CN112554863B - 基于单次实测数据计算钻具内压降修正系数的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于单次实测数据计算钻具内压降修正系数的方法及系统，其基于钻具结构参数对钻具进行分段，并根据各个钻具段的压降贡献参数和流动雷诺数计算确定钻具的综合流动雷诺数，进而根据综合流动雷诺数利用对应的修正系数确定模型确定钻具的管内压降结果。其中，修正系数确定模型是根据样本压降修正系数和样本综合流动雷诺数训练构建的。该方案仅需要进行单次压降实测，结合特定的计算操作就可以获得高精确度的修正系数结果，有效降低了修正系数计算过程中的测试成本，克服了现有技术中计算因素单一，结果不精确的缺陷，同时，该方案具备通用性和稳定性，能够为油气钻井过程中的井下水力参数计算提供可靠的数据支持。

Description

基于单次实测数据计算钻具内压降修正系数的方法及系统

技术领域

本发明涉及钻井工程流体力学技术领域，尤其涉及一种基于单次实测数据计算钻具内压降修正系数的方法及系统。

背景技术

随着我国油气资源勘探开发逐步向深部地层进军，小井眼深井、超深井数量越来越多，勘探的难度逐渐增加，窄密度窗口问题广泛存在，精确的钻井水力参数计算结果是保证勘探开发工程安全高效钻进不可或缺的因素，因此钻井水力参数计算与优化尤其重要。其中，钻井水力参数计算的核心之一就是井下钻具内压降的准确计算，随钻测压工具能够对钻具管内压降进行测量，得到准确的钻具内压降。但利用随钻测压工具的测压技术存在如下问题：一是随钻测压工具采用泥浆脉冲传输数据，传输效率低，数据点间隔时间长，无法满足井底压力实时计算的需求；二是随钻测压工具成本比较高，不便于大规模推广应用。基于此，技术人员研究了通过计算获取井下钻具压力的方法，现有技术中多先采用测压工具实测管内压降校正水力参数计算模型，进而采用校正后的水力参数计算模型进行井下水力参数计算。

通过实测管内压降校正水力计算模型的关键是管内压降修正系数的计算，现有技术中常用的修正系数计算方法是，首先计算压降实测值与压降计算值两者之间的差值，随后将差值直接与压降计算值相加，以此来修正管流压降。这种技术方案采用单一的加减操作，考虑的影响因素太过单调，计算结果精确度无法保证，且仅适用于某一特定排量下的简单修正，不能广泛应用于勘探开发的钻进过程的各个环节中，不具备通用性。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种基于单次实测数据计算钻具内压降修正系数的方法，在一个实施例中，所述方法包括：

步骤S1、根据获取的结构参数对钻具进行分段处理，获得多个钻具段；

步骤S2、确定钻具内各个钻具段的压降贡献参数，并根据所述各个钻具段的压降贡献参数和各个钻具段的流动雷诺数计算钻具在需求循环排量条件的综合流动雷诺数；

步骤S3、将所述综合流动雷诺数输入预先构建的修正系数确定模型中，确定钻具的压降修正系数，其中，所述修正系数确定模型是根据样本钻具的实测样本压降修正系数和样本钻具的样本综合流动雷诺数构建的。

在一实施例中，在所述步骤S1中，进一步包括：

获取钻具的结构参数，其中，所述结构参数包括钻具组合顺序、钻铤钢级及型号、钻杆钢级及型号、钻杆接头型号、转换接头型号和钻具本体及接头的内径参数；

根据获取的结构参数对钻具进行分段，将内径相同的连续本体和接头划分到同一个钻具段中，共划分为n个不同的钻具段。

在一实施例中，在所述步骤S2中，确定钻具内各个钻具段的压降贡献参数的过程，各个钻具段包括：

步骤S21-1、获取钻具内各个钻具段需求循环排量条件的管内压降数据，其中，所述管内压降数据包括：各个钻具段内本体的管内压降数据和接头的管内压降数据；

步骤S21-2、利用所述管内压降数据分别计算各个钻具段的本体管内压降和接头管内压降在需求循环排量条件下的压降贡献参数。

一个可选的实施例中，在所述步骤S2中，计算钻具在需求循环排量条件的综合流动雷诺数的过程，包括：

步骤S22-1、获取各个钻具段本体的管内流动雷诺数和接头的管内流动雷诺数；

步骤S22-2、根据各个钻具段本体管内压降和接头管内压降在需求循环排量条件下的压降贡献参数，并结合各个钻具段本体的管内流动雷诺数和接头的管内流动雷诺数计算钻具需求循环排量条件的综合流动雷诺数。

