CN106285462B - 钻井减阻的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种钻井减阻的方法和装置，其中，该方法包括：获取钻井中各个钻柱节点的压力和钻井的输出扭矩；根据各个钻柱节点的压力，按照从钻井的钻头至井口的方向依次计算各个钻柱节点的第一扭矩，并将计算得到的第一个第一扭矩大于输出扭矩的钻柱节点作为钻井的平衡点；根据平衡点的深度与预设的安全余量的差值，确定钻井的控制点深度，并将控制点深度对应的钻柱节点作为钻井的控制点；计算控制点至钻井的井口范围内各个钻柱节点的第二扭矩；根据计算得到的第二扭矩，计算钻井中钻具的扭转角；根据扭动角度对所述钻具进行调整。在本发明实施例中，通过计算对井口钻具的扭动角度进行精确的控制达到了提高机械钻速的效果。

Description

钻井减阻的方法和装置

技术领域

本发明涉及油气勘探技术领域，特别涉及一种钻井减阻的方法和装置。

背景技术

随着油气勘探开发逐渐向深井、超深井以及非常规油气领域迈进，复杂结构井的应用越来越广泛。复杂结构井主要指的是大位移井、水平井和多分支井等油气井。这类井的主要特点是井斜角较大以及水平位移较大。

复杂结构井井斜角较大以及水平位移较大的特点，一方面为油气藏的有效开发提供了条件。复杂结构井在钻进单一地层时，油层的裸露面积增大，油层泄油能力和一般直井相比有了较大的提升。同时，复杂结构井的大斜度特点实现了海上油田陆上开发，极大的降低了海上石油的开采成本。另一方面，复杂结构井存在着诸如高摩阻、高扭矩、井壁稳定性差、岩屑上返困难等问题。其中，高摩阻导致的钻压传递受限是复杂结构井钻井作业中最为突出的问题，已成为世界石油钻井领域中的重要基础理论课题。

目前，钻井工程领域解决复杂结构井高摩阻的主要技术有以下两种方式：

1)井下减阻短节，该方式主要是从减小钻柱与井壁之间的摩擦系数、振动释放摩阻等角度出发，主要的工具是滚子降摩阻短节和激振工具。

然而，在实际使用中，这些工具都存在着研发成本高、使用技术要求高等问题。

2)化学减阻，该方式主要是在钻井液中加入减阻材料，从而可以提高钻井液的润滑性能，一般化学减阻的方式主要是针对井眼轨迹不平滑、岩屑堆积严重的井内进行的。

然而，在实际使用中，化学减阻的减阻材料润滑效果较差。

针对现有的方式进行钻井减阻时所存在的减阻效果较差的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供了一种钻井减阻的方法和装置，以解决现有技术中钻井减阻时减阻效果较差的问题。

本发明实施例提供了一种钻井减阻的方法，包括：获取钻井中各个钻柱节点的压力和所述钻井的输出扭矩；根据所述各个钻柱节点的压力，按照从所述钻井的钻头至井口的方向依次计算各个钻柱节点的第一扭矩，并将计算得到的第一个第一扭矩大于所述输出扭矩的钻柱节点作为所述钻井的平衡点；根据所述平衡点的深度与预设的安全余量的差值，确定所述钻井的控制点深度，并将所述控制点深度对应的钻柱节点作为所述钻井的控制点；计算所述控制点至所述钻井的井口范围内各个钻柱节点的第二扭矩；根据计算得到的第二扭矩，计算所述钻井中钻具的扭转角；根据所述扭转角对所述钻具进行调整。

在一个实施例中，在根据所述平衡点的深度与预设的安全余量的差值，确定所述钻井的控制点深度，并将所述控制点深度对应的钻柱节点作为所述钻井的控制点之后，所述方法还包括：分别计算所述控制点的摩阻和所述钻井井口的摩阻；根据所述控制点的摩阻和所述钻井井口的摩阻的差值，确定所述钻井的传递钻压。

在一个实施例中，计算所述控制点至所述钻井的井口范围内各个钻柱节点的第二扭矩，包括；按照以下公式计算所述控制点至所述钻井的井口范围内各个钻柱节点的第三扭矩：

M_i＝M_i-1+f_i·D_i·N_i·xh

其中，M_i表示第i个钻柱节点处的第三扭矩，M_i-1表示第i-1个钻柱节点处的第三扭矩，i表示钻柱节点数，i＝1,2,…,i-1,i,…，f_i表示第i个钻柱节点处的摩擦系数，D_i表示第i个钻柱节点处的外径，N_i表示第i个钻柱节点处的压力，xh表示步长。

