水平井钻井摩阻的控制优化方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种水平井钻井摩阻的控制优化方法及装置，其涉及岩土或石油地质钻井领域，所述水平井钻井摩阻的控制优化方法包括以下步骤：获取钻井参数；根据钻井作业中的钻井参数选择得到多组数据样本；识别各个所述数据样本所对应的钻柱作业状态；基于所述钻井参数、所述数据样本、所述数据样本所对应的钻柱作业状态得到所述数据样本的实际摩阻系数；对所述数据样本和所述数据样本的实际摩阻系数进行相关性分析以得到钻井参数中符合预设要求的参数；对钻井参数中符合预设要求的参数按照预设规则进行调整。本控制优化方法及装置能够优化实际摩阻系数，从而提高实时钻井效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及岩土或石油地质钻井领域，特别涉及一种水平井钻井摩阻的控制优化方法及装置。
技术介绍
长位移水平井技术已经成为开发非常规油气资源的主体技术之一。中国在页岩气、致密油气方面已成功钻成一批长位移水平井，平均水平井段长度逐步从500m增加至1500m以上。但是，长位移水平井技术相比国外仍存在较大差距，主要体现在长水平井段水平井钻井周期偏长、作业成本偏高，水平段延伸长度有限。从钻井周期和钻井进尺数据上看，大量的钻井时间均消耗在造斜井段和水平井段钻井作业中，导致这一结果的主要原因是：在长位移水平井钻井过程中，钻井摩阻高，进而导致钻井效率低，周期长，成本高，这样以后严重影响非常规油气资源(即页岩气、致密油气等)的效益开发。
技术实现思路
为了克服现有技术的上述缺陷，本专利技术实施例中提供了一种水平井钻井摩阻的控制优化方法及装置，其能够优化钻井参数，有效减小钻井过程中的摩阻扭矩，提高钻具在井下能量传递效率。本专利技术实施例的具体技术方案是：一种水平井钻井摩阻的控制优化方法，包括以下步骤：获取钻井参数；根据钻井作业中的钻井参数选择得到多组数据样本；识别各个所述数据样本所对应的钻柱作业状态；基于所述钻井参数、所述数据样本、所述数据样本所对应的钻柱作业状态得到所述数据样本的实际摩阻系数；对所述数据样本和所述数据样本的实际摩阻系数进行相关性分析以得到钻井参数中符合预设要求的参数；对钻井参数中符合预设要求的参数按照预设规则进行调整。作为一种优选的实施方式，所述钻井参数包括录井参数、钻柱结构参数、钻井液性能参数、井眼轨迹参数和井筒参数。作为一种优选的实施方式，所述录井参数包括钻头尺寸、时间、井深、钻头位置、钻时、钩载、转速、扭矩、立压、套压、泵冲、进出口的排量和进出口的钻井液密度。作为一种优选的实施方式，所述钻柱结构参数包括钻具类型、外径、内径、长度和线重。作为一种优选的实施方式，所述钻井液性能参数包括塑性粘度、动切力、润滑系数，所述井眼轨迹参数包括斜深、井斜和方位，所述井筒参数包括井筒类型、下深、内径、以及预置摩阻系数。作为一种优选的实施方式，在所述根据钻井作业中的钻井参数中选择得到多组数据样本的步骤中，具体为，根据钻井作业中的钻井参数中获取在不同时刻下的数据样本，进而得到多组数据样本。作为一种优选的实施方式，在所述识别各个所述数据样本所对应的钻柱作业状态的步骤中，具体为：根据所述数据样本中的录井数据中井深与钻头位置是否相同将该数据样本区分为a类状态，即定向或旋转钻进状态或b类状态，即起下钻状态或划眼状态；如果相同则将该数据样本区分为a类状态，如果不相同则区分为b类状态；根据a类状态中的数据样本中转速和扭矩大小将a类状态分为c状态，即旋转钻进状态或d类状态，即定向钻进状态；如果数据样本同时满足转速大于10r/m和扭矩大于1kN·m，则该数据样本的钻柱状态为c类状态，否则该数据样本的钻柱状态为d类状态；根据b类状态中的数据样本中排量大小将b类状态分为e类状态，即划眼作业状态或f类状态，即起下钻作业状态；若该数据样本的排量大于5L/s，则该数据样本的钻柱状态为e类状态，