【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及油气钻探，尤其是一种钻柱与井壁摩阻系数智能动态反演方法。
技术介绍
1、钻柱与井壁摩阻系数是钻井管柱受力分析的关键参数，可用于钻压扭矩传递效率预测、管柱下入可行性分析和卡钻预警等，因此准确计算摩阻系数具有重大意义。钻柱与井壁摩阻系数目前主要通过经验设定或根据现场钻井数据反演，这些方法主要针对单个数据点进行计算，且需要由人工标定提离井底空转扭矩和空载悬重。但是由于钻柱与井壁摩阻系数是动态变化的，为了提高计算可靠性，钻进过程中需要动态校正钻柱与井壁摩阻系数，这就要求工作人员要频繁进行数据标定，工作繁琐，效率低下，数字化智能化程度低。因此，如何实现计算机智能动态反演钻柱与摩阻系数，是目前亟需解决的关键问题，同时也是支撑未来智能化钻井的关键技术。
技术实现思路
1、针对当前钻柱与井壁摩阻系数计算方法需要工作人员频繁进行数据标定，复杂繁琐，工作量大的问题，本专利技术提供一种钻柱与井壁摩阻系数智能动态反演方法，将钻井动态数据、钻井物理模型与人工智能算法有效融合，使计算机具备了自主动态反演钻柱与井壁摩阻系数的能力。
2、本专利技术提供的钻柱与井壁摩阻系数智能动态反演方法，步骤如下：
3、s1、基于实时数据识别钻井工况；
4、所述钻井工况识别方法具体是：根据钻井实时数据计算判断参数，包括大钩高度变化值、井深变化变化值、钻头深度变化值、悬重变化值、上一条数据工况；结合钻头井深、井深、立管压力及井口转速数据识别钻井工况。所述钻井工况包括起钻、下钻、正划
5、s2、基于钻井工况提取送钻前后时间序列数据；
6、具体是，根据钻井工况的识别结果，以计算点时间为基础，提取计算点时间之前，提离井底空转工况、提离井底循环工况、旋转钻进工况以及滑动钻进工况的数据。
7、s3、提离井底空转扭矩和提离井底悬重；
8、根据k-means算法对送钻前后的数据进行聚类，将送钻前后的数据划分为三类，一类是送钻前的悬重数据和扭矩数据，一类是送钻后的悬重数据和扭矩数据，还有一类是送钻中具有变化的悬重数据和扭矩数据；送钻前的悬重数据和扭矩数据的平均值即为提离井底的空转扭矩数据和空载悬重数据。
9、其中，所述k-means算法的k值为3，可以根据送钻前后数据特征可将送钻前后数据聚类，提取提离井底空转扭矩时间序列、提离井底空载悬重时间序列。
10、所述送钻前后的数据是从时间t1～tn～tk～tm时刻的时间序列，包括悬重时间序列和扭矩时间序列每个时间序列表示为3个小的时间序列的集合即：和表示从t1时刻～tn时刻，送钻前的悬重时间序列和扭矩时间序列，和表示从tn+1时刻～tk时刻，送钻中具有变化的悬重时间序列和扭矩时间序列，和表示从tk+1时刻～tm时刻，送钻后的悬重时间序列和扭矩时间序列。
11、提离井底空转扭矩数据和空载悬重数据时，首先需要基于时间序列移动平均滤波器对扭矩时间序列和悬重时间序列进行异常点的剔除和平滑处理。
12、s4、根据钻柱与井壁摩阻系数反演方法，利用提离井底的空转扭矩数据和空载悬重数据，结合摩阻扭矩计算模型反演钻柱与井壁摩阻系数。
13、所述钻柱与井壁摩阻系数反演方法分为滑动钻进工况和旋转钻进工况反演。
14、在旋转钻进工况时，首先确定钻具组合数据、井眼轨迹数据、钻井液密度数据，设置初始摩阻系数，然后通过摩阻扭矩模型，计算钻柱理论空转扭矩，直到理论空转扭矩与实际空转扭矩满足误差要求，停止迭代，此时的摩阻系数即为钻柱与井壁的摩阻系数。
15、所述理论空转扭矩为钻柱单元与井壁间的摩擦扭矩，计算公式如下：
16、ti＝μriniri
17、式中，ti为钻柱单元与井壁摩擦扭矩，n·m；μri为钻柱单元与井壁的周向摩阻系数；ri为钻柱单元半径，m；ni为为钻柱单元对井壁的正压力，n。
18、在滑动钻进工况时，计算理论空载悬重与实际空载悬重，直到理论空载悬重与实际空载悬重满足误差要求，停止迭代，此时的摩阻系数即为钻柱与井壁的摩阻系数。
19、所述理论空载悬重可由下述公式计算得到：
20、
21、
22、式中，fi,fi-1为钻柱单元两端拉力，n；μi为钻柱单元与井壁的轴向摩阻系数，无量纲；αi和βi分别为钻柱单元两端的平均井斜角和狗腿角，rad；li为钻柱单元长度，m；δαi为钻柱单元的井斜角增量，rad；qm为钻柱单元浮重，n/m；ni为钻柱单元对井壁的正压力，n。
23、s5、动态反演摩阻系数；
24、在实时钻进过程中，每10分钟判断一次当前工况，若为钻进工况，则重复步骤s3提取提离井底空转扭矩数据和空载悬重数据，然后重复步骤s4反演钻柱与井壁摩阻系数，实现计算机动态反演钻柱与井壁摩阻系数；若非钻进工况则继续循环，直至钻进工况。
