CN113392483B - 井筒摩擦系数确定方法和装置、井筒摩阻确定方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种井筒摩擦系数确定方法和装置、井筒摩阻确定方法和装置，井筒摩擦系数确定方法包括以下步骤：获取基础参数数据集；设置井筒摩擦系数的理论取值区间，并假设存在n组摩擦系数，计算每个摩擦系数的间隔区间长度△F；输入基础参数数据集，并将△F作为摩擦系数步长，计算大钩载荷沿井身的力学分布；基于大钩载荷的计算结果，获得包含各种工况的井深‑大钩载荷图版；实测大钩载荷，得到实测数据库；进行数据清洗与处理，得到更新后的实测数据库；将更新后的实测数据库与井深‑大钩载荷图版进行对照分析，求取实际井筒摩擦系数。本发明可以实现实钻条件下井筒摩擦系数的动态计算，间接实现井筒摩擦系数的动态获取。

Description

井筒摩擦系数确定方法和装置、井筒摩阻确定方法和装置

技术领域

本发明涉及油气钻井（钻探）工程技术领域，具体来讲，涉及一种井筒摩擦系数的确定方法、井筒摩擦系数的确定装置、井筒摩阻的确定方法和井筒摩阻的确定装置。

背景技术

钻井过程中，钻柱与井壁之间的摩阻是影响钻速和安全钻井的重要因素，尤其是定向井和水平井中，钻具与井壁摩擦所形成的高扭矩与摩擦阻力，将导致机械钻速低、工具面控制难、钻具磨损快等问题，高摩阻还会形成弯曲井眼，从而造成钻机钻达最大深度的能力降低。而且，当井筒摩擦阻力超过地面所施加的钻压时，还会引起钻柱托压问题，迫使管柱发生正旋弯曲或螺旋屈曲，进而大幅度降低钻井速度和效率，托压严重时会造成井下钻具损坏、断裂等井下事故，严重威胁钻井安全。

而井筒摩擦系数是决定摩擦阻力的主要因素，是准确计算井筒摩擦阻力，进一步实现摩擦阻力控制的基础。针对该问题，研究人员从多种角度开展了相关研究，主要包括以下几种方式：经验值、实验测定、静力学反算和BP算法等。

比如，当前计算井筒摩擦阻力时，通常认为一口井或某一区块的摩擦系数为常数。然而实际钻井过程中，摩擦系数并非是常数，摩擦系数要受到井眼形状、地质数据、钻井液性质等参数的影响。此外，井筒摩擦系数还受到管柱运动状态的影响，根据管柱运动状态可将摩擦系数划分为静摩擦系数和动摩擦系数，一般静摩擦系数比动摩擦系数约大25%。因此，将摩擦系数视为常数的方式严重影响井筒摩擦阻力计算的准确性。

又比如，现有技术中还有一种确定管柱摩阻的方法是建立管柱整体受力模型，利用现场实测数据反演计算得到摩阻系数。由于钻井过程的复杂性，管柱整体受力模型很难准确描述井下管柱真实的受力状态，并且管柱力学模型中井底的实际钻压和扭矩难以准确确定。例如，于2020年10月2日公开的名称为摩阻确定方法、装置和设备、公开号为CN111734396 A的专利文献记载了一种摩阻确定方法，包括：获取目标井的第一钻井数据，其中，第一钻井数据集中的数据为钻井设计参数值；在目标井的钻进过程中获取第二钻井数据集，其中，第二钻井数据集中的数据为在目标井的钻进过程中产生的工况数据和机器状态数据；将第一钻井数据集和第二钻井数据集输入利用神经网络训练得到的预测模型中，得到目标井的井底钻压和井底扭矩；根据井底钻压和井底扭矩，利用管柱整体受力模型确定目标井中各管柱的摩阻。该方法虽然可以根据实时预测的井底钻压和井底扭矩，利用管柱整体受力模型确定目标井中每一段管柱的摩阻，但是整个计算过程十分复杂，既不能迅速的实时输出摩阻的预测结果，以满足紧急情况时现场作业的及时性要求，也不能解决输入的实际钻井数据失真所导致的预测结果不够准确的问题，其预测模型的准确性和高效性不能得到有效保障。

