下套管摩阻系数计算方法、应用、装置、设备和介质与流程

1.本发明涉及石油钻井工程领域，具体来讲，涉及一种下套管摩阻系数计算方法、一种下套管摩阻系数计算方法的应用、一种下套管摩阻系数计算装置、以及实现下套管摩阻系数计算方法的设备和计算机可读存储介质。


背景技术：

2.随着非常规油气井开发，水平井、大位移井增多，水平段越来越长、井眼轨迹复杂导致套管不能下到设计深度。套管能否下到设计深度，与套管刚度相关，下套管的摩阻不但影响能否下套管至设计深度，还影响套管是否屈曲及以后的寿命，因此下套管摩阻预测和控制是成功实施大位移井、水平井的关键，而摩阻系数的取值也会直接关系到预测结果的适用性。由于下套管摩阻系数受钻井液体性能、地层岩性、井眼轨迹、岩屑等因素较多，不易直接计算，因此下套管摩阻系数通常采用经验井眼值和现场实测值反算获得。目前，摩阻系数可以通过以下三个方法进行反算。一是利用钻进实测扭矩和钻柱悬重拟合反算；二是利用钻柱在裸眼段和上层套管内实测的正常上提下放悬重反算；三是利用套管柱在裸眼段和上层套管内实测的正常上提下放悬重反算。下套管后的摩阻系数反演计算，虽然对以后的下套管有一定参考，但由于每口井的钻井液性能、井眼轨迹、地层岩性、岩屑等各有差异，不能准确指导每一口井的下套管作业。如公开号为cn109869132a的发明专利公开了一种下套管摩阻系数计算方法，该方法所获得的是不同扶正器类型的摩阻系数值，并且是通过实时监测的大钩载荷数据计算出摩阻系数值，仅可以计算出实际下套管时的摩阻系数。公开号为cn114254499a发明专利公开了一种基于摩阻系数进行钻井作业监测的方法，该方法基于目标摩阻系数对钻井作业过程中的井眼条件、作业条件进行监测。所述目标摩阻系数为钻进时的摩阻系数，与下套管摩阻系数的关系并不明确，也不能直接指导下套管摩阻预测和控制。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本发明的目的之一在于提供一种下套管摩阻系数计算方法，该方法可以基于通井摩阻计算下套管摩阻系数，提高下套管摩阻系数的准确性，为水平井、大位移井下套管摩阻预测与控制提供技术支持。
4.为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种下套管摩阻系数计算方法，所述方法可包括以下步骤：
5.s1、获取数据，所述数据可包括井眼轨迹参数、通井底部钻具组合参数、钻井液参数、通井载荷数据与井深数据。
6.s2、筛选所述数据，对通井底部钻具组合结构分段点可进行数据插值，确认任意位置的井深、井斜角、方位角。
7.s3、根据所述任意位置的井深、井斜角、方位角可计算底部钻具组合结构及标准钻
杆对应分段的狗腿度和/或曲率。
8.s4、确认每段的轴向载荷和摩阻系数，建立大钩载荷模型，可确认大钩载荷。
9.s5、测定实际通井大钩载数据，根据所述大钩载荷和实际通井大钩载数据可反演出最优综合摩阻系数。
10.s6、根据所述最优综合摩阻系数可确认下套管摩阻系数。
11.在本发明下套管摩阻系数计算方法的一个示例性实施例中，所述筛选数据可包括：可将井深小于100m的大钩载荷数据取平均值作为基准载荷，可剔除大钩载荷低于1.1倍基准载荷的数据，可剔除转速大于1rpm或扭矩大于0.1kn.m或排量大于1l/s或压力大于0.5mpa的数据；当井深相同时，可只保留大钩载荷最大的数据；当井深趋势发生变化时，保留与所述井深数据后面两个井深数据变化趋势一致的数据。
12.在本发明下套管摩阻系数计算方法的一个示例性实施例中，所述数据插值可为线性插值，所述任意位置的井深、井斜角、方位角可分别根据井深模型、井斜角模型和方位角模型确认，所述模型可如下：
13.井深模型：l＝li+δl。
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
14.井斜角模型：
15.方位角模型：
16.其中，li为井眼轨迹中已知i测点井深，m；δl为待求位置距离li的长度，m；αi，φi为井眼轨迹中已知i测点井斜角、方位角，
°
；δli为井眼轨迹中待求位置相邻两测点的井深间距，m；δαi为井眼轨迹中待求位置相邻两测点的井斜角变化量，
°
；δφi为井眼轨迹中待求位置相邻两测点的方位角变化量，
°
。
17.在本发明下套管摩阻系数计算方法的一个示例性实施例中，所述狗腿度和曲率可根据三维井眼内管柱变形特点分别建立狗腿度模型和曲率模型，所述模型可如下：
18.狗腿度模型：
19.曲率模型：
20.其中，γ为狗腿度，
°
/30m；αi，φi为井眼轨迹中已知i测点井斜角、方位角，
°
；k为曲率，
°
/m；li为井眼轨迹中已知i测点井深，m。
21.在本发明下套管摩阻系数计算方法的一个示例性实施例中，所述大钩载荷模型可为：
[0022][0023]
其中，其中，
[0024][0025]
tn为井口处的轴向载荷，kn；δli为井眼轨迹中待求位置相邻两测点的井深间距，m；γi为i测点狗腿度，