25、与现有技术相比，本专利技术的有益之处在于：
26、(1)本专利技术提出了一种钻柱与井壁摩阻系数智能动态反演方法，将钻井动态数据、钻井物理模型与人工智能算法有效融合，使计算机具备了自主动态反演钻柱与井壁摩阻系数能力，无需人工干预，对于实现智能钻井有重要意义。
27、(2)本专利技术的方法可直接在现有常规钻井设备的基础上进行应用，无需额外的井下测量工具。
28、本专利技术的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本专利技术的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
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1.一种钻柱与井壁摩阻系数智能动态反演方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的钻柱与井壁摩阻系数智能动态反演方法，其特征在于，步骤S2具体是，根据钻井工况的识别结果，以计算点时间为基础，提取计算点时间之前，提离井底空转工况、提离井底循环工况、旋转钻进工况以及滑动钻进工况的数据。
3.如权利要求1所述的钻柱与井壁摩阻系数智能动态反演方法，其特征在于，所述K-Means算法的K值为3。
4.如权利要求3所述的钻柱与井壁摩阻系数智能动态反演方法，其特征在于，所述送钻前后的数据是从时间t1～tn～tk～tm时刻的时间序列，包括悬重时间序列和扭矩时间序列每个时间序列表示为3个小的时间序列的集合即：和表示从t1时刻～tn时刻，送钻前的悬重时间序列和扭矩时间序列，和表示从tn+1时刻～tk时刻，送钻中具有变化的悬重时间序列和扭矩时间序列，和表示从tk+1时刻～tm时刻，送钻后的悬重时间序列和扭矩时间序列。
5.如权利要求4所述的钻柱与井壁摩阻系数智能动态反演方法，其特征在于，提离井底空转扭矩和空载悬重数据时，首先需要基于时间序列移
6.如权利要求1所述的钻柱与井壁摩阻系数智能动态反演方法，其特征在于，所述钻柱与井壁摩阻系数反演方法分为滑动钻进工况和旋转钻进工况反演。
7.如权利要求6所述的钻柱与井壁摩阻系数智能动态反演方法，其特征在于，在旋转钻进工况时，首先确定钻具组合数据、井眼轨迹数据、钻井液密度数据，设置初始摩阻系数，然后通过摩阻扭矩模型，计算钻柱理论空转扭矩，直到理论空转扭矩与实际空转扭矩满足误差要求，停止迭代，此时的摩阻系数即为钻柱与井壁的摩阻系数。
8.如权利要求6所述的钻柱与井壁摩阻系数智能动态反演方法，其特征在于，在滑动钻进工况时，计算理论空载悬重与实际空载悬重，直到理论空载悬重与实际空载悬重满足误差要求，停止迭代，此时的摩阻系数即为钻柱与井壁的摩阻系数。
9.如权利要求1所述的钻柱与井壁摩阻系数智能动态反演方法，其特征在于，步骤S1中，钻井工况包括起钻、下钻、正划眼、倒划眼、接单根、旋转钻进、滑动钻进、提离井底空转、提离井底循环、坐卡、循环以及静止。
...【技术特征摘要】
1.一种钻柱与井壁摩阻系数智能动态反演方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的钻柱与井壁摩阻系数智能动态反演方法，其特征在于，步骤s2具体是，根据钻井工况的识别结果，以计算点时间为基础，提取计算点时间之前，提离井底空转工况、提离井底循环工况、旋转钻进工况以及滑动钻进工况的数据。
3.如权利要求1所述的钻柱与井壁摩阻系数智能动态反演方法，其特征在于，所述k-means算法的k值为3。
4.如权利要求3所述的钻柱与井壁摩阻系数智能动态反演方法，其特征在于，所述送钻前后的数据是从时间t1～tn～tk～tm时刻的时间序列，包括悬重时间序列和扭矩时间序列每个时间序列表示为3个小的时间序列的集合即：和表示从t1时刻～tn时刻，送钻前的悬重时间序列和扭矩时间序列，和表示从tn+1时刻～tk时刻，送钻中具有变化的悬重时间序列和扭矩时间序列，和表示从tk+1时刻～tm时刻，送钻后的悬重时间序列和扭矩时间序列。
5.如权利要求4所述的钻柱与井壁摩阻系数智能动态反演方法，其特征在于，提离井底空转扭矩和空载悬重数据时，首先需要基...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵修文，尹虎，夏千意，王钧泽，李黔，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：
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