针对上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本发明的目的之一在于提供一种同时保障高效性和准确性的求取井筒摩擦系数和井筒摩擦阻力的方法和装置。

为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种井筒摩擦系数确定方法，所述确定方法包括：步骤S1、获取目标井的基础参数数据集，其中，所述基础参数数据集包括井身结构、井眼轨迹、钻具组合、钻压、大钩基础重量、钻井液密度、钻压、转盘转速和轴向速度；步骤S2、将井筒摩擦系数的理论取值区间设置为[F _s1，F _s2]，并假设该区间内存在n组井筒摩擦系数，计算每组井筒摩擦系数的间隔区间长度△F，△F的计算公式如下：△F=（F _s2-F _s1）/（n-1），式中，F _s1为井筒摩擦系数的理论下限值，F _s2为井筒摩擦系数的理论上限值，n为理论取值区间中的井筒摩擦系数的总组数；步骤S3、将基础参数数据集输入目标井的管柱力学模型，并将△F作为摩擦系数步长，根据目标井的钻井方式和具体钻井工况，计算大钩载荷沿井身的力学分布；步骤S4、基于大钩载荷的计算结果，获得包含各种工况的井深-大钩载荷图版；步骤S5、获取目标井在钻井过程中的不同时间下的实测大钩载荷和实测钻头井深，得到实测数据库；步骤S6、对实测数据库进行数据清洗与处理，得到更新后的实测数据库；步骤S7、将更新后的实测数据库与井深-大钩载荷图版进行对照分析，确定实测大钩载荷和实测钻头井深在井深-大钩载荷图版上对应的坐标位置，然后求取目标位置的实际井筒摩擦系数。

在本发明的井筒摩擦系数确定方法的一个示例性实施例中，在获取目标井的基础参数数据集之前，可包括：对基础参数数据集进行筛选和处理，得到更新后的基础参数数据集。

在本发明的井筒摩擦系数确定方法的一个示例性实施例中，所述井筒摩擦系数的理论下限值可为0.1~0.15，理论上限值可为0.45~0.5。

在本发明的井筒摩擦系数确定方法的一个示例性实施例中，所述n≥6，0.01≤△F≤0.1。

在本发明的井筒摩擦系数确定方法的一个示例性实施例中，所述目标井的钻井方式可包括滑动钻井和旋转钻井，所述具体钻井工况可包括停泵、起下钻和钻井。

在本发明的井筒摩擦系数确定方法的一个示例性实施例中，所述对实测数据库进行数据清洗与处理的方式可包括：以井筒摩擦系数的理论上下限值为参考，将实测大钩载荷的筛选区间设置为[F _s1-F _x，F _s2+F _x]，去除不属于筛选区间的错误数据，其中，F _x为安全余量。

在本发明的井筒摩擦系数确定方法的一个示例性实施例中，所述安全余量F _x的取值范围可为0.05~0.1。

在本发明的井筒摩擦系数确定方法的一个示例性实施例中，在去除不属于筛选区间的错误数据之后，可根据需要手动添加新数据或删除不合理的数据。

在本发明的井筒摩擦系数确定方法的一个示例性实施例中，所述求取目标位置的实际井筒摩擦系数的方式可为：

将处理后的实测大钩载荷和实测钻头井深的坐标标定在井深-大钩载荷图版上，并拟合实测数据曲线；

若实测数据曲线与井深-大钩载荷图版中的一条井深-大钩载荷曲线吻合，则将井深-大钩载荷曲线对应的理论井筒摩擦系数预测为目标位置的实际井筒摩擦系数；

若实测数据曲线位于井深-大钩载荷图版中的两条井深-大钩载荷曲线之间，则确定实测数据曲线与邻近距离最小的井深-大钩载荷曲线之间的间距，利用比例法求取目标位置的实际井筒摩擦系数。

在本发明的井筒摩擦系数确定方法的一个示例性实施例中，在确定实测数据曲线与邻近距离最小的井深-大钩载荷曲线之间的间距之前，还可包括：判断两条井深-大钩载荷曲线所对应的理论井筒摩擦系数之间的差值是否大于0.05，若是，则调整摩擦系数步长，再次计算获得新的井深-大钩载荷曲线。

