基于摩阻系数进行钻井作业监测的方法、装置及设备

1.本说明书属于油气开采技术领域，尤其涉及一种基于摩阻系数进行钻井作业监测的方法、装置及设备。

背景技术：

2.井下管柱摩阻扭矩的精确计算在钻井优化设计与安全控制中具有重要意义，钻机适应性评估、井眼轨迹优化设计、钻柱整体受力与优化设计、完井管柱下入可行性分析、井下事故预测预防、钻完井措施的推荐与调整等都与井下管柱摩阻扭矩有关。在井下管柱摩阻扭矩的计算过程中，摩阻系数十分关键，目前一般通过反演方法来确定。因此，基于摩阻系数可以对钻井过程中的摩阻扭矩等参数进行监测，以确保钻井作业的安全性。

3.传统的摩阻系数反演方法通常使用一个摩阻系数来描述整个井眼状况，或者将井眼分为套管段和裸眼段，采用两个摩阻系数来描述整个井眼状况。然而，摩阻系数取决于众多影响因素，如地层性质、钻井液性质、井眼曲折度、井眼清洁情况等，是井眼条件的综合反映。此外，实际钻进过程中井眼条件不断变化，摩阻系数采用固定值来计算也是不准确的。若摩阻系数计算不准确，进而会影响摩阻扭矩等参数的准确性，进一步影响钻井作业的安全性。

4.因此，如何提供一种方案能够准确计算出钻井作业过程中的摩阻系数，进而对钻井作业进行安全监测是本领域亟需解决的技术问题。

技术实现要素：

5.本说明书实施例的目的在于提供一种基于摩阻系数进行钻井作业监测的方法、装置及设备，提高了摩阻系数计算的准确性以及钻井作业的安全性。

6.一方面，本说明书实施例提供了一种基于摩阻系数进行钻井作业监测的方法，所述方法包括：

7.基于摩阻系数计算出不同井深处的大钩载荷和转盘扭矩；

8.根据各个数据点距离井眼底部的距离，计算各个数据点的摩阻系数权重值；

9.基于各个数据点对应的摩阻系数权重值计算不同井深处大钩载荷或转盘扭矩的计算误差的加权平均值，将所述加权平均值作为目标函数；

10.对所述目标函数进行求解，获得所述目标函数取最小值时的目标摩阻系数；

11.基于所述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。

12.进一步地，所述根据各个数据点距离井眼底部的距离，计算各个数据点的摩阻系数权重值，包括采用下述公式计算所述摩阻系数权重值：

[0013][0014]

其中，ρi表示第i个数据点的摩阻系数权重值，n表示数据点的总数量，di表示第i个

数据点距离井眼底部的距离，di为各个数据点从井眼底部向上排序的序号，其中，各个数据点按照井深从小到大排序，p表示幂指数，p≥0。

[0015]

进一步地，所述幂指数为0、1、2中的至少一个。

[0016]

进一步地，所述摩阻系数包括套管段摩阻系数和裸眼段摩阻系数。

[0017]

进一步地，所述基于各个数据点对应的摩阻系数权重值计算不同井深处大钩载荷或转盘扭矩的计算误差的加权平均值，包括：

[0018]

对于管柱滑动作业的数据点，则计算基于各个数据点对应的摩阻系数权重值计算对应井深处大钩载荷的大钩载荷加权平均值；

[0019]

对于管柱旋转作业的数据点，则计算基于各个数据点对应的摩阻系数权重值计算对应井深处转盘扭矩的转盘扭矩加权平均值；

[0020]

将所述大钩载荷加权平均值和所述转盘扭矩加权平均值的和作为所述加权平均值。

[0021]

进一步地，所述目标函数采用下述公式计算获得：

[0022][0023]

其中，err表示所述目标函数，c1和c2分别代表管柱滑动和管柱旋转两种不同工况时的系数值，管柱滑动时c1＝1、c2＝0，管柱旋转时c1＝0、c2＝1，ρi表示第i个数据点的摩阻系数权重值，n表示数据点的总数量，hki表示第i个数据点对应的井深处测量获得的大钩载荷，tori表示第i个数据点对应的井深处测量获得的转盘扭矩，hk

cali

表示第i个数据点对应的井深处计算获得的大钩载荷，tor

cali

表示第i个数据点对应的井深处计算获得的转盘扭矩。

[0024]

进一步地，所述基于所述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，包括：

[0025]

随着钻井深度的不断加深，依次获取不同井深处对应的目标摩阻系数；

[0026]

基于不同井深处的目标摩阻系数的变化趋势，监测不同井深处的井眼条件；

[0027]

基于不同井深处的目标摩阻系数预测不同井深处的大钩载荷和转盘扭矩，根据计算出的大钩载荷和转盘扭矩判断钻井作业是否超负荷，对钻井过程中的作业条件进行监测。

[0028]

另一方面，本说明书提供了一种基于摩阻系数进行钻井作业监测的装置，所述装置包括：

[0029]

参数计算模块，用于基于摩阻系数计算出不同井深处的大钩载荷和转盘扭矩；

[0030]

