CN109779607A - 一种基于井径不规则度的下套管摩阻系数确定方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于井径不规则度的下套管摩阻系数确定方法及系统，本方法通过裸眼段的井径系列数据及裸眼段大钩载荷数据，能快速确定不同地层条件下的下套管摩阻系数，并提高下套管摩阻计算准确性。

Description

一种基于井径不规则度的下套管摩阻系数确定方法及系统

技术领域

本发明涉及石油钻采工程固井技术领域，特别涉及一种基于井径不规则度的下套管摩阻系数确定方法及系统。

背景技术

随着非常规油气资源开发规模的不断扩大，长水平段水平井也越来越多。在这类水平井固井过程中，为了保证套管的顺利下入，准确计算下套管摩阻十分关键。然而在计算下套管摩阻时，摩阻系数的确定一直是业界的一个难题，井壁的摩擦状态不同，导致摩阻系数差异较大。目前油田企业在确定下套管摩阻系数时多取经验值进行计算，难以适应不同地层的计算需要。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种基于井径不规则度的下套管摩阻系数确定方法及系统，根据井径不规则度快速确定井壁摩阻系数，为下套管摩阻计算提供数据支撑。

为实现上述目的，本发明公开一种基于井径不规则度的下套管摩阻系数确定方法，所述方法包括以下步骤：

S1、从钻井施工记录中获取上层套管及裸眼段的井径系列数据；

S2、根据裸眼段的井径系列数据，每m个测点取一段井径数据，求取分段后的平均井径、轴向长度和平均井斜角，同时计算该段井径不规则度，所述平均井径为m个测点对应井径的算术平均值、所述轴向长度m个测点对应井径的轴向长度之和，所述平均井斜角为m个测点对应井斜角的算术平均值；

S3、从下套管施工记录中提取套管下至上层套管鞋处，以及套管下至每个分段底深处的大钩载荷数据；

S4、根据大钩载荷及相关数据计算出每个分段的下套管摩阻系数；

S5、根据计算得到的各段井径不规则度和下套管摩阻系数，绘制下套管摩阻系数随井径不规则度变化曲线，并拟合得到下套管摩阻系数与井径不规则度的变化关系式。

在上述技术方案中，所述步骤S1中，获取的数据包括上层套管的内径Dc₀、轴向长度Lc₀、平均井斜角θ₀，裸眼段的井径系列数据包括井径Dh_j，轴向长度Lh_j，平均井斜角θ_j，j的取值范围为1,2…n，n为井径测井点的个数，套管线重q_c，套管密度ρ_c，钻井液密度ρ_d。

在上述技术方案中，所述步骤S2中分段后的平均井径为D_ck、轴向长度为L_ck和平均井斜角为θ_ck，井径不规则度为λ_k，k取值范围1,2….x，其中x＝n/m，k为分段后的井径段数，计算公式为

在上述技术方案中，所述步骤S3中，套管下至上层套管鞋处的大钩载荷记为P₀，将套管下至分段后每个裸眼段底深处的大钩载荷从上到下依次为P₁～P_k。

在上述技术方案中，所述步骤S4中包括以下步骤：

S41、根据套管下至上一段底深处的大钩载荷数据P_k-1以及当前裸眼段的长度、井斜、套管线重、套管密度、钻井液密度数据计算出套管下至当前裸眼段底深处的大钩载荷数据为P_k计算

＝P_k-1+(0.0098×q_c×L_ck×cosθ_ck―μ_k×0.0098×q_c×L_ck×sinθ_ck)×(1―ρ_d/ρ_c)；

S42、令上述计算得出的当前裸眼段底深处的大钩载荷数据P_k计算等于实测出的当前裸眼段底深处的大钩载荷数据 P_k，即P_k计算＝P_k，由此可计算出当前裸眼段内的下套管摩阻系数μ_k；