本发明另一方面提供了一种井筒摩擦系数确定装置，所述确定装置包括第一获取模块、第一数据处理模块、第二获取模块、第二数据处理模块、第一确定模块和第二确定模块，其中，第一获取模块被配置为能够在钻井过程中采集并储存目标井的基础参数，输出基础参数数据集，其中，所述基础参数数据集包括井身结构、井眼轨迹、钻具组合、钻压、大钩基础重量；第一数据处理模块与第一获取模块连接，并被配置为能够对基础参数数据集进行筛选和处理，输出更新后的基础参数数据集；第一确定模块与第一数据处理模块连接，并被配置为能够将更新后的基础参数数据集输入至管柱力学模型进行理论计算，获得包含各种工况的井深-大钩载荷图版；第二获取模块被配置为能够采集并储存目标井在钻井过程中的不同时间下的实测大钩载荷和实测钻头井深，以输出实测数据库；第二数据处理模块与第二获取模块连接，并被配置为能够对实测大钩载荷和实测钻头井深进行数据清洗与处理，以获得更新后的实测数据库；第二确定模块分别与第一确定模块和第二数据处理模块连接，并被配置为能够将更新后的实测数据库与井深-大钩载荷图版进行对照分析，确定目标位置的实际井筒摩擦系数。

本发明再一方面提供了一种井筒摩阻确定方法，所述确定方法采用井筒摩擦系数来计算钻具与井壁之间的井筒摩擦阻力，所述井筒摩擦系数采用如上所述的确定方法得到。

本发明再一方面提供了一种井筒摩阻确定装置，所述确定装置包括：如上所述井筒摩擦系数确定装置；以及

计算模块，基于所述确定装置得到的钻井井筒摩擦来计算井筒摩擦阻力，且计算模块与所述第二确定模块连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括以下内容中的至少一项：

（1）本发明可以实现实钻条件下井筒摩擦系数的动态计算，间接实现井筒摩擦系数的动态获取，为动态获取井筒摩擦系数提供技术支持；

（2）本发明采用设置上下限、异常数据处理等方式对实测数据进行清洗与处理，提高了数据的有效性和准确性，确保得到合理的井筒摩擦系数；

（3）本发明通过将实测数据与反算获得的井深-大钩载荷图版对照分析，可以快速根据实时采集的钻井数据自动匹配出目标井段的井筒摩擦系数，与现有技术中利用管柱力学模型进行多次复杂的预测计算相比，本发明的获取方法简单、快捷且准确率高，能够满足紧急情况时现场作业的及时性要求。

附图说明

通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和/或特点将会变得更加清楚，其中：

图1示出了本发明的井筒摩擦系数确定方法的一个示例性实施例的流程示意图。

图2示出了本发明的井筒摩擦系数确定方法的一个示例性实施例的井深-大钩载荷图版。

图3示出了本发明的井筒摩擦系数确定方法的另一个示例性实施例的目标井的井深-大钩载荷图版。

具体实施方式

在下文中，将结合示例性实施例来详细说明本发明的井筒摩擦系数确定方法和装置、井筒摩阻确定方法和装置。

需要说明的是，“第一”、“第二”等仅仅是为了方便描述和便于区分，而不能理解为指示或暗示相对重要性。“上”、“下”、“内”、“外”仅仅为了便于描述和构成相对的方位或位置关系，而并非指示或暗示所指的部件必须具有该特定方位或位置。对于本领域普通技术人员而言，本文中的部分术语“压力”相当于压强。

本发明一方面提供了一种井筒摩擦系数确定方法。在本发明的一个示例性实施例中，如图1中所示，井筒摩擦系数确定方法可包括以下步骤：

步骤S1、获取目标井的基础参数数据集，其中，基础参数数据集包括井身结构、井眼轨迹、钻具组合（包括内外径、线重、强度、接头参数、杨氏模量等）、钻压、大钩基础重量、钻井液密度、钻压、转盘转速、轴向速度等参数。

在本实施例中，在获取目标井的基础参数数据集之前，可以对基础参数数据集进行筛选和处理，得到更新后的基础参数数据集。这是因为对于现场填报的数据，在上传到线上平台后将出现很多错误的基础数据，而基础数据错误会导致理论计算数据偏差较大，不利于后续的分析计算。因此，需对基础参数数据集进行过滤筛选补充，获得更新后的基础参数数据集。