在得到所述第三扭矩之后，按照以下规则，确定所述第二扭矩：

当M_i＜0.85×T_max且M_i＜T_上卸扣时，Mt_i＝M_i；

当T_上卸扣≤M_i＜0.85×T_max时，Mt_i＝0.6×T_上卸扣；

当M_i≥0.85×T_max且T_上卸扣＞0.85×T_max时，Mt_i＝0.85×T_max；

当M_i≥0.85×T_max≥T_上卸扣时，Mt_i＝0.6×T_上卸扣；

其中，Mt_i表示第i个钻柱节点处的第二扭矩，M_i表示第i个钻柱节点处的第三扭矩，i表示钻柱节点数，i＝1,2,…,i-1,i,…，T_上卸扣表示所述钻具所能承受的最大上扣扭矩，T_max表示所述钻具所能承受的最大扭矩。

在一个实施例中，获取钻井中各个钻柱节点的压力，包括：获取所述钻井中各个测点的井眼测斜数据，并结合所述井眼测斜数据计算各个钻柱节点的组合参数；获取所述钻井中各个钻柱节点的几何力学参数；根据所述组合参数和所述几何力学参数，确定所述钻井中各个钻柱节点的压力。

在一个实施例中，所述几何力学参数包括以下至少之一：惯性矩、极惯性矩和钻柱线浮重。

在一个实施例中，结合所述井眼测斜数据计算各个钻柱节点的组合参数，包括：根据所述井眼测斜数据，计算各个钻柱节点的井斜变化率和方位变化率；结合计算得到的井斜变化率和方位变化率，确定所述各个钻柱节点的组合参数。

在一个实施例中，按照以下公式根据所述平衡点的深度与预设的安全余量的差值，确定所述钻井的控制点深度：

L_s＝L_i-L_y

其中，L_s代表所述钻井的控制点深度，L_i表示所述平衡点深度，L_y表示所述钻井的安全余量。

在一个实施例中，根据计算得到的第二扭矩，计算所述钻井中钻具的扭转角，包括：

按照以下公式计算所述钻井中各个钻柱节点的扭转角：

其中，β_i表示第i个钻柱节点处的扭转角，ll_i表示第i个钻柱节点处的井深，ll_i-1表示第i-1个钻柱节点处的井深，G_i表示第i个钻柱节点处的剪切弹性模量，J_i表示第i个钻柱节点处的极惯性矩，Mt_i表示第i个钻柱节点处的第二扭矩；

在得到所述各个钻柱节点的扭转角之后，按照以下公式计算所述钻井中钻具的扭转角：

其中，

其中，R表示所述钻井中钻具的扭转角，φ表示从所述控制点至所述钻井的井口范围内各个钻柱节点的扭转角之和，β_i表示第i个钻柱节点处的扭转角，n表示从所述控制点至所述钻井的井口范围内钻柱节点的总个数。

在一个实施例中，按照以下公式计算所述摩阻：

F_i＝F_i-1+f_i×N_i×xh

其中，F_i表示第i个钻柱节点处的摩阻，F_i-1表示第i-1个钻柱节点处的摩阻，i表示所述钻柱节点数，i＝1,2,…,i-1,i,…，f_i表示第i个钻柱节点处的摩擦系数，N_i表示第i个钻柱节点处的压力，xh表示步长。

本发明实施例还提供了一种钻井减阻的装置，该装置包括：输出扭矩获取模块，用于获取钻井中各个钻柱节点的压力和所述钻井的输出扭矩；平衡点确定模块，用于根据所述各个钻柱节点的压力，按照从所述钻井的钻头至井口的方向依次计算各个钻柱节点的第一扭矩，并将计算得到的第一个第一扭矩大于所述输出扭矩的钻柱节点作为所述钻井的平衡点；控制点确定模块，用于根据所述平衡点的深度与预设的安全余量的差值，确定所述钻井的控制点深度，并将所述控制点深度对应的钻柱节点作为所述钻井的控制点；第二扭矩计算模块，用于计算所述控制点至所述钻井的井口范围内各个钻柱节点的第二扭矩；扭转角计算模块，用于根据计算得到的第二扭矩，计算所述钻井中钻具的扭转角；钻具调整模块，用于根据所述扭动角度对所述钻具进行调整。

