CN106321064A - 钻井参数的控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钻井参数的控制方法及装置，其涉及岩土或石油地质钻井领域，所述钻井参数的控制方法包括以下步骤：获取实时的钻井参数；根据钻井作业中的钻井参数选择得到多组数据样本；对所述数据样本所对应的钻柱作业的状态进行识别以得到所述数据样本所对应的钻柱的状态类别；基于所述钻井参数、所述数据样本、所述数据样本所对应的钻柱的状态类别得到所述数据样本的钻具能量传递指数；对所述数据样本和所述数据样本的钻具能量传递指数进行相关性分析以得到钻井参数中符合预设要求的参数；对钻井参数中符合预设要求的参数按照预设规则进行调整控制。本钻井参数的控制方法及装置能够优化钻具能量传递指数，从而提高实时钻井效率。

Description

钻井参数的控制方法及装置

技术领域

本发明涉及岩土或石油地质钻井领域，特别涉及一种钻井参数的控制方法及装置。

背景技术

长位移水平井技术已经成为开发非常规油气资源的主体技术之一。中国在页岩气、致密油气方面已成功钻成一批长位移水平井，平均水平井段长度逐步从500m增加至1500m以上。但是，长位移水平井技术相比国外仍存在较大差距，主要体现在长水平井段水平井钻井周期偏长、作业成本偏高，水平段延伸长度有限。

从钻井周期和钻井进尺数据上看，大量的钻井时间均消耗在造斜井段和水平井段钻井作业中，导致这一结果的主要原因是：在长位移水平井钻井过程中，钻井摩阻高，进而导致钻井效率低，周期长，成本高，这样以后严重影响非常规油气资源(即页岩气、致密油气等)的效益开发。

在钻井过程中，实时优化控制钻井摩阻至关重要，现有技术中多采用被动的优化方式，即在摩阻扭矩较高时明显影响钻井效率才对钻井参数进行优化，缺少一种实时优化控制钻井摩阻扭矩的方法，在钻井摩阻扭矩存在变大的趋势时候就及时进行干预，优化钻井参数，确保钻井摩阻在较小的合理范围，保持较高的钻井效率。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明实施例中提供了一种钻井参数的控制方法及装置，其能够实时监测钻井摩阻扭矩的变化趋势，并根据变化趋势优化控制钻井参数，有效遏制钻井过程中的摩阻扭矩的恶化趋势，维持钻具在井下较高的能量传递效率。

本发明实施例的具体技术方案是：

一种钻井参数的控制方法，所述钻井参数的控制方法包括以下步骤：

获取实时的钻井参数；

根据钻井作业中的钻井参数选择得到多组数据样本；

对所述数据样本所对应的钻柱作业的状态进行识别以得到所述数据样本所对应的钻柱的状态类别；

基于所述钻井参数、所述数据样本、所述数据样本所对应的钻柱的状态类别得到所述数据样本的钻具能量传递指数；

对所述数据样本和所述数据样本的钻具能量传递指数进行相关性分析以得到钻井参数中符合预设要求的参数；

对钻井参数中符合预设要求的参数按照预设规则进行调整控制。

优选地，所述钻井参数至少包括录井参数、钻柱结构参数、钻井液性能参数、井眼轨迹参数和井筒参数其中之一。

优选地，所述录井参数至少包括钻头尺寸、时间、井深、钻头位置、钻时、钩载、转速、扭矩、立压、套压、泵冲、进出口的排量和进出口的钻井液密度其中之一。

优选地，所述钻柱结构参数至少包括钻具类型、外径、内径、长度和线重其中之一。

优选地，所述钻井液性能参数至少包括塑性粘度、动切力、润滑系数其中之一，井眼轨迹参数至少包括斜深、井斜和方位其中之一，井筒参数至少包括井筒类型、下深和内径其中之一。