°
/30m；qi为管柱线重量，kn/m；为该段平均井斜角，
°
；αi为该点井斜角，
°
；μ为综合摩阻系数；e为管柱的弹性模量，pa；i为为该段管柱的惯性矩，m4；k为曲率，
°
/m；ti为i测点轴向载荷，kn。
[0026]
在本发明下套管摩阻系数计算方法的一个示例性实施例中，所述步骤s5可包括：可利用euler型寻优算法反演出最优综合摩阻系数。
[0027]
在本发明下套管摩阻系数计算方法的一个示例性实施例中，所述步骤s5可包括：分为直井、斜井段、水平井段三段分别进行反演确认最优综合摩阻系数。
[0028]
在本发明下套管摩阻系数计算方法的一个示例性实施例中，所述步骤s5可包括：确认综合摩阻系数初值和步长；取所述大钩载荷和实际通井大钩载数据之差的绝对值为所述大钩载荷误差，当所述大钩载荷误差大于0.5时，可迭代所述综合摩阻系数；当所述大钩载荷误差小于等于0.5时，迭代结束，可得到综合摩阻系数的最优值；当所述大钩载荷误差均在0-1内时，所述综合摩阻系数的最优值可取大钩载荷误差最小时的综合摩阻系数。
[0029]
在本发明下套管摩阻系数计算方法的一个示例性实施例中，所述步骤s6可包括：可根据最优综合摩阻系数建立摩阻系数模型确认下套管摩阻系数，所述摩阻系数模型可为：
[0030]
μ＝s
×
fe。
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)
[0031]
其中，μ为下套管摩阻系数；fe为综合摩阻系数最优值；s为套管扶正器影响系数，当每根套管下1只旋流刚性扶正器，s＝1.0。
[0032]
本发明又一方面提供了一种下套管摩阻系数计算方法在下套管摩阻预测和控制中的应用。
[0033]
本发明又一方面提供了一种下套管摩阻系数计算装置，所述装置可包括获取数据模块、数据处理模块、狗腿度确认模块、大钩载荷确认模块、最优综合摩阻系数确认模块以及下套管摩阻系数确认模块。
[0034]
其中，获取数据模块，可被配置为获取井眼轨迹参数、通井底部钻具组合参数、钻井液参数、通井载荷数据与井深数据。
[0035]
数据处理模块可与获取数据模块相连，可被配置为筛选所述数据和数据插值确认任意位置的井深、井斜角、方位角。
[0036]
狗腿度确认模块可与数据处理模块相连，可被配置为根据所述任意位置的井深、井斜角、方位角计算底部钻具组合结构及标准钻杆对应分段的狗腿度和/或曲率。
[0037]
大钩载荷确认模块可与狗腿度确认模块相连，可被配置为确认每段的轴向载荷和摩阻系数，建立大钩载荷模型，确认大钩载荷。
[0038]
最优综合摩阻系数确认模块可与大钩载荷确认模块相连，可被配置为测定实际通井大钩载数据，根据所述大钩载荷和实际通井大钩载数据反演出最优综合摩阻系数。
[0039]
下套管摩阻系数确认模块可与最优综合摩阻系数确认模块相连，可被配置为根据所述最优综合摩阻系数确认下套管摩阻系数。
[0040]
本发明再一方面提供了一种设备，所述设备包括：
[0041]
处理器；存储器，存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如上所述的下套管摩阻系数计算方法和下套管摩阻系数计算方法在下套管摩阻预测和控制中的应用中至少一者。
[0042]
本发明再一方面提供了一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，当所述计算机程序在被处理器执行时实现如上所述的下套管摩阻系数计算方法和下套管摩阻系数计算方法在下套管摩阻预测和控制中的应用中至少一者。
[0043]
与现有技术相比，本发明的有益效果包括以下内容中的至少一项：
[0044]
(1)本发明所提供的下套管摩阻系数计算方法利用下套管前通井大钩载荷的分点数据反演出通井摩阻系数，再基于通井摩阻系数确认下套管摩阻系数，因此可以针对该井提前进行下套管摩阻预测和制定控制措施，为水平井、大位移井等下套管提供了科学合理的意见和必要的技术支撑。
[0045]
(2)本发明所提供的下套管摩阻系数计算方法的预测数据准确度高，能有效提升了油田现场钻井作业的安全性、快速做好下套管施工作业。
附图说明
[0046]
通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和/或特点将会变得更加清楚，其中：
[0047]
图1示出了本发明的下套管摩阻系数计算方法的一个示例的步骤示意图。
[0048]
图2示出了本发明的下套管摩阻系数计算方法的一个示例的综合摩阻系数反演流程示意图。
[0049]
图3示出了本发明的下套管摩阻系数计算装置的一个示例的装置示意图。
[0050]
附图标记说明：
[0051]
100-获取数据模块；110-数据处理模块；120-狗腿度确认模块；130-大钩载荷确认模块；140-最优综合摩阻系数确认模块；150-下套管摩阻系数确认模块。
具体实施方式
[0052]