在本发明实施例中，在确定钻井的控制点位置之后，计算该控制点至钻井井口范围内各个钻柱节点的扭矩；并根据计算得到的扭矩，计算钻井中钻具的扭转角；根据扭动角度对所述钻具进行调整，从而实现钻井减阻的目的。采用该方法对钻井进行减阻时，减阻效果有了明显的提高，通过计算对井口钻具的扭动角度进行精确的控制达到了提高机械钻速的效果，且这种方式操作简单、经济可靠且适用性强。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1是本发明实施例的钻井减阻的方法的流程图；

图2是本发明实施例的钻井减阻的装置的一种结构框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

考虑到现有技术中进行钻井减阻时减阻效果较差的问题，发明人通过计算精确控制井口钻具的扭动角度，实现对钻具的精确减阻。具体地，在本发明实施例中，提供了一种钻井减阻的方法，如图1所示，该方法可以包括以下步骤：

步骤101：获取钻井中各个钻柱节点的压力和所述钻井的输出扭矩；

具体的，可以根据实际的钻井情况，从钻井的钻头至井口方向依次设置各个钻柱节点的位置，在实现的时候，可以设置各个钻柱节点之间的间隔为10m。在本实施例中，可以将各个钻柱节点之间的间隔称为步长。即，从钻井的钻头开始，每隔10m的步长依次设置一个钻柱节点，直至钻井的井口结束。

进一步地，在确定钻井中各个钻柱节点的位置之后，可以按照以下步骤获取钻井中各个钻柱节点的压力：

S1-1：获取钻井中各个测点的井眼测斜数据，并结合井眼测斜数据计算各个钻柱节点的组合参数；

井眼测斜数据可以包括：测点的井斜角、测点的方位角、以及测点的井深。在获取钻井中各个测点的井眼斜数据之后，可以按照以下步骤计算各个钻柱节点的组合参数：

S1-1-1：根据井眼测斜数，计算各个钻柱节点的井斜变化率和方位变化率；

具体的，分别可以利用如下计算公式：

1)dα_i＝(α_j-α_j-1)/(l_j-l_j-1)

上式中，dα_i代表第i个钻柱节点处的井斜变化率，i为钻柱节点数，i＝1,2,…,i-1,i,…；α_j代表第j个测点处的井斜角，j为测点数，j＝1,2,…,j-1,j,…；α_j-1代表第j-1个测点处的井斜角；l_j代表第j个测点处的井深；l_j-1代表第j-1个测点处的井深；

2)dφ_i＝(φ_j-φ_j-1)/(l_j-l_j-1)

上式中，dφ_i代表第i个钻柱节点处的方位变化率；φ_j代表第j个测点处的方位角；φ_j-1代表第j-1个测点处的方位角；l_j代表第j个测点处的井深；l_j-1代表第j-1个测点处的井深。

S1-1-2：结合计算得到的井斜变化率和方位变化率，确定各个钻柱节点的钻具组合参数。

在某些实施例中，在步骤S1-1-1计算出各个钻柱节点的井斜变化率和方位变化率之后，可以结合计算得到的井斜变化率和方位变化率，确定各个钻柱节点的钻具组合参数。其中，所述钻具组合参数可以包括但不限于以下至少之一：井斜角、方位角、钻柱曲率、钻柱曲率变化率、钻柱曲率变化率的变化率、钻柱挠率、和钻柱挠率变化率。具体的，分别可以利用如下计算公式确定各个钻柱节点的钻具组合参数：

1)ll_i＝xh×(i-1)

上式中，ll_i代表第i个钻柱节点处的井深，单位为m；xh代表预设步长，单位为m；

2)α_i＝α_j-1+dα_i×(ll_i-l_j-1)

上式中，α_i代表第i个钻柱节点处的井斜角；α_j-1代表第j-1个测点的井斜角；dα_i代表第i个钻柱节点处的井斜变化率；ll_i代表第i个钻柱节点处的井深，单位为m；l_j-1代表第j-1个测点的井深，单位为m；

3)φ_i＝φ_j-1+dφ_i×(ll_i-l_j-1)

上式中，φ_i代表第i个钻柱节点处的方位角；φ_j-1代表第j-1个测点的方位角；dφ_i代表第i个钻柱节点处的方位变化率；ll_i代表第i个钻柱节点处的井深，单位为m；l_j-1代表第j-1个测点的井深，单位为m；

4)

上式中，kb_i代表第i个钻柱节点处的钻柱曲率，单位为1/m；dα_i代表第i个钻柱节点处的井斜变化率；α_i代表第i个钻柱节点处的井斜角；dφ_i代表第i个钻柱节点处的方位变化率；

5)