优选地，在所述根据钻井作业中的钻井参数中选择得到多组数据样本的步骤中，具体为，根据钻井作业中的钻井参数中获取在不同时刻下的数据样本，进而得到多组数据样本。

优选地，在所述对所述数据样本所对应的钻柱作业的状态进行识别以得到所述数据样本所对应的钻柱的状态类别的步骤中，具体为：根据所述数据样本的特征区分所述数据样本在井下钻柱的运动状态中是否为滑动钻进或旋转钻进，根据所述数据样本中的录井数据中井深与钻头位置是否相同，如果相同则将该数据样本区分为a类状态，即定向或旋转钻进；如果不相同则区分为b类状态，即起下钻或划眼；再根据a类状态中的数据样本中转速和扭矩大小将a类状态分为旋转钻进和滑动钻进，如果满足转速大于10r/m和扭矩大于1kN·m，则该数据样本的钻柱状态为旋转钻井，否则该数据样本的钻柱状态为滑动钻进；根据b类状态中转速和扭矩大小将b类状态分为划眼和起下钻，如果满足转速大于10r/m和扭矩大于1kN·m，则该数据样本的钻柱状态为划眼，否则该数据样本的钻柱状态为起下钻。

优选地，在所述基于所述钻井参数、所述数据样本、所述数据样本所对应的钻柱的状态类别得到所述数据样本的钻具能量传递指数的步骤中，所述数据样本的钻具能量传递指数的计算公式如下：

$RETI=\frac{4|F_{HKL}-F_{IHL}|}{D_b^2}+\frac{1490T_{RT}{R}_{RPM}}{V_{ROP}{D}_b^2}+\frac{14400P_{pump}Q}{V_{ROP}{D}_b^2}$

其中，RETI表示钻具能量传递指数，F_HKL表示实际大钩载荷，其单位为kN，F_IHL表示理论钩载，其单位为kN，V_ROP表示机械钻速，其单位为m/h，T_RT表示输入扭矩，kN·m，R_RPM表示钻柱转速，其单位为r/min，Ppump表示泵压，MPa，Q表示钻井排量，其单位为L/s，D_b表示钻头外径，其单位为mm。

优选地，在所述对所述数据样本和所述数据样本的钻具能量传递指数进行相关性分析以得到钻井参数中符合预设要求的参数的步骤中，具体为：对所述数据样本中的录井参数与所述数据样本的钻具能量传递指数进行相关性分析得到相关系数，根据相关系数得到所述数据样本中的录井参数中符合预设条件一的参数；对所述数据样本中的录井参数中不符合预设条件一的参数进行非线性相关性分析得到符合预设条件二的参数。

优选地，在所述对钻井参数中符合预设要求的参数按照预设规则进行调整控制的步骤中，具体为，对钻井参数中符合预设条件一的参数和符合预设条件二的参数按照预设规则进行调整控制。

一种钻井参数的控制装置，所述钻井参数的控制装置包括：

采样模块，用于根据钻井作业中的钻井参数中选择得到多组数据样本；

状态类别识别模块，用于对所述数据样本所对应的钻柱作业的状态进行识别以得到所述数据样本所对应的钻柱的状态类别；

钻具能量传递指数计算模块，用于根据所述钻井参数、所述数据样本、所述数据样本所对应的钻柱的状态类别得到所述数据样本的钻具能量传递指数；

相关性分析模块，用于对所述数据样本和所述数据样本的钻具能量传递指数进行相关性分析以得到钻井参数中符合预设要求的参数；

调整模块，用于对钻井参数中符合预设要求的参数按照预设规则进行调整控制。

在本发明实施例中的钻井参数的控制方法中创新性的提出了参数钻具能量传递指数RETI，该参数钻具能量传递指数能有效表征井下能量传递效率。通过根据实时的钻井参数实时计算参数钻具能量传递指数RETI，然后通过计算RETI与哪些钻井参数存在较大的相关性，并根据相关性量的变化特征，优化钻具能量传递指数，进而实现最佳的钻具能量传递指数控制目标，从而提高实时钻井效率。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。