否则该数据样本的钻柱状态为f类状态；根据e类状态中的数据样本中转速和扭矩大小将e类状态分为g类状态，即旋转划眼状态或h类状态，即非旋转划眼状态；若该数据样本中同时满足转速>10r/m、扭矩大于1kNm，则该数据样本的钻柱状态为g类状态，否则认为钻柱状态为h类状态；根据f类状态中的数据样本中实际大钩载荷是否大于理想大钩载荷将f类状态分为i类状态，即起钻状态或j类状态，即下钻状态；若该数据样本中实际大钩载荷大于理想大钩载荷，则该数据样本的钻柱状态为i类状态，否则认为钻柱状态为j类状态；根据h类状态中的数据样本中实际大钩载荷是否大于理想大钩载荷将h类状态分为k类状态，即上提划眼状态或l类状态，即下放划眼状态；若该数据样本中实际大钩载荷大于理想大钩载荷，则该数据样本的钻柱状态为k类状态，否则认为钻柱状态为l类状态。作为一种优选的实施方式，在所述基于所述钻井参数、所述数据样本、所述数据样本所对应的钻柱作业状态得到所述数据样本的实际摩阻系数的步骤中，定义函数f(u)为实际大钩载荷与理论大钩载荷的差，公式如下：f(u)＝FhkL-FHKL(u)对上述公式采用二分法迭代求解当f(u)＝0时μ值，该u值为实际摩阻系数u实际；其中，FHKL表示实际大钩载荷，其单位为kN；FHKL(u)表示摩阻系数为u时的计算大钩载荷，其单位为kN。作为一种优选的实施方式，在所述对所述数据样本和所述数据样本的实际摩阻系数进行相关性分析以得到钻井参数中符合预设要求的参数的步骤中，具体为：对所述数据样本中的录井参数与所述数据样本的实际摩阻系数进行相关性分析得到相关系数；根据所述相关系数得到所述数据样本中的录井参数中符合预设条件一的参数；对所述数据样本中的录井参数中不符合预设条件一的参数进行非线性相关性分析得到符合预设条件二的参数。作为一种优选的实施方式，在所述对钻井参数中符合预设要求的参数按照预设规则进行调整的步骤中，具体为，对钻井参数中符合预设条件一的参数和符合预设条件二的参数按照预设规则进行调整。本申请还提供一种水平井钻井摩阻的控制优化装置，所述水平井钻井摩阻的控制优化装置包括：采样模块，用于根据钻井作业中的钻井参数中选择得到多组数据样本；状态识别模块，用于识别各个所述数据样本所对应的钻柱作业状态；计算模块，用于基于所述钻井参数、所述数据样本、所述数据样本所对应的钻柱作业状态得到所述数据样本的实际摩阻系数；相关性分析模块，用于对所述数据样本和所述数据样本的实际摩阻系数进行相关性分析以得到钻井参数中符合预设要求的参数；调整模块，用于对钻井参数中符合预设要求的参数按照预设规则进行调整。本专利技术实施例中的控制优化方法可以根据实时的钻井参数，实时计算表征井下能量传递效率的参数实际摩阻系数，通过计算与哪些钻井参数存在较大的相关性，并根据相关性量的变化特征，优化实际摩阻系数，进而实现最佳的实际摩阻系数控制目标，从而提高实时钻井效率。附图说明在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本专利技术公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本专利技术的理解，并不是具体限定本专利技术各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本专利技术的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本专利技术。图1为本专利技术在实施例中控制优化方法的流程图。图2为本专利技术实施例中钻井参数的控制装置的结构示意图。具体实施方式结合附图和本专利技术具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本专利技术的细节。但是，在此描述的本专利技术的具体实施方式，仅用于解释本专利技术的目的，而不能以任何方式理解成是对本专利技术的限制。