权重配置模块，用于根据各个数据点距离井眼底部的距离，计算各个数据点的摩阻系数权重值；

[0031]

目标函数计算模块，用于基于各个数据点对应的摩阻系数权重值计算不同井深处大钩载荷或转盘扭矩的计算误差的加权平均值，将所述加权平均值作为目标函数；

[0032]

摩阻系数求解模块，用于对所述目标函数进行求解，获得所述目标函数取最小值时的目标摩阻系数；

[0033]

监测模块，用于基于所述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。

[0034]

进一步地，所述权重配置模块具体用于采用下述公式计算所述摩阻系数权重值：

[0035][0036]

其中，ρi表示第i个数据点的摩阻系数权重值，n表示数据点的总数量，di表示第i个数据点距离井眼底部的距离，di为各个数据点从井眼底部向上排序的序号，其中，各个数据点按照井深从小到大排序，p表示幂指数，p≥0。

[0037]

再一方面，本说明书实施例提供了一种基于摩阻系数进行钻井作业监测的设备，设备包括至少一个处理器及用于存储处理器可执行指令的存储器，指令被处理器执行时实现包括上述基于摩阻系数进行钻井作业监测的方法。

[0038]

本说明书提供的基于摩阻系数进行钻井作业监测的方法、装置及设备，在摩阻系数的反演过程中考虑了时间效应的影响，引入与井深相关的权系数，将大钩载荷或转盘扭矩的计算值的加权平均误差作为目标函数，能够实现钻进过程中摩阻系数动态反演，根据摩阻系数反演结果，来判断井眼清洁情况、地层性质、井眼曲折度等的变化情况，并对大钩载荷以及转盘扭矩进行预测，实现了在钻进过程中井眼条件以及作业条件的实时监测。提升了摩阻系数的计算准确度，进而提升了钻井作业条件以及井眼条件等的监测的准确性，提升了钻井作业的安全性。

附图说明

[0039]

为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0040]

图1是本说明书实施例提供的基于摩阻系数进行钻井作业监测的方法实施例的流程示意图；

[0041]

图2是本说明书一个实施例中幂指数不同取值时个数据点对应的摩阻系数权重值分布示意图；

[0042]

图3(a)-图3(c)是本说明书实施例中x井的井眼钻进过程中反演得到的摩阻系数随井深变化的示意图；

[0043]

图4是本说明书一个实施例中摩阻系数动态反演的流程示意图；

[0044]

图5是本说明书一个实施例中转盘扭矩的监测结果示意图；

[0045]

图6是本说明书一个实施例中基于摩阻系数进行钻井作业监测的装置的结构示意图；

[0046]

图7是本说明书一个实施例中基于摩阻系数进行钻井作业监测的服务器的硬件结构框图。

具体实施方式

[0047]

为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书中的技术方案，下面将结合本说明

书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本说明书保护的范围。

[0048]

实际钻进过程中井眼条件不断变化，导致摩阻系数也是一个变量，本说明书实施例建立了一种钻井过程中摩阻系数的动态反演方法，基于反演得到的摩阻系数可以实时监测井眼条件的变化以及钻井作业条件的变化。

[0049]

图1是本说明书实施例提供的基于摩阻系数进行钻井作业监测的方法实施例的流程示意图。虽然本说明书提供了如下述实施例或附图所示的方法操作步骤或装置结构，但基于常规或者无需创造性的劳动在方法或装置中可以包括更多或者部分合并后更少的操作步骤或模块单元。在逻辑性上不存在必要因果关系的步骤或结构中，这些步骤的执行顺序或装置的模块结构不限于本说明书实施例或附图所示的执行顺序或模块结构。的方法或模块结构的在实际中的装置、服务器或终端产品应用时，可以按照实施例或者附图所示的方法或模块结构进行顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境、甚至包括分布式处理、服务器集群的实施环境)。

[0050]

具体的一个实施例如图1所示，本说明书提供的基于摩阻系数进行钻井作业监测的方法的一个实施例中，方法可以应用于服务器、计算机、智能手机、平板电脑等设备中，所述方法可以包括如下步骤：

[0051]

步骤102、基于摩阻系数计算出不同井深处的大钩载荷和转盘扭矩。

[0052]

在具体的实施过程中，摩阻系数可以理解为与井巷或管道壁面粗糙程度和空气密度有关的系数。大钩载荷指大钩所承受的轴向力，它是钻机选型及设备配套的重要基础数据之一，也是进行钻井施工安全评估的重要依据之一。因此，钻井时有效预测大钩载荷是非常重要的，从钻井、完井及处理复杂事故等过程中，大钩所承受的载荷包括钻机起升系统和管柱自重、钻井液作用的浮力、弯曲井段弯曲力、井壁作用的摩阻力及遇阻遇卡活动时冲击力等多种力。转盘扭矩是由钻机旋转系统取得的重要参数之一。大钩载荷以及转盘扭矩的计算过程摩阻系数是一个重要的参数，大钩载荷以及转盘扭矩的计算方法有很多种，可以根据实际需要选择，本说明书实施例不做具体限定。