图1为本发明在实施例中钻井参数的控制方法的流程图。

图2为本发明实施例中钻井参数的控制装置的结构示意图。

具体实施方式

结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。

目前国内水平井钻井过程中，对摩阻的管理优化多采用被动优化方式，即设计阶段，通过对已钻井的摩阻分析，优化出相对合理的钻井工艺参数并写入钻井工程设计中；在钻井过程中，执行钻井设计参数以控制摩阻，一旦发现摩阻扭矩恶化甚至出现钻井复杂情况后，才查摆问题原因，并对钻井工艺参数进一步优化，更改钻井设计，执行新的钻井参数，降低摩阻。申请人发现这种优化方式存在诸多问题。该优化方式不能及时发现摩阻的恶化趋势，查摆问题时间较长，无法保证钻井作业始终处于低摩阻状态下工作，最终影响水平井段大位移延伸时的作业效率，严重时影响井段延伸长度，甚至无法完成预定钻井井段作业。其次，只有在摩阻相对较为严重甚至已经酿成一定的钻井复杂或事故时才采取一定的措施，经优化后虽然采用新的钻井工艺参数一定程度上降低了摩阻，但是高摩阻扭矩下形成的诸如轨迹质量、井径质量、井眼键槽等关键影响因素无法改变，影响后续钻井作业时的摩阻。同时，该优化方式调整并优化钻井工艺参数过程复杂，时效性较差，遇高摩阻时，反复上提下放或大幅摆动钻具影响作业效率，增加钻井辅助作业时间，在常规油气开发中影响资源的高效开发，在非常规油气钻井中影响资源的有效开发。因此，申请人提出了一种钻井参数的控制方法，图1为本发明在实施例中钻井参数的控制方法的流程图，如图1所示，所述钻井参数的控制方法包括以下步骤：

S101：获取实时的钻井参数。

获取钻井参数，其中，所述钻井参数至少包括录井参数、钻柱结构参数、钻井液性能参数、井眼轨迹参数和井筒参数其中之一。所述录井参数至少包括钻头尺寸、时间、井深、钻头位置、钻时、钩载、转速、扭矩、立压、套压、泵冲、进出口的排量和进出口的钻井液密度其中之一。所述钻柱结构参数至少包括钻具类型、外径、内径、长度和线重其中之一。所述钻井液性能参数至少包括塑性粘度、动切力、润滑系数其中之一。井眼轨迹参数至少包括斜深、井斜和方位其中之一。井筒参数至少包括井筒类型、下深和内径其中之一。上述钻井参数的获取可以采用手动获取，如直接手动录入计算机系统中，也可以根据钻井实时录井系统提供的接口，由计算机自动导入。当然的，也可以同时采用以上两种方法，部分数据通过录井系统直接自动导入，部分数据手动录入。

S102：根据钻井作业中的钻井参数选择得到多组数据样本。

根据上述钻井参数，将钻井作业中某一时刻的数据作为一组数据样本，获取多个不同时刻下的数据进而得到多组数据样本。在实际钻井作业中，每个时刻均有一组录井数据，为了分析钻井摩阻的变化趋势，需要从众多的钻井参数中的录井数据选择出与当前研究状态相关性较高的数据样本，即需要对样本数据的进行合理的选择。反映当前钻井状态的数据可以选择离井底位置50m以内、钻柱运动状态相同的数据样本，样本容量选择在40至100组左右进行分析；反映井筒某位置的井下状况的数据选择此位置附近2m以内，相同钻柱运动状态的数据样本进行分析。每一个数据样本的钻柱运动状态可以通过计算获得，下一步骤中有详细说明。

S103：对所述数据样本所对应的钻柱作业的状态进行识别以得到所述数据样本所对应的钻柱的状态类别。

根据所述数据样本的特征区分所述数据样本在井下钻柱的运动状态中是否为滑动钻进或旋转钻进，根据所述数据样本中的录井数据中井深与钻头位置是否相同，如果相同则将该数据样本区分为a类状态，即定向或旋转钻进；如果不相同则区分为b类状态，即起下钻或划眼；再根据a类状态中的数据样本中转速和扭矩大小将a类状态分为旋转钻进和滑动钻进，如果满足转速大于10r/m和扭矩大于1kN·m，则该数据样本的钻柱状态为旋转钻井，否则该数据样本的钻柱状态为滑动钻进。获得数据样本所对应的钻柱的状态类别后，可以从多组样本数据中帅选出与当前研究状态相关性较高的数据样本以进行下一步骤。

S104：基于所述钻井参数、所述数据样本、所述数据样本所对应的钻柱的状态类别得到所述数据样本的钻具能量传递指数。

在水平井中，受钻井摩阻扭矩影响，井口输出钻井能量较大，实际到钻头破岩的功率较小，大部分的钻井能量消耗在钻具能量传递过程中，钻头实际所获得岩石破碎功只占较小部分，钻头在传递岩石破碎功实现破碎岩石时总要损失的那一部分能量相对更小。

