一种钻井钻压计算方法、装置及钻压指示设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于油气勘探开发技术领域，尤其设及一种钻井钻压计算方法、装置及钻 压指示设备。
【背景技术】
[0002] 钻柱是钻井施工中的重要钻具之一，是地面钻井设备与井底钻头之间的连接纽 带。钻柱与井壁的碰撞、地层不均质等因素导致钻头上载荷的波动较大，使动载W振动的方 式传递给钻具自身和地面动力系统，最终使整个钻具组合发生振动，进而导致BHA (井底钻 具组合）和仪器损坏。
[0003] 钻具振动主要分为=种，轴向振动、横向振动及扭摆振动。轴向振动是由于井底钻 头的轴向跳动而造成的钻头与地层瞬间脱离接触的现象，因钻头与转柱相连，因此也会带 动引发钻柱振动。运种钻头跳动、转柱振动对钻头、井下满轮钻具W及MWD(随钻测量）井 下工具都具有破坏作用，其表现形式为悬重变化幅值增高、频率加快。据Bakerilu曲es的统 计，全世界钻井中和振动相关的失效和破坏的经济损失每年达3亿美元，其中大约有=分 一是来自钻具轴向振动引发的。
[0004] 目前，在实际随钻作业过程中，作业人员根据设计或技术员指令施加钻压时通常 无法实时判断井下钻具振动的严重程度，无法针对实际钻井条件的变化随时调整钻压。往 往在起下钻或钻具疲劳损坏后，才意识到井下振动的严重性，而此时往往已经带来了巨大 的经济损失。
【发明内容】
[0005] 本发明目的在于提供一种钻井钻压计算方法、装置及钻压指示设备，可W根据计 算得到井下轴向振动强度指数、能效评价综合指数结合机械钻速得到钻井的最优钻压，可 W为作业人员实时推荐最优钻压。利用所述最优钻压进行钻井，可W有效实现实时监控和 控制井下轴向振动，提高破岩效率，延长钻头等钻具的使用寿命。
[0006] 本发明提供的一种钻井钻压计算方法、装置及钻压指示设备是运样实现的：
[0007] 一种钻井钻压计算方法，所述方法包括：
[0008] 获取实时钻井数据，利用建立的噪声与干扰对数据影响的分析模型处理所述实时 钻井数据，获取优化后实时钻井数据；
[0009] 获取钻柱的力学特征数据，将所述优化后实时钻井数据与所述力学特征数据进行 禪合，计算得到井下轴向振动强度指数；
[0010] 将获取的包括有效钻压、机械钻速、钻头转速及钻头物理参数的钻井工程参数建 立用于实时评价轴向振动诱发的破岩效率的能效评价综合指数；
[0011] 基于所述井下轴向振动强度指数、能效评价综合指数和机械钻速确定钻井的最优 钻压。
[0012] 可选的实施例中，所述基于所述井下轴向振动强度指数、能效评价综合指数和机 械钻速确定钻井的最优钻压，包括：
[0013] 当判断所述井下轴向振动强度指数呈递增趋势或达到预设阔值时，计算调整有效 钻压、钻头转速后的井下轴向振动强度指数和能效综合指数变化信息，直至所述井下轴向 振动强度指数、能效评价综合指数满足设置的钻井评价要求；将所述满足所述钻井评价要 求时所对应的有效钻压作为钻井的最优钻压。
[0014] 可选的实施例中，所述基于所述井下轴向振动强度指数、能效评价综合指数和机 械钻速确定钻井的最优钻压，包括：
[0015] 当判断所述井下轴向振动强度指数大于预设阔值时，执行将有效钻压提升第一钻 压步长、将钻头转速降低第一转速步长的第一执行步骤，当满足所述井下轴向振动强度指 数降低、能效评价综合指数降低、机械钻速升高的调整条件时将当前有效钻压设置为最优 钻压。
[0016] 可选的实施例中，所述方法还包括：