上式中，dkb_i代表第i个钻柱节点处的钻柱曲率变化率；kb_i代表第i个钻柱节点处的钻柱曲率，单位为1/m；kb_i-1代表第i-1个钻柱节点处的钻柱曲率，单位为1/m；h代表预设步长，单位为m；

6)

上式中，ddkb_i代表第i个钻柱节点处的钻柱曲率变化率的变化率；dkb_i代表第i个钻柱节点处的钻柱曲率变化率；dkb_i-1代表第i-1个钻柱节点处的钻柱曲率变化率；

7)

上式中，kn_i代表第i个钻柱节点处的钻柱挠率，单位为1/m；kb_i代表第i个钻柱节点处的钻柱曲率，单位为1/m；dα_i代表第i个钻柱节点处的井斜变化率；α_i代表第i个钻柱节点处的井斜角；dφ_i代表第i个钻柱节点处的方位变化率；

8)

上式中，dkn_i代表第i个钻柱节点处的钻柱挠率变化率；kn_i代表第i个钻柱节点处的钻柱挠率，单位为1/m；kn_i-1代表第i-1个钻柱节点处的钻柱挠率，单位为1/m。

S1-2：获取钻井中各个钻柱节点的几何力学参数；

其中，钻井中各个钻柱节点的几何力学参数可以包括但不限于以下至少之一：惯性矩、极惯性矩和钻柱线浮重。

具体的，可以获取所述钻柱节点处的钻柱外径以及所述钻柱节点处的钻柱内径，并根据所述钻柱外径以及所述钻柱内径计算钻柱节点的惯性矩；这里的钻柱外径以及钻柱内径可以根据具体的钻具信息获取。具体计算公式如下：

1)

上式中，I_i代表第i个钻柱节点处的惯性矩，单位为m⁴；D_i代表第i个钻柱节点处钻柱外径，单位为m；d_i代表第i钻柱节点处钻柱内径，单位为m；

采用和求取惯性矩时相同的参数可以计算得到极惯性矩，具体计算公式如下：

2)

上式中，I_i代表第i个钻柱节点处的极惯性矩，单位为m⁴；D_i代表第i个钻柱节点处钻柱外径，单位为m；d_i代表第i钻柱节点处钻柱内径，单位为m；

进一步的，可以获取所述钻柱节点处的钻井液密度、所述钻柱节点处的钻柱钢材密度、以及所述钻柱节点处的钻柱在空气中的线重，并根据所述钻井液密度、所述钻柱钢材密度、以及所述钻柱在空气中的线重计算钻柱节点的线浮重。这里的钻井液密度、钻柱钢材密度以及钻柱在空气中的线重可以根据具体的钻井工况获取。具体的计算公式如下：

3)

上式中，g_i代表第i个钻柱节点处的线浮重，单位为N；pg_i代表第i个钻柱节点处的钻柱在空气中的线重，单位为N/m；g代表重力加速度，单位为m/s²；ρ_mu代表钻井液密度，单位为g/m³；D_i代表第i个钻柱节点处钻柱外径，单位为m；d_i代表第i钻柱节点处钻柱内径，单位为m。

S1-3：根据组合参数和所述几何力学参数，确定钻井中各个钻柱节点的压力。

在某些实施例中，可以根据S1-1和S1-2中所得到的钻具组合参数、几何力学参数计算各个钻柱节点的压力。具体的，计算公式如下：

其中，

当上式中，kb_i＝0时，当kb_i≠0时，

当上式中，kb_i＝0时，当kb_i≠0时，a＝0，

上式中，N(i)代表第i个钻柱节点处的压力，单位为N；E代表第i个钻柱节点处的弹性模量，单位为pa；f_i代表第i个钻柱节点处的摩擦系数；V代表机械钻速，单位为m/s；τ₀代表所述钻井的钻井液动切力，单位为pa；T_i-1代表第i-1个钻柱节点处的拉力，单位为N。

进一步的，上述拉力的初始值T₁表示钻头钻压，为负值。

步骤102：根据所述各个钻柱节点的压力，按照从所述钻井的钻头至井口的方向依次计算各个钻柱节点的第一扭矩，并将计算得到的第一个第一扭矩大于所述输出扭矩的钻柱节点作为所述钻井的平衡点；

在本实施例中，可以按照以下公式从钻井的钻头至井口的方向依次计算各个钻柱节点的第一扭矩：

M_i＝M_i-1+f_i·D_i·N_i·xh

其中，M_i表示第i个钻柱节点处的第一扭矩，M_i-1表示第i-1个钻柱节点处的第一扭矩，i表示钻柱节点数，i＝1,2,…,i-1,i,…，f_i表示第i个钻柱节点处的摩擦系数，D_i表示第i个钻柱节点处的外径，N_i表示第i个钻柱节点处的压力，xh表示步长。