[0053]

本说明书一些实施例中，井下管柱摩阻扭矩计算模型可以包括软杆模型和刚杆模型，软杆模型将管柱看作一根不能承受弯矩的“软绳”，计算公式如下：

[0054][0055]

式中，d

t

为管柱接头的外径，单位是m；fe为轴向力，单位是n；m

t

为扭矩，单位是n

·

m；w

bp

为单位长度管柱的浮重，单位是n

·

m；wc为单位长度管柱的接触力，单位是n

·

m；μd为摩阻系数μ的轴向分量，下放时为正，上提时为负；μ

t

为摩阻系数μ的周向分量；α为井斜角，单位是

°

。

[0056]

刚杆模型则在软杆模型的基础上，进一步考虑了管柱刚度和井眼弯曲的影响，其计算公式为：

[0057][0058]

式中，e为弹性模量，单位是n/m2；i为惯性矩，单位是m4；k为井眼曲率，单位是m-1

；ro为管柱的外径，单位是m；tz为管柱微元的单位切向量在铅垂方向的分量；θ为管柱与井壁的接触方向线与主法线方向之间的夹角，其他参数的含义与公式(1)相同，此处不再赘述。

[0059]

将公式(1)或公式(2)进行改写为差分格式，然后进行迭代计算，得到的地面处的轴向力fe即为大钩载荷，地面处的扭矩m

t

即为转盘扭矩。当然，根据实际情况，也可以采用其他方法计算大钩载荷以及转盘扭矩，本说明书实施例不做具体限定。

[0060]

此外，本说明书一些实施例中，所述摩阻系数包括套管段摩阻系数和裸眼段摩阻系数。也就是说，本说明书实施例中可以采用两个摩阻系数。摩阻系数取决于众多影响因素，如地层性质、钻井液性质、井眼曲折度、井眼清洁情况等，是井眼条件的综合反映。对于常规定向井而言，单一摩阻系数即可满足工程精度要求，但是对于大位移井或者长水平井而言，采用两个摩阻系数更加符合作业情况，准确度更高。上述公式(1)和公式(2)中的μd、μ

t

均可以有两个，套管段摩阻系数的轴向分量、周向分量以及裸眼段摩阻系数的轴向分量、周向分量。

[0061]

步骤104、根据各个数据点距离井眼底部的距离，计算各个数据点的摩阻系数权重值。

[0062]

在具体的实施过程中，摩阻系数取决于地层性质、钻井液性质、井眼曲折度、井眼清洁情况等众多因素，是井眼条件的综合反映。实际钻进过程中井眼条件不断变化，本说明书实施例中将摩阻系数作为一个变量，引入了摩阻系数权重值，为摩阻系数添加权重，随着井深的变化，摩阻系数的权重也在不断变化。本说明书实施例中，可以基于各个数据点距离井眼底部的距离，计算各个数据点对应的摩阻系数权重值，一般的，数据点距离井眼底部越近，对应的摩阻系数权重值越大，摩阻系数权重值越大则说明对后续目标函数的影响越大。其中，数据点是指测量大钩载荷以及转盘扭矩的测量点。

[0063]

本说明书一些实施例中，所述根据各个数据点距离井眼底部的距离，计算各个数据点的摩阻系数权重值，包括采用下述公式计算所述摩阻系数权重值：

[0064][0065]

其中，ρi表示第i个数据点的摩阻系数权重值，n表示数据点的总数量，di表示第i个数据点距离井眼底部的距离，di为各个数据点从井眼底部向上排序的序号，其中，各个数据点按照井深从小到大排序，p表示幂指数，p≥0。

[0066]

在具体的实施过程中，di表示各测点离井眼底部的距离，主要用来代表不同测点的时效性。如果n个大钩载荷和转盘扭矩的测量值按井深从小到大排序(实钻过程中随着井深的增加会持续记录大钩载荷和转盘扭矩的值，一般而言，大钩载荷和转盘扭矩按井深从小到大排序)，即各个数据点按照井深从小到大排序，则di＝n+1-i。例如：若n＝10，即有10个数据点，10个数据点按照井深从小到达依次排序，即从井眼开始从1到10进行排序，i＝1

时，d1＝n+1-i＝10+1-1＝10，即第一个数据点距离井眼底部的距离为10，第一个数据点从井眼底部向上排序的序号也是10。因此，di为各个数据点从井眼底部向上排序的序号，那么，di＝1实际上是第10个数据点，表示的是井深最大的测点。

[0067]

由上述公式(3)可以看出，一般的，di越大，即距离井眼底部的距离越远，则摩阻系数权重值则越小。当然，摩阻系数权重值的大小还与幂指数p有关，p可以表示摩阻系数权重值随着di的增加而降低的速度，一般可以根据实际需要来确定具体的取值。当p＝0时，代表各测点的权重相同，即传统的摩阻系数反演方法；当p》0时，表示各测点的权重与d

i p成反比，即越靠近当前井深的测点权重越大。需要注意的是，当幂指数取值过大时，摩阻系数的反演值更多依赖于当前测点，摩阻系数反演结果的误差反而较大。

[0068]