[0017] 在达到所述第一执行步骤执行的重复次数或者达到所述有效钻压的上限值时，执 行抽离井底，释放钻柱扭矩，并将所述钻头转速设置为初始值的第一百分比、将当前钻压提 高初始值的第二百分比的第二执行步骤；设置将所述钻头转速逐步恢复至初始值，若在所 述恢复至初始值的过程中判断出满足所述调整条件时，将当前有效钻压设置为最优钻压。
[0018] 可选的实施例中，所述方法还包括：
[0019] 在所述钻头转速逐步恢复至初始值后仍不满足所述调整条件时，执行抽离井底， 释放钻柱扭矩，并将所述钻头转速设置为初始值的第=百分比、将所述当前钻压提高初始 值的第四百分比的第=执行步骤；设置将所述钻头转速逐步恢复至初始值的第五百分比， 若在所述恢复至值初始值的第五百分比的过程中判断出满足所述调整条件时，将当前有效 钻压设置为最优钻压。
[0020] 可选的实施例中，采用下述中的至少一种设置方式计算得到所述钻井的最优钻 压：
[0021] 所述预设阔值的取值为1 ; 阳02引所述当前有效钻压提升的第一钻压步长的取值为：IOkN ;
[0023] 所述钻头转速降低的第一转速步长的取值范围为：5~lOrev/min ;
[0024] 所述第一执行步骤执行的重复次数的取值范围为：3~5 ;
[0025] 所述第一百分比的取值范围包括：40%~50% ; 阳0%] 所述第二百分比的取值范围包括：10%~20% ;
[0027] 所述第S百分比的取值范围包括：40%~50% ;
[0028] 所述第四百分比的取值范围包括：10%~20% ;
[0029] 所述第五百分比的取值包括：70%~80%。
[0030] 可选的实施例中，所述利用建立的噪声与干扰对数据影响的分析模型处理所述实 时钻井数据，包括：
[0031] 计算所述实时钻井数据当前时刻实际测量值与预估值的差值，将所述差值与设置 的误差增量的乘积加上所述预估值得到优化后实时钻井数据。
[0032] 可选的实施例中，所述建立的噪声与干扰对所述数据影响的分析模型为：
[0033] X 化 I k) = X 化 I k-1) +Kg 化)* 狂化)-X 化 I k-1))
[0034] 上式中，k表示实时钻井数据的当前样点，X(k|k)表示为所述当前样点优化后的 数据；X化Ik-I)表示为所述当前样点的上一个样点的预估值，Z(k)表示为获取的所述当前 样点的实际测量值，Kg(k)表示为获取的所述当前样点的误差增量。
[0035] 可选的实施例中，采用下式计算得出所述分析模型中的预估值X化Ik-I)和误差 增量Kg似：
[0036] X化Ik-I) =X化-1Ik-I)
[0037] Kg 化）=P 化 I k-1) / (P 化 I k-1) +时 阳03引 其中，
[0039] P 化 I k-1) = P 化-11 k-1) +Q
[0040] P(k-11k-1) = (I-Kg(k-1))冲（k-11k-2)
[0041] 上式中，P (k I k-1)表示为X (k I k-1)对应的方差；P化-11 k-1)表示为X化-I I k-1) 对应的方差；R表示为设置的第一方差常量；Q表示为设置的第二方差常量。
[0042] 可选的实施例中，所述将所述优化后实时钻井数据与所述力学特征数据进行禪 合，计算得到井下轴向振动强度指数，包括：
[0043] 采取下述模型计算得到井下轴向振动强度指数：
[0047] 上式中，AVI表示为当前作业条件下钻柱的井下轴向振动强度指数，无量纲；Qwm 表示为钻具轴向振动频率，单位为弧度/秒；n表示为共振阶数，无量纲；WOB表示为当前钻 压，单位为牛，N ;R0P表示为机械钻速，单位为m/s，Chibit (n Q KPM)表示为钻柱矩阵的柔度。
[0048] 可选的实施例中，采用下式计算所述钻柱矩阵的柔度Ch,bit(nQkpm):