进一步地，在所述步骤S21-2中，按下式计算在第j种循环排量条件下钻具第i个钻具段的本体管内压降对整个钻具管内压降的贡献参数k_dp,j,i：

k_dp,j,i＝P_j,i,dp/P_c,j

按下式计算在第j种循环排量条件下钻具第i个钻具段的接头管内压降对整个钻具管内压降的贡献参数k_tj,j,i：

k_tj,j,i＝P_j,i,tj/P_c,j

式中，P_j,i,dp为在第j种循环排量条件下当前钻具第i个钻具段的本体管内压降，P_j,i,tj为在第j种循环排量条件下钻具第i个钻具段的接头管内压降，P_c,j为整个钻具在第j种循环排量条件下的管内压降计算值。

在所述步骤S22-2中，按下式计算钻具在第j种循环排量条件下的综合流动雷诺数Re_g,j：

式中，n为钻具分段的总数量，i∈[1,n]，k_dp,j,i为在第j种循环排量条件下当前钻具第i个钻具段的本体管内压降对当前钻具管内压降的贡献参数，k_tj,j,i为在第j种循环排量条件下当前钻具第i个钻具段的接头管内压降对当前钻具管内压降的贡献参数，Re_j,i,dp为在第j种循环排量条件下当前钻具第i个钻具段的本体管内流动雷诺数，Re_j,i,tj为在第j种循环排量条件下当前钻具第i个钻具段的接头管内流动雷诺数，其中，各个钻具段的管内流动雷诺数是利用水力参数计算系统根据各钻具段的钻具结构参数及钻井液流变性能参数计算得到的。

在一实施例中，所述步骤S3中，构建所述修正系数确定模型的过程包括：

步骤a、根据获取的结构参数对样本钻具进行分段处理，获得多个样本钻具段；

步骤b、根据所述管内压降测量值和管内压降计算值计算样本钻具不同循环排量条件的样本压降修正系数；

步骤c、根据各个样本钻具段的压降贡献参数结合各个样本钻具段的流动雷诺数计算样本钻具在需求循环排量条件的样本综合流动雷诺数；

步骤d、根据计算的所述样本压降修正系数和样本综合流动雷诺数进行拟合确定如下目标修正系数确定模型：

f＝aln(Re_g)+b

式中，f为钻具的压降修正系数，a和b为模型系数，Re_g为钻具的综合流动雷诺数。

进一步地，在所述步骤b中，计算样本钻具不同循环排量条件的样本压降修正系数的过程，包括：

步骤b-1、测量获取样本钻具不同循环排量条件的管内压降测量值；

步骤b-2、根据各个样本钻具段的管内压降数据计算不同循环排量条件下样本钻具的管内压降计算值；步骤b-3、按照下式利用所述管内压降计算值和管内压降测量值计算样本钻具不同循环排量条件的样本压降修正系数f_j：

f_j＝(P_m,j×10⁶)/P_c,j

式中，P_m,j为样本钻具在第j种循环排量条件下的管内压降测量值，单位为MPa，P_c,j为样本钻具在第j种循环排量条件下的管内压降计算值，单位为Pa，其中，不同循环排量条件下样本钻具的本体管内压降和接头管内压降是利用水力参数计算系统根据获取的样本钻具的结构参数，结合钻井液流变性能参数计算得到的。

在所述步骤b-2中，按下式计算第i种循环排量条件下样本钻具的管内压降计算值P_c,j：

式中，P_j,i,dp为在第j种循环排量条件下样本钻具第i个钻具段的本体管内压降，单位为Pa，P_j,i,tj为在第j种循环排量条件下样本钻具第i个钻具段的接头管内压降，单位为Pa，n为样本钻具分段的总数量，i∈[1,n]，P_c,j为整个样本钻具在第j种循环排量条件下的管内压降计算值，单位为Pa。

