MatrixVB在三維井眼軌跡仿真中的應(yīng)用

馬延玲，爨軍紅

延長(zhǎng)油田股份有限公司富縣采油廠 （陜西 延安 727500）

在油田開發(fā)過程中，一口井鉆至設(shè)計(jì)井深位置以后，需要進(jìn)行下套管、注水泥固井等完井作業(yè)；投產(chǎn)以后需要下油管、油桿及配套工具，將原油從井底舉升至井口。對(duì)井眼軌跡的充分了解和全面認(rèn)識(shí)是提高設(shè)計(jì)效果和避免作業(yè)失效的重要前提，而井眼軌跡是最能直觀顯示井身結(jié)構(gòu)的重要依據(jù)。以Visual Basic 6.0為開發(fā)平臺(tái)，運(yùn)用MatrixVB動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)進(jìn)行井眼軌跡的三維仿真，對(duì)提高油田開發(fā)效率具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 三維仿真軟件基本原理及功能實(shí)現(xiàn)

1.1 基本原理

國(guó)內(nèi)主要采用轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)鉆具旋轉(zhuǎn)鉆井，鉆出的井眼形狀趨向于柱面螺旋線，所以采用圓柱螺旋線法更適合我國(guó)的實(shí)際井眼軌跡，計(jì)算模型相對(duì)更精確，計(jì)算結(jié)果更合理[1]。

由于在井眼軌跡實(shí)測(cè)時(shí)，只能測(cè)到每個(gè)測(cè)段兩端點(diǎn)處的數(shù)據(jù)（圖1）。為了更好的反映井眼軌跡的實(shí)際情況，需要通過軌跡內(nèi)插法對(duì)測(cè)斜數(shù)據(jù)進(jìn)行插值，求得更多的繪圖數(shù)據(jù)，這里選用直線內(nèi)插法[2-3]。

設(shè) 2 測(cè)點(diǎn)（L1，α1，φ1，D1，E1，N1）和（L2，α2，φ2，D2，Ei2，N2），給定插入點(diǎn)井深 Li，通過已知條件得到插入點(diǎn)距離上端點(diǎn)的井段長(zhǎng)度 ΔLi，利用公式（1）～（3）可以求得插入點(diǎn)i的井斜角、垂深以及井斜方位角，帶入公式（4）～（6）從而求得插入點(diǎn) i的坐標(biāo)。

圖1 圓柱螺線法內(nèi)插

給定插值點(diǎn)垂深Di，通過已知條件可得到插入點(diǎn)距離上端點(diǎn)垂增 ΔDi。 利用（7）～（8）式可以求得插入點(diǎn)i的井斜角和井深，帶入（4）～（7）從而求得插入點(diǎn)i的井斜角及坐標(biāo)值。

1.2 功能實(shí)現(xiàn)

以Visual Basic 6.0為開發(fā)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)基本算法，以MatrixVB COM組件來實(shí)現(xiàn)井眼軌跡的三維仿真，仿真軟件主要分為數(shù)據(jù)管理、三維顯示、結(jié)果保存3個(gè)主要模塊，其中三維顯示模塊是主要模塊（圖2）。

圖2 系統(tǒng)模塊框圖

將按規(guī)定格式處理過的文本文檔中的實(shí)測(cè)井眼軌跡數(shù)據(jù)導(dǎo)入到軟件，保存在相應(yīng)的數(shù)組中，然后通過軟件中的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模塊對(duì)實(shí)測(cè)井眼軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行差值計(jì)算，計(jì)算結(jié)果存儲(chǔ)在對(duì)應(yīng)的數(shù)組中。

2 MatrixVB的應(yīng)用

MatrixVB只是一組DLL動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，它是專門針對(duì)VB與Matlab混合編程而設(shè)計(jì)的，它提供了大量的有效算法，可以加強(qiáng)VB內(nèi)數(shù)學(xué)運(yùn)算和圖形展示。MatrixVB繼承了MATLAB的大部分功能，且能夠使VB獨(dú)立于Matlab而使用[4]。

由于MatrixVB是一款外部動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，要想在VB平臺(tái)上使用，必須為其設(shè)置接口，將其引用到VB工程中。

MatrixVB安裝后自動(dòng)將DLL動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)復(fù)制到C：windowssysem32路徑下，無需其他操作。安裝完成后打開VB工程，點(diǎn)擊工程引用，選擇C：windowssysem32MMatrix.dll，確認(rèn)添加后就可以在VB中使用MATLAB的部分函數(shù)了。

