＝C₈-C₆，得output＝C₃+(C₄+C₈-C₂-C₆)/2，否則，output＝C₇+(C₂+C₆-C₄-C₈)/2，用output代替原來的C₅輸出即可；同理，C₅被判為壞點(diǎn)且min_grad是median_D135，即最小梯度方向是反對(duì)角線方向，|C₅-C₁|<|C₅-C₉|，則由C₅-C₁＝C₈-C₄＝C₆-C₂，得output＝C₁+(C₆+C₈-C₂-C₄)/2，否則，output＝C₉+(C₂+C₄-C₆-C₈)/2，用output代替原來的C₅輸出即可；

梯度絕對(duì)值的計(jì)算公式如下：

Dh1＝|C₁+C₃-2×C₂|，Dh2＝|C₄+C₆-2×C₅|，Dh2＝|C₇+C₉-2×C₈|，

Dv1＝|C₁+C₇-2×C₄|，Dv2＝|C₂+C₈-2×C₅|，Dv3＝|C₃+C₉-2×C₆|，

D45_1＝2×|C₂-C₄|，D45_2＝|C₃+C₇-2×C₅|，D45_3＝2×|C₆-C₈|

D135_1＝2×|C₄-C₈|，D135_2＝|C₁+C₉-2×C₅|，D135_3＝2×|C₂-C₆|；

對(duì)角線的三個(gè)梯度絕對(duì)值兩兩之差的絕對(duì)值的和的計(jì)算公式如下：D45_sum＝|D45_1-D45_2|+|D45_1-D45_3|+|D45_2-D45_3|；

反對(duì)角線的三個(gè)梯度絕對(duì)值兩兩之差的絕對(duì)值的和的計(jì)算公式如下：

D135_sum＝

|D135_1-D135_2|+|D135_1-D135_3|+|D135_2-D135_3|。

本發(fā)明在使用時(shí)當(dāng)最近距離小于安全距離時(shí)，所述數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)射器模塊3發(fā)射預(yù)警信號(hào)至鉆頭控制模塊。所述安全距離小于等于5米。所述數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)射器模塊3可以包括振蕩器等芯片，用于發(fā)送所述預(yù)警信號(hào)。所述信號(hào)接收裝置3-1用于從所述數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)射器模塊3接收預(yù)警信號(hào)，并發(fā)出預(yù)警信息。作業(yè)人員在進(jìn)行鉆井施工時(shí)，往往距離鄰井較遠(yuǎn)的距離，所述報(bào)警裝置3-5包括收發(fā)模塊3-5-1、處理器3-5-2、RS232接口電路3-5-3、LED燈3-5-4、音箱3-5-5，可以方便施工人員隨身攜帶，在第一時(shí)間了解是否有碰撞鄰井套管的風(fēng)險(xiǎn)。如果報(bào)警裝置3-5發(fā)出報(bào)警信息，施工人員可通過查看所述鉆頭控制模塊3的顯示屏3-3來了解相鄰鉆井的距離并及時(shí)開啟鉆頭控制模塊3的自動(dòng)防碰功能，控制鉆頭自動(dòng)避開障礙，以解除碰撞鄰井套管的風(fēng)險(xiǎn)。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。