另外，也可以采用自动匹配所有工况的算法对录井数据进行条件化筛选。

步骤S2、将井筒摩擦系数的理论取值区间设置为[F _s1，F _s2]，并假设该区间内存在n组井筒摩擦系数，计算每组井筒摩擦系数的间隔区间长度△F，△F的计算公式如下：△F=（F _s2-F _s1）/（n-1），式中，F _s1为井筒摩擦系数的理论下限值，F _s2为井筒摩擦系数的理论上限值，n为理论取值区间中的井筒摩擦系数的总组数。

在本实施例中，根据现场和经验数据可知，井筒摩擦系数通常取值在0.1～0.5，故井筒摩擦系数的理论下限值的取值范围可为0.1~0.15，理论上限值的取值范围可为0.45~0.5。

例如，假设井筒摩擦系数的理论下限值F _s1为0.1，理论上限值F _s2为0.5，因此在这区间假设多组井筒摩擦系数，取△F作为摩擦系数步长，计算大钩载荷沿井身的力学分布。

在本实施例中，n≥6，0.01≤△F≤0.1。

步骤S3、将基础参数数据集输入目标井的管柱力学模型，并将△F作为摩擦系数步长，根据目标井的钻井方式和具体钻井工况，计算大钩载荷沿井身的力学分布。

在本实施例中，目标井的钻井方式包括滑动钻井和旋转钻井，由于两种钻井方式的工作原理不同，导致井筒力学分布不同，应针对具体钻井方式，采用管柱力学模型计算其大钩载荷沿井身的力学分布。

进一步地，滑动钻井和旋转钻井均包含停泵、起下钻和钻进三种工况，应根据具体工况，采用管柱力学模型计算其大钩载荷沿井身的力学分布。该管柱力学模型考虑了管柱接头部分的局部影响，有利于获得更加精准的计算结果。

步骤S4、基于大钩载荷的计算结果，获得包含各种工况的井深-大钩载荷图版。

在本实施例中，根据大钩载荷的计算结果可以得到大钩载荷沿井深的力学分布曲线，如图2中所示，该曲线以大钩载荷为横坐标、井深为纵坐标，图中带不同符号的曲线分别表示摩阻系数为0.15、0.22、0.29、0.36、0.43和0.5的井深-大钩载荷关系曲线，其中，ff表示井筒摩擦系数。

步骤S5、获取目标井在钻井过程中的不同时间下的实测大钩载荷和实测钻头井深，得到实测数据库。

例如，可以通过录井取得不同时间下的实测大钩载荷和实测钻头井深，并在数据库中录入实测数据。

步骤S6、对实测数据库进行数据清洗与处理，得到更新后的实测数据库。

在本实施中，因录井仪器在数据采集、传输等过程可能存在错误或误差，需要对实测数据进行清洗与处理，以去掉错误和重复数据，可采用设置上下限的方式去掉明显错误的数据，同时采用统计分析的方式进行去重处理和异常值纠错，还可以采用手动处理的方式。需要说明的是，录井各类参数由于传感器自身问题或者安装问题，参数的数值经常会发生跳动，这是属于正常现象。

例如，对实测数据库进行数据清洗与处理的方式可以是：以井筒摩擦系数的理论上下限值为参考，将实测大钩载荷的筛选区间设置为[F _s1-F _x，F _s2+F _x]，去除不属于该筛选区间的错误数据，其中，F _x为安全余量。这里，设置筛选区间的目的是去掉明显错误数据，而设置一定的安全余量是为了防止正确数据被清理掉。例如，安全余量F _x的取值范围可以为0.05~0.1。

同时，对实测数据库进行数据清洗与处理的方式可以是：将同一井深附近的多个点通过统计分析拟合为一个点以去掉大部分重复值，基于点分布密度进行异常处理，当一个点的局部密度显著低于它的大部分近邻时将其分类为异常值，获得清理筛选后的实测数据。

进一步地，可采用手动处理方式对前两种方式进行补充，可以根据需要添加新数据或删除不合理的数据，以提高数据的有效与准确性。

步骤S7、将更新后的实测数据库与井深-大钩载荷图版进行对照分析，确定实测大钩载荷和实测钻头井深在井深-大钩载荷图版上对应的坐标位置，然后求取目标位置的实际井筒摩擦系数。