本说明书一些实施例中，幂指数p可以为0、1、2中的至少一个，经过多次实验，当p取0、1、2时，可以分别表示不同钻井条件的工况，并且能够准确的反演计算出摩阻系数，适用于不同情况下的钻井作业。图2是本说明书一个实施例中幂指数不同取值时个数据点对应的摩阻系数权重值分布示意图，图2中横坐标表示数据点距离井眼底部的距离di，数值越小表示井深越大即距离井眼底部越近，如图2所示，当p为0时，摩阻系数权重值为固定值，p为1、2时，摩阻系数权重值随着井深的减小逐渐减小，且，p为2时摩阻系数权重值的下降速度比p为1时摩阻系数权重值的下降速度大。幂指数为0、1、2则可以分别代表不同时间范围内的井眼条件，可以根据实际情况选择合适的取值，以更加准确的计算摩阻系数，进而准确的对钻井作业进行监测。

[0069]

步骤106、基于各个数据点对应的摩阻系数权重值计算不同井深处大钩载荷或转盘扭矩的计算误差的加权平均值，将所述加权平均值作为目标函数。

[0070]

在具体的实施过程中，本说明书实施例中可以先测量各个数据点对应的大钩载荷或转盘扭矩的测量值，再将基于各个数据点的摩阻系数计算得到的大钩载荷或转盘扭矩，与对应的测量值结合对应的摩阻系数权重值进行加权平均计算，获得不同井深处大钩载荷或转盘扭矩的计算误差的加权平均值即目标函数。

[0071]

例如：以不同井深处大钩载荷的计算误差的加权平均值为例，假设有10个数据点，每个数据点的大钩载荷的测量值依次为f1、f2、

…

、f10，每个数据点的大钩载荷的计算值为f1、f2、

…

、f10，每个数据点对应的摩阻系数权重值的权重值为ρ1、ρ2、

…

、ρ

10

。则不同井深处大钩载荷的计算误差的加权平均值为：(ρ1×

|f1-f1|+ρ2×

|f2-f2|+

…

+ρ

10

×

|f10-f10|)/10。

[0072]

可以看出，本说明书实施例中，越靠近当前井深的测点在目标函数中的权重越大，远离则越小，以更加准确地预测当前井眼条件。

[0073]

当然，根据实际使用需要，还可以采用其他方法计算目标函数，本说明书一些实施例中，可以选择计算不同井深处大钩载荷的计算误差的加权平均值或者不同井深处转盘扭矩的计算误差的加权平均值作为目标函数，具体可以根据实际情况选择。

[0074]

本说明书一些实施例中，所述基于各个数据点对应的摩阻系数权重值计算不同井深处大钩载荷或转盘扭矩的计算误差的加权平均值，包括：

[0075]

对于管柱滑动作业的数据点，则计算基于各个数据点对应的摩阻系数权重值计算对应井深处大钩载荷的大钩载荷加权平均值；

[0076]

对于管柱旋转作业的数据点，则计算基于各个数据点对应的摩阻系数权重值计算

对应井深处转盘扭矩的转盘扭矩加权平均值；

[0077]

将所述大钩载荷加权平均值和所述转盘扭矩加权平均值的和作为所述加权平均值。

[0078]

在具体的实施过程中，一般的，管柱滑动时摩阻系数只影响大钩载荷的计算值，因此，对于管住滑动的数据点可以计算对应井深处大钩载荷的大钩载荷加权平均值。管柱旋转时摩阻系数主要影响转盘扭矩的计算值，而对大钩载荷的影响可以忽略，因此，对于管住旋转的数据点可以计算对应井深处转盘扭矩的转盘扭矩加权平均值，再将两个加权平均值进行叠加得到最终的加权平均值即为目标函数。

[0079]

基于不同的工况，选择对大钩载荷或转盘扭矩进行计算，使得计算结果更加符合实际作业情况，进而提升摩阻系数反演的准确度，进一步可以提升钻井作业的监测的准确度，提升钻井作业的安全性。

[0080]

本说明书一些实施例中，所述目标函数采用下述公式计算获得：

[0081][0082]

其中，err表示所述目标函数，c1和c2分别代表管柱滑动和管柱旋转两种不同工况时的系数值，管柱滑动时c1＝1、c2＝0，管柱旋转时c1＝0、c2＝1，ρi表示第i个数据点的摩阻系数权重值，n表示数据点的总数量，hki表示第i个数据点对应的井深处测量获得的大钩载荷，tori表示第i个数据点对应的井深处测量获得的转盘扭矩，hk

cali

表示第i个数据点对应的井深处计算获得的大钩载荷，tor

cali

表示第i个数据点对应的井深处计算获得的转盘扭矩。

[0083]