在下文中，将结合示例性实施例来详细说明本发明的下套管摩阻系数计算方法、应用、装置、设备和介质。
[0053]
需要说明的是，“步骤1”、“步骤2”、“步骤3”等仅仅是为了方便描述和便于区分，而不能理解为指示或暗示相对重要性。本发明中使用的术语“s1”、“s2”、“s3”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
[0054]
目前大位移钻井、水平钻井日益普遍，但是由于管柱自重和井眼弯曲等多种因素的作用大斜度井、水平井中的管柱存在较高的摩阻力。在大斜度井和水平井的完井设计和施工中都必须准确计算套管的摩阻力这是因为：
①
改进井身剖面设计使套管柱的下入阻力最小；
②
预测实钻井眼中套管柱下入的可能性便于选择套管柱的下入方法；
③
准确计算套管柱的轴向载荷以便进行套管柱强度设计与校核，因此如何较为准确的预测下管套的摩阻系数对于油气井的开发至关重要。
[0055]
针对上述问题，发明人提出了一种下套管摩阻系数计算方法，能通过下套管前通
井大钩载荷的分点数据反演出通井摩阻系数，再基于通井摩阻系数确认下套管摩阻系数，使用该方法所预测出来的下套管摩阻系数准确度高。
[0056]
为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种下套管摩阻系数计算方法。在本发明的下套管摩阻系数计算方法的一个示例性实施例中，下套管摩阻系数计算方法可包括：
[0057]
s1、获取数据，数据可包括井眼轨迹参数、通井底部钻具组合参数、钻井液参数、通井载荷数据与井深数据。
[0058]
s2、筛选数据，可对通井底部钻具组合结构分段点进行数据插值，确认任意位置的井深、井斜角、方位角。
[0059]
更进一步地，可将井深小于100m的大钩载荷数据取平均值作为基准载荷，剔除大钩载荷低于1.1倍基准载荷的数据，剔除转速大于1rpm或扭矩大于0.1kn.m或排量大于1l/s或压力大于0.5mpa的数据；当井深相同时，只保留大钩载荷最大的数据；当井深趋势发生变化时，只保留与井深数据后面两个井深数据变化趋势一致的数据，若不一致则剔除。
[0060]
更进一步地，数据插值可为线性插值，任意位置的井深、井斜角、方位角可分别根据井深模型、井斜角模型和方位角模型确认，模型可如下：
[0061]
井深模型：l＝li+δl。
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0062]
井斜角模型：
[0063]
方位角模型：
[0064]
其中，li为井眼轨迹中已知i测点井深，m；δl为待求位置距离li的长度，m；αi，φi为井眼轨迹中已知i测点井斜角、方位角，
°
；δli为井眼轨迹中待求位置相邻两测点的井深间距，m；δαi为井眼轨迹中待求位置相邻两测点的井斜角变化量，
°
；δφi为井眼轨迹中待求位置相邻两测点的方位角变化量，
°
。
[0065]
s3、根据任意位置的井深、井斜角、方位角可计算底部钻具组合结构及标准钻杆对应分段的狗腿度和/或曲率。
[0066]
更进一步地，狗腿度和曲率根据三维井眼内管柱变形特点可分别建立狗腿度模型和曲率模型，模型可如下：
[0067]
狗腿度模型：
[0068]
曲率模型：
[0069]
其中，γ为狗腿度，
°
/30m；αi，φi为井眼轨迹中已知i测点井斜角、方位角，
°
；k为曲率，
°
/m；li为井眼轨迹中已知i测点井深，m。
[0070]
s4、确认每段的轴向载荷和摩阻系数，建立大钩载荷模型，可确认大钩载荷。
[0071]
更进一步地，大钩载荷模型可为：
[0072][0073]
其中，
[0074][0075]
tn为井口处的轴向载荷，kn；δli为井眼轨迹中待求位置相邻两测点的井深间距，m；γi为i测点狗腿度，
°
/30m；qi为管柱线重量，kn/m；为该段平均井斜角，
°
；αi为该点井斜角，
°
；μ为综合摩阻系数；e为管柱的弹性模量，pa；i为为该段管柱的惯性矩，m4；k为曲率，
°
/m；ti为i测点轴向载荷，kn。
[0076]
s5、测定实际通井大钩载数据，根据大钩载荷和实际通井大钩载数据可反演出最优综合摩阻系数。
[0077]
更进一步地，利用euler型寻优算法可反演出最优综合摩阻系数。
[0078]
更进一步地，分为直井、斜井段、水平井段三段分别进行反演可确认最优综合摩阻系数。
[0079]
更进一步地，确认综合摩阻系数初值和步长；可取大钩载荷和实际通井大钩载数据之差的绝对值为大钩载荷误差，当大钩载荷误差大于0.5时，可迭代综合摩阻系数；当大钩载荷误差小于等于0.5时，迭代结束，可得到综合摩阻系数的最优值；当大钩载荷误差均在0-1内时，综合摩阻系数的最优值可取大钩载荷误差最小时的综合摩阻系数。
[0080]
s6、根据最优综合摩阻系数可确认下套管摩阻系数。
[0081]
更进一步地，可根据最优综合摩阻系数建立摩阻系数模型可确认下套管摩阻系数，摩阻系数模型可为：