在本实施例中，求取目标位置的实际井筒摩擦系数的方式可以包括以下步骤：

（1）将处理后的实测大钩载荷和实测钻头井深的坐标标定在井深-大钩载荷图版上，并拟合实测数据曲线。

（2）若实测数据曲线与井深-大钩载荷图版中的一条井深-大钩载荷曲线吻合，则将井深-大钩载荷曲线对应的理论井筒摩擦系数预测为目标位置的实际井筒摩擦系数。

若实测数据曲线位于井深-大钩载荷图版中的两条井深-大钩载荷曲线之间，则确定实测数据曲线与邻近距离最小的井深-大钩载荷曲线之间的间距，利用比例法求取目标位置的实际井筒摩擦系数。比例法是指：先计算实测数据曲线与邻近距离最小的井深-大钩载荷曲线之间相间隔的间距值，然后将该间距值与摩擦系数步长相乘，获得摩擦系数增量，最后将井深-大钩载荷曲线对应的理论井筒摩擦系数与摩擦系数增量之和作为目标位置的实际井筒摩擦系数。邻近距离最小的井深-大钩载荷曲线可以是位于实测数据曲线的左右两边的井深-大钩载荷曲线，也可以是两条井深-大钩载荷曲线之间的中心线。

进一步地，在确定实测数据曲线与邻近距离最小的井深-大钩载荷曲线之间的间距之前，还包括：先判断两条井深-大钩载荷曲线所对应的理论井筒摩擦系数之间的差值是否大于0.05，若是，则调整摩擦系数步长，再次计算获得新的井深-大钩载荷曲线。

本发明的井筒摩擦系数的确定方法，通过基础参数，采用管柱力学模型，计算出大钩载荷沿井身的力学分布，得到大钩载荷-井深图版，进一步，又通过实测的方法获取大钩载荷数据，采用设置上下限等方式对实测数据进行清洗与处理，得到可能合理的井筒摩擦系数。根据大钩载荷-井深图版，结合实测大钩载荷和钻头井深，确定实测大钩载荷的坐标位置，采用比例法求取实际摩擦系数。此方法可实现实钻条件下井筒摩擦系数的动态计算，间接实现了井筒摩擦系数的动态获取。

本发明另一方面提供了一种井筒摩擦系数确定装置。在本发明的一个示例性实施例中，井筒摩擦系数确定装置可包括第一获取模块、第一数据处理模块、第二获取模块、第二数据处理模块、第一确定模块和第二确定模块。

具体来讲，第一获取模块被配置为能够在钻井过程中采集并储存目标井的基础参数，输出基础参数数据集，其中，所述基础参数数据集包括井身结构、井眼轨迹、钻具组合、钻压、大钩载荷等参数。

第一数据处理模块与第一获取模块连接，并被配置为能够对基础参数数据集进行筛选和处理，输出更新后的基础参数数据集。

第一确定模块与第一数据处理模块连接，并被配置为能够将更新后的基础参数数据集输入至管柱力学模型进行理论计算，获得包含各种工况的井深-大钩载荷图版。

第二获取模块被配置为能够采集并储存目标井在钻井过程中的不同时间下的实测大钩载荷和实测钻头井深，以输出实测数据库。

第二数据处理模块与第二获取模块连接，并被配置为能够对实测大钩载荷和实测钻头井深进行数据清洗与处理，以获得更新后的实测数据库。

第二确定模块分别与第一确定模块和第二数据处理模块连接，并被配置为能够将更新后的实测数据库与井深-大钩载荷图版进行对照分析，确定目标位置的实际井筒摩擦系数。

上述井筒摩擦系数确定装置可以在实钻过程中实时的自动采集钻井数据，然后将实测数据自动筛选和处理后，与井深-大钩载荷图版进行对照分析，自动匹配和输出目标位置的实际井筒摩擦系数。

关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。

根据本发明的井筒摩擦系数确定方法、井筒摩阻确定方法可以被编程为计算机程序并且相应的程序代码或指令可以被存储在计算机可读存储介质中，当程序代码或指令被处理器执行时使得处理器执行上述井筒摩擦系数确定方法或井筒摩阻确定方法。计算机可读记录介质是可存储由计算机系统读出的数据的任意数据存储装置。计算机可读记录介质的示例包括：只读存储器、随机存取存储器、只读光盘、磁带、软盘、光数据存储装置和载波（诸如经有线或无线传输路径通过互联网的数据传输）。上述处理器和存储器可以被包括在计算机设备中。

