CN109322653B - 井下钻柱粘滑特征的地面快速评价方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种井下钻柱粘滑特征的地面快速评价方法和装置。本发明井下钻柱粘滑特征的地面快速评价方法，包括：获取钻柱动态信息，所述钻柱动态信息包括钻柱的地面转速和地面扭矩信息，所述地面转速为预设时间间隔内地面转速的平均值，所述地面扭矩信息包括预设时间间隔内地面扭矩的最大值、最小值以及平均值；根据所述预设时间间隔内地面转速的平均值、所述预设时间间隔内地面扭矩的最大值、最小值以及平均值确定地面粘滑指数；根据所述地面粘滑指数确定井下钻柱粘滑特征，所述井下钻柱粘滑特征包括井下钻柱发生粘滑运动或井下钻柱发生涡动。本发明实施例可以准确且高效地评价井下钻柱粘滑特征。
Description
技术领域
本发明实施例涉及石油钻探工程技术，尤其涉及一种井下钻柱粘滑特征的地面快速评价方法和装置。
背景技术
石油钻探工程在油气田开发中，有着十分重要的地位。在石油钻进过程中，由于钻柱的旋转运动不可避免的受到井壁摩阻力的作用，导致井下钻具实际转速减缓甚至停转，当井下累积的扭矩足够克服井壁与钻柱之间的摩阻时，将发生瞬间释放的现象，这一现象也称粘滑运动。持续的粘滑运动会造成钻头切削刀具的破坏和井下钻具的疲劳破坏，严重的粘滑运动甚至可能致使钻具的薄弱部位扭断并脱落。因此，为了确保钻柱的安全性，对井下钻柱粘滑特征进行评价及控制显得尤为重要。
对粘滑运动的研究手段主要有理论分析法。理论分析法所用模型主要包括基于摩擦效应的单、多自由度扭摆模型和集中参数模型。利用理论分析法能够初步模拟出钻柱粘滑现象，并分析出相关参数对粘滑运动的影响情况。振动信息测量方法主要通过对钻柱振动信息进行测量，了解钻柱振动的真实特征，确定钻柱的粘滑运动。
然而，由于粘滑运动是一典型的非线性力学问题，钻头-井壁之间非稳态摩擦力的量化十分困难，所以采用数学模型分析粘滑运动时采用的摩擦力模型无法准确描述钻柱与井壁间的真实摩擦力，导致数值解与真实钻柱运动状态存在一定误差。
发明内容
本发明实施例提供一种井下钻柱粘滑特征的地面快速评价方法和装置，以准确且高效地评价井下钻柱粘滑特征。
第一方面，本发明实施例提供一种井下钻柱粘滑特征的地面快速评价方法，包括：
获取钻柱动态信息，所述钻柱动态信息包括钻柱的地面转速和地面扭矩信息，所述地面转速为预设时间间隔内地面转速的平均值，所述地面扭矩信息包括所述预设时间间隔内地面扭矩的最大值、最小值以及平均值；
根据所述预设时间间隔内地面转速的平均值、所述预设时间间隔内地面扭矩的最大值、最小值以及平均值确定地面粘滑指数；
根据所述地面粘滑指数确定井下钻柱粘滑特征，所述井下钻柱粘滑特征包括井下钻柱发生粘滑运动或井下钻柱发生涡动。
可选的，所述根据所述预设时间间隔内地面转速的平均值、所述预设时间间隔内地面扭矩的最大值、最小值以及平均值确定地面粘滑指数，包括：
根据公式
计算所述地面粘滑指数；
其中，ICS为所述地面粘滑指数，Tmax、Tmin、T0分别为所述预设时间间隔内地面扭矩的最大值、最小值及平均值，Rf为所述预设时间间隔内地面转速的平均值。
可选的，所述根据所述地面粘滑指数确定井下钻柱粘滑特征，包括：
当所述地面粘滑指数大于或等于0.4时，确定井下钻柱发生粘滑运动；
当所述地面粘滑指数小于0.4时，确定井下钻柱发生涡动。
可选的，所述获取钻柱动态信息，包括：
以预设测量频率获取所述钻柱动态信息。
可选的，所述以预设测量频率获取所述钻柱动态信息，包括：
使用录井仪以预设测量频率获取所述钻柱动态信息。
第二方面，本发明实施例提供一种井下钻柱粘滑特征的地面快速评价装置，包括：
获取模块，用于获取钻柱动态信息，所述钻柱动态信息包括钻柱的地面转速和地面扭矩信息，所述地面转速为预设时间间隔内地面转速的平均值，所述地面扭矩信息包括所述预设时间间隔内地面扭矩的最大值、最小值以及平均值；
地面粘滑指数确定模块，用于根据所述预设时间间隔内地面转速的平均值、所述预设时间间隔内地面扭矩的最大值、最小值以及平均值确定地面粘滑指数；
粘滑特征评价模块，用于根据所述地面粘滑指数确定井下钻柱粘滑特征，所述井下钻柱粘滑特征包括井下钻柱发生粘滑运动或井下钻柱发生涡动。