对于水平井，水平井段内钻井所面临的地质对象岩性相对单一，钻头破碎岩石所需的能量相对稳定，破碎单位体积岩石所需的岩石破碎能相对较稳定。定义实际岩石破碎能量与钻井井口输入能量的比值为钻具能量传递效率η，η的大小表征了钻井能量在井下传递过程中损失程度的低与高。因实际钻头破碎岩石的能量只有一小部分，η的大小主要反映井下摩阻扭矩的变化。摩阻扭矩越大，η越小。因此可以利用η的变化作为描述井下钻井摩阻扭矩变化的一个参数，根据η大小变化情况，及时调整钻井作业措施及参数，实现对摩阻扭矩的管理。钻井井口输入能量一般主要有加载的钻压能量、加载的扭矩能量、高压流体压力能三大类。

根据实际大钩载荷、理论钩载和机械钻速得到钻压能量，其具体计算公式如下：

$E_{WOB}=\frac{|F_{HKL}-F_{IHL}|v_{ROP}}{3.6\×{10}^3}$

其中，E_WOB表示单位时间输入的钻压能量，单位为kW；F_HKL表示实际大钩载荷，单位为kN，F_IHL表示理论钩载，单位为kN，v_ROP表示机械钻速，单位为m/h。

根据输入扭矩和钻柱转速得到单位时间输入的扭矩能量，其具体计算公式如下：

E_Torque＝0.104T_RTR_RPM

其中，E_Torque表示单位时间扭矩输入能量，即扭矩输入功率，单位为kW，T_RT表示输入扭矩，单位为kN·m，R_RPM表示钻柱转速，单位为r/min。

根据钻井排量和泵压得到单位时间输入的高压流体压力能，其具体计算公式如下：

E_Pump＝P_pumpQ

其中，E_Pump表示单位时间输入的高压流体压力能，即高压流体压力能输入功率，单位为kW，P_Pump表示泵压，单位为MPa，Q表示钻井排量，单位为L/s。

根据钻压能量、加载的扭矩能量、高压流体压力能得到钻机井口钻柱输入能量，其具体计算公式如下：

E_Input＝E_WOB+E_Torque+E_pump

即：

其中，E_Input表示钻机井口钻柱输入能量，E_Torque表示单位时间扭矩输入能量，E_Pump表示单位时间输入的高压流体压力能，E_WOB表示单位时间输入的钻压能量，F_HKL表示实际大钩载荷，单位为kN，F_IHL表示理论钩载，单位为kN，v_ROP表示机械钻速，单位为m/h，T_RT表示输入扭矩，单位为kN·m，R_RPM表示钻柱转速，单位为r/min，P_Pump表示泵压，单位为MPa，Q表示钻井排量，单位为L/s。

若单位体积的岩石破碎能为E_f，则单位时间传递到岩石的有效破岩能量为：

$E_{Output}=\frac{{\mathrm{\πE}}_r{v}_{ROP}{D_b}^2}{1.44\×{10}^{10}}$

其中，v_ROP表示机械钻速，单位为m/h；D_b表示钻头外径，单位为mm，E_f表示单位体积的岩石破碎能，E_output表示单位时间传递到岩石的有效破岩能量。

根据单位时间传递到岩石的有效破岩能量和钻机井口钻柱输入能量得到钻具能量传递效率η，其具体计算公式如下：

$\mathrm{\η}=\frac{E_{Output}}{E_{Input}},$

将上述公式中的各参数带入，转化后得到：

$\frac{1}{\mathrm{\η}}=\frac{4\×{10}^6|P_{HKL}-F_{IHL}|}{{\mathrm{\πE}}_f{D_b}^2}+\frac{1.49\×{10}^9{T}_{RT}{R}_{RPM}}{{\mathrm{\πE}}_f{v}_{ROP}{D_b}^2}+\frac{1.44\×{10}^{10}{P}_{pump}Q}{{\mathrm{\πE}}_f{v}_{ROP}{D_b}^2},$

再将公式进行调整，进而得到：

$\frac{{\mathrm{\πE}}_f}{\mathrm{\η}}\×{10}^{-6}=\frac{4|F_{HKL}-F_{IHL}|}{{D_b}^2}+\frac{1490T_{RT}{R}_{RPM}}{v_{ROP}{D_b}^2}+\frac{14400P_{pump}Q}{v_{ROP}{D_b}^2},$

将上述式中等号左边定义为钻具能量传递指数RETI(Rig Energy TransmissionIndex)，对与当前研究状态相关性较高的数据样本结合钻井参数进行钻具能量传递指数(RETI)计算，于是得到:

$RETI=\frac{4|F_{HKL}-F_{IHL}|}{D_b^2}+\frac{1490T_{RT}{R}_{RPM}}{V_{ROP}{D}_b^2}+\frac{14400P_{pump}Q}{V_{ROP}{D}_b^2}$

