CN109869132A - 一种下套管摩阻系数计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种下套管摩阻系数计算方法，属于石油钻采固井技术领域。本发明提供的方法包括：S1、在套管下至预定井深时，获取套管串中每根套管长度、井斜角、套管线重、钢材密度及钻井液密度；S2、实时监测记录套管下至预定井深过程的大钩载荷数据；S3、根据套管串中扶正器类型及所处位置，确定摩阻系数类型及个数，并选取与摩阻系数个数相同的时刻数，采集每个时刻的大钩载荷数据及对应的套管串数据；S4、基于每个时刻的大钩载荷数据及对应的套管串数据，列举大钩载荷计算公式得到方程组；S5、解方程组，得到摩阻系数值。本发明可以准确计算不同类型扶正器的摩阻系数，简单易行，能为下套管施工提供可靠的技术指导。

Description

一种下套管摩阻系数计算方法

技术领域

本发明涉及石油钻采固井技术领域，尤其涉及一种下套管摩阻系数计算方法。

背景技术

在非常规油气资源开发过程中，经常会遇到长水平段水平井。在这类水平井固井时，为保障套管的顺利下入，准确计算下套管的摩阻系数十分重要，为了提高套管居中度，经常会在套管串中安放不同类型的扶正器，不同类型扶正器与井壁及上层套管的摩阻系数还不相同。现有的摩阻系数计算方法大多是取光套管与井壁及上层套管的摩阻系数经验值，从而导致不同类型扶正器摩阻系数计算不准确，难以为下套管施工提供可靠的技术参考。

发明内容

本发明实施例提供了一种下套管摩阻系数计算方法，能够准确计算不同类型扶正器在井壁或上层套管中的摩阻系数。

结合本发明实施例的第一方面，提供了一种下套管摩阻系数计算方法，包括：

S1、在套管下至预定井深时，获取套管串中每根套管长度、每根套管所处位置的井斜角、套管线重、套管钢材密度及钻井液密度；

S2、实时监测记录套管下至预定井深过程的大钩载荷数据；

S3、根据套管串中扶正器类型及所处位置，确定摩阻系数类型及个数，并在下套管过程中选取与摩阻系数个数相同的时刻数，采集每个时刻的大钩载荷数据及对应的套管串数据；其中，所述套管串数据至少包括当前套管序号、套管长度、套管线重及套管所处位置的井斜角。

S4、基于所述每个时刻的大钩载荷数据及对应的套管串数据，列举大钩载荷计算公式(1)，得到方程组，

其中，q_c为套管线重，ρ_c为套管钢材密度，ρ_d为钻井液密度，L_i为每根套管长度，i表示套管序号，θ_i为套管所在井深的井斜角，μ_k表示不同类型扶正器的摩阻系数，P₁为大钩载荷值；

S5、解所述方程组，得到摩阻系数值。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明实施例中，通过记录套管下至一定井深时的套管串相关数据以及大钩载荷数据，根据扶正器类型及所处位置，确定摩阻系数类型及个数后，在下套管过程中选取与摩阻系数个数相同的时刻数，采集每个时刻的大钩载荷数据及对应的套管串数据，列举大钩载荷计算公式形成方程组并求解，即可获得不同类型扶正器的摩阻系数值。通过本发明实施例提供的技术方案可以准确计算不同类型扶正器的摩阻系数，从而优化扶正器类型、数量及位置设计，为下套管施工提供可靠的技术指导及参考。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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为本发明实施例提供的摩阻系数计算方法一个实施例流程图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种下套管摩阻系数计算方法，用于准确计算下套管过程中不同类型扶正器对应的摩阻系数。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例中下套管摩阻系数计算方法一个实施例包括：

S101、在套管下至预定井深时，获取套管串中每根套管长度、每根套管所处位置的井斜角、套管线重、套管钢材密度及钻井液密度；

示例性的，在套管下至预定井深L时刻，获取下入套管串中每根套管长度L_i，其中，i为套管段数，套管段数可上到下依次编号为1,2…n，记录每根套管所在井深的井斜角θ_i，其中，i等于套管段数，井斜角可从上到下依次编号为1,2…n，并获取套管线重q_c，套管钢材密度ρ_c，钻井液密度ρ_d。