在具体的实施过程中，利用上述公式(4)可以计算得到不同井深处大钩载荷或转盘扭矩的计算误差的加权平均值，参见公式(4)可以看出，目标函数的计算与各个井深处数据点的摩阻系数权重值相关，并且，越靠近当前井深的测点在目标函数中的权重越大，远离则越小。

[0084]

步骤108、对所述目标函数进行求解，获得所述目标函数取最小值时的目标摩阻系数。

[0085]

在具体的实施过程中，在获得目标函数后，可以对目标函数进行优化求解，具体的，可以将目标函数中的大钩载荷或转盘扭矩的计算值代入到上述目标函数中，如：利用上述实施例中的公式(1)或公式(2)计算得到大钩载荷或转盘扭矩，代入到上述公式(4)的目标函数中，获得目标函数取最小值时的摩阻系数即为目标摩阻系数。最终的优化目标就是找到合适的套管段摩阻系数μ1和裸眼段摩阻系数μ2，使得通过管柱摩阻扭矩模型(公式(1)或公式(2))中计算得到的大钩载荷或转盘扭矩的计算误差在相应的权系数下取最小值，即目标函数达到err最小。

[0086]

在具体计算时，可以设置幂指数p分别取不同值时，获得对应的摩阻系数。图3(a)-图3(c)是本说明书实施例中x井的井眼钻进过程中反演得到的摩阻系数随井深变化的示意图，如图3(a)所示，p＝0时，反演得到的套管段摩阻系数μ1和裸眼段摩阻系数μ2比较平稳，不随井深有大的变化。如图3(b)所示，当p＝1时，反演得到的套管段摩阻系数μ1和裸眼段摩阻系数μ2会随井深在变化，尤其是μ2。如图3(c)所示，当p＝2时，反演得到的μ1即套管段摩阻系

数和μ2即裸眼段摩阻系数随井深变化比较明显。

[0087]

图4是本说明书一个实施例中摩阻系数动态反演的流程示意图，如图4所示，可以将测量得到的大钩载荷、转盘扭矩以及利用摩阻系数计算得到的大钩载荷和摩阻系数以及钻进参数、轨迹参数、井深结构等输入到摩阻系数动态反演模型即上述实施例中的目标函数以及摩阻系数权重值的计算公式中，即可以得到套管段摩阻系数μ1和裸眼段摩阻系数μ2。如图4所示，可以在反演过程中设置幂指数取不同的数值，从而获得不通过的摩阻系数。随着井深的增加，即钻井作业的继续，井眼底部在不断变化，从而各个数据点对应的摩阻系数权重值也在不断变化，在钻进过程中，可以随着钻进作业更新数据，重新计算不同井深处的摩阻系数。

[0088]

步骤110、基于所述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。

[0089]

在具体的实施过程中，在利用本说明书实施例的方法反演得到在钻井过程中的目标摩阻系数后，可以基于得到的摩阻系数的分布对井眼条件以及作业条件进行监测。幂指数取值越大时，摩阻系数的反演越依赖于当前测点，摩阻系数反演结果越能代表当前井眼条件。本说明书实施例中，幂指数分别取0、1和2，摩阻系数反演结果分别代表平均井眼条件、中期井眼条件和短期井眼条件，以监测不同时间范围内的井眼条件，为控制措施的实时决策提供依据。如图3(a)所示，p＝0时反演得到的套管段摩阻系数μ1和裸眼段摩阻系数μ2非常稳定，说明x井的井眼钻进过程中平均井眼条件变化不大，如图3(b)-图3(c)所示，当p＝1或当p＝2时，反演得到的套管段摩阻系数μ1较为稳定，而裸眼段摩阻系数μ2则波动剧烈。说明在钻进过程中，套管段井眼条件变化不大，但随着井深的增加，裸眼段井眼清洁情况、地层性质、井眼曲折度等必然存在差异。此外，还可以依据反演获得的摩阻系数对转盘扭矩、大钩载荷等进行预测，如：利用反演得到的摩阻系数计算转盘扭矩、大钩载荷，基于计算得到转盘扭矩、大钩载荷等来判断当前钻井作业是否超负荷，是否处于安全作业环境等。

[0090]

基于此，本说明书一个实施例中，所述基于所述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，包括：

[0091]

随着钻井深度的不断加深，依次获取不同井深处对应的目标摩阻系数；

[0092]

基于不同井深处的目标摩阻系数的变化趋势，监测不同井深处的井眼条件；

[0093]

基于不同井深处的目标摩阻系数预测不同井深处的大钩载荷和转盘扭矩，根据计算出的大钩载荷和转盘扭矩判断钻井作业是否超负荷，对钻井过程中的作业条件进行监测。

[0094]

在具体的实施过程中，可以利用本说明书实施例提供的摩阻系数动态反演方法，计算钻井过程中钻井深度的不断加深，获取不同井深处的目标摩阻系数。基于计算得到的摩阻系数的变化趋势，预测不同井深处的大钩载荷和转盘扭矩以及对应的井眼条件，基于井眼条件以及预测得到的大钩载荷以及转盘扭矩判断钻井作业是否超负荷，对钻井过程中的作业条件进行监测。摩阻系数权重值中幂指数越大，当预测段长度较小时，大钩载荷和转盘扭矩计算值的变化趋势与预测点附近大钩载荷和转盘扭矩记录值的变化趋势越接近。因此，基于摩阻系数动态反演结果可以进行大钩载荷和转盘扭矩的精确预测，进而提升了钻井作业安全监测的准确性，提升了钻井作业的安全性。