另外，根据本发明其他方面，还提供了一种基于单次实测数据计算钻具内压降修正系数的系统，该系统执行上述一个或多个实施例中所述的方法。

与最接近的现有技术相比，本发明还具有如下有益效果：

本发明提供的基于单次实测数据计算钻具内压降修正系数的方法，基于获取的钻具结构参数对钻具进行分段，根据各个钻具段的管内压降贡献参数结和流动雷诺数确定钻具的综合流动雷诺数，进而将所述综合流动雷诺数输入对应循环排量的修正系数确定模型中，确定钻具的管内压降结果。其中，所述修正系数确定模型是根据样本钻具的样本修正系数和样本综合流动雷诺数预先拟合训练构建的。采用本发明的技术方案，仅需要获取单次钻具实测压力数据，结合钻具的结构参数计算钻具对应的综合流动雷诺数，将综合输入预先构建的模型即可获取钻具的修正系数结果，有效降低了修正系数计算过程中的测试成本。且本发明的技术方案应用于勘探开发过程中计算不同循环排量条件下的修正系数，有效克服了现有技术计算过程考虑的影响因素单一，计算结果不精确的缺陷，同时，具备通用性和稳定性，能够为勘探开发工程的井下水力参数计算提供可靠的数据支持。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明实施例提供的基于单次实测数据计算钻具内压降修正系数的方法流程图；

图2是本发明实施例提供的计算钻具内压降修正系数的方法的修正系数确定模型构建流程图；

图3是本发明实施例提供的基于单次实测数据计算钻具内压降修正系数的系统结构图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此本发明的实施人员可以充分理解本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程并依据上述实现过程具体实施本发明。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

随着我国油气资源勘探开发逐步向深部地层进军，小井眼深井、超深井数量越来越多，窄密度窗口问题广泛存在，勘探开发的难度也逐渐增高，基于此，为了保证勘探开发工程安全高效地进行，就需要获取精确的钻井水力参数计算结果。其中，钻井水力参数计算的核心之一就是钻具内压降的准确计算，随钻测压工具能够对钻具管内压力进行测量，得到准确的钻具内压降。但随钻测压工具随钻测压存在如下问题：一是随钻测压工具采用泥浆脉冲传输数据，传输效率低，数据点间隔时间长，无法满足井底压力实时计算的需求；二是随钻测压工具成本比较高，不便于大规模推广应用。基于此，技术人员研究了通过计算获取井下钻具压力的方法，现有技术中多采用以下计算方法，先采用井下存储式压力计或随钻测压工具实测管内压降校正水力参数计算模型，进而采用校正后的水力参数计算模型进行井下水力参数计算。

通过实测管内压降校正水力计算模型的关键是管流压降修正系数的计算，现有技术中常用的修正计算方法主要是，首先获取实测压降与计算压降两者之间差值，随后将差值直接与计算压降相加，以此来修正管流压降。这种技术方案采用单一的加减操作，考虑的影响因素太过单调，不能准确反映修正系数结果与钻井循环排量及钻具结构属性因素的综合影响，计算结果精确度无法保证，且仅适用于某一特定排量下的简单修正，不能准确预测未知排量下的模型修正系数，也无法应用于勘探开发的钻进过程的各个环节中，不具备通用性。因此，亟需针对实测数据的管流压降修正系数计算方法开展研究，建立一种合理的适用性强的钻具管流压降修正系数计算方法。

为解决上述需求，本发明提供一种基于单次实测数据计算钻具内压降修正系数的方法及系统。由于钻井水力参数计算与优化是油气钻井参数优化的关键之一，而钻具内压降的计算结果严重影响着钻井水力参数的计算精度。本发明旨在提供一种能够满足深井、超深井小井眼水力参数计算需求，同时综合考虑实测压降、钻井液循环排量、不同结构的钻具组合等多种影响的修正系数计算方法，从而为钻井过程中的管内压降计算提供数据支持，为钻井水力参数优化提供基础参数。下面参考附图对本发明各个实施例进行说明。

实施例一

图1示出了本发明实施例一中基于单次实测数据计算钻具内压降修正系数的方法流程图，如图1所示，该方法包括以下步骤：

步骤S110、根据获取的结构参数对钻具进行分段处理，获得多个钻具段。

具体的，在上述步骤S110中，获取钻具的结构参数，包括：获取钻具组合顺序、钻铤钢级及型号、钻杆钢级及型号、钻杆接头型号、转换接头型号和钻具本体及接头的内径参数。该步骤中，获取钻具结构参数的具体方法不予限定。

进一步地，根据钻具的结构参数对钻具进行分段处理的过程，包括：根据钻具的组合顺序、钻铤钢级及型号、钻杆钢级及型号、钻杆接头型号以及转换接头型号确定钻具的组合连接方式，进而结合钻具本体及接头的内径参数对钻具进行分段，将内径相同的连续本体和接头划分到同一个钻具段中，共划分为n个不同的钻具段。