[0051] 上式中，i表示为钻头处井深，0表示为井口处，
从钻头 处井深i处W i = i-1依次计算至井口处的值，E表示为钻柱弹性模量，单位化；P表示为 钻柱钢材密度，单位kg/m3, Ii表示为钻柱单位长度，单位为米，表示为当前转速下的钻 柱轴向拉长量，单位为米，表示为当前转速下的钻柱轴向内力，单位为牛，N。
[0052] 可选的实施例中，采用下式计算所述能效评价综合指数：
[0054] 上式中，EFF表示为能效评价综合指数，单位为MPa, WOB表示为有效钻压，单位为 N，RPM表示为钻头转速，单位为rev/min，ROP表示为机械钻速，单位为m/虹，屯表示为钻头 直径，单位为mm，y表示为钻头滑动摩擦系数。 阳化5] -种钻井钻压计算装置，所述装置包括：
[0056] 振动强度指数计算模块，用于获取钻柱的力学特征数据和实时钻井数据，利用建 立的噪声与干扰对数据影响的分析模型对所述实时钻井数据处理后与所述力学特征数据 进行禪合，计算得到井下轴向振动强度指数；
[0057] 能效评价指数计算模块，用于获取的包括有效钻压、机械钻速、钻头转速及钻头物 理参数的钻井工程参数，并利用所述钻井工程参数建立用于实时评价轴向振动诱发的破岩 效率的能效评价综合指数；
[0058] 最优钻压计算模块，用于基于所述井下轴向振动强度指数、能效评价综合指数和 机械钻速确定钻井的最优钻压。
[0059] 可选的实施例中，所述最优钻压计算模块包括：
[0060] 第一判断模块，用于当判断所述井下轴向振动强度指数大于预设阔值或呈递增趋 势时，执行将有效钻压提升第一钻压步长、将钻头转速降低第一转速步长的第一执行步骤， 当满足所述井下轴向振动强度指数降低、能效评价综合指数降低、机械钻速升高的调整条 件时将当前有效钻压设置为最优钻压。
[0061] 可选的实施例中，所述最优钻压计算模块还包括：
[0062] 第二判断模块，用于在达到所述第一执行步骤执行的重复次数或者达到所述有效 钻压的上限值时，执行抽离井底，释放钻柱扭矩，并将所述钻头转速设置为初始值的第一百 分比、将当前钻压提高初始值的第二百分比的第二执行步骤；设置将所述钻头转速逐步恢 复至初始值，若在所述恢复至初始值的过程中判断出满足所述调整条件时，将当前有效钻 压设置为最优钻压。
[0063] 可选的实施例中，所述最优钻压计算模块还包括：
[0064] 第=判断模块，用于在所述钻头转速逐步恢复至初始值后仍不满足所述调整条件 时，执行抽离井底，释放钻柱扭矩，并将所述钻头转速设置为初始值的第=百分比、将所述 当前钻压提高初始值的第四百分比的第=执行步骤；设置将所述钻头转速逐步恢复至初始 值的第五百分比，若在所述恢复至值初始值的第五百分比的过程中判断出满足所述调整条 件时，将当前有效钻压设置为最优钻压。 阳0化]可选的实施例中，所述最优钻压计算模块采用下述中的至少一种设置方式计算得 到所述钻井的最优钻压：
[0066] 所述预设阔值的取值为1 ;
[0067] 所述当前有效钻压提升的第一钻压步长的取值为：IOkN ; 阳068] 所述钻头转速降低的第一转速步长的取值范围为：5~lOrev/min ;
[0069] 所述第一执行步骤执行的重复次数的取值范围为：3~5 ;
[0070] 所述第一百分比的取值范围包括：40%~50% ;
[0071] 所述第二百分比的取值范围包括：10%~20% ;
[0072] 所述第S百分比的取值范围包括：40%~50% ;
[0073] 所述第四百分比的取值范围包括：10%~20% ;
[0074] 所述第五百分比的取值包括：70%~80%。
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