本发明实施例井下钻柱粘滑特征的地面快速评价方法和装置，通过获取钻柱动态信息，所述钻柱动态信息包括钻柱的地面转速和地面扭矩信息，所述地面转速为预设时间间隔内地面转速的平均值，所述地面扭矩信息包括预设时间间隔内地面扭矩的最大值、最小值以及平均值；根据所述预设时间间隔内地面转速的平均值、所述预设时间间隔内地面扭矩的最大值、最小值以及平均值确定地面粘滑指数，根据所述地面粘滑指数确定井下钻柱粘滑特征，从而根据地面粘滑指数准确且高效地评价井下钻柱粘滑特征，无需进行复杂的理论计算，亦不需要进行井下钻柱震动数据的测量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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。
图1为本发明井下钻柱粘滑特征的地面快速评价方法实施例一的流程图；
图2为本发明井下钻柱粘滑特征的地面快速评价方法实施例二的流程图；
图3A为钻头钻至4879.5m和5116.0m深度时地面转速变化示意图；
图3B为钻头钻至4879.5m和5116.0m深度时地面扭矩变化示意图；
图3C为钻头钻至4879.5m和5116.0m深度时地面粘滑指数变化示意图；
图4A为钻头钻至4879.5m深度时三轴加速度变化示意图；
图4B为钻头钻至5116.0m深度时三轴加速度变化示意图；
图5为本发明井下钻柱粘滑特征的地面快速评价装置实施例一的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明井下钻柱粘滑特征的地面快速评价方法实施例一的流程图，如图1所示，本实施例的方法可以包括：
步骤101、获取钻柱动态信息，所述钻柱动态信息包括钻柱的地面转速和地面扭矩信息，所述地面转速为预设时间间隔内地面转速的平均值，所述地面扭矩信息包括预设时间间隔内地面扭矩的最大值、最小值以及平均值。
其中，该预设时间间隔可以根据需求灵活设置。通过步骤101获取钻柱的预设时间间隔内地面转速的平均值、预设时间间隔内地面扭矩的最大值、最小值以及平均值，其中，钻柱的地面转速的单位为r/min，地面扭矩的单位为kN.m。
步骤102、根据所述预设时间间隔内地面转速的平均值、所述预设时间间隔内地面扭矩的最大值、最小值以及平均值确定地面粘滑指数。
具体的，通过在地面获取钻柱动态信息，根据钻柱动态信息中包括的参数确定地面粘滑指数。
步骤103、根据所述地面粘滑指数确定井下钻柱粘滑特征，所述井下钻柱粘滑特征包括井下钻柱发生粘滑运动或井下钻柱发生涡动。
具体的，根据地面粘滑指数可以准确且高效地评价井下钻柱粘滑特征。即确定井下钻柱发生粘滑运动或井下钻柱发生涡动，进而根据井下钻柱粘滑特征调整钻柱工作模式，例如调整钻柱转速、钻头上的钻压等，从而避免由于井下钻柱长期处于粘滑运动对钻柱造成的损坏。
上述步骤101具体可以包括：以预设测量频率获取所述钻柱动态信息。
更为具体的，本发明实施例可以使用录井仪以预设测量频率获取所述钻柱动态信息。
以预设测量频率每次获取所述钻柱动态信息，均可以执行步骤102-步骤103，以得到每个测量周期的井下钻柱粘滑特征。
本实施例，通过获取钻柱动态信息，所述钻柱动态信息包括钻柱的地面转速和地面扭矩信息，所述地面转速为预设时间间隔内地面转速的平均值，所述地面扭矩信息包括预设时间间隔内地面扭矩的最大值、最小值以及平均值，根据所述预设时间间隔内地面转速的平均值、所述预设时间间隔内地面扭矩的最大值、最小值以及平均值确定地面粘滑指数，根据所述地面粘滑指数确定井下钻柱粘滑特征，从而根据地面粘滑指数准确且高效地评价井下钻柱粘滑特征，无需进行复杂的理论计算，亦不需要进行井下钻柱震动数据的测量。
下面采用一个具体的实施例，对图1所示方法实施例的技术方案进行详细说明。
图2为本发明井下钻柱粘滑特征的地面快速评价方法实施例二的流程图，如图2所示，本实施例的方法可以包括：
步骤201、使用录井仪获取钻柱的预设时间间隔内地面转速的平均值、预设时间间隔内地面扭矩的最大值、最小值以及平均值。
步骤202、根据公式(1)计算所述地面粘滑指数。
其中，ICS为所述地面粘滑指数，Tmax、Tmin、T0分别为所述预设时间间隔内地面扭矩的最大值、最小值及平均值，Rf为预设时间间隔内地面转速的平均值。
步骤203、判断所述地面粘滑指数是否小于0.4，当所述地面粘滑指数小于0.4时，执行步骤204，当所述地面粘滑指数大于或等于0.4时，执行步骤205。
