一种井底钻进能量耗散分析方法与流程

本发明涉及石油地质勘探钻井，尤其涉及一种井底钻进能量耗散分析方法。

背景技术：

1、石油地质勘探钻井过程中，是将钻头与一系列井下工具以及钻具串行连接，在地层中按照设计轨迹钻出井眼，抵达目标地层的过程。在此过程中，需要不断调整钻井参数来优化钻进的效率，降低能量无效耗散。用于判断钻井过程能量耗散的参数叫做机械比能(mechanical specific energy，简称mse)，mse有如下公式定义：

2、

3、传统获取机械比能mse的方法包括对地面综合录井参数进行分析，然后根据震动理论结合的方式来判断井下状态。具体而言，上述公式中w取值为地面钻压，t取为地面扭矩，n为钻头转速，a为井筒横截面积，rop为机械钻速，上述参数获取来源为地面综合录井仪。

4、但是对于监测井底状态时，采用地面参数计算得到的mse并不能准确的反映井底状态。井底参数通常无法直接测量得到，仅仅在某些特定情况下能通过使用特殊井下仪器时才能测量获取。因此常规情况下业界只能通过使用地面参数来进行井底状态的简化判断。

5、现有技术具有如下不足之处：

6、1.直接利用地面参数进行井底状态的简化判断，无法准确反映井底状态。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种井底钻进能量耗散分析方法，通过工程物理模型，获取地面钻井参数，根据地面钻井参数，计算得到井底的钻头钻压、钻头扭矩和钻头转速，将钻头提离井底后处于自由稳定旋转状态下的悬重hkofb减去当钻头放回井底重新开始钻进过程中时的稳定悬重hkob作为井底的钻头钻压；将当钻头放回井底重新开始钻进过程中时的稳定地面扭矩tob减去钻头提离井底后处于自由稳定旋转状态下的地面扭矩tofb作为井底的钻头扭矩；井下钻具组合中不含螺杆钻具时，井底的钻头转速＝地面的钻头转速；井下钻具组合中含有螺杆钻具，井底的钻头转速＝地面的钻头转速+螺杆输出转速；根据得到的井底的钻头钻压、钻头扭矩和钻头转速，进行井底机械比能的计算；根据井底机械能比进行井下状态的判断。本发明能够精准的计算井底机械比能，从而对井底钻具组合的实际状态进行更准确的判断以及采取更准确的优化措施。

2、本发明提供了一种井底钻进能量耗散分析方法，包括如下步骤：

3、通过工程物理模型，获取地面钻井参数，根据地面钻井参数，计算得到井底的钻头钻压、钻头扭矩和钻头转速；

4、根据得到的井底的钻头钻压、钻头扭矩和钻头转速，进行井底机械比能的计算；

5、根据井底机械能比进行井下状态的判断。

6、优选地，通过工程物理模型，获取地面钻井参数，根据地面钻井参数，计算井底的钻头钻压包括如下步骤：

7、通过工程物理模型，判断当前工况，获取当钻头提离井底后处于自由稳定旋转状态下的悬重hkofb；自由稳定旋转状态根据大勾位置变化的加速度来确定；

8、通过工程物理模型，判断当前工况，获取当钻头放回井底重新开始钻进过程中时的稳定悬重hkob；在相同条件下，钻头放回井底重新开始钻进过程的悬重是稳定的。

9、井底的钻头钻压＝hkofb-hkob。

10、优选地，通过工程物理模型，获取地面钻井参数，根据地面钻井参数，计算井底的钻头扭矩包括如下步骤：

11、通过工程物理模型，判断当前工况，获取当钻头放回井底重新开始钻进过程中时的稳定地面扭矩tob；在相同条件下，当钻头放回井底重新开始钻进过程中时的钻具扭矩是稳定的。

12、通过工程物理模型，判断当前工况，获取钻头提离井底后处于自由稳定旋转状态下的地面扭矩tofb；自由稳定旋转状态根据大勾位置变化的加速度来确定；

13、井底的钻头扭矩＝tob-tofb。

14、扭矩从地面传递到井底的过程有能量损失，本发明将钻头提离井底后处于自由稳定旋转状态下的地面扭矩认为是损失的那部分扭矩，所以地面的扭矩减去传递过程中损失的扭矩就是井底钻头的扭矩；

15、优选地，通过工程物理模型，获取地面钻井参数，根据地面钻井参数，计算井底的钻头转速包括如下步骤：

16、1)如果井下钻具组合中不含螺杆钻具，则井底的钻头转速＝地面的钻头转速；

17、2)如果井下钻具组合中含有螺杆钻具，则井底的钻头转速＝地面的钻头转速+螺杆输出转速；

18、其中，螺杆输出转速根据螺杆钻具的性能输出曲线计算得到。

19、优选地，螺杆输出转速rpm具体为采用如下公式根据螺杆钻具的性能输出曲线计算：

20、w＝torque×rpm＝torque(diffp)×rpm(diffp)

21、其中，

22、w为螺杆钻压；

23、torque是螺杆钻具输出扭矩；

24、diffp是螺杆工作压差；

25、rpm是螺杆输出转速；

26、螺杆钻具工作压差＝当钻头放回井底重新开始钻进过程中时的稳定地面泵压sppob-当钻头提离井底后处于自由稳定旋转状态下的地面泵压sppofb。

27、当钻头放回井底重新开始钻进过程中，钻头未接触到地层，井筒内循环是稳定的，没有憋压，在泵冲稳定下，泵压就是稳定的。

28、优选地，数据传输样本频率为2s～10s/样本点。

29、优选地，当大勾位置变化的加速度<加速度阈值athres时，认为钻头提离井底后处于自由稳定旋转状态。

30、优选地，加速度阈值athres根据实际采样频率不同设置不同的值。

31、优选地，加速度阈值athres取值范围在0.01m/s2～0.1m/s2之间。

32、优选地，根据得到的井底的钻头钻压、钻头扭矩和钻头转速，根据如下公式计算井底机械比能：

33、

34、其中，

35、mse为井底机械比能；

36、w为井底的钻头钻压；

37、t为井底的钻头扭矩；

38、n为井底的钻头转速；

39、a为井筒横截面积；

40、rop为机械钻速。

41、优选地，根据井底机械能比进行井下状态的判断具体为根据机械比能变化趋势判断井底钻头状态，包括：

42、当机械钻速降低速度超过预设阈值、mse升高且钻头参数无变化时，判断为因钻头磨损加剧导致mse升高；

43、当由原来的机械钻速变化未超过预设范围且mse低于预设阈值的状态变为，mse呈现升高趋势且机械钻速开始下降时，判断钻头磨损程度增加；

44、当机械钻速较开始钻进时降低且小于预设降低幅度，同时mse较开始钻进时升高且低于预设升高幅度，且钻头参数无变化时，判断钻头开始磨损；

45、当机械钻速降低速度低于预设阈值，但mse升高且钻压升高，判断是由于钻压增加导致井下震动加剧；

46、当机械钻速降低、mse升高且钻头参数不变时，判断为钻头磨损风险。

47、本发明与现有技术相比，至少具有如下有益效果：

48、(1)本发明通过工程物理模型，获取地面钻井参数，根据地面钻井参数，计算得到井底的钻头钻压、钻头扭矩和钻头转速，进而可以更为精准的计算井底机械比能，比传统的方法更精确的知道井底钻头状态，进而更精确改变参数，提高效率，从而对井底钻具组合的实际状态进行更准确的判断以及采取更准确的优化措施。