S102、实时监测记录套管下至预定井深过程的大钩载荷数据；

所述大钩载荷数据是指在下套管过程中大钩上的载荷值。具体的，从下套管大钩载荷曲线上提取套管下至某井深时的大钩载荷数据P₁。

S103、根据套管中扶正器类型及所处位置，确定摩阻系数类型及个数，并在下套管过程中选取与摩阻系数个数相同的时刻数，采集每个时刻的大钩载荷数据及对应的套管串数据；

其中，所述套管串数据至少包括当前套管序号、每根套管长度、套管线重及套管所处位置的井斜角。

可选的，所述摩阻系数为不同类型扶正器及光套管在上层套管内或裸眼段内的摩擦系数。由于扶正器在上层套管内和裸眼段的摩阻系数不一样，且不同类型的扶正器其摩阻系数又不一样，示例性的，假设滚轮扶正器在上层套管内的摩阻系数为μ₁，刚性扶正器在上层套管内的摩阻系数为μ₂，弹性扶正器在上层套管内的摩阻系数为μ₃，光套管在上层套管内的摩阻系数为μ₄；滚轮扶正器在裸眼段内的摩阻系数为μ₅，刚性扶正器在裸眼段内的摩阻系数为μ₆，弹性扶正器在裸眼段内的摩阻系数为μ₇，光套管在裸眼段内的摩阻系数为μ₈。

进一步的，在每次下套管过程中套管中的扶正器类型会存在差异，故而，不同类型扶正器及光套管与上层套管或裸眼段的摩阻也会不同，即存在不同类型的摩阻系数，摩阻系数类型有多少种，就需要采集几次不同时刻的样本，或采集不同深度的样本数据，具体的，所述样本数据至少包括大钩载荷值、套管编号及套管所述位置的井斜角等，以便于求解方程。

需要注意的是，所述套管数据(或样本数据)还可以包括套管钢材密度等，具体以实际下套管过程及方程求解需要为准，在此不做限定。

优选的，根据套管串中扶正器类型及所处位置，确定摩阻系数类型及个数。

S104、基于每个时刻的大钩载荷数据及对应的套管串数据，列举大钩载荷计算公式(1)，得到方程组，

其中，q_c为套管线重，ρ_c为套管钢材密度，ρ_d为钻井液密度，L_i为每根套管长度，i表示套管序号，θ_i为套管所在井深的井斜角，μ_k表示不同类型扶正器的摩阻系数，P₁为大钩载荷值；

示例性的，在本发明实施例中k可能为1、2、3、4、5、6、7、8中的任何一个数，具体由扶正器类型和安放位置决定：

如第i段套管处于裸眼段内，且安放有弹性扶正器，则k的取值为7。该方程最多具有8个未知数，即μ₁、μ₂、μ₃、μ₄，μ₅、μ₆、μ₇、μ₈。

假设在下套管的某一时刻，上层套管段内和裸眼段内同时包括刚性扶正器和弹性扶正器，且并非每根套管上都安放有扶正器，即存在光套管接触井壁的现象，则存在上层套管内的摩阻系数μ₂、μ₃、μ₄，裸眼段内的摩阻系数μ₆、μ₇、μ₈，此时刻的大钩载荷方程演变为一个包括μ₂、μ₃、μ₄，μ₆、μ₇、μ₈的六元一次方程，六个不同时刻的大钩载荷方程形成的方程组如下：

假设在下套管的另一时刻，刚性扶正器和弹性扶正器已全部下入到裸眼段内，则存在上层套管内的摩阻系数μ₄，裸眼段内的摩阻系数μ₆、μ₇、μ₈，此时步骤三的方程演变为一个包括μ₄，μ₆、μ₇、μ₈的四元一次方程。

当为六元一次方程时，至少需要采集6个不同时刻的样本数据求解方程组，当为四元一次方程时，至少需要采集4个不同时刻的样本数据求解方程组。

S105、解所述方程组，得到摩阻系数值。

当所述方程组满足求解条件时，即可求得摩阻系数值。

可选的，通过采集多个下套管样本数据验证所述摩阻系数值，所述样本数据指定是按上述步骤S101和S102采集的下套管数据及大钩载荷数据，如当前下套管过程中其他不同深度的样本数据，或同等条件下，其他下套管过程的样本数据，可以用来验证所述摩阻系数值，进一步保证其准确性。

本实施例中，通过确定摩阻系数类型，进而采样求解方程组，得到摩阻系数值，可以准确的计算不同类型扶正器的摩阻系数，方法简单易操作，可行性高。

为便于理解，在图1所描述的实施例基础上，下面以一个实际应用场景对本发明实施例中的一种下套管摩阻系数计算方法进行描述，具体数据计算如下：

假设某井上层套管深度为500米，500米以上为直径段，下入套管串中每根套管长度L_i，每根套管所在井深的井斜角θ_i，i表示套管序号，套管长度L_i以及井斜角θ_i。

安放扶正器类型如表1所示，钻井液密度值ρ_d＝1.14g/cm³，套管密度ρ_c＝7.85g/cm³，套管线重q_c＝34.23kg/m。

表1下套管至900米处的相关数据表

当套管下至该井深900米时，监测记录大钩载荷数据或从下套管大钩载荷曲线上提取套管下至该井深时的大钩载荷数据P₁＝237.49kN。由于该井上层套管500米以内井斜为0，套管串与上层套管不接触，理论上摩阻为0。裸眼段内安放有刚性扶正器、弹性扶正器，所以裸眼段内存在刚性扶正器在裸眼段内的摩阻系数为μ₆，弹性扶正器在裸眼段内的摩阻系数为μ₇，光套管在裸眼段内的摩阻系数为μ₈。