在步骤102中进行第一扭矩的计算过程中，可以设置初始点，即：钻头处的第一扭矩M₁＝0。

对比计算得到的第一扭矩M_i和由螺杆钻具说明书获取的钻井的输出扭矩τ_LG。当第一次发现M_i≥τ_LG时，不再计算扭矩T_or(i)，并记下此时钻柱节点的深度L_i，并将此钻柱节点i作为钻井的平衡点。

步骤103：根据所述平衡点的深度与预设的安全余量的差值，确定所述钻井的控制点深度，并将所述控制点深度对应的钻柱节点作为所述钻井的控制点；

在本实施例中，预设的安全余量可以是100m。计算平衡点的深度与预设的安全余量的差值，可以用来检测平衡点的深度是否大于100m。若平衡点的深度小于100m，则进行钻具调整的过程中，钻头可能会动，此时该平衡点的深度可以舍弃。

进一步地，可以按照以下公式根据平衡点的深度与预设的安全余量的差值，确定钻井的控制点深度：

L_s＝L_i-L_y

其中，L_s代表钻井的控制点深度，L_i表示平衡点深度，L_y表示钻井的安全余量。

步骤104：计算所述控制点至所述钻井的井口范围内各个钻柱节点的第二扭矩；

具体地，可以按照以下公式计算控制点至所述钻井的井口范围内各个钻柱节点的第三扭矩：

M_i＝M_i-1+f_i·D_i·N_i·xh

其中，M_i表示第i个钻柱节点处的第三扭矩，M_i-1表示第i-1个钻柱节点处的第三扭矩，i表示钻柱节点数，i＝1,2,…,i-1,i,…，f_i表示第i个钻柱节点处的摩擦系数，D_i表示第i个钻柱节点处的外径，N_i表示第i个钻柱节点处的压力，xh表示步长。

在步骤104中进行第三扭矩的计算过程中，可以设置初始点，即：控制点处的第三扭矩M₁＝0。

在得到第三扭矩之后，可以按照以下规则，确定第二扭矩：

当M_i＜0.85×T_max且M_i＜T_上卸扣时，Mt_i＝M_i；

当T_上卸扣≤M_i＜0.85×T_max时，Mt_i＝0.6×T_上卸扣；

当M_i≥0.85×T_max且T_上卸扣＞0.85×T_max时，Mt_i＝0.85×T_max；

当M_i≥0.85×T_max≥T_上卸扣时，Mt_i＝0.6×T_上卸扣；

其中，Mt_i表示第i个钻柱节点处的第二扭矩，M_i表示第i个钻柱节点处的第三扭矩，i表示钻柱节点数，i＝1,2,…,i-1,i,…，T_上卸扣表示所述钻具所能承受的最大上扣扭矩，T_max表示所述钻具所能承受的最大扭矩。

值得注意的是，在本实施例中，第一扭矩、第二扭矩和第三扭矩均表示钻井中各个钻柱节点的扭矩，取名为第一扭矩、第二扭矩和第三扭矩仅仅是为了区分不同计算环境下的扭矩。

步骤105：根据计算得到的第二扭矩，计算所述钻井中钻具的扭转角；

在本实施例中，可以按照以下公式计算钻井中各个钻柱节点的扭转角：

其中，β_i表示第i个钻柱节点处的扭转角度，ll_i表示第i个钻柱节点处的井深，ll_i-1表示第i-1个钻柱节点处的井深，G_i表示第i个钻柱节点处的剪切弹性模量，J_i表示第i个钻柱节点处的极惯性矩，Mt_i表示第i个钻柱节点处的第二扭矩；

在得到各个钻柱节点的扭转角之后，按照以下公式计算钻井中钻具的扭转角：

其中，

其中，R表示钻井中钻具的扭转角，φ表示从控制点至钻井的井口范围内各个钻柱节点的扭转角之和，β_i表示第i个钻柱节点处的扭转角，n表示从控制点至钻井的井口范围内钻柱节点的总个数。