其中，RETI表示钻具能量传递指数，F_HKL表示实际大钩载荷，其单位为kN，F_IHL表示理论钩载，其单位为kN，V_ROP表示机械钻速，其单位为m/h，T_RT表示输入扭矩，其单位为kN·m，R_RPM表示钻柱转速，其单位为r/min，P_pump表示泵压，其单位为MPa，Q表示钻井排量，其单位为L/s，D_b表示钻头外径，其单位为mm。

通过钻具能量传递指数RETI间接掌握钻井摩阻扭矩的变化趋势，RETI指数增加，摩阻扭矩增加，RETI指数减小，摩阻扭矩相对较低，钻具能量传递指数越小，表明井下能量传递效率越高，井下钻井效率越佳。钻具能量传递指数只有当V_ROP不为零时才能计算得到，所以只有钻柱运动状态为旋转钻进和滑动钻进两种状态时才能计算钻具能量传递指数。在上述计算过程中实际大钩载荷F_HKL可以根据钻井参数数据中的录井参数、钻柱结构参数、钻井液性能参数、井眼轨迹参数、井筒参数计算得到，实际大钩载荷F_HKL计算方式为本领域现有的常规技术方法，在此不再累述。能量传递效率η越高，钻具能量传递指数RETI越小。正常钻井时，钻井参数维持相对稳定范围内，RETI也维持在一个正常较小范围内。一旦井下条件改变时，RETI相应发生改变，当RETI明显增加时，反映破碎单位体积岩石的井口输入能量增加，可认为井下状态发生改变，如钻井摩阻扭矩增加、井眼清洁效果差等。

S105：对所述数据样本和所述数据样本的钻具能量传递指数进行相关性分析以得到钻井参数中符合预设要求的参数。

对与当前研究状态相关性较高的数据样本中钻井参数中的录井参数与所述数据样本的钻具能量传递指数进行相关性分析得到相关系数，根据相关系数得到所述数据样本中的录井参数中符合预设条件一的参数；对所述数据样本中的录井参数中不符合预设条件一的参数进行非线性相关性分析得到符合预设条件二的参数。

本申请中主要采用线性相关性分析和非线性分析。线性相关分析主要分析数据样本中录井参数中的钻压、扭矩、泵压、转速、排量、钻井液密度、钻井液性能参数与该数据样本的钻具能量传递指数之间的相关性。例如，可以设录井参数的数据样本总体为X(X₁，X₂，…，X_m)，其中m为样本容量，数据样本中录井参数中某个参数的量为Pm＝(p₁，p₂，…p_m)，数据样本对应的钻具能量传递指数为U_m＝(u₁，u₂，…u_m)，计算钻具能量传递指数和录井参数中某个参数的数学期望和标准方差，计算公式分别为：

$E\left(U_m\right)=\frac{1}{m}{\mathrm{\Σ}}_1^m{u}_i;$

$D\left(U_m\right)=\sqrt{\frac{1}{m-1}{\mathrm{\Σ}}_1^m{(u_i-E(U_m\left)\right)}^2};$

$E\left(P_m\right)=\frac{1}{m}{\mathrm{\Σ}}_1^m{p}_i;$

$D\left(P_m\right)=\sqrt{\frac{1}{m-1}{\mathrm{\Σ}}_1^m{(p_i-E(P_m\left)\right)}^2};$

其中，E(U_m)表示钻具能量传递指数的数学期望，D(U_m)表示钻具能量传递指数的数学期望，E(P_m)表示录井参数中某个参数的数学期望，D(P_m)表示录井参数中某个参数的标准方差。

再计算钻具能量传递指数U_m与录井参数中某个参数P_m的相关系数，其计算公式如下：

${\mathrm{\ρ}}_{U_m,P_m}=\frac{E\left(P_m{U}_m\right)-E\left(U_m\right)E\left(P_m\right)}{\sqrt{D\left(P_m\right)}*\sqrt{D\left(U_m\right)}}$

其中，E(P_mU_m)表示钻具能量传递指数乘以录井参数中某个参数的数学期望，ρ(U_m，P_m)表示钻具能量传递指数U_m与录井参数中某个参数P_m的相关系数，E(U_m)表示钻具能量传递指数的数学期望，D(U_m)表示钻具能量传递指数的数学期望，E(P_m)表示录井参数中某个参数的数学期望，D(P_m)表示录井参数中某个参数的标准方差。