[0095]

具体可以依据摩阻系数随井深的变化趋势来对井眼条件进行监测，引入权系数

后，幂指数取值越大时，摩阻系数反演值越能表示当前的井眼条件，从而实现对当前井眼条件的准确监测。图5是本说明书一个实施例中转盘扭矩的监测结果示意图，如图5所示，当预测段长度较小时，幂指数越大，则转盘扭矩的预测结果与实测值越贴近。同样的，大钩载荷的预测结果也与幂指数相关。传统的摩阻系数反演方法中，将历史数据中所有测点的影响看作是相同的，那么根据摩阻系数反演值计算的大钩载荷或转盘扭矩与实测值在整体上计算精度高，但在局部区域内的计算精度难以得到保障。因此，也无法保障大钩载荷或转盘扭矩的预测精度。

[0096]

引入权系数即摩阻系数权重值后，幂指数取值越大时，摩阻系数反演值越能表示当前的井眼条件。将摩阻系数带入到摩阻扭矩模型中后，转盘扭矩预测值的变化规律也就越接近开始进行预测的井深附近转盘扭矩实测值的变化规律。这样，确保了在预测段长度较小时大钩载荷或转盘扭矩的预测精度比较高。

[0097]

本说明书提供的基于摩阻系数进行钻井作业监测的方法，在摩阻系数的反演过程中考虑了时间效应的影响，引入与井深相关的权系数，将大钩载荷或转盘扭矩的计算值的加权平均误差作为目标函数，能够实现钻进过程中摩阻系数动态反演，根据摩阻系数反演结果，来判断井眼清洁情况、地层性质、井眼曲折度等的变化情况，并对大钩载荷以及转盘扭矩进行预测，实现了在钻进过程中井眼条件以及作业条件的实时监测。提升了摩阻系数的计算准确度，进而提升了钻井作业条件以及井眼条件等的监测的准确性，提升了钻井作业的安全性。

[0098]

本说明书中上述方法的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参考即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。相关之处参考方法实施例的部分说明即可。

[0099]

基于上述的基于摩阻系数进行钻井作业监测的方法，本说明书一个或多个实施例还提供一种用于基于摩阻系数进行钻井作业监测的装置。装置可以包括使用了本说明书实施例方法的系统(包括分布式系统)、软件(应用)、模块、组件、服务器、客户端等并结合必要的实施硬件的装置。基于同一创新构思，本说明书实施例提供的一个或多个实施例中的装置如下面的实施例。由于装置解决问题的实现方案与方法相似，因此本说明书实施例具体的装置的实施可以参考前述方法的实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的系统、装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。

[0100]

图6是本说明书一个实施例中基于摩阻系数进行钻井作业监测的装置的结构示意图，如图6所示，本说明书一些实施例中提供的基于摩阻系数进行钻井作业监测的装置具体可以包括：

[0101]

参数计算模块61，用于基于摩阻系数计算出不同井深处的大钩载荷和转盘扭矩；

[0102]

权重配置模块62，用于根据各个数据点距离井眼底部的距离，计算各个数据点的摩阻系数权重值；

[0103]

目标函数计算模块63，用于基于各个数据点对应的摩阻系数权重值计算不同井深处大钩载荷或转盘扭矩的计算误差的加权平均值，将所述加权平均值作为目标函数；

[0104]

摩阻系数求解模块64，用于对所述目标函数进行求解，获得所述目标函数取最小值时的目标摩阻系数；

[0105]

监测模块65，用于基于所述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。

[0106]

本说明书实施例提供的基于摩阻系数进行钻井作业监测的装置，在摩阻系数的反演过程中考虑了时间效应的影响，引入与井深相关的权系数，将大钩载荷或转盘扭矩的计算值的加权平均误差作为目标函数，能够实现钻进过程中摩阻系数动态反演，根据摩阻系数反演结果，来判断井眼清洁情况、地层性质、井眼曲折度等的变化情况，并对大钩载荷以及转盘扭矩进行预测，实现了在钻进过程中井眼条件以及作业条件的实时监测。提升了摩阻系数的计算准确度，进而提升了钻井作业条件以及井眼条件等的监测的准确性，提升了钻井作业的安全性。

[0107]

本说明书一些实施例中，所述权重配置模块具体用于采用下述公式计算所述摩阻系数权重值：

[0108][0109]

其中，ρi表示第i个数据点的摩阻系数权重值，n表示数据点的总数量，di表示第i个数据点距离井眼底部的距离，di为各个数据点从井眼底部向上排序的序号，其中，各个数据点按照井深从小到大排序，p表示幂指数，p≥0。

[0110]