步骤106：根据所述扭转角对所述钻具进行调整。

按照步骤105的计算方法钻井中钻具的扭转角，然后根据计算得到的扭转角调整钻具，从而可以实现钻井的减阻。

进一步地，在确定控制点之后，可以通过以下步骤来确定采用本实施例的钻井减阻方法进行减阻后，钻井所获得的传递钻压：

S6-1：分别计算控制点的摩阻和所述钻井井口的摩阻；

具体的，可以按照以下公式计算摩阻：

F_i＝F_i-1+f_i×N_i×xh

其中，F_i表示第i个钻柱节点处的摩阻，F_i-1表示第i-1个钻柱节点处的摩阻，i表示钻柱节点数，i＝1,2,…,i-1,i,…，f_i表示第i个钻柱节点处的摩擦系数，N_i表示第i个钻柱节点处的压力，xh表示步长。

进一步地，上述摩阻的初始值F₁即控制点处摩阻值为0。

分别将控制点和钻井井口的摩擦系数、压力以及步长带入摩阻计算公式，可以得到控制点的摩阻以及钻井井口的摩阻。

S6-2：根据所述控制点的摩阻和所述钻井井口的摩阻的差值，确定所述钻井的传递钻压。

具体地，可以按照以下公式确定钻井的传递钻压：

上式中，WOB_传代表钻井的传递钻压，单位为N；代表钻井在井口处的摩阻，单位为N；代表钻井在第i_s个钻柱节点处的摩阻，单位为N。

基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种钻井减阻的装置，如下面的实施例所述。由于钻井减阻的装置解决问题的原理与钻井减阻的方法相似，因此钻井减阻的装置的实施可以参见钻井减阻的方法的实施，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。图2是本发明实施例的钻井减阻的装置的一种结构框图，如图2所示，可以包括：输出扭矩获取模块201、平衡点确定模块202、控制点确定模块203、第二扭矩计算模块204、扭转角计算模块205、钻具调整模块206，下面对该结构进行说明。

输出扭矩获取模块201，可以用于获取钻井中各个钻柱节点的压力和钻井的输出扭矩；

平衡点确定模块202，可以用于根据各个钻柱节点的压力，按照从钻井的钻头至井口的方向依次计算各个钻柱节点的第一扭矩，并将计算得到的第一个第一扭矩大于输出扭矩的钻柱节点作为钻井的平衡点；

控制点确定模块203，可以用于根据平衡点的深度与预设的安全余量的差值，确定钻井的控制点深度，并将控制点深度对应的钻柱节点作为钻井的控制点；

第二扭矩计算模块204，可以用于计算控制点至钻井的井口范围内各个钻柱节点的第二扭矩；

扭转角计算模块205，可以用于根据计算得到的第二扭矩，计算钻井中钻具的扭转角；

钻具调整模块206，可以用于根据扭动角度对钻具进行调整。

在一个实施例中，钻井减阻装置可以包括：摩阻计算模块，可以用于在根据平衡点的深度与预设的安全余量的差值，确定钻井的控制点深度，并将控制点深度对应的钻柱节点作为钻井的控制点，分别计算控制点的摩阻和钻井井口的摩阻；钻压确定模块，可以用于根据控制点的摩阻和钻井井口的摩阻的差值，确定钻井的传递钻压。

在一个实施例中，第二扭矩计算模块可以包括；

第三扭矩计算单元具体可以用于按照以下公式计算控制点至钻井的井口范围内各个钻柱节点的第三扭矩：

M_i＝M_i-1+f_i·D_i·N_i·xh

其中，M_i表示第i个钻柱节点处的第三扭矩，M_i-1表示第i-1个钻柱节点处的第三扭矩，i表示钻柱节点数，i＝1,2,…,i-1,i,…，f_i表示第i个钻柱节点处的摩擦系数，D_i表示第i个钻柱节点处的外径，N_i表示第i个钻柱节点处的压力，xh表示步长。

第二扭矩计算单元具体可以用于在得到第三扭矩之后，按照以下规则，确定第二扭矩：

当M_i＜0.85×T_max且M_i＜T_上卸扣时，Mt_i＝M_i；

当T_上卸扣≤M_i＜0.85×T_max时，Mt_i＝0.6×T_上卸扣；

当M_i≥0.85×T_max且T_上卸扣＞0.85×T_max时，Mt_i＝0.85×T_max；

当M_i≥0.85×T_max≥T_上卸扣时，Mt_i＝0.6×T_上卸扣；

其中，Mt_i表示第i个钻柱节点处的第二扭矩，M_i表示第i个钻柱节点处的第三扭矩，i表示钻柱节点数，i＝1,2,…,i-1,i,…，T_上卸扣表示所述钻具所能承受的最大上扣扭矩，T_max表示所述钻具所能承受的最大扭矩。

