CN115822551A - 井下钻压和扭