分段处理后，每一个钻具段中有一个或多个内径相同的钻具本体或钻具接头，记录各个钻具段的长度参数，各钻具和接头的参数集合T可以用矩阵的形式进行表示，具体如下：

式中：n表示钻具组合共分为n段，无因次参数；L_i,sum表示第i个钻具段的总长度，单位为米；D_i,dp表示第i个钻具段中本体的内径，单位为米；L_i,dps表示第i个钻具段中单个本体的长度，单位为米，D_i,tj表示第i个钻具段中接头的内径；L_i,tjs表示第i个钻具段中单个接头的长度。

在该实施例中，本发明根据获取的钻具结构参数对有计算需求的钻具进行分段，便于之后基于各个钻具段的管内压降贡献参数计算钻具综合流动雷诺数。本发明采用钻具的内径及长度数据作为分段的依据，保障了分段结果的可靠性，为中间数据流动雷诺数的精确度打下基础。

本发明计算的压降修正系数以实测的钻具压降数据为基础，还考虑到钻具的结构参数影响和流体性能影响，其中流体性能的影响采用流动雷诺数进行体现。在计算钻具的综合流动雷诺数之前，需要先计算各个钻具段的管内压降对钻具管内压降的贡献参数。基于此，对钻具进行分段后，不同的钻具段包括一个或多个钻具本体和钻具接头，而由于相同内径的钻具本体和钻具接头的管内压降存在不同，需要分别获取钻具段内本体管内压降和接头管内压降的值，进而分别计算各钻具段内本体管内压降及接头管内压降对整个钻具管内压降的贡献参数。因此，本发明有如下步骤：步骤S120、确定钻具内各个钻具段的压降贡献参数，并根据各个钻具段的压降贡献参数和各个钻具段的流动雷诺数计算钻具在需求循环排量条件的综合流动雷诺数；

其中，具体通过下述步骤计算各个钻具段的压降贡献参数：

步骤S1201、获取钻具内各个钻具段需求循环排量条件的管内压降数据；

在该步骤中，获取的各个钻具段的管内压降数据，包括：各个钻具段内本体的管内压降值和各个钻具段内接头的管内压降值。其中，获取各个钻具段管内压降数据的过程包括以下步骤：获取当前钻井液泥浆性能，进行流变模型优选与流变参数计算，确定流变模型与流变参数后根据对应流变模型的水力计算模型计算各钻具段的本体管内压降和接头管内压降。

步骤S1202、利用管内压降数据分别计算各个钻具段的本体管内压降和接头管内压降在需求循环排量条件下的压降贡献参数；

在该步骤中，按下式计算在第j种循环排量条件下钻具第i个钻具段的本体管内压降对整个钻具内压降的贡献参数k_dp,j,i：

k_dp,j,i＝P_j,i,dp/P_c,j (2)

按下式计算在第j种循环排量条件下钻具第i个钻具段的接头管内压降对整个钻具内压降的贡献参数k_tj,j,i：

k_tj,j,i＝P_j,i,tj/P_c,j (3)

其中，P_j,i,dp为在第j种循环排量条件下样本钻具第i个钻具段的本体管内压降，单位为Pa，P_j,i,tj为在第j种循环排量条件下样本钻具第i个钻具段的接头管内压降，单位为Pa，n为钻具分段的总数量，i∈[1,n]，P_c,j为第j种循环排量条件下整个钻具的内压降，单位为Pa。

基于上述步骤，已知各个钻具段本体管内压降和接头管内压降的贡献参数，结合各个钻具段本体和接头的管内流动雷诺数据计算钻具在需求循环排量条件的综合流动雷诺数，计算步骤如下：

步骤S1203、获取各个钻具段本体的管内流动雷诺数和接头的管内流动雷诺数；其中，获取各个钻具段流动雷诺数的主要步骤包括：获取当前钻井液泥浆性能，进行流变模型优选与流变参数计算，确定流变模型与流变参数后根据对应流变模型的水力计算模型计算各钻具段本体的流动雷诺数和接头的流动雷诺数。

步骤S1204、根据各个钻具段本体管内压降和接头管内压降在需求循环排量条件下的压降贡献参数，并结合各个钻具段本体的管内流动雷诺数和接头的管内流动雷诺数计算钻具需求循环排量条件的综合流动雷诺数。

具体的，按下式计算钻具在第j种循环排量条件下的综合流动雷诺数Re_g,j：

式中，n为钻具段的总数量，i∈[1,n]，k_dp,j,i为在第j种循环排量条件下当前钻具第i个钻具段的本体管内压降对当前钻具管内压降的贡献参数，k_tj,j,i为在第j种循环排量条件下当前钻具第i个钻具段的接头管内压降对当前钻具管内压降的贡献参数，Re_j,i,dp为在第j种循环排量条件下当前钻具第i个钻具段的本体管内流动雷诺数，Re_j,i,tj为在第j种循环排量条件下当前钻具第i个钻具段的接头管内流动雷诺数。