套管下至该井深900米时，根据下式计算此时的大钩载荷数据，令其等于实测的大钩载荷数据P₁，得到以下方程：

其中k可能为4、6、7、8中的任何一个数，具体由扶正器类型和安放位置决定。比如i＝41时，深度900米处的管串上安放有弹性扶正器，k取值为7；i＝40时，井深890米处的管串上未安放任何扶正器，k取值为8；i＝20时，井深690米处的管串上安放有刚性扶正器，k取值为6；i＝1时，井深500米处及以上井斜为0，套管串与上层套管不接触，摩阻系数不存在。所以该方程包括μ₆、μ₇、μ₈三个未知数，即为三元一次方程。

经计算整理可得：

250.282-(2.668μ₆+16.313μ₇+22.249μ₈)＝237.49

进一步整理可得：

2.668μ₆+16.313μ₇+22.249μ₈＝12.792

同理，在该井下套管过程中取另外一个不同的时刻(套管下至井深700米处)，相关数据表如表2所示。套管下至该井深700米时，监测的大钩载荷为196.103kN，根据下式计算此时的大钩载荷数据，令其等于实测的大钩载荷数据P₂，得到以下方程。

井深500米处及以上井斜为0，套管串与上层套管不接触，摩阻系数不存在，500米以下只有弹性扶正器和光套管接触井壁，所以不存在刚性扶正器在裸眼段内的摩阻系数μ₆，只有弹性扶正器在裸眼段内的摩阻系数μ₇和光套管在裸眼段内的摩阻系数μ₈。

经计算整理得到此时的大钩载荷方程：

199.535-(5.442μ₇+4.953μ₈)＝196.103

进一步整理可得：

5.442μ₇+4.953μ₈＝3.432

表2下套管至700米处的相关数据表

按以上思路，在该井下套管过程中取另外一个不同的时刻(套管下至井深800米处)，相关数据表如表3所示。套管下至该井深800米时，，监测的大钩载荷为218.134kN，根据下式计算此时的大钩载荷数据，令其等于实测的大钩载荷数据P₂，得到以下方程。

井深500米处及以上井斜为0，套管串与上层套管不接触，摩阻系数不存在，裸眼段套管串上安放有刚性扶正器和弹性扶正器，所以存在刚性扶正器在裸眼段内的摩阻系数μ₆、弹性扶正器在裸眼段内的摩阻系数μ₇和光套管在裸眼段内的摩阻系数μ₈。

经计算整理得到此时的大钩载荷方程：

225.382-(0.898μ₆+10.222μ₇+11.601μ₈)＝218.134

进一步整理可得：

0.898μ₆+10.222μ₇+11.601μ₈＝7.248

表3下套管至800米处的相关数据表

最后整理得到该井在套管下至700m，800m，900m时刻的大钩载荷计算方程组为：

针对以上三元一次方程组，首先将其写成矩阵的求解形式：

针对以上矩阵方程，运用雅可比迭代法，求解可得到裸眼段内的摩阻系数

μ₆＝0.3427、μ₇＝0.4354、μ₈＝0.2146。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

以上所述，以上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精神和范围。

Claims (3)

1.一种下套管摩阻系数计算方法，其特征在于，包括：

S1、在套管下至预定井深时，获取套管串中每根套管长度、每根套管所处位置的井斜角、套管线重、套管钢材密度及钻井液密度；

S2、实时监测记录套管下至预定井深过程的大钩载荷数据；

S3、根据套管串中扶正器类型及所处位置，确定摩阻系数类型及个数，并在下套管过程中选取与摩阻系数个数相同的时刻数，采集每个时刻的大钩载荷数据及对应的套管串数据；其中，所述套管串数据至少包括当前套管序号、套管长度、套管线重及套管所处位置的井斜角。

S4、基于所述每个时刻的大钩载荷数据及对应的套管串数据，列举大钩载荷计算公式(1)，得到方程组，

其中，q_c为套管线重，ρ_c为套管钢材密度，ρ_d为钻井液密度，L_i为每根套管长度，i表示套管序号，θ_i为套管所在井深的井斜角，μ_k表示不同类型扶正器的摩阻系数，P₁为大钩载荷值；

S5、解所述方程组，得到摩阻系数值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述摩阻系数类型为不同类型扶正器及光套管在上层套管内或裸眼段内的摩擦系数。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤S5还包括：

S6、采集多个不同时刻下套管样本数据，验证所述摩阻系数值。