[0082]
μ＝s
×
fe；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)
[0083]
其中，μ为下套管摩阻系数；fe为综合摩阻系数最优值；s为套管扶正器影响系数，当每根套管下1只旋流刚性扶正器，s＝1.0。
[0084]
根据本发明又一方面还提供了一种下套管摩阻系数计算方法在下套管摩阻预测和控制中的应用。
[0085]
根据本发明再一方面还提供了一种下套管摩阻系数计算装置。
[0086]
在本发明的下套管摩阻系数计算装置的一个示例性实施例中，下套管摩阻系数计算装置可包括：获取数据模块、数据处理模块、狗腿度确认模块、大钩载荷确认模块、最优综合摩阻系数确认模块以及下套管摩阻系数确认模块。
[0087]
其中，获取数据模块，可被配置为获取井眼轨迹参数、通井底部钻具组合参数、钻井液参数、通井载荷数据与井深数据。数据处理模块可与获取数据模块相连，可被配置为筛选数据和数据插值确认任意位置的井深、井斜角、方位角。狗腿度确认模块可与数据处理模块相连，可被配置为根据任意位置的井深、井斜角、方位角计算底部钻具组合结构及标准钻杆对应分段的狗腿度和/或曲率。大钩载荷确认模块可与狗腿度确认模块相连，可被配置为确认每段的轴向载荷和摩阻系数，建立大钩载荷模型，确认大钩载荷。最优综合摩阻系数确认模块可与大钩载荷确认模块相连，可被配置为测定实际通井大钩载数据，根据大钩载荷和实际通井大钩载数据反演出最优综合摩阻系数。下套管摩阻系数确认模块可与最优综合摩阻系数确认模块相连，可被配置为根据最优综合摩阻系数确认下套管摩阻系数。
[0088]
根据本发明又一方面还提供了一种计算机设备。该计算机设备包括处理器和存储器。存储器用于存储计算机程序。计算机程序被处理器执行使得处理器执行根据本发明的下套管摩阻系数计算方法和下套管摩阻系数计算方法在下套管摩阻预测和控制中的应用中的至少一者的计算机程序。
[0089]
根据本发明又一方面还提供了一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质。该计算机可读存储介质存储有当被处理器执行时使得处理器执行根据本发明的下套管摩阻系数计算方法和下套管摩阻系数计算方法在下套管摩阻预测和控制中的应用中的至少一者的计算机程序。该计算机可读记录介质是可存储由计算机系统读出的数据的任意数据存储装置。计算机可读记录介质的示例包括：只读存储器、随机存取存储器、只读光盘、磁带、软盘、光数据存储装置和载波(诸如经有线或无线传输路径通过互联网的数据传输)。
[0090]
为了更好地理解本发明的上述示例性实施例，下面结合具体示例和附图对其进行进一步说明，但所举示例不作为对本发明的限定。
[0091]
示例1
[0092]
在本示例中，如图1所示，下套管摩阻系数计算方法可通过以下步骤实现：
[0093]
s1、获取数据，数据包括井眼轨迹参数、通井底部钻具组合参数、钻井液参数、通井载荷数据与井深数据；
[0094]
更为具体地，井眼轨迹参数包括井眼轨迹参数，井眼的井径、井深、井斜角、方位角等。通井底部钻具组合参数为通井bha组合(bottom hole assembly，底部钻具组合)的几何尺寸和基本材料参数，如：钻头、扶正器、钻铤、扶正器、钻杆等的内、外径、段长、壁厚及密度、单位线重、弹性模量等。钻井液参数为密度及流变性。
[0095]
更优选地，使用录井软件导出录井分点数据，包括井深、大钩载荷、转速、扭矩、排量、压力。
[0096]
s2、筛选数据，对通井底部钻具组合结构分段点进行数据插值，确认任意位置的井深、井斜角、方位角。
[0097]
更为具体地，将井深小于100m的大钩载荷数据取平均值，该值为基准载荷；将大钩载荷低于1.1倍基准载荷的数据全部剔除；将转速大于1rpm或扭矩大于0.1kn.m或排量大于1l/s或压力大于0.5mpa的数据全部剔除；井深相同只保留大钩载荷最大值。当井深趋势发生变化时，只保留与当前井深数据后面两个井深数据变化趋势一致的数据，若不一致则剔除。
[0098]
更优选地，筛选数据完成后形成与通井井深位置所对应的大钩载荷数据表。
[0099]
s3、根据任意位置的井深、井斜角、方位角计算底部钻具组合结构及标准钻杆对应分段的狗腿度和/或曲率。
[0100]
更为具体地，数据插值为线性插值，任意位置的井深、井斜角、方位角分别根据井深模型、井斜角模型和方位角模型确认，模型如下：
[0101]
井深模型：l＝li+δl。
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0102]
井斜角模型：
[0103]
方位角模型：
[0104]
其中，li为井眼轨迹中已知i测点井深，m；δl为待求位置距离li的长度，m；αi，φi为井眼轨迹中已知i测点井斜角、方位角，
°
；δli为井眼轨迹中待求位置相邻两测点的井深间距，m；δαi为井眼轨迹中待求位置相邻两测点的井斜角变化量，