本发明实施例分别基于各个钻具段内本体管内压降贡献参数和接头管内压降贡献参数计算钻具的综合流动雷诺数，最大程度上保证了流动雷诺数计算结果的精确性，而综合流动雷诺数体现了钻具流体性能对钻具压降修正系数的影响，因此，本发明实施例采用上述技术手段有效地保证了钻具修正系数计算结果的精确度。

接下来，本发明根据获取的综合流动雷诺数获取钻具压降修正系数，有步骤S130、将综合流动雷诺数输入预先构建的修正系数确定模型中，确定钻具的压降修正系数，其中在该步骤中，修正系数确定模型是根据样本钻具的结构参数和样本压降修正系数构建的，图2示出了本发明实施例钻具内压降修正系数计算方法的修正系数确定模型构建方法流程图，如图2所示，构建修正系数确定模型的过程包括：

步骤S210、根据获取的结构参数对样本钻具进行分段处理，获得多个样本钻具段；

该步骤中，根据样本钻具的结构参数对样本钻具进行分段的步骤与前述步骤S110中类似，其中，获取样本钻具的结构参数包括钻具组合顺序、钻铤钢级及型号、钻杆钢级及型号、钻杆接头型号、转换接头型号和钻具本体及接头的内径参数，进而根据样本钻具的上述结构参数将相同内径的本体或接头划分为n个不同的钻具段。

步骤S220、根据管内压降测量值和管内压降计算值计算样本钻具不同循环排量条件的样本压降修正系数；

在该步骤中，具体通过以下步骤计算样本钻具不同循环排量条件的样本压降修正系数：

步骤S2201、测量获取样本钻具不同循环排量条件的管内压降测量值。

该步骤中根据现场实际工况进行不同循环排量条件下的测试，利用随钻测压工具进行测量得到各循环排量条件下的钻具内压降测量值，假设共有r种循环排量，则获取的对应钻具内压降测量值集合P_m可以表示为：

其中：Q_j表示第j种循环排量，单位为L/s；r表示循环排量的总数量，P_m,j表示第j种循环排量条件下的钻具内压降测量值，单位为MPa。

步骤S2202、根据各个样本钻具段的管内压降数据计算不同循环排量条件下样本钻具的管内压降计算值P_c,j；如下式：

式中，P_j,i,dp为在第j种循环排量条件下样本钻具第i个钻具段的本体管内压降，单位为Pa，P_j,i,tj为在第j种循环排量条件下样本钻具第i个钻具段的接头管内压降，单位为Pa，n为钻具分段的总数量，i∈[1,n],P_c,j为样本钻具在第j种循环排量条件下的管内压降计算值，单位为Pa。

步骤S2203、按照下式利用管内压降计算值和管内压降测量值计算样本钻具不同循环排量条件的样本压降修正系数f_j：

f_j＝(P_m,j×10⁶)/P_c,j (7)

其中，P_m,j为当前钻具在第j种循环排量条件下的管内压降测量值，单位为MPa。

本发明实施例中上述步骤是构建压降修正系数确定模型必不可少的步骤之一，该步骤中，获取样本钻具在某循环排量条件下管内压降实测值与管内压降计算值的比值作为样本钻具在该循环排量条件下的压降修正系数。其中，样本钻具的管内压降计算值是分别基于钻具各个钻具段的本体和接头管内压降计算得到的，计算结果精确度高，能够满足压降修正系数确定模型的数据精确性要求，一定程度上保障了模型的可靠性。

步骤S230、根据各个样本钻具段的压降贡献参数结合各个样本钻具段的流动雷诺数计算样本钻具在需求循环排量条件的样本综合流动雷诺数。

具体的，通过以下步骤计算各个样本钻具段的压降贡献参数：步骤S2301、获取钻具内各个钻具段需求循环排量条件的管内压降数据。其中，管内压降数据包括，各个样本钻具段内本体的管内压降数据、接头的管内压降数据和整个样本钻具的管内压降值。具体的，获取各个样本钻具段管内压降数据的过程包括以下步骤：获取当前钻井液泥浆性能，进行流变模型优选与流变参数计算，确定流变模型与流变参数后根据对应流变模型的水力计算模型计算各样本钻具段的本体管内压降和接头管内压降。