本发明再一方面提供了一种井筒摩阻确定方法。井筒摩阻确定方法可采用井筒摩擦系数来计算钻具与井壁之间的井筒摩擦阻力，所述井筒摩擦系数采用如上所述的确定方法得到。其中，井筒摩阻是指井筒摩擦阻力，井筒摩擦阻力的计算可采用常规计算方式获得。

本发明再一方面提供了一种井筒摩阻确定装置。井筒摩阻确定装置可包括：如上所述井筒摩擦系数确定装置；以及计算模块，基于所述确定装置得到的钻井井筒摩擦来计算井筒摩擦阻力，且计算模块与第二确定模块连接。

为了更好地理解本发明的上述示例性实施例，下面结合具体示例对其进行进一步说明。

在本示例中，一种井筒摩擦系数确定方法可包括以下步骤：

（1）获取目标井的基础参数数据集，其中，基础参数数据集包括井身结构、井眼轨迹、钻具组合、钻压、大钩基础重量、钻井液密度、钻压、转盘转速、轴向速度等参数。

具体来讲，井身结构可包括裸眼尺寸、裸眼底深、是否下套管、套管外径、套管内径、悬挂井深、下入井深、是否注水泥、水深返高等参数。井眼轨迹可包括测量深度、井斜角、方位角、垂直深度、北坐标、东坐标、水平长度、水平位移、闭合距、闭合方位、狗腿度、工具面、视平移、方位变化率和井斜变化率等参数。钻具组合包括内外径、线重、强度、接头参数、杨氏模量等参数。下表1为目标井的作业信息数据。

表1 目标井的作业信息数据

基础参数	数值	基础参数	数值
				裸眼尺寸（mm）	311.2	大钩基础重量（KN）	222.40
裸眼底深（m）	2311	大钩载荷极限（KN）	3000.00
				套管外径（mm）	244.5	转盘扭矩极限（KN.m）	20
套管内径（mm）	224.41	泥浆密度（g/cm<sup>3</sup>）	1.95
				悬挂井深（m）	0	最小摩擦系数	0.15
下入井深（m）	2308.72	最大摩擦系数	0.50

（2）根据现场和经验数据可知，井筒摩擦系数通常取值在0.1～0.5。假设井筒摩擦系数下限和上限分别为F _s1和F _s2，因此在这区间假设多组井筒摩擦系数，取△F作为摩擦系数步长（也就是每组摩擦系数的间隔区间长度），计算大钩载荷沿井身的力学分布。

△F的计算公式如下：△F=（F _s2-F _s1）/（n-1），式中，F _s1为井筒摩擦系数的理论下限值，F _s2为井筒摩擦系数的理论上限值，n为理论取值区间中的井筒摩擦系数的总组数。

在本示例中，F _s1=0.15，F _s2=0.5，n=6，△F=0.07。

（3）将步骤（1）中的基础参数数据集输入目标井的管柱力学模型，并将△F作为摩擦系数步长，根据目标井的钻井方式和具体钻井工况，计算大钩载荷沿井身的力学分布。

其中，管柱力学模型的轴向载荷极限为5000KN，全局摩擦系数为0.25，计算步长为5。

（4）基于大钩载荷的计算结果，获得包含各种工况的井深-大钩载荷图版。

（5）获取目标井在钻井过程中的不同时间下的实测大钩载荷和实测钻头井深，得到实测数据库。

（6）对实测数据库进行数据清洗与处理，得到更新后的实测数据库。

对实测数据库进行数据清洗与处理的方式可以是：以井筒摩擦系数的理论上下限值为参考，将实测大钩载荷的筛选区间设置为[F _s1-F _x，F _s2+F _x]，去除不属于该筛选区间的错误数据，安全余量F _x的取值为0.05。