本说明书实施例在摩阻系数的反演过程中考虑了时间效应的影响，引入与井深相关的权系数，权系数中幂指数越大，当预测段长度较小时，大钩载荷和转盘扭矩计算值的变化趋势与预测点附近大钩载荷和转盘扭矩记录值的变化趋势越接近。因此，基于摩阻系数动态反演结果可以进行大钩载荷和转盘扭矩的精确预测，进而提升了钻井作业安全监测的准确性，提升了钻井作业的安全性。

[0111]

需要说明的，上述的装置根据对应方法实施例的描述还可以包括其他的实施方式。具体的实现方式可以参照上述对应的方法实施例的描述，在此不作一一赘述。

[0112]

本说明书实施例还提供一种基于摩阻系数进行钻井作业监测的设备，设备包括至少一个处理器及用于存储处理器可执行指令的存储器，指令被处理器执行时实现包括上述实施例中的基于摩阻系数进行钻井作业监测的方法，如：

[0113]

基于摩阻系数计算出不同井深处的大钩载荷和转盘扭矩；

[0114]

根据各个数据点距离井眼底部的距离，计算各个数据点的摩阻系数权重值；

[0115]

基于各个数据点对应的摩阻系数权重值计算不同井深处大钩载荷或转盘扭矩的计算误差的加权平均值，将所述加权平均值作为目标函数；

[0116]

对所述目标函数进行求解，获得所述目标函数取最小值时的目标摩阻系数；

[0117]

基于所述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。

[0118]

需要说明的，上述的设备根据方法实施例的描述还可以包括其他的实施方式。具体的实现方式可以参照相关方法实施例的描述，在此不作一一赘述。

[0119]

本说明书提供的上述实施例的方法或装置可以通过计算机程序实现业务逻辑并记录在存储介质上，的存储介质可以计算机读取并执行，实现本说明书实施例所描述方案的效果。

[0120]

本说明书实施例所提供的方法实施例可以在移动终端、计算机终端、服务器或者

类似的运算装置中执行。以运行在服务器上为例，图7是本说明书一个实施例中基于摩阻系数进行钻井作业监测的服务器的硬件结构框图，该计算机终端可以是上述实施例中的基于摩阻系数进行钻井作业监测的服务器或基于摩阻系数进行钻井作业监测的处理装置。如图7所示服务器10可以包括一个或多个(图中仅示出一个)处理器100(处理器100可以包括但不限于微处理器mcu或可编程逻辑器件fpga等的处理装置)、用于存储数据的非易失性存储器200、以及用于通信功能的传输模块300。本领域普通技术人员可以理解，图7所示的结构仅为示意，其并不对上述电子装置的结构造成限定。例如，服务器10还可包括比图7中所示更多或者更少的组件，例如还可以包括其他的处理硬件，如数据库或多级缓存、gpu，或者具有与图7所示不同的配置。

[0121]

非易失性存储器200可用于存储应用软件的软件程序以及模块，如本说明书实施例中的打车数据处理方法对应的程序指令/模块，处理器100通过运行存储在非易失性存储器200内的软件程序以及模块，从而执行各种功能应用以及资源数据更新。非易失性存储器200可包括高速随机存储器，还可包括非易失性存储器，如一个或者多个磁性存储装置、闪存、或者其他非易失性固态存储器。在一些实例中，非易失性存储器200可进一步包括相对于处理器100远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至计算机终端。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局与网、移动通信网及其组合。

[0122]

传输模块300用于经由一个网络接收或者发送数据。上述的网络具体实例可包括计算机终端的通信供应商提供的无线网络。在一个实例中，传输模块300包括一个网络适配器(network interface controller，nic)，其可通过基站与其他网络设备相连从而可与互联网进行通讯。在一个实例中，传输模块300可以为射频(radio frequency，rf)模块，其用于通过无线方式与互联网进行通讯。

[0123]

上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

[0124]

本说明书实施例提供的上述基于摩阻系数进行钻井作业监测的方法或装置可以在计算机中由处理器执行相应的程序指令来实现，如使用windows操作系统的c++语言在pc端实现、linux系统实现，或其他例如使用android、ios系统程序设计语言在智能终端实现，以及基于量子计算机的处理逻辑实现等。

[0125]

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参考即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于硬件+程序类实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参考方法实施例的部分说明即可。

[0126]

虽然本说明书一个或多个实施例提供了如实施例或流程图的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的手段可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。在实际中的装置或终端产品执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境，甚至为分布式资源数据更新环境)。术语“包括”、“包含”或者其

任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、产品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、产品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，并不排除在包括要素的过程、方法、产品或者设备中还存在另外的相同或等同要素。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

[0127]

为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本说明书一个或多个时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现，也可以将实现同一功能的模块由多个子模块或子单元的组合实现等。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

[0128]

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参考即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参考方法实施例的部分说明即可。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本说明书的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

[0129]

以上仅为本说明书一个或多个实施例的实施例而已，并不用于限制本说明书一个或多个实施例。对于本领域技术人员来说，本说明书一个或多个实施例可以有各种更改和变化。凡在本说明书的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在权利要求范围之内。技术特征：