本发明还公开一种基于井径不规则度的下套管摩阻系数确定系统，所述系统包括获取模块、第一计算模块、记录模块、第二计算模块以及拟合模块；

获取模块，用于根据从钻井施工记录中获取上层套管及裸眼段的井径系列数据；

第一计算模块，用于根据裸眼段的井径系列数据，每m 个测点取一段井径数据，求取分段后的平均井径、轴向长度和平均井斜角，同时计算该段井径不规则度，所述平均井径为m个测点对应井径的算术平均值、所述轴向长度m个测点对应井径的轴向长度之和，所述平均井斜角为m个测点对应井斜角的算术平均值；

记录模块，用于从下套管施工记录中提取套管下至上层套管鞋处，以及套管下至分段后每个裸眼段底深处的大钩载荷数据；

第二计算模块，用于根据套管下至上一段底深处的大钩载荷数据以及当前裸眼段的长度、井斜、套管线重、套管密度、钻井液密度数据计算出当前裸眼段的下套管摩阻系数；

拟合模块，用于根据计算得出的各段井径不规则度和下套管摩阻系数，绘制下套管摩阻系数随井径不规则度变化曲线，并拟合得到下套管摩阻系数与井径不规则度的变化关系式。

本发明一种基于井径不规则度的下套管摩阻系数确定方法及系统，具有以下有益效果：本方法通过裸眼段的井径系列数据及裸眼段下套管大钩载荷数据，能快速确定不同地层条件下的下套管摩阻系数，并提高下套管摩阻计算准确性。

附图说明

图1为本发明一种基于井径不规则度的下套管摩阻系数确定方法流程图；

图2为本发明实施例下套管摩阻系数随井径不规则度变化曲线图；

图3为本发明一种基于井径不规则度的下套管摩阻系数确定系统模块图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述，本发明提供一种基于井径不规则度的下套管摩阻系数确定方法，所述方法包括以下步骤，如图1所示：

S1、从钻井施工记录中获取上层套管及裸眼段的井径系列数据；

其中，所述步骤S1中，获取的数据包括上层套管的内径Dc₀、轴向长度Lc₀、平均井斜角θ₀，裸眼段的井径系列数据包括井径Dh_j，轴向长度Lh_j，平均井斜角θ_j，j的取值范围为1,2…n，n为井径测井点的个数，套管线重q_c，套管密度ρ_c，钻井液密度ρ_d。

S2、根据裸眼段的井径系列数据，每m个测点取一段井径数据，求取分段后的平均井径、轴向长度和平均井斜角，同时计算该段井径不规则度，所述平均井径为m个测点对应井径的算术平均值、所述轴向长度m个测点对应井径的轴向长度之和，所述平均井斜角为m个测点对应井斜角的算术平均值；

其中，所述步骤S2中分段后的平均井径为D_ck、轴向长度为L_ck和平均井斜角为θ_ck，井径不规则度为λ_k，k取值范围1,2….x，其中x＝n/m，k为分段后的井径段数，计算公式为

S3、从下套管施工记录中提取套管下至上层套管鞋处，以及套管下至每个分段底深处的大钩载荷数据；

其中，所述步骤S3中，套管下至上层套管鞋处的大钩载荷记为P₀，将套管下至分段后每个裸眼段底深处的大钩载荷从上到下依次为P₁～P_k。

S4、根据大钩载荷及相关数据计算出每个分段的下套管摩阻系数；

其中，所述步骤S4中包括以下步骤：

S41、根据套管下至上一段底深处的大钩载荷数据P_k-1以及当前裸眼段的长度、井斜、套管线重、套管密度、钻井液密度数据计算出套管下至当前裸眼段底深处的大钩载荷数据为P_k计算

＝P_k-1+(0.0098×q_c×L_ck×cosθ_ck―μ_k×0.0098×q_c×L_ck×sinθ_ck)×(1―ρ_d/ρ_c)；

S42、令上述计算得出的当前裸眼段底深处的大钩载荷数据P_k计算等于实测出的当前裸眼段底深处的大钩载荷数据 P_k，即P_k计算＝P_k，由此可计算出当前裸眼段内的下套管摩阻系数μ_k；