在一个实施例中，输出扭矩获取模块可以包括：组合参数计算单元，用于获取钻井中各个测点的井眼测斜数据，并结合井眼测斜数据计算各个钻柱节点的组合参数；几何力学参数获取单元，用于获取钻井中各个钻柱节点的几何力学参数；节点压力确定单元，用于根据组合参数和几何力学参数，确定钻井中各个钻柱节点的压力。

在一个实施例中，几何力学参数可以包括但不限于以下至少之一：惯性矩、极惯性矩和钻柱线浮重。

在一个实施例中，组合参数计算单元可以包括：变化率计算子单元，用于根据井眼测斜数据，计算各个钻柱节点的井斜变化率和方位变化率；组合参数确定子单元，用于结合计算得到的井斜变化率和方位变化率，确定各个钻柱节点的组合参数。

在一个实施例中，控制点确定模块具体可以用于按照以下公式根据平衡点的深度与预设的安全余量的差值，确定钻井的控制点深度：

L_s＝L_i-L_y

其中，L_s代表钻井的控制点深度，L_i表示平衡点深度，L_y表示钻井的安全余量。

在一个实施例中，扭转角计算模块可以包括：

钻柱节点的扭转角计算单元具体可以用于按照以下公式计算钻井中各个钻柱节点的扭转角：

其中，β_i表示第i个钻柱节点处的扭转角，ll_i表示第i个钻柱节点处的井深，ll_i-1表示第i-1个钻柱节点处的井深，G_i表示第i个钻柱节点处的剪切弹性模量，J_i表示第i个钻柱节点处的极惯性矩，Mt_i表示第i个钻柱节点处的第二扭矩；

钻具的扭转角计算单元具体可以用于在得到各个钻柱节点的扭转角之后，按照以下公式计算钻井中钻具的扭转角：

其中，

其中，R表示钻井中钻具的扭转角，φ表示从控制点至钻井的井口范围内各个钻柱节点的扭转角之和，β_i表示第i个钻柱节点处的扭转角，n表示从控制点至钻井的井口范围内钻柱节点的总个数。

在一个实施例中，摩阻计算模块具体可以用于按照以下公式计算摩阻：

F_i＝F_i-1+f_i×N_i×xh

其中，F_i表示第i个钻柱节点处的摩阻，F_i-1表示第i-1个钻柱节点处的摩阻，i表示钻柱节点数，i＝1,2,…,i-1,i,…，f_i表示第i个钻柱节点处的摩擦系数，N_i表示第i个钻柱节点处的压力，xh表示步长。

从以上的描述中，可以看出，本发明实施例实现了如下技术效果：在确定钻井的控制点位置之后，计算该控制点至钻井井口范围内各个钻柱节点的扭矩；并根据计算得到的扭矩，计算钻井中钻具的扭转角；根据扭动角度对所述钻具进行调整，从而实现钻井减阻的目的。采用该方法对钻井进行减阻时，减阻效果有了明显的提高，通过计算对井口钻具的扭动角度进行精确控制达到了提高机械钻速的效果，且这种方式操作简单、经济可靠且适用性强。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明实施例的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明实施例不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种钻井减阻的方法，其特征在于，包括：

获取钻井中各个钻柱节点的压力和所述钻井的输出扭矩；

根据所述各个钻柱节点的压力，按照从所述钻井的钻头至井口的方向依次计算各个钻柱节点的第一扭矩，并将计算得到的第一个第一扭矩大于所述输出扭矩的钻柱节点作为所述钻井的平衡点；

根据所述平衡点的深度与预设的安全余量的差值，确定所述钻井的控制点深度，并将所述控制点深度对应的钻柱节点作为所述钻井的控制点；

计算所述控制点至所述钻井的井口范围内各个钻柱节点的第二扭矩；

根据计算得到的第二扭矩，计算所述钻井中钻具的扭转角；

根据所述扭转角对所述钻具进行调整。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在根据所述平衡点的深度与预设的安全余量的差值，确定所述钻井的控制点深度，并将所述控制点深度对应的钻柱节点作为所述钻井的控制点之后，所述方法还包括：

分别计算所述控制点的摩阻和所述钻井井口的摩阻；

根据所述控制点的摩阻和所述钻井井口的摩阻的差值，确定所述钻井的传递钻压。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，计算所述控制点至所述钻井的井口范围内各个钻柱节点的第二扭矩，包括；