步骤S2302、利用管内压降数据分别计算各个钻具段的本体管内压降和接头管内压降在需求循环排量条件下的压降贡献参数。其中，各个钻具段的本体管内压降贡献参数集合k_dp,j和接头管内压降贡献参数集合k_tj,j分别表示如下：

其中，P_j,i,dp为在第j种循环排量条件下样本钻具第i个钻具段的本体管内压降，P_j,i,tj为在第j种循环排量条件下样本钻具第i个钻具段的接头管内压降，P_c,j为样本钻具在第j种循环排量条件下的管内压降计算值。

在该步骤中，按下式计算在第j种循环排量条件下样本钻具第i个钻具段的本体管内压降对整个钻具管内压降的贡献参数k_dp,j,i：

k_dp,j,i＝P_j,i,dp/P_c,j (9)

按下式计算在第j种循环排量条件下样本钻具第i个钻具段的接头管内压降对整个钻具管内压降的贡献参数k_tj,j,i：

k_tj,j,i＝P_j,i,tj/P_c,j (10)

式中，P_j,i,dp为在第j种循环排量条件下样本钻具第i个钻具段的本体管内压降，P_j,i,tj为在第j种循环排量条件下样本钻具第i个钻具段的接头管内压降，P_c,j为样本钻具在第j种循环排量条件下的管内压降计算值。

基于上述步骤，已知各个样本钻具段本体管内压降和接头管内压降的贡献参数，结合各个钻具段本体和接头的管内流动雷诺数据开展计算，获取样本钻具的综合流动雷诺数，计算步骤如下：

步骤S2303、获取各个样本钻具段本体的管内流动雷诺数和接头的管内流动雷诺数。具体的，获取各个样本钻具段流动雷诺数的步骤包括：获取当前钻井液泥浆性能，进行流变模型优选与流变参数计算，确定流变模型与流变参数后根据对应流变模型的水力计算模型计算各样本钻具段本体的流动雷诺数和接头的流动雷诺数。。

步骤S2304、根据各个样本钻具段本体管内压降和接头管内压降在需求循环排量条件下的压降贡献参数，并结合各个样本钻具段本体的管内流动雷诺数和接头的管内流动雷诺数计算钻具需求循环排量条件的综合流动雷诺数。

具体的，按下式计算样本钻具在第j种循环排量条件下的综合流动雷诺数Re_g,j：

式中，综合流动雷诺数Re_g,j为无因次参量，n为样本钻具分段的总数量，i∈[1,n]，k_dp,j,i为在第j种循环排量条件下样本钻具第i个钻具段的本体管内压降对当前钻具管内压降的贡献参数，k_tj,j,i为在第j种循环排量条件下样本钻具第i个钻具段的接头管内压降对当前钻具管内压降的贡献参数，Re_j,i,dp为在第j种循环排量条件下样本钻具第i个钻具段的本体管内流动雷诺数，Re_j,i,tj为在第j种循环排量条件下样本钻具第i个钻具段的接头管内流动雷诺数。

其中，不同循环排量条件下样本钻具单个钻具段的管内压降和流动雷诺数是利用现有的水力参数计算系统根据获取的各钻具段的内径参数和长度参数，结合钻井液流变性能参数计算得到的，各钻具段的本体管内压降和流动雷诺数集合R_j,dp可以表示如下：

同样的，各样本钻具段的接头管内压降和流动雷诺数集合R_j,tj可以表示如下：

进一步的，根据获取的样本钻具的样本压降修正系数和样本综合流动雷诺数展开回归训练，确定本发明实施例的目标修正系数确定模型，具体步骤如下：

步骤S240、根据计算的样本压降修正系数和样本综合流动雷诺数拟合确定如下目标修正系数确定模型：

f＝aln(Re_g)+b (14)

式中，f为样本钻具的压降修正系数，为无因次参数，a和b为模型系数，为无因次参数，Re_g为样本钻具的样本综合流动雷诺数。

为了更清楚地表示本发明实施例构建修正系数模型的过程，以下提供一个示例进行说明。

某井采用随钻测压仪器进行了管内压降测试，该井钻具组合结构由上至下为：1031.83m S135-5寸钻杆(接头内径为3”)；8.05m传感器(内径2.25”)；1517.47m S135-5寸钻杆(接头内径为3”)；8.05m传感器(内径2.25”)；750.97m S135-5寸钻杆(接头内径为3”)；8.05m传感器(内径2.25”)。

