三維側鉆井鉆進軌跡多目標智能優(yōu)化算法的應用實驗及結果分析

黃雯蒂，胡 杰，陸承達，吳 敏*

（1.中國地質大學（武漢）自動化學院，湖北 武漢 430074；2.復雜系統(tǒng)先進控制與智能自動化湖北省重點實驗室，湖北 武漢 430074；3.地球探測智能化技術教育部工程研究中心，湖北 武漢 430074）

0 引言

在定向鉆進過程中，井下工具根據(jù)事先設定的軌跡穿過地層，到達指定的靶區(qū)。利用定向井，可以不受地面環(huán)境限制進行資源勘探，例如，地面是森林、城鎮(zhèn)、湖泊等不便于直接垂直鉆進的條件。定向井能夠繞過復雜地層或地面障礙進行油氣、礦產的勘探和開采或是增加采油率［1］，還可用于處理復雜井下事故，例如打撈鉆具或側鉆繼續(xù)完井等。鉆進軌跡模型是定向鉆進過程智能控制的基準，在復雜的地層條件下，地層自然造斜和地層軟硬交替使鉆進過程存在井壁坍塌、軌跡偏離等問題。如何利用地層信息和鉆進操作參數(shù)信息，設計滿足約束條件、工程需求、最優(yōu)性能指標的空間曲線，是鉆進軌跡優(yōu)化方法要解決的問題。通過鉆進軌跡優(yōu)化，能夠解決軌跡模型設計中存在的多目標、非線性約束等問題，從而實現(xiàn)復雜地質條件下高效、安全鉆進。

為了減少鉆進工程的時間和成本，已有研究針對最小化軌跡長度為優(yōu)化目標進行軌跡優(yōu)化，利用無約束極小化方法［2］、變分原理求解泛函極值［3］、數(shù)論序貫優(yōu)化算法［4］等數(shù)值優(yōu)化方法最小化二維鉆進軌跡的長度。對于數(shù)學模型復雜的三維軌跡優(yōu)化問題，由于數(shù)值優(yōu)化方法需要梯度信息、放寬約束條件等，具有一定的局限性。……