MatrixVB組件使用的是MATLAB編程語言，它所采用的數(shù)據(jù)類型是矩陣，有別于VB中的數(shù)組，它不能直接識(shí)別Visual Basic中的數(shù)組類型，需進(jìn)行類型轉(zhuǎn)換才能使用。所以要對(duì)經(jīng)過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的數(shù)組進(jìn)行數(shù)組類型轉(zhuǎn)換，將一維數(shù)組轉(zhuǎn)換成矩陣形式X(0,i)=ArryNBZB(i)；Y(0,i)=ArryDXZB(i)；Z(0,i)=-ArryCHS(i)。這樣才可以通過MatrixVB的內(nèi)部函數(shù)將其轉(zhuǎn)換成MatrixVB可以識(shí)別的數(shù)據(jù)類型[5]。

井眼軌跡三維仿真軟件中調(diào)用MatrixVB內(nèi)部的mabs數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換函數(shù)，通過XX=mabs(X)；YY=mabs(Y)；ZZ=mabs(Z)的轉(zhuǎn)換方式，分別將經(jīng)過處理的井眼軌跡的坐標(biāo)直接轉(zhuǎn)換為MatrixVB可以識(shí)別的矩陣形式。

MatrixVB的優(yōu)點(diǎn)不僅僅是可以實(shí)現(xiàn)井眼軌跡的三維顯示，而且繪圖函數(shù)功能強(qiáng)大。在符合VB語言規(guī)范的條件下，可以在VB開發(fā)平臺(tái)上進(jìn)行MATLAB語言編程，僅僅需要以下代碼就可以實(shí)現(xiàn)井眼軌跡的三維顯示 Call plot3(XX，YY，TT，“b-”)和坐標(biāo)網(wǎng)格繪制grid“on”，結(jié)果顯示在一個(gè)獨(dú)立的圖形窗口中，完全繼承了MATLAB圖形界面的功能，用戶可以在這個(gè)顯示界面中實(shí)現(xiàn)對(duì)三維仿真圖形的各種操作，包括旋轉(zhuǎn)、平移、縮放、背景更換等功能，還可以實(shí)現(xiàn)各種視圖的轉(zhuǎn)換及圖形打印等功能。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

以Visual Basic 6.0為開發(fā)平臺(tái)，將MatrixVB直接打包在軟件安裝包中，軟件獨(dú)立性非常強(qiáng)，內(nèi)存占用率小，安裝后就可以直接運(yùn)行軟件進(jìn)入主要功能界面窗口。

以延長(zhǎng)油田股份有限公司定邊采油廠定4930井區(qū)定4961-4井為例進(jìn)行軟件的驗(yàn)證，將該井的實(shí)測(cè)井眼軌跡數(shù)據(jù)以文本文檔的形式導(dǎo)入軟件中進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)行井眼軌跡的三維仿真顯示（圖3）。

4 結(jié)論

MatrixVB提供的可視化三維仿真功能在Visual Basic6.0中的成功調(diào)用，不但使工作量大幅度降低，而且三維仿真結(jié)果的展示功能較多，使油田工作人員可以從任意角度、任意位置全面的觀察井下環(huán)境，具有以下優(yōu)勢(shì)及功能。

圖3 井眼軌跡三維顯示

1）引用MatrixVB動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，使VB完全獨(dú)立于MATLAB而使用其內(nèi)部函數(shù)。在VB的開發(fā)規(guī)范下使用MATLAB語言編程，圖形界面繼承了MATLAB的所有功能。操作方便，軟件獨(dú)立性強(qiáng)，內(nèi)存占用率低。

2）引用MATLAB強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能和繪圖功能，降低了VB編程的一大半工作量，可視化仿真界面的展示功能強(qiáng)大。實(shí)現(xiàn)了三維仿真圖形的平移、旋轉(zhuǎn)、縮放、視角轉(zhuǎn)換、背景顏色轉(zhuǎn)換、打印等功能。

3）三維仿真圖形網(wǎng)格化的三維坐標(biāo)系，方便井眼軌跡坐標(biāo)的讀取。

[1]王禮學(xué)，陳衛(wèi)東，賈照清，等．井眼軌跡計(jì)算新方法[J]．天然氣工業(yè)，2003，23（增刊）：57-59.

[2]張積鎖，魯港，吳俊林．井眼軌跡位移插值計(jì)算的解析法[J]．石油鉆探技術(shù)，2007，35（4）：35-37.

[3]王鴻雁，肖文生，劉忠硯，等.基于MATLAB的鉆井井眼軌跡三維仿真研究[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械，2014，43（4）：1-6.

[4]徐軍輝．MatrixVB—基于MATLAB與VB的計(jì)算引擎[J]．國(guó)外電子測(cè)量技術(shù)，2002（2）：31-32.

[5]毛淑芳，過秉坤．基于 MatrixVB組件的數(shù)據(jù)處理技術(shù)[J]．焦作工學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2004，23（6）：464-466.