°
；δφi为井眼轨迹中待求位置相邻两测点的方位角变化量，
°
。
[0105]
更为具体地，插值后得到bha结构分段点井深、井斜角、方位角等基本参数后，根据三维井眼内管柱变形特点，利用lubinsiki推荐公式分别计算bha结构及标准钻杆对应分段的狗腿度或曲率k，计算模型为：
[0106]
狗腿度模型：
[0107]
曲率模型：
[0108]
其中，γ为狗腿度，
°
/30m；αi，φi为井眼轨迹中已知i测点井斜角、方位角，
°
；k为曲率，
°
/m；li为井眼轨迹中已知i测点井深，m。
[0109]
s4、确认每段的轴向载荷和摩阻系数，建立大钩载荷模型，确认大钩载荷。
[0110]
大钩载荷模型为：
[0111][0112]
其中，
[0113][0114][0115]
其中，递推公式的首项为：
[0116][0117]
递推公式中间项为：
[0118][0119]
tn为井口处的轴向载荷，kn；δli为井眼轨迹中待求位置相邻两测点的井深间距，m；γi为i测点狗腿度，
°
/30m；qi为管柱线重量，kn/m；为该段平均井斜角，
°
；αi为该点井斜角，
°
；μ为综合摩阻系数；e为管柱的弹性模量，pa；i为为该段管柱的惯性矩，m4；k为曲率，
°
/m；ti为i测点轴向载荷，kn。
[0120]
一般而言，t0＝0，对每段的轴向荷载和摩阻系数均为已知量，代入上式即可求井口处的大钩载荷tn。
[0121]
s5、测定实际通井大钩载数据，根据大钩载荷和实际通井大钩载数据反演出最优
综合摩阻系数。其中，通井综合摩阻系数反演流程如图2所示，输入数据(井眼轨迹和管柱基本参数、井深钩载实测数据)，确认摩阻系数初值、固定步长以及设定迭代次数，按照固定步长更新摩阻系数，根据管柱力学模型，计算出摩阻系数对应的大钩载荷，根据大钩载荷误差确认最优摩阻系数。
[0122]
可选择地，利用euler型寻优算法反演出最优综合摩阻系数。
[0123]
更为具体地，步骤s5还可包括：
[0124]
s51、建立大钩载荷误差模型，大钩载荷误差模型如下式所示：
[0125][0126]
其中，f0为大钩载荷计算值，kn；为实测钩载，kn。
[0127]
s52、综合摩阻系数迭代，综合摩阻系数f更新按固定步长h增加，即
[0128]
f＝f0+nh。
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)
[0129]
f0为综合摩阻系数初值；n为自然数，取0、1、2
……
。
[0130]
更优选地，根据计算经验，f0大于0.12。
[0131]
s53、获取最优综合摩阻系数，若误差在一个合理范围内(即)可认为达到最优，此时综合摩阻系数fe即为最优值。否则，最优化计算过程中，计算所得误差可能均较大，当0《fe《1，且使误差取最小值时，此时综合摩阻系数fe即为最优值。
[0132]
更优选地，还可分为直井、斜井段、水平井段三段分别进行反演确认最优综合摩阻系数。
[0133]
s6、根据最优综合摩阻系数确认下套管摩阻系数。
[0134]
更为具体地，摩阻系数模型为：
[0135]
μ＝s
×
fe。
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(13)
[0136]
其中，μ为下套管摩阻系数；fe为综合摩阻系数最优值；s为套管扶正器影响系数，当每根套管下1只旋流刚性扶正器，s＝1.0。
[0137]
示例2
[0138]
本示例提供了一种下套管摩阻系数计算方法。本示例技术方案如下：
[0139]
步骤1：数据输入和数据处理。
[0140]
数据输入包括输入括井眼轨迹参数，如井眼的井径、井深、井斜角、方位角等，所得数据如表1所示。本次井的井深6320m，kop点2656m，a点3110m、b点6320m。
[0141]
表1井眼轨迹参数表
[0142][0143][0144]
数据输入还可包括输入通井bha组合的几何尺寸和基本材料参数，如：钻头、扶正器、钻铤、扶正器、钻杆等的内、外径、段长、壁厚及密度、单位线重、弹性模量等。本示例所采集的通井bha组合的几何尺寸和基本材料参数如下：φ215.9mm钻头(内径72mm)
×
0.35m+双母回凡(内径72mm)
×
0.5m+φ165.1mm钻铤(内径72mm)
×
9.5m+φ213.0mm扶正器(内径72mm)
×
1.2m+φ165.1mm钻铤(内径72mm)
×
9.35m+φ210.0mm扶正器(内径72mm)
×
1.2m+φ165.1mm钻铤(内径72mm)
×
9.35m+φ139.7mm(内径121mm)
×
6290m
[0145]
数据输入还可包括输入钻井液基本参数为密度及流变性，本示例中白油基钻井液密度为2.06g/cm3。
[0146]
更优选的，数据输入还可从录井软件中导出录井分点数据，包括井深、大钩载荷、
转速、扭矩、排量和压力。
[0147]