预设条件一可以设置为|ρ(U_m，P_m)|≥0.5。满足预设条件一则认为钻具能量传递指数的变化与录井参数中的该参数的相关程度较好，应重视该参数的调整。依次对录井参数中的钻压、扭矩、泵压、转速、排量、钻井液密度、钻井液性能参数与钻具能量传递指数之间进行相关性计算，找出满足|ρ(U_m，P_m)|≥0.5录井参数中的其它参数；对于|ρ(U_m，P_m)|<0.5的录井参数中的参数则再进行非线性相关性分析。

在进行非线性相关分析时，需要对分析的钻具能量传递指数(将U_m替代表1中的y，转变为参数z_m)和钻井参数(将P_m替代表1中的x，转变为w_m)进行转换处理，具体转换方式如表1中所示。采用最小二乘法可计算z_m和w_m之间的线性回归方程z＝a+bw，最小二乘法为常规的现有方法，这里不再赘述。根据线性回归方程，可以计算出不同的P_m下的对应的回归U_m’，根据U_m和U_m’计算非线性相关指数R和剩余标准差S，其具体计算公式如下：

$R^2=1-\frac{{\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^m{(U_i-{\hat{U}}_i)}^2}{{\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^m{(U_i-{\stackrel{\&OverBar;}{U}}_i)}^2}$

$S=\sqrt{\frac{{\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^m{(U_i-{\hat{U}}_i)}^2}{m-2}}$

其中，U_i表示钻具能量传递指数，表示因变量的回归值；表示因变量的数学期望。

表1常见非线性样本线性化转换方法

依次采用表1中不同的非线性回归方法计算钻井参数P_m与钻具能量传递指数U_m之间的R²，得到最大的R²时的非线性回归方程。预设条件二设置为R²>0.3,如果R²满足预设条件二，则认为数据样本中录井参数中该参数Pm与钻具能量传递指数U_m相关性较大，根据非线性回归方程的变化规律调整录井参数中该参数Pm，进而降低U_m值。

S106：对钻井参数中符合预设要求的参数按照预设规则进行调整控制。

根据上述步骤可以得到钻井参数中的录井参数中哪些参数P_m与U_m相关程度较好。若相关性为线性相关，根据ρ(U_m，P_m)的正负号，可得到变量U_m与P_m之间正向或反向变化关系，从而得到录井参数中哪些参数应相应减少或增加以调整控制优化。调整的量可以按照参数P_m值的2％至20％大小调整，进而观察实际钻井情况，根据钻具能量传递指数反馈的变化情况，可以继续采用上述步骤进而持续控制优化钻井参数中的录井参数，保证钻井的摩阻始终处于较低的状态。若相关性为非线性相关，则根据相关函数表达式，增加或减小参数P_m值的2％至20％后根据U_m值的减小量最大的情况，选择增加或减小参数Pm值的2％至20％进行钻井参数的优化。若不存在相关程度较好的录井参数，则延迟一定的时间T，如1min后再次开始上述步骤，以及时发现钻具能量传递指数最小化时的钻井参数的优化方向，这里的T可以由现场作业人员自动设置，但不宜超过20min。

本申请中钻井参数的控制方法可以根据实时的钻井参数，实时计算表征井下能量传递效率的参数钻具能量传递指数RETI，通过计算RETI与哪些钻井参数存在较大的相关性，并根据相关性量的变化特征，优化钻具能量传递指数，进而实现最佳的钻具能量传递指数控制目标，从而提高实时钻井效率。