步骤204、确定井下钻柱发生涡动。
步骤205、确定井下钻柱发生粘滑运动。
当确定井下钻柱发生粘滑运动，则可以调整钻柱工作模式，例如调整钻柱转速、钻头上的钻压等，从而避免由于井下钻柱长期处于粘滑运动对钻柱造成的损坏。
本实施例，通过使用录井仪获取钻柱的预设时间间隔内地面转速的平均值、预设时间间隔内地面扭矩的最大值、最小值以及平均值，并根据获取的参数计算地面粘滑指数，当所述地面粘滑指数小于0.4时，确定井下钻柱发生涡动，当地面粘滑指数大于或等于0.4时，确定井下钻柱发生粘滑运动，从而根据地面粘滑指数准确且高效地评价井下钻柱粘滑特征，无需进行复杂的理论计算，亦不需要进行井下钻柱震动数据的测量。
并且计算地面粘滑指数所需的参数获取方便，实现成本低。
为了验证本发明实施例的井下钻柱粘滑特征的地面快速评价方法的有效性，还将使用本发明实施例的方法得到的评价结果与实测结果进行比较，具体如下所述：
本发明实施例的评价结果：
以测量频率为1Hz，通过步骤201分别获取钻头钻至4879.5m和5116.0m深度时地面转速、地面扭矩，如图3A和图3B所示，图3A为钻头钻至4879.5m和5116.0m深度时地面转速变化示意图，图3B为钻头钻至4879.5m和5116.0m深度时地面扭矩变化示意图。
通过步骤202计算钻头钻至4879.5m和5116.0m深度时地面粘滑指数，如图3C所示，图3C为钻头钻至4879.5m和5116.0m深度时地面粘滑指数变化示意图，其中计算时间间隔为10s，总时长为2min。
根据图3C可知，该井钻头钻至4879.5m深度时，地面粘滑指数均小于0.4，通过步骤203和步骤204可知，井下钻柱发生了涡动；钻头钻至5116.0m深度时，地面粘滑指数均大于0.4，通过步骤203和步骤205可知，井下钻柱发生了粘滑运动。
实测结果：
对该井4879.5m和5116.0m深度处钻柱振动实测结果进行了分析，见图4A和图4B，图4A为钻头钻至4879.5m深度时三轴加速度变化示意图，图4B为钻头钻至5116.0m深度时三轴加速度变化示意图。该测量结果为ESM井下钻柱振动测量系统所测量，测量过程中采样时间为2min，采样频率为120Hz。由附图4A可知，X、Y、Z三轴加速度均呈杂乱无章的不规则波动，钻柱处于涡动状态中。由附图4B可知，X、Y、Z三轴加速度均呈同步的周期性，X、Y值均以0值为中心线上下波动，Z值以1.0为基线上下波动。当X、Y轴加速度值接近0，Z轴加速度值约为1.0g，表明此时钻柱处于微弱振动状态，可能已停止运动；当振动剧烈时，X、Y轴加速度峰值均高达13g，Z轴加速度峰值约为2.0g，体现了钻柱在狭小井眼中的横向振动较大，轴向振动水平较弱的特征。由此可见，附图4B体现了一个“剧烈振动-弱振动-剧烈振动-弱振动”的周期性特征，属于典型的粘滑振动特征。
通过比对本发明实施例的评价结果和实测结果，利用本发明实施例的方法对钻柱粘滑特征的评价结果与实测结果相吻合，证明了本发明实施例的方法的准确性，同时，由于本发明不需要进行一些复杂的理论计算，亦不需要进行井下钻柱振动数据的测量，故它是一种快速高效的评价钻柱粘滑特征的方法。
图5为本发明井下钻柱粘滑特征的地面快速评价装置实施例一的结构示意图，如图5所示，本实施例的装置可以包括：获取模块11、地面粘滑指数确定模块12和粘滑特征评价模块13，其中，获取模块11用于获取钻柱动态信息，所述钻柱动态信息包括钻柱的地面转速和地面扭矩信息，所述地面转速为预设时间间隔内地面转速的平均值，所述地面扭矩信息包括预设时间间隔内地面扭矩的最大值、最小值以及平均值，地面粘滑指数确定模块12用于根据所述预设时间间隔内地面转速的平均值、所述预设时间间隔内地面扭矩的最大值、最小值以及平均值确定地面粘滑指数，粘滑特征评价模块13用于根据所述地面粘滑指数确定井下钻柱粘滑特征，所述井下钻柱粘滑特征包括井下钻柱发生粘滑运动或井下钻柱发生涡动。
可选的，所述地面粘滑指数确定模块12用于根据所述钻柱的地面转速、所述预设时间间隔内地面扭矩的最大值、最小值以及平均值确定地面粘滑指数，包括：
根据公式
计算所述地面粘滑指数；
其中，ICS为所述地面粘滑指数，Tmax、Tmin、T0分别为所述预设时间间隔内地面扭矩的最大值、最小值及平均值，Rf为预设时间间隔内地面转速的平均值。