数据处理可为筛选出大钩载荷数据，或使用软件可自动筛选出大钩载荷数据，数据筛选遵循以下原则：
[0148]
1、将井深小于100m的大钩载荷数据取平均值，该值为基准载荷。
[0149]
2、将大钩载荷低于1.1倍基准载荷的数据全部剔除。
[0150]
3、将转速大于1rpm或扭矩大于0.1kn.m或排量大于1l/s或压力大于0.5mpa的数据全部剔除。
[0151]
4、井深相同只保留大钩载荷最大值。
[0152]
5、当井深趋势发生变化时，只保留与当前井深数据后面两个井深数据变化趋势一致的数据，若不一致则剔除。
[0153]
根据上述原则得到通井井深位置所对应的大钩载荷数据表如下。
[0154]
表2大钩载荷数据表
[0155][0156]
步骤2：对bha结构分段点的数据插值。
[0157]
具体为根据bha结构各段对应端点的井深、井斜角、方位角，进行线性插值：
[0158]
任意位置处井深：l＝li+δl。
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0159]
任意位置处井斜角：
[0160]
任意位置处方位角：
[0161]
其中，li为井眼轨迹中已知i测点井深，m；δl为待求位置距离li的长度，m；αi，φi为井眼轨迹中已知i测点井斜角、方位角，
°
；δli为井眼轨迹中待求位置相邻两测点的井深
间距，m；δαi为井眼轨迹中待求位置相邻两测点的井斜角变化量，
°
；δφi为井眼轨迹中待求位置相邻两测点的方位角变化量，
°
。
[0162]
步骤3：bha结构分段狗腿度计算，插值后得到bha结构分段点井深、井斜角、方位角等基本参数后，根据三维井眼内管柱变形特点，利用lubinsiki(鲁宾斯基)推荐公式分别计算bha结构及标准钻杆对应分段的狗腿度或曲率k，计算方法为：
[0163][0164][0165]
其中，γ为狗腿度，
°
/30m；αi，φi为井眼轨迹中已知i测点井斜角、方位角，
°
；k为曲率，
°
/m；li为井眼轨迹中已知i测点井深，m。
[0166]
步骤4：计算大钩载荷，大钩载荷计算模型为：
[0167][0168]
其中，其中，
[0169][0170]
其中，递推公式的首项为：
[0171][0172]
递推公式中间项为：
[0173][0174]
tn为井口处的轴向载荷，kn；δli为井眼轨迹中待求位置相邻两测点的井深间距，m；γi为i测点狗腿度，
°
/30m；qi为管柱线重量，kn/m；为该段平均井斜角，
°
；αi为该点井斜角，
°
；μ为综合摩阻系数；e为管柱的弹性模量，pa；i为为该段管柱的惯性矩，m4；k为曲率，
°
/m；ti为i测点轴向载荷，kn。
[0175]
一般而言，t0＝0，对每段的轴向荷载和摩阻系数均为已知量，代入上式即可求井口处的大钩载荷tn。
[0176]
步骤5：摩阻系数反演，分三段进行摩阻反演，直井、斜井段、水平井段，利用反演公式进行通井综合摩阻系数迭代，可得摩阻系数：fez＝0.27，f
e x＝0.38，fes＝0.41。
[0177]
步骤6：确定下套管摩阻系数，由于该井水平段每一根套管下1只滚轮刚性扶正器，因此套管扶正器影响系数s＝1.0，下套管摩阻系数可为：μ
z＝s
×
fz＝0.27，μ
x＝s
×
fex＝0.38，
μ
s＝s
×
fes＝0.41。
[0178]
根据本示例提供的下套管摩阻系数计算方法的计算结果如下表3，可以看出本方法预测出的各段的摩阻系数准确率较高，与实际实测的摩阻系数误差小。
[0179]
表3下套管摩阻系数系数实例计算结果
[0180][0181]
示例3
[0182]
本示例提供了本发明下套管摩阻系数计算方法的应用。该下套管摩阻系数计算方法可以是示例1或2的计算方法。
[0183]
该应用可包括在下套管摩阻预测和控制的应用，具体如下：
[0184]
步骤1：如示例1或示例2反演得到下套管摩阻系数，本示例的下套管摩阻系数计算结果如下表4所示。
[0185]
表4下套管摩阻系数实例计算结果
[0186][0187]
步骤2：输入套管管串，套管管串数据如下表5所示。
[0188]
表5下套管管串数据表
[0189]
[0190][0191]
步骤3：对套管串结构分段点的数据插值，本示例的插值方法可为示例1或2的数据插值方法。
[0192]
步骤4：套管串结构分段狗腿度计算，插值后得到套管串结构分段点井深、井斜角、方位角等基本参数后，根据三维井眼内管柱变形特点，利用lubinsiki推荐公式分别计算套管串结构及标准钻杆对应分段的狗腿度或曲率k，本示例的狗腿度或曲率k的计算方法可为示例1或2的计算方法。
[0193]
步骤5：将根据预测的下套管摩阻系数μz＝0.27，μ
x
＝0.38，μs＝0.41，预测下套管摩阻和大钩载荷。本示例所得的预测下套管摩阻和大钩载荷数据如下表6所示。
[0194]
表6预测下套管摩阻和大钩载荷数据表
[0195][0196]