钻井液流变参数为：τ₀＝2.4Pa；稠度系数a＝0.0189Pa·s；稠度系数b＝0.7956Pa·sⁿ；流性指数n＝0.492。

根据钻具组合的结构参数将钻具分为6段后，统计钻具各钻具段的结构参数，包括钻具段总长度、段内本体内径，段内本体长度、段内接头内径和段内接头长度。列举钻具各个钻具段的结构数据如下：

计算得接头个数如下：

得钻具本体、接头如下：

/>

该实施例由低到高开展了9种排量下的循环测试，

所得实测结果分别如下所示：

计算压降示例：

根据实测循环排量计算各排量下循环压降，以排量10.15L/s为例，根据式(12)和(13)计算结果如下：

其余排量计算结果不在此赘述。计算所得各排量下压降结果如下：

各排量下综合流动雷诺数如下：

实测结果与计算结果比例系数结果如下：

根据前述计算结果即可计算出模型系数a、b的值，从而得到修正系数f的修正系数确定模型：

f＝0.0266ln(Re_g)+0.9532 (25)

至此构建了修正系数计算模型，在实际水力参数计算过程中，可以不再依赖于随钻测压工具的实测数据，根据图1给出的计算流程对不同排量下的钻具内压降进行计算，水力参数实时计算提供基础参数，可以满足钻井水力参数计算分析的需要。

在水力学中，流动雷诺数是综合表征流体流动状态的无量纲数，其可综合反映流体流动过程中钻井液性能(密度、钻井液流变参数)、循环排量、管路直径对流动压降的影响。

本发明实施例提供的钻具内压降修正系数计算方法能够满足深井、超深井、小井眼钻井钻具内压降计算的要求，为勘探开发过程中的多种钻井水力参数优化提供基础参数。且该技术方案仅基于一组实测钻具内压降数据，综合考虑钻具组合结构、循环排量的影响，构建高精度的压降修正系数确定模型，实际计算时，直接利用计算的钻具流动雷诺数和修正系数确地模型就可以获取可靠的压降修正系数，该方法操作简洁，容易实现，且只需要一次随钻压力测试试验，不需要长期安装随钻测压仪器，很大程度节省了测试成本，同时提供精确的修正系数结果，为钻井水力参数优化分析提供可靠的数据基础。

实施例二

基于上述计算钻具内压降修正系数方法的实施例，本发明实施例还提供一种基于单次实测数据计算钻具内压降修正系数的系统，图3示出了本发明实施例二中基于单次实测数据计算钻具内压降修正系数的系统结构示意图，该系统执行上述实施例中的方法步骤。

如图3所示，本发明实施例计算钻具内压降修正系数的系统30主要包括：

钻具分段模块31、综合雷诺数确定模块33、系数确定模型构建模块35和修正系数确定模块37，上述各模块用于执行上述实施例一中的步骤110～步骤S130。

其中，系数确定模型构建模块35包括样本钻具分段单元、样本修正系数计算单元、样本雷诺数计算单元和模型确定单元，这些单元分别执行步骤S130中的子步骤S1301～子步骤S1304。

本发明实施例提供的基于单次实测数据计算钻具内压降修正系数的系统中，各个模块或单元结构可以根据试验需求独立运行或组合运行，以实现相应的技术效果。

应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构、处理步骤或材料，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而不意味着限制。

说明书中提到的“一实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特征包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一实施例”并不一定均指同一个实施例。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种基于单次实测数据计算钻具内压降修正系数的方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤S1、根据获取的结构参数对钻具进行分段处理，获得多个钻具段；所述结构参数包括钻具组合顺序、钻铤钢级及型号、钻杆钢级及型号、钻杆接头型号、转换接头型号和钻具本体及接头的内径参数；

步骤S2、确定钻具内各个钻具段的压降贡献参数，并根据所述各个钻具段的压降贡献参数和各个钻具段的流动雷诺数计算钻具在需求循环排量条件的综合流动雷诺数；

步骤S3、将所述综合流动雷诺数输入预先构建的修正系数确定模型中，确定钻具的压降修正系数，其中，所述修正系数确定模型是根据样本钻具的样本压降修正系数和样本钻具的样本综合流动雷诺数构建的；