可选的，所述粘滑特征评价模块13用于根据所述地面粘滑指数确定井下钻柱粘滑特征，包括：当所述地面粘滑指数大于或等于0.4时，确定井下钻柱发生粘滑运动；当所述地面粘滑指数小于0.4时，确定井下钻柱发生涡动。
可选的，所述获取模块11用于获取钻柱动态信息，包括：以预设测量频率获取所述钻柱动态信息。
可选的，所述获取模块11用于以预设测量频率获取所述钻柱动态信息，包括：使用录井仪以预设测量频率获取所述钻柱动态信息。
本实施例的装置，可以用于执行上述方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (8)
1.一种井下钻柱粘滑特征的地面快速评价方法，其特征在于，包括：
获取钻柱动态信息，所述钻柱动态信息包括钻柱的地面转速和地面扭矩信息，所述地面转速为预设时间间隔内地面转速的平均值，所述地面扭矩信息包括所述预设时间间隔内地面扭矩的最大值、最小值以及平均值；
根据所述预设时间间隔内地面转速的平均值、所述预设时间间隔内地面扭矩的最大值、最小值以及平均值确定地面粘滑指数；
根据所述地面粘滑指数确定井下钻柱粘滑特征，所述井下钻柱粘滑特征包括井下钻柱发生粘滑运动或井下钻柱发生涡动；
所述根据所述预设时间间隔内地面转速的平均值、所述预设时间间隔内地面扭矩的最大值、最小值以及平均值确定地面粘滑指数，包括：
根据公式
计算所述地面粘滑指数；
其中，ICS为所述地面粘滑指数，Tmax、Tmin、T0分别为所述预设时间间隔内地面扭矩的最大值、最小值及平均值，Rf为所述钻柱的预设时间间隔内的地面转速平均值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述地面粘滑指数确定井下钻柱粘滑特征，包括：
当所述地面粘滑指数大于或等于0.4时，确定井下钻柱发生粘滑运动；
当所述地面粘滑指数小于0.4时，确定井下钻柱发生涡动。
3.根据权利要求1至2任一项所述的方法，其特征在于，所述获取钻柱动态信息，包括：
以预设测量频率获取所述钻柱动态信息。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述以预设测量频率获取所述钻柱动态信息，包括：
使用录井仪以预设测量频率获取所述钻柱动态信息。
5.一种井下钻柱粘滑特征的地面快速评价装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取钻柱动态信息，所述钻柱动态信息包括钻柱的地面转速和地面扭矩信息，所述地面转速为预设时间间隔内地面转速的平均值，所述地面扭矩信息包括所述预设时间间隔内地面扭矩的最大值、最小值以及平均值；
地面粘滑指数确定模块，用于根据所述预设时间间隔内地面转速的平均值、所述预设时间间隔内地面扭矩的最大值、最小值以及平均值确定地面粘滑指数；
粘滑特征评价模块，用于根据所述地面粘滑指数确定井下钻柱粘滑特征，所述井下钻柱粘滑特征包括井下钻柱发生粘滑运动或井下钻柱发生涡动；
所述地面粘滑指数确定模块用于根据所述预设时间间隔内地面转速的平均值、所述预设时间间隔内地面扭矩的最大值、最小值以及平均值确定地面粘滑指数，包括：
根据公式
计算所述地面粘滑指数；
其中，ICS为所述地面粘滑指数，Tmax、Tmin、T0分别为所述预设时间间隔内地面扭矩的最大值、最小值及平均值，Rf为所述预设时间间隔内地面转速的平均值。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述粘滑特征评价模块用于根据所述地面粘滑指数确定井下钻柱粘滑特征，包括：
当所述地面粘滑指数大于或等于0.4时，确定井下钻柱发生粘滑运动；
当所述地面粘滑指数小于0.4时，确定井下钻柱发生涡动。
7.根据权利要求5至6任一项所述的装置，其特征在于，所述获取模块用于获取钻柱动态信息，包括：
以预设测量频率获取所述钻柱动态信息。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述获取模块用于以预设测量频率获取所述钻柱动态信息，包括：
使用录井仪以预设测量频率获取所述钻柱动态信息。
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