（7）根据井深-大钩载荷图版，结合实测大钩载荷和钻头井深，确定实测大钩载荷的坐标位置，求取实际摩擦系数。

图3示出了最终获得的目标井的井深-大钩载荷图版。图中的曲线A1表示下钻（Tripping In）过程中井筒摩擦系数为0.50的井深-大钩载荷关系曲线，曲线B1表示下钻过程中井筒摩擦系数为0.43的井深-大钩载荷关系曲线，曲线C1表示下钻过程中井筒摩擦系数为0.36的井深-大钩载荷关系曲线，曲线D1表示下钻过程中井筒摩擦系数为0.29的井深-大钩载荷关系曲线，曲线E1表示下钻过程中井筒摩擦系数为0.22的井深-大钩载荷关系曲线，曲线F1表示下钻过程中井筒摩擦系数为0.15的井深-大钩载荷关系曲线；曲线G表示旋转井底基线ROB（Rotary off Bottom Baseline）；图中的曲线A2表示起钻（Tripping Out）过程中井筒摩擦系数为0.50的井深-大钩载荷关系曲线，曲线B2表示起钻过程中井筒摩擦系数为0.43的井深-大钩载荷关系曲线，曲线C2表示起钻过程中井筒摩擦系数为0.36的井深-大钩载荷关系曲线，曲线D2表示起钻过程中井筒摩擦系数为0.29的井深-大钩载荷关系曲线，曲线E2表示起钻过程中井筒摩擦系数为0.22的井深-大钩载荷关系曲线，曲线F2表示起钻过程中井筒摩擦系数为0.15的井深-大钩载荷关系曲线。图中的若干数据点则表示起下钻过程中的实测大钩载荷和实测钻头井深在井深-大钩载荷图版上对应的坐标位置。

从图3可以看出，实测数据点基本落在曲线B1和曲线E2上，因此，可以认为当前时刻下，下钻过程的井筒摩擦系数为0.43，起钻过程的井筒摩擦系数为0.22。

综上所述，本发明的有益效果包括以下内容中的至少一项：

（1）本发明可以实现实钻条件下井筒摩擦系数的动态计算，间接实现井筒摩擦系数的动态获取，为动态获取井筒摩擦系数提供技术支持；

（2）本发明采用设置上下限、异常数据处理等方式对实测数据进行清洗与处理，提高了数据的有效性和准确性，确保得到合理的井筒摩擦系数；

（3）本发明通过将实测数据与反算获得的井深-大钩载荷图版对照分析，可以快速根据实时采集的钻井数据自动匹配出目标井段的井筒摩擦系数，与现有技术中利用管柱力学模型进行多次复杂的预测计算相比，本发明的获取方法简单、快捷且准确率高，能够满足紧急情况时现场作业的及时性要求。

尽管上面已经结合示例性实施例及附图描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。

Claims (13)

1.一种井筒摩擦系数确定方法，其特征在于，所述确定方法包括：

步骤S1、获取目标井的基础参数数据集，其中，所述基础参数数据集包括井身结构、井眼轨迹、钻具组合、钻压、大钩基础重量、钻井液密度、钻压、转盘转速和轴向速度；

步骤S2、将井筒摩擦系数的理论取值区间设置为[F _s1，F _s2]，并假设该区间内存在n组井筒摩擦系数，计算每组井筒摩擦系数的间隔区间长度△F，△F的计算公式如下：△F=（F _s2-F _s1）/（n-1），式中，F _s1为井筒摩擦系数的理论下限值，F _s2为井筒摩擦系数的理论上限值，n为理论取值区间中的井筒摩擦系数的总组数；

步骤S3、将基础参数数据集输入目标井的管柱力学模型，并将△F作为摩擦系数步长，根据目标井的钻井方式和具体钻井工况，计算大钩载荷沿井身的力学分布；

步骤S4、基于大钩载荷的计算结果，获得包含各种工况的井深-大钩载荷图版；

步骤S5、获取目标井在钻井过程中的不同时间下的实测大钩载荷和实测钻头井深，得到实测数据库；

步骤S6、对实测数据库进行数据清洗与处理，得到更新后的实测数据库；

步骤S7、将更新后的实测数据库与井深-大钩载荷图版进行对照分析，确定实测大钩载荷和实测钻头井深在井深-大钩载荷图版上对应的坐标位置，然后求取目标位置的实际井筒摩擦系数。