步骤6：根据预算下套管到位的摩阻为507.31kn，大钩载荷为498.60kn，因此，判断可以采用常规下套管工艺，不必采用漂浮下套管工艺。
[0197]
示例4
[0198]
本示例提供了一种下套管摩阻系数计算装置，如图3所示，装置包括获取数据模块100、数据处理模块110、狗腿度确认模块120、大钩载荷确认模块130、最优综合摩阻系数确认模块140以及下套管摩阻系数确认模块150。
[0199]
其中，获取数据模块100，被配置为获取井眼轨迹参数、通井底部钻具组合参数、钻井液参数、通井载荷数据与井深数据。
[0200]
数据处理模块110与获取数据模块100相连，被配置为筛选数据和数据插值确认任意位置的井深、井斜角、方位角。
[0201]
狗腿度确认模块120与数据处理模块110相连，被配置为根据任意位置的井深、井斜角、方位角计算底部钻具组合结构及标准钻杆对应分段的狗腿度和/或曲率。
[0202]
大钩载荷确认模块130与狗腿度确认模块120相连，被配置为确认每段的轴向载荷和摩阻系数，建立大钩载荷模型，确认大钩载荷。
[0203]
最优综合摩阻系数确认模块140与大钩载荷确认模块130相连，被配置为测定实际通井大钩载数据，根据大钩载荷和实际通井大钩载数据反演出最优综合摩阻系数。
[0204]
下套管摩阻系数确认模块150与最优综合摩阻系数确认模块140相连，被配置为根据最优综合摩阻系数确认下套管摩阻系数。
[0205]
示例5
[0206]
本示例性实施例提供了一种计算机设备，包括：
[0207]
至少一个处理器；
[0208]
存储有程序指令的存储器，其中，所述程序指令被配置为由所述至少一个处理器执行，所述程序指令包括用于执行根据示例1或2所述下套管摩阻系数计算方法方法的指令，或者执行根据示例3所述下套管摩阻系数计算方法的应用的指令。
[0209]
示例6
[0210]
本示例性实施例提供了一种计算机可读存储介质。
[0211]
所述储存介质上存储有计算机程序。所述计算机程序指令被处理器执行时实现如示例1或2所述的下套管摩阻系数计算方法，或者实现示例3所述下套管摩阻系数计算方法的应用。
[0212]
该计算机可读存储介质可以是任意数据存储装置，该数据存储装置中存储有能够被计算机系统读出的数据。例如，计算机可读存储介质的示例可包括：只读存储器、随机存取存储器、只读光盘、磁带、软盘、光数据存储装置和载波(诸如经有线或无线传输路径通过互联网的数据传输)。
[0213]
综上所述，本发明的有益效果包括：
[0214]
(1)本发明所提供的下套管摩阻系数计算方法利用下套管前通井大钩载荷的分点数据反演出通井摩阻系数，再基于通井摩阻系数确认下套管摩阻系数，因此可以针对该井提前进行下套管摩阻预测和制定控制措施，为水平井、大位移井等下套管提供了科学合理的意见和必要的技术支撑。
[0215]
(2)本发明所提供的下套管摩阻系数计算方法的预测数据准确度高，能有效提升油田现场钻井作业的安全性、快速做好下套管施工作业。
[0216]
尽管上面已经结合示例性实施例及附图描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。

技术特征：
1.一种下套管摩阻系数计算方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：s1、获取数据，所述数据包括井眼轨迹参数、通井底部钻具组合参数、钻井液参数、通井载荷数据与井深数据；s2、筛选所述数据，对通井底部钻具组合结构分段点进行数据插值，确认任意位置的井深、井斜角、方位角；s3、根据所述任意位置的井深、井斜角、方位角计算底部钻具组合结构及标准钻杆对应分段的狗腿度和/或曲率；s4、确认每段的轴向载荷和摩阻系数，建立大钩载荷模型，确认大钩载荷；s5、测定实际通井大钩载数据，根据所述大钩载荷和实际通井大钩载数据反演出最优综合摩阻系数；s6、根据所述最优综合摩阻系数确认下套管摩阻系数。2.根据权利要求1所述的下套管摩阻系数计算方法，其特征在于，所述筛选数据包括：将井深小于100m的大钩载荷数据取平均值作为基准载荷，剔除大钩载荷低于1.1倍基准载荷的数据，剔除转速大于1rpm或扭矩大于0.1kn.m或排量大于1l/s或压力大于0.5mpa的数据；当井深相同时，只保留大钩载荷最大的数据；当井深趋势发生变化时，保留与所述井深数据后面两个井深数据变化趋势一致的数据。3.根据权利要求1所述的下套管摩阻系数计算方法，其特征在于，所述数据插值为线性插值，所述任意位置的井深、井斜角、方位角分别根据井深模型、井斜角模型和方位角模型确认，所述模型如下：井深模型：l＝l
i
+δl；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)井斜角模型：方位角模型：其中，l
i
为井眼轨迹中已知i测点井深，m；δl为待求位置距离l
i
的长度，m；α
i
，φ
i
为井眼轨迹中已知i测点井斜角、方位角，
°
；δl
i