本申请中还提出了一种钻井参数的控制装置，图2为本发明实施例中钻井参数的控制装置的结构示意图，如图2所示，所述钻井参数的控制装置包括：

采样模块，用于根据钻井作业中的钻井参数中选择得到多组数据样本。

状态类别识别模块，用于对所述数据样本所对应的钻柱作业的状态进行识别以得到所述数据样本所对应的钻柱的状态类别。

钻具能量传递指数计算模块，用于根据所述钻井参数、所述数据样本、所述数据样本所对应的钻柱的状态类别得到所述数据样本的钻具能量传递指数。

相关性分析模块，用于对所述数据样本和所述数据样本的钻具能量传递指数进行相关性分析以得到钻井参数中符合预设要求的参数。

调整模块，用于对钻井参数中符合预设要求的参数按照预设规则进行调整控制。

在20世纪90年代，对于一个技术的改进可以很明显地区分是硬件上的改进(例如，对二极管、晶体管、开关等电路结构的改进)还是软件上的改进(对于方法流程的改进)。然而，随着技术的发展，当今的很多方法流程的改进已经可以视为硬件电路结构的直接改进。设计人员几乎都通过将改进的方法流程编程到硬件电路中来得到相应的硬件电路结构。因此，不能说一个方法流程的改进就不能用硬件实体模块来实现。例如，可编程逻辑器件(Programmable Logic Device,PLD)(例如现场可编程门阵列(Field Programmable GateArray，FPGA))就是这样一种集成电路，其逻辑功能由用户对器件编程来确定。由设计人员自行编程来把一个数字系统“集成”在一片PLD上，而不需要请芯片制造厂商来设计和制作专用的集成电路芯片。而且，如今，取代手工地制作集成电路芯片，这种编程也多半改用“逻辑编译器(logic compiler)”软件来实现，它与程序开发撰写时所用的软件编译器相类似，而要编译之前的原始代码也得用特定的编程语言来撰写，此称之为硬件描述语言(Hardware Description Language，HDL)，而HDL也并非仅有一种，而是有许多种，如ABEL(Advanced Boolean Expression Language)、AHDL(Altera Hardware DescriptionLanguage)、Confluence、CUPL(Cornell University Programming Language)、HDCal、JHDL(Java Hardware Description Language)、Lava、Lola、MyHDL、PALASM、RHDL(RubyHardware Description Language)等，目前最普遍使用的是VHDL(Very-High-SpeedIntegrated Circuit Hardware Description Language)与Verilog。本领域技术人员也应该清楚，只需要将方法流程用上述几种硬件描述语言稍作逻辑编程并编程到集成电路中，就可以很容易得到实现该逻辑方法流程的硬件电路。

控制器可以按任何适当的方式实现，例如，控制器可以采取例如微处理器或处理器以及存储可由该(微)处理器执行的计算机可读程序代码(例如软件或固件)的计算机可读介质、逻辑门、开关、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器的形式，控制器的例子包括但不限于以下微控制器：ARC 625D、Atmel AT91SAM、Microchip PIC18F26K20以及Silicone Labs C8051F320，存储器控制器还可以被实现为存储器的控制逻辑的一部分。

本领域技术人员也知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现控制器以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得控制器以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器等的形式来实现相同功能。因此这种控制器可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置也可以视为硬件部件内的结构。或者甚至，可以将用于实现各种功能的装置视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。

上述实施例阐明的系统、装置、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。

为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。该计算机软件产品可以包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。该计算机软件产品可以存储在内存中，内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括短暂电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。

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见即可，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，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

本申请可用于众多通用或专用的计算机系统环境或配置中。例如：个人计算机、服务器计算机、手持设备或便携式设备、平板型设备、多处理器系统、基于微处理器的系统、置顶盒、可编程的消费电子设备、网络PC、小型计算机、大型计算机、包括以上任何系统或设备的分布式计算环境等等。

本申请可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。

虽然通过实施例描绘了本申请，本领域普通技术人员知道，本申请有许多变形和变化而不脱离本申请的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本申请的精神。

Claims (11)

1.一种钻井参数的控制方法，其特征在于，所述钻井参数的控制方法包括以下步骤：

获取实时的钻井参数；

根据钻井作业中的钻井参数选择得到多组数据样本；

对所述数据样本所对应的钻柱作业的状态进行识别以得到所述数据样本所对应的钻柱的状态类别；

基于所述钻井参数、所述数据样本、所述数据样本所对应的钻柱的状态类别得到所述数据样本的钻具能量传递指数；

对所述数据样本和所述数据样本的钻具能量传递指数进行相关性分析以得到钻井参数中符合预设要求的参数；

对钻井参数中符合预设要求的参数按照预设规则进行调整控制。

2.根据权利要求1所述的钻井参数的控制方法，其特征在于，所述钻井参数至少包括录井参数、钻柱结构参数、钻井液性能参数、井眼轨迹参数和井筒参数其中之一。

3.根据权利要求2所述的钻井参数的控制方法，其特征在于，所述录井参数至少包括钻头尺寸、时间、井深、钻头位置、钻时、钩载、转速、扭矩、立压、套压、泵冲、进出口的排量和进出口的钻井液密度其中之一。