2.根据权利要求1所述的井筒摩擦系数确定方法，其特征在于，在获取目标井的基础参数数据集之前，包括：对基础参数数据集进行筛选和处理，得到更新后的基础参数数据集。

3.根据权利要求2所述的井筒摩擦系数确定方法，其特征在于，所述的理论下限值为0.1~0.15，理论上限值为0.45~0.5。

4.根据权利要求3所述的井筒摩擦系数确定方法，其特征在于，所述n≥6，0.01≤△F≤0.1。

5.根据权利要求4所述的井筒摩擦系数确定方法，其特征在于，所述目标井的钻井方式包括滑动钻井和旋转钻井，所述具体钻井工况包括停泵、起下钻和钻井。

6.根据权利要求5所述的井筒摩擦系数确定方法，其特征在于，所述对实测数据库进行数据清洗与处理的方式包括：以井筒摩擦系数的理论上下限值为参考，将实测大钩载荷的筛选区间设置为[F _s1-F _x，F _s2+F _x]，去除不属于筛选区间的错误数据，其中，F _x为安全余量。

7.根据权利要求6所述的井筒摩擦系数确定方法，其特征在于，所述安全余量F _x的取值范围为0.05~0.1。

8.根据权利要求6所述的井筒摩擦系数确定方法，其特征在于，在去除不属于筛选区间的错误数据之后，根据需要手动添加新数据或删除不合理的数据。

9.根据权利要求1所述的井筒摩擦系数确定方法，其特征在于，所述求取目标位置的实际井筒摩擦系数的方式为：

将处理后的实测大钩载荷和实测钻头井深的坐标标定在井深-大钩载荷图版上，并拟合实测数据曲线；

若实测数据曲线与井深-大钩载荷图版中的一条井深-大钩载荷曲线吻合，则将井深-大钩载荷曲线对应的理论井筒摩擦系数预测为目标位置的实际井筒摩擦系数；

若实测数据曲线位于井深-大钩载荷图版中的两条井深-大钩载荷曲线之间，则确定实测数据曲线与邻近距离最小的井深-大钩载荷曲线之间的间距，利用比例法求取目标位置的实际井筒摩擦系数。

10.根据权利要求9所述的井筒摩擦系数确定方法，其特征在于，在确定实测数据曲线与邻近距离最小的井深-大钩载荷曲线之间的间距之前，还包括：判断两条井深-大钩载荷曲线所对应的理论井筒摩擦系数之间的差值是否大于0.05，若是，则调整摩擦系数步长，再次计算获得新的井深-大钩载荷曲线。

11.一种井筒摩擦系数确定装置，其特征在于，所述确定装置包括第一获取模块、第一数据处理模块、第二获取模块、第二数据处理模块、第一确定模块和第二确定模块，其中，

第一获取模块被配置为能够在钻井过程中采集并储存目标井的基础参数，输出基础参数数据集，其中，所述基础参数数据集包括井身结构、井眼轨迹、钻具组合、钻压和大钩基础重量；

第一数据处理模块与第一获取模块连接，并被配置为能够对基础参数数据集进行数据筛选和处理，输出更新后的基础参数数据集；

第一确定模块与第一数据处理模块连接，并被配置为能够将更新后的基础参数数据集输入至管柱力学模型进行理论计算，获得包含各种工况的井深-大钩载荷图版；

第二获取模块被配置为能够采集并储存目标井在钻井过程中的不同时间下的实测大钩载荷和实测钻头井深，以输出实测数据库；

第二数据处理模块与第二获取模块连接，并被配置为能够对实测大钩载荷和实测钻头井深进行数据清洗与处理，以获得更新后的实测数据库；

第二确定模块分别与第一确定模块和第二数据处理模块连接，并被配置为能够将更新后的实测数据库与井深-大钩载荷图版进行对照分析，确定目标位置的实际井筒摩擦系数。

12.一种井筒摩阻确定方法，其特征在于，所述确定方法采用井筒摩擦系数来计算钻具与井壁之间的井筒摩擦阻力，所述井筒摩擦系数采用如权利要求1至10中任意一项所述的确定方法得到。

13.一种井筒摩阻确定装置，其特征在于，所述确定装置包括：如权利要求11所述井筒摩擦系数确定装置；以及

计算模块，基于所述确定装置得到的钻井井筒摩擦来计算井筒摩擦阻力，且计算模块与所述第二确定模块连接。

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