S5、根据计算得到的各段井径不规则度和下套管摩阻系数，绘制下套管摩阻系数随井径不规则度变化曲线，并拟合得到下套管摩阻系数与井径不规则度的变化关系式。

通过以下实施例对本发明做进一步的说明。

1、获取上层套管的长度Lc₀＝500m，平均井斜角θ₀＝0，以及裸眼段的井径系列数据如表1所示，套管线重 q_c＝34.23kg/m，套管密度ρ_c＝7.85g/cm³，钻井液密度ρ_d＝1.14g/cm³。

表1井径测井数据

2.分析裸眼段的井径系列数据情况，一共有40个井径测井点，每5个测点取一段井径数据，即每50米为一个井径段，可分为8个测井段。求取每个测井段的平均井径D_ck，并计算该段井径的井径不规则度λ_k得出的数据如表2所示，其中k＝1,2….8。

表2井径不规则度计算数据

3.套管下至上层套管鞋处的大钩载荷为P0＝143.52kN，套管下至每个井径测井段底深的大钩载荷从上到下依次实测数据如表3所示。

表3实测大钩载荷数据

4.根据上述数据带入公式中得出：

P₁＝143.52+(0.0098×34.23×50×cos3―μ₁×0.0098×34.23 ×50×sin3)×(1―1.14/7.85)

将实测P₁＝157.64代入上式可求得摩阻系数μ₁＝0.27，依据此方法往下类推，可以计算出每个井径测井段的摩阻系数μ₂～μ_k，如表4所示。

表4裸眼段摩阻系数计算表

5.整理数据得到每个井径测井段的井径不规则度λ_k和摩阻系数μ_k其中k＝1,2….8，运用软件绘制摩阻系数μ_k随井径不规则度λ_k变化曲线如图2所示。

运用软件拟合得到摩阻系数关于井径不规则度的关系式为：y＝-0.01x²+0.072x+0.21，可以推广到同区块其他井使用，便于快速确定下套管摩阻系数。

本发明还公开一种基于井径不规则度的下套管摩阻系数确定系统，所述系统包括获取模块、第一计算模块、记录模块、第二计算模块以及拟合模块，如图3所示；

获取模块，用于根据从钻井施工记录中获取上层套管及裸眼段的井径系列数据；

第一计算模块，用于根据裸眼段的井径系列数据，每m 个测点取一段井径数据，求取分段后的平均井径、轴向长度和平均井斜角，同时计算该段井径不规则度，所述平均井径为m个测点对应井径的算术平均值、所述轴向长度m个测点对应井径的轴向长度之和，所述平均井斜角为m个测点对应井斜角的算术平均值；

记录模块，用于从下套管施工记录中提取套管下至上层套管鞋处，以及套管下至分段后每个裸眼段底深处的大钩载荷数据；

第二计算模块，用于根据套管下至上一段底深处的大钩载荷数据以及当前裸眼段的长度、井斜、套管线重、套管密度、钻井液密度数据计算出当前裸眼段的下套管摩阻系数；

拟合模块，用于根据计算得出的各段井径不规则度和下套管摩阻系数，绘制下套管摩阻系数随井径不规则度变化曲线，并拟合得到下套管摩阻系数与井径不规则度的变化关系式。

说明书中未阐述的部分均为现有技术或公知常识。本实施方式仅用于说明该发明，而不用于限制本发明的范围，本领域技术人员对于本发明所做的等价置换等修改均认为是落入该发明权利要求书所保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于井径不规则度的下套管摩阻系数确定方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1、从钻井施工记录中获取上层套管及裸眼段的井径系列数据；