4.根据权利要求2所述的钻井参数的控制方法，其特征在于，所述钻柱结构参数至少包括钻具类型、外径、内径、长度和线重其中之一。

5.根据权利要求2所述的钻井参数的控制方法，其特征在于，所述钻井液性能参数至少包括塑性粘度、动切力、润滑系数其中之一，井眼轨迹参数至少包括斜深、井斜和方位其中之一，井筒参数至少包括井筒类型、下深和内径其中之一。

6.根据权利要求1所述的钻井参数的控制方法，其特征在于，在所述根据钻井作业中的钻井参数中选择得到多组数据样本的步骤中，具体为，根据钻井作业中的钻井参数中获取在不同时刻下的数据样本，进而得到多组数据样本。

7.根据权利要求1所述的钻井参数的控制方法，其特征在于，在所述对所述数据样本所对应的钻柱作业的状态进行识别以得到所述数据样本所对应的钻柱的状态类别的步骤中，具体为：根据所述数据样本的特征区分所述数据样本在井下钻柱的运动状态中是否为滑动钻进或旋转钻进，根据所述数据样本中的录井数据中井深与钻头位置是否相同，如果相同则将该数据样本区分为a类状态，即定向或旋转钻进；如果不相同则区分为b类状态，即起下钻或划眼；再根据a类状态中的数据样本中转速和扭矩大小将a类状态分为旋转钻进和滑动钻进，如果满足转速大于10r/m和扭矩大于1kN·m，则该数据样本的钻柱状态为旋转钻井，否则该数据样本的钻柱状态为滑动钻进；根据b类状态中转速和扭矩大小将b类状态分为划眼和起下钻，如果满足转速大于10r/m和扭矩大于1kN·m，则该数据样本的钻柱状态为划眼，否则该数据样本的钻柱状态为起下钻。

8.根据权利要求1所述的钻井参数的控制方法，其特征在于，在所述基于所述钻井参数、所述数据样本、所述数据样本所对应的钻柱的状态类别得到所述数据样本的钻具能量传递指数的步骤中，所述数据样本的钻具能量传递指数的计算公式如下：

$RETI=\frac{4|F_{HKL}-F_{IHL}|}{D_b^2}+\frac{1490T_{RT}{R}_{RPM}}{V_{ROP}{D}_b^2}+\frac{14400P_{pump}Q}{V_{ROP}{D}_b^2}$

其中，RETI表示钻具能量传递指数，F_HKL表示实际大钩载荷，其单位为kN，F_IHL表示理论钩载，其单位为kN，V_ROP表示机械钻速，其单位为m/h，T_RT表示输入扭矩，kN·m，R_RPM表示钻柱转速，其单位为r/min，P_pump表示泵压，MPa，Q表示钻井排量，其单位为L/s，D_b表示钻头外径，其单位为mm。

9.根据权利要求1所述的钻井参数的控制方法，其特征在于，在所述对所述数据样本和所述数据样本的钻具能量传递指数进行相关性分析以得到钻井参数中符合预设要求的参数的步骤中，具体为：对所述数据样本中的录井参数与所述数据样本的钻具能量传递指数进行相关性分析得到相关系数，根据相关系数得到所述数据样本中的录井参数中符合预设条件一的参数；对所述数据样本中的录井参数中不符合预设条件一的参数进行非线性相关性分析得到符合预设条件二的参数。

10.根据权利要求9所述的钻井参数的控制方法，其特征在于，在所述对钻井参数中符合预设要求的参数按照预设规则进行调整控制的步骤中，具体为，对钻井参数中符合预设条件一的参数和符合预设条件二的参数按照预设规则进行调整控制。

11.一种钻井参数的控制装置，其特征在于，所述钻井参数的控制装置包括：

采样模块，用于根据钻井作业中的钻井参数中选择得到多组数据样本；

状态类别识别模块，用于对所述数据样本所对应的钻柱作业的状态进行识别以得到所述数据样本所对应的钻柱的状态类别；

钻具能量传递指数计算模块，用于根据所述钻井参数、所述数据样本、所述数据样本所对应的钻柱的状态类别得到所述数据样本的钻具能量传递指数；

相关性分析模块，用于对所述数据样本和所述数据样本的钻具能量传递指数进行相关性分析以得到钻井参数中符合预设要求的参数；

调整模块，用于对钻井参数中符合预设要求的参数按照预设规则进行调整控制。