在本专利技术的教导下，技术人员可以构想基于本专利技术的任意可能的变形，这些都应被视为属于本专利技术的范围。目前国内水平井钻井过程中，对摩阻的管理优化多采用被动优化方式，即设计阶段，通过对已钻井的摩阻分析，优化出相对合理的钻井工艺参数并写入钻井工程设计中；在钻井过程中，执行钻井设计参数以控制摩阻，一旦发现摩阻扭矩恶化甚至出现钻井复杂情况后，才查摆问题原因，并对钻井工艺参数进一步优化，更改钻井设计，执行新的钻井参数，降低摩本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水平井钻井摩阻的控制优化方法，其特征在于，所述水平井钻井摩阻的控制优化方法包括以下步骤：获取钻井参数；根据钻井作业中的钻井参数选择得到多组数据样本；识别各个所述数据样本所对应的钻柱作业状态；基于所述钻井参数、所述数据样本、所述数据样本所对应的钻柱作业状态得到所述数据样本的实际摩阻系数；对所述数据样本和所述数据样本的实际摩阻系数进行相关性分析以得到钻井参数中符合预设要求的参数；对钻井参数中符合预设要求的参数按照预设规则进行调整。

【技术特征摘要】
1.一种水平井钻井摩阻的控制优化方法，其特征在于，所述水平井钻井摩阻的控制优化方法包括以下步骤：获取钻井参数；根据钻井作业中的钻井参数选择得到多组数据样本；识别各个所述数据样本所对应的钻柱作业状态；基于所述钻井参数、所述数据样本、所述数据样本所对应的钻柱作业状态得到所述数据样本的实际摩阻系数；对所述数据样本和所述数据样本的实际摩阻系数进行相关性分析以得到钻井参数中符合预设要求的参数；对钻井参数中符合预设要求的参数按照预设规则进行调整。2.根据权利要求1所述的控制优化方法，其特征在于，所述钻井参数包括录井参数、钻柱结构参数、钻井液性能参数、井眼轨迹参数和井筒参数。3.根据权利要求2所述的控制优化方法，其特征在于，所述录井参数包括钻头尺寸、时间、井深、钻头位置、钻时、钩载、转速、扭矩、立压、套压、泵冲、进出口的排量和进出口的钻井液密度。4.根据权利要求2所述的控制优化方法，其特征在于，所述钻柱结构参数包括钻具类型、外径、内径、长度和线重。5.根据权利要求2所述的控制优化方法，其特征在于，所述钻井液性能参数包括塑性粘度、动切力、润滑系数，所述井眼轨迹参数包括斜深、井斜和方位，所述井筒参数包括井筒类型、下深、内径、以及预置摩阻系数。6.根据权利要求1所述的控制优化方法，其特征在于，在所述根据钻井作业中的钻井参数中选择得到多组数据样本的步骤中，具体为，根据钻井作业中的钻井参数中获取在不同时刻下的数据样本，进而得到多组数据样本。7.根据权利要求1所述的控制优化方法，其特征在于，在所述识别各个所述数据样本所对应的钻柱作业状态的步骤中，具体为：根据所述数据样本中的录井数据中井深与钻头位置是否相同将该数据样本区分为a类状态，即定向或旋转钻进状态或b类状态，即起下钻状态或划眼状态；如果相同则将该数据样本区分为a类状态，如果不相同则区分为b类状态；根据a类状态中的数据样本中转速和扭矩大小将a类状态分为c状态，即旋转钻进状态或d类状态，即定向钻进状态；如果数据样本同时满足转速大于10r/m和扭矩大于1kN·m，则该数据样本的钻柱状态为c类状态，否则该数据样本的钻柱状态为d类状态；根据b类状态中的数据样本中排量大小将b类状态分为e类状态，即划眼作业状态或f类状态，即起下钻作业状态；若该数据样本的排量大于5L/s，则该数据样本的钻柱状态为e类状态，否则该数据样本的钻柱状态为f类状态；根据e类状态中的数据样本中转速和扭矩大小将e类状态分为g类状态，即旋转划眼状态或h类状态，即非旋转划眼状态；若该数据样本中...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡贵，黄雪琴，张国辉，石李保，刘新云，于文华，徐鹏，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11