步骤S2中，确定钻具内各个钻具段的压降贡献参数的过程包括：

步骤S21-1、获取钻具内各个钻具段需求循环排量条件的管内压降数据，其中，所述管内压降数据包括：各个钻具段内本体的管内压降数据和接头的管内压降数据；

步骤S21-2、利用所述管内压降数据分别计算各个钻具段的本体管内压降和接头管内压降在需求循环排量条件下的压降贡献参数；

根据各个钻具段的压降贡献参数和各个钻具段的流动雷诺数计算钻具在需求循环排量条件的综合流动雷诺数的过程，包括：

步骤S22-1、获取各个钻具段本体的管内流动雷诺数和接头的管内流动雷诺数；

步骤S22-2、根据各个钻具段本体管内压降和接头管内压降在需求循环排量条件下的压降贡献参数，并结合各个钻具段本体的管内流动雷诺数和接头的管内流动雷诺数计算钻具需求循环排量条件的综合流动雷诺数；

步骤S3中，构建所述修正系数确定模型的过程包括：

步骤A、根据获取的结构参数对样本钻具进行分段处理，获得多个样本钻具段；

步骤B、根据样本钻具段的管内压降测量值和管内压降计算值计算样本钻具不同循环排量条件的样本压降修正系数；

步骤C、根据各个样本钻具段的压降贡献参数结合各个样本钻具段的流动雷诺数计算样本钻具在需求循环排量条件的样本综合流动雷诺数；

步骤D、根据计算的所述样本压降修正系数和样本综合流动雷诺数进行拟合确定目标修正系数确定模型。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S1中，进一步包括：

获取钻具的结构参数，

根据获取的结构参数对钻具进行分段，将内径相同的连续本体和接头划分到同一个钻具段中，共划分为n个不同的钻具段。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S21-2中，按下式计算在第j种循环排量条件下钻具第i个钻具段的本体管内压降对整个钻具管内压降的贡献参数k_dp,j,i：

k_dp,j,i＝P_j,i,dp/P_c,j

按下式计算在第j种循环排量条件下钻具第i个钻具段的接头管内压降对整个钻具管内压降的贡献参数k_tj,j,i：

k_tj,j,i＝P_j,i,tj/P_c,j

式中，P_j,i,dp为在第j种循环排量条件下当前钻具第i个钻具段的本体管内压降，P_j,i,tj为在第j种循环排量条件下钻具第i个钻具段的接头管内压降，P_c,j为整个钻具在第j种循环排量条件下的管内压降计算值。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S22-2中，按下式计算钻具在第j种循环排量条件下的综合流动雷诺数Re_g,j：

式中，n为钻具分段的总数量，i∈[1,n]，k_dp,j,i为在第j种循环排量条件下钻具第i个钻具段的本体管内压降对整个钻具管内压降的贡献参数，k_tj,j,i为在第j种循环排量条件下钻具第i个钻具段的接头管内压降对整个钻具管内压降的贡献参数，Re_j,i,dp为在第j种循环排量条件下当前钻具第i个钻具段的本体管内流动雷诺数，Re_j,i,tj为在第j种循环排量条件下当前钻具第i个钻具段的接头管内流动雷诺数。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S3中，构建所述修正系数确定模型的过程中，根据计算的所述样本压降修正系数和样本综合流动雷诺数进行拟合确定如下目标修正系数确定模型：

f＝a ln(Re_g)+b

式中，f为样本钻具的压降修正系数，a和b为模型系数，Re_g为样本钻具的综合流动雷诺数。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤B中，计算样本钻具不同循环排量条件的样本压降修正系数的过程，包括：

步骤B-1、测量获取样本钻具不同循环排量条件的管内压降测量值；

步骤B-2、根据各个样本钻具段的管内压降数据计算样本钻具在不同循环排量条件下的管内压降计算值；

步骤B-3、按照下式利用所述管内压降计算值和管内压降测量值计算样本钻具不同循环排量条件的样本压降修正系数f_j：

f_j＝(P_m,j×10⁶)/P_c,j

式中，P_m,j为样本钻具在第j种循环排量条件下的管内压降测量值，单位为MPa，P_c,j为样本钻具在第j种循环排量条件下的管内压降计算值，单位为Pa。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述步骤B-2中，按下式计算第j种循环排量条件下样本钻具的管内压降计算值P_c,j：

式中，P_j,i,dp为在第j种循环排量条件下样本钻具第i个钻具段的本体管内压降，单位为Pa，P_j,i,tj为在第j种循环排量条件下样本钻具第i个钻具段的接头管内压降，单位为Pa，n为样本钻具分段的总数量，i∈[1,n]，P_c,j为整个样本钻具在第j种循环排量条件下的管内压降计算值，单位为Pa。

8.一种基于单次实测数据计算钻具内压降修正系数的系统，其特征在于，所述系统执行如权利要求1～7中任意一项所述的方法。