1.一种基于摩阻系数进行钻井作业监测的方法，其特征在于，所述方法包括：基于摩阻系数计算出不同井深处的大钩载荷和转盘扭矩；根据各个数据点距离井眼底部的距离，计算各个数据点的摩阻系数权重值；基于各个数据点对应的摩阻系数权重值计算不同井深处大钩载荷或转盘扭矩的计算误差的加权平均值，将所述加权平均值作为目标函数；对所述目标函数进行求解，获得所述目标函数取最小值时的目标摩阻系数；基于所述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。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据各个数据点距离井眼底部的距离，计算各个数据点的摩阻系数权重值，包括采用下述公式计算所述摩阻系数权重值：其中，ρ

i

表示第i个数据点的摩阻系数权重值，n表示数据点的总数量，d

i

表示第i个数据点距离井眼底部的距离，d

i

为各个数据点从井眼底部向上排序的序号，其中，各个数据点按照井深从小到大排序，p表示幂指数，p≥0。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述幂指数为0、1、2中的至少一个。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述摩阻系数包括套管段摩阻系数和裸眼段摩阻系数。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于各个数据点对应的摩阻系数权重值计算不同井深处大钩载荷或转盘扭矩的计算误差的加权平均值，包括：对于管柱滑动作业的数据点，则计算基于各个数据点对应的摩阻系数权重值计算对应井深处大钩载荷的大钩载荷加权平均值；对于管柱旋转作业的数据点，则计算基于各个数据点对应的摩阻系数权重值计算对应井深处转盘扭矩的转盘扭矩加权平均值；将所述大钩载荷加权平均值和所述转盘扭矩加权平均值的和作为所述加权平均值。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述目标函数采用下述公式计算获得：其中，err表示所述目标函数，c1和c2分别代表管柱滑动和管柱旋转两种不同工况时的系数值，管柱滑动时c1＝1、c2＝0，管柱旋转时c1＝0、c2＝1，ρ

i

表示第i个数据点的摩阻系数权重值，n表示数据点的总数量，hk

i

表示第i个数据点对应的井深处测量获得的大钩载荷，tor

i

表示第i个数据点对应的井深处测量获得的转盘扭矩，hk

cali

表示第i个数据点对应的井深处计算获得的大钩载荷，tor

cali

表示第i个数据点对应的井深处计算获得的转盘扭矩。7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述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，包括：随着钻井深度的不断加深，依次获取不同井深处对应的目标摩阻系数；基于不同井深处的目标摩阻系数的变化趋势，监测不同井深处的井眼条件；基于不同井深处的目标摩阻系数预测不同井深处的大钩载荷和转盘扭矩，根据计算出

的大钩载荷和转盘扭矩判断钻井作业是否超负荷，对钻井过程中的作业条件进行监测。8.一种基于摩阻系数进行钻井作业监测的装置，其特征在于，所述装置包括：参数计算模块，用于基于摩阻系数计算出不同井深处的大钩载荷和转盘扭矩；权重配置模块，用于根据各个数据点距离井眼底部的距离，计算各个数据点的摩阻系数权重值；目标函数计算模块，用于基于各个数据点对应的摩阻系数权重值计算不同井深处大钩载荷或转盘扭矩的计算误差的加权平均值，将所述加权平均值作为目标函数；摩阻系数求解模块，用于对所述目标函数进行求解，获得所述目标函数取最小值时的目标摩阻系数；监测模块，用于基于所述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。9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述权重配置模块具体用于采用下述公式计算所述摩阻系数权重值：其中，ρ

i

表示第i个数据点的摩阻系数权重值，n表示数据点的总数量，d

i

表示第i个数据点距离井眼底部的距离，d

i

为各个数据点从井眼底部向上排序的序号，其中，各个数据点按照井深从小到大排序，p表示幂指数，p≥0。10.一种基于摩阻系数进行钻井作业监测的设备，其特征在于，所述设备包括至少一个处理器及用于存储处理器可执行指令的存储器，指令被处理器执行时实现包括上述权利要求1-7任一项方法的步骤。

技术总结

本说明书实施例公开了一种基于摩阻系数进行钻井作业监测的方法、装置及设备，在摩阻系数的反演过程中考虑了时间效应的影响，引入与井深相关的权系数，将大钩载荷或转盘扭矩的计算值的加权平均误差作为目标函数，能够实现钻进过程中摩阻系数动态反演，根据摩阻系数反演结果，来判断井眼清洁情况、地层性质、井眼曲折度等的变化情况，并对大钩载荷以及转盘扭矩进行预测，实现了在钻进过程中井眼条件以及作业条件的实时监测。提升了摩阻系数的计算准确度，进而提升了钻井作业条件以及井眼条件等的监测的准确性，提升了钻井作业的安全性。提升了钻井作业的安全性。提升了钻井作业的安全性。

技术研发人员：黄文君 赵军 高德利

受保护的技术使用者：中国石油大学(北京)

技术研发日：2021.12.14

技术公布日：2022/3/29