S2、根据裸眼段的井径系列数据，每m个测点取一段井径数据，求取分段后的平均井径、轴向长度和平均井斜角，同时计算该段井径不规则度，所述平均井径为m个测点对应井径的算术平均值、所述轴向长度m个测点对应井径的轴向长度之和，所述平均井斜角为m个测点对应井斜角的算术平均值；

S3、从下套管施工记录中提取套管下至上层套管鞋处，以及套管下至每个分段底深处的大钩载荷数据；

S4、根据大钩载荷及相关数据计算出每个分段的下套管摩阻系数；

S5、根据计算得到的各段井径不规则度和下套管摩阻系数，绘制下套管摩阻系数随井径不规则度变化曲线，并拟合得到下套管摩阻系数与井径不规则度的变化关系式。

2.根据权利要求1所述一种基于井径不规则度的下套管摩阻系数确定方法，其特征在于，所述步骤S1中，获取的数据包括上层套管的内径Dc₀、轴向长度Lc₀、平均井斜角θ₀，裸眼段的井径系列数据包括井径Dh_j，轴向长度Lh_j，平均井斜角θ_j，j的取值范围为1,2…n，n为井径测井点的个数，套管线重q_c，套管密度ρ_c，钻井液密度ρ_d。

3.根据权利要求2所述一种基于井径不规则度的下套管摩阻系数确定方法，其特征在于，所述步骤S2中分段后的平均井径为D_ck、轴向长度为L_ck和平均井斜角为θ_ck，井径不规则度为λ_k，k取值范围1,2….x，其中x＝n/m，k为分段后的井径段数，计算公式为

4.根据权利要求3所述一种基于井径不规则度的下套管摩阻系数确定方法，其特征在于，所述步骤S3中，套管下至上层套管鞋处的大钩载荷记为P₀，将套管下至分段后每个裸眼段底深处的大钩载荷从上到下依次为P₁～P_k。

5.根据权利要求4所述一种基于井径不规则度的下套管摩阻系数确定方法，其特征在于，所述步骤S4中包括以下步骤：

S41、根据套管下至上一段底深处的大钩载荷数据P_k-1以及当前裸眼段的长度、井斜、套管线重、套管密度、钻井液密度数据计算出套管下至当前裸眼段底深处的大钩载荷数据为P_k计算

＝P_k-1+(0.0098×q_c×L_ck×cosθ_ck―μ_k×0.0098×q_c×L_ck×sinθ_ck)×(1―ρ_d/ρ_c)；

S42、令上述计算得出的当前裸眼段底深处的大钩载荷数据P_k计算等于实测出的当前裸眼段底深处的大钩载荷数据P_k，即P_k计算＝P_k，由此可计算出当前裸眼段内的下套管摩阻系数μ_k。

6.一种基于井径不规则度的下套管摩阻系数确定系统，其特征在于，所述系统包括获取模块、第一计算模块、记录模块、第二计算模块以及拟合模块；

获取模块，用于根据从钻井施工记录中获取上层套管及裸眼段的井径系列数据；

第一计算模块，用于根据裸眼段的井径系列数据，每m个测点取一段井径数据，求取分段后的平均井径、轴向长度和平均井斜角，同时计算该段井径不规则度，所述平均井径为m个测点对应井径的算术平均值、所述轴向长度m个测点对应井径的轴向长度之和，所述平均井斜角为m个测点对应井斜角的算术平均值；

记录模块，用于从下套管施工记录中提取套管下至上层套管鞋处，以及套管下至分段后每个裸眼段底深处的大钩载荷数据；

第二计算模块，用于根据套管下至上一段底深处的大钩载荷数据以及当前裸眼段的长度、井斜、套管线重、套管密度、钻井液密度数据计算出当前裸眼段的下套管摩阻系数；

拟合模块，用于根据计算得出的各段井径不规则度和下套管摩阻系数，绘制下套管摩阻系数随井径不规则度变化曲线，并拟合得到下套管摩阻系数与井径不规则度的变化关系式。