按照以下表达式计算所述控制点至所述钻井的井口范围内各个钻柱节点的第三扭矩：

M_i＝M_i-1+f_i·D_i·N_i·xh

其中，M_i表示第i个钻柱节点处的第三扭矩，M_i-1表示第i-1个钻柱节点处的第三扭矩，i表示钻柱节点数，i为正整数，f_i表示第i个钻柱节点处的摩擦系数，D_i表示第i个钻柱节点处的外径，N_i表示第i个钻柱节点处的压力，xh表示步长；

在得到所述第三扭矩之后，按照以下规则，确定所述第二扭矩：

当M_i＜0.85×T_max且M_i＜T_上卸扣时，Mt_i＝M_i；

当T_上卸扣≤M_i＜0.85×T_max时，Mt_i＝0.6×T_上卸扣；

当M_i≥0.85×T_max且T_上卸扣＞0.85×T_max时，Mt_i＝0.85×T_max；

当M_i≥0.85×T_max≥T_上卸扣时，Mt_i＝0.6×T_上卸扣；

其中，Mt_i表示第i个钻柱节点处的第二扭矩，M_i表示第i个钻柱节点处的第三扭矩，i表示钻柱节点数，i为正整数，T_上卸扣表示所述钻具所能承受的最大上扣扭矩，T_max表示所述钻具所能承受的最大扭矩。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，获取钻井中各个钻柱节点的压力，包括：

获取所述钻井中各个测点的井眼测斜数据，并结合所述井眼测斜数据计算各个钻柱节点的组合参数；

获取所述钻井中各个钻柱节点的几何力学参数；

根据所述组合参数和所述几何力学参数，确定所述钻井中各个钻柱节点的压力。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述几何力学参数包括以下至少之一：惯性矩、极惯性矩和钻柱线浮重。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，结合所述井眼测斜数据计算各个钻柱节点的组合参数，包括：

根据所述井眼测斜数据，计算各个钻柱节点的井斜变化率和方位变化率；

结合计算得到的井斜变化率和方位变化率，确定所述各个钻柱节点的组合参数。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述平衡点的深度与预设的安全余量的差值，按照以下公式确定所述钻井的控制点深度：

L_s＝L_i-L_y

其中，L_s代表所述钻井的控制点深度，L_i表示所述平衡点的深度，L_y表示所述钻井的安全余量。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据计算得到的第二扭矩，计算所述钻井中钻具的扭转角，包括：

按照以下公式计算所述钻井中各个钻柱节点的扭转角：

其中，β_i表示第i个钻柱节点处的扭转角，ll_i表示第i个钻柱节点处的井深，ll_i-1表示第i-1个钻柱节点处的井深，G_i表示第i个钻柱节点处的剪切弹性模量，J_i表示第i个钻柱节点处的极惯性矩，Mt_i表示第i个钻柱节点处的第二扭矩；

在得到所述各个钻柱节点的扭转角之后，按照以下公式计算所述钻井中钻具的扭转角：

其中，

其中，R表示所述钻井中钻具的扭转角，φ表示从所述控制点至所述钻井的井口范围内各个钻柱节点的扭转角之和，β_i表示第i个钻柱节点处的扭转角，n表示从所述控制点至所述钻井的井口范围内钻柱节点的总个数。

9.如权利要求2所述的方法，其特征在于，按照以下公式计算所述摩阻：

F_i＝F_i-1+f_i×N_i×xh

其中，F_i表示第i个钻柱节点处的摩阻，F_i-1表示第i-1个钻柱节点处的摩阻，i表示所述钻柱节点数，i＝1,2,…,i-1,i,…，f_i表示第i个钻柱节点处的摩擦系数，N_i表示第i个钻柱节点处的压力，xh表示步长。

10.一种钻井减阻的装置，其特征在于，包括：

输出扭矩获取模块，用于获取钻井中各个钻柱节点的压力和所述钻井的输出扭矩；

平衡点确定模块，用于根据所述各个钻柱节点的压力，按照从所述钻井的钻头至井口的方向依次计算各个钻柱节点的第一扭矩，并将计算得到的第一个第一扭矩大于所述输出扭矩的钻柱节点作为所述钻井的平衡点；

控制点确定模块，用于根据所述平衡点的深度与预设的安全余量的差值，确定所述钻井的控制点深度，并将所述控制点深度对应的钻柱节点作为所述钻井的控制点；

第二扭矩计算模块，用于计算所述控制点至所述钻井的井口范围内各个钻柱节点的第二扭矩；

扭转角计算模块，用于根据计算得到的第二扭矩，计算所述钻井中钻具的扭转角；

钻具调整模块，用于根据所述扭转角对所述钻具进行调整。