为井眼轨迹中待求位置相邻两测点的井深间距，m；δα
i
为井眼轨迹中待求位置相邻两测点的井斜角变化量，
°
；δφ
i
为井眼轨迹中待求位置相邻两测点的方位角变化量，
°
。4.根据权利要求1所述的下套管摩阻系数计算方法，其特征在于，所述狗腿度和曲率根据三维井眼内管柱变形特点分别建立狗腿度模型和曲率模型，所述模型如下：狗腿度模型：曲率模型：其中，γ为狗腿度，
°
/30m；α
i
，φ
i
为井眼轨迹中已知i测点井斜角、方位角，
°
；k为曲率，
°
/m；l
i
为井眼轨迹中已知i测点井深，m。5.根据权利要求1所述的下套管摩阻系数计算方法，其特征在于，所述大钩载荷模型
为：其中，其中，其中，t
n
为井口处的轴向载荷，kn；δl
i
为井眼轨迹中待求位置相邻两测点的井深间距，m；γ
i
为i测点狗腿度，
°
/30m；q
i
为管柱线重量，kn/m；为该段平均井斜角，
°
；α
i
为该点井斜角，
°
；μ为综合摩阻系数；e为管柱的弹性模量，pa；i为为该段管柱的惯性矩，m4；k为曲率，
°
/m；t
i
为i测点轴向载荷，kn。6.根据权利要求1所述的下套管摩阻系数计算方法，其特征在于，所述步骤s5包括：利用euler型寻优算法反演出最优综合摩阻系数。7.根据权利要求1所述的下套管摩阻系数计算方法，其特征在于，所述步骤s5包括：分为直井、斜井段、水平井段三段分别进行反演确认最优综合摩阻系数。8.根据权利要求1所述的下套管摩阻系数计算方法，其特征在于，所述步骤s5包括：确认综合摩阻系数初值和步长；取所述大钩载荷和实际通井大钩载数据之差的绝对值为所述大钩载荷误差，当所述大钩载荷误差大于0.5时，迭代所述综合摩阻系数；当所述大钩载荷误差小于等于0.5时，迭代结束，得到综合摩阻系数的最优值；当所述大钩载荷误差均在0-1内时，所述综合摩阻系数的最优值取大钩载荷误差最小时的综合摩阻系数。9.根据权利要求1所述的下套管摩阻系数计算方法，其特征在于，所述步骤s6包括：根据最优综合摩阻系数建立摩阻系数模型确认下套管摩阻系数，所述摩阻系数模型为：μ＝s
×
f
e
；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)其中，μ为下套管摩阻系数；f
e
为综合摩阻系数最优值；s为套管扶正器影响系数，当每根套管下1只旋流刚性扶正器，s＝1.0。10.权利要求1-9所述的下套管摩阻系数计算方法在下套管摩阻预测和控制中的应用。11.一种下套管摩阻系数计算装置，其特征在于，所述装置包括获取数据模块、数据处理模块、狗腿度确认模块、大钩载荷确认模块、最优综合摩阻系数确认模块以及下套管摩阻系数确认模块，其中，获取数据模块，被配置为获取井眼轨迹参数、通井底部钻具组合参数、钻井液参数、通井载荷数据与井深数据；数据处理模块与获取数据模块相连，被配置为筛选所述数据和数据插值确认任意位置的井深、井斜角、方位角；
狗腿度确认模块与数据处理模块相连，被配置为根据所述任意位置的井深、井斜角、方位角计算底部钻具组合结构及标准钻杆对应分段的狗腿度和/或曲率；大钩载荷确认模块与狗腿度确认模块相连，被配置为确认每段的轴向载荷和摩阻系数，建立大钩载荷模型，确认大钩载荷；最优综合摩阻系数确认模块与大钩载荷确认模块相连，被配置为测定实际通井大钩载数据，根据所述大钩载荷和实际通井大钩载数据反演出最优综合摩阻系数；下套管摩阻系数确认模块与最优综合摩阻系数确认模块相连，被配置为根据所述最优综合摩阻系数确认下套管摩阻系数。12.一种计算机设备，其特征在于，包括：至少一个处理器；存储有程序指令的存储器，其中，所述程序指令被配置为由所述至少一个处理器执行，所述程序指令包括用于执行根据权利要求1-9中任意一项所述下套管摩阻系数计算方法的指令。13.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，其特征在于，所述计算机程序指令被处理器执行时实现权利要求1-9中任意一项所述下套管摩阻系数计算方法。

技术总结
本发明提供了一种下套管摩阻系数计算方法、应用、装置、设备和介质，方法包括：获取数据，包括井眼轨迹参数、通井底部钻具组合参数、钻井液参数、通井载荷数据与井深数据；筛选数据，对通井底部钻具组合结构分段点进行数据插值，确认任意位置的井深、井斜角、方位角；根据所述任意位置的井深、井斜角、方位角计算底部钻具组合结构及标准钻杆对应分段的狗腿度和/或曲率；确认每段的轴向载荷和摩阻系数，建立大钩载荷模型，确认大钩载荷；测定实际通井大钩载数据，根据大钩载荷和实际通井大钩载数据反演出最优综合摩阻系数；根据最优综合摩阻系数确认下套管摩阻系数。本发明的预测数据准确度高，可提高钻井作业的安全性、快速做好下套管施工作业。管施工作业。管施工作业。


技术研发人员：王纯全 刘世彬 吴朗 冯予淇 杨川 杨向宇 曾凡坤 许桂莉
受保护的技术使用者：中国石油集团川庆钻探工程有限公司
技术研发日：2023.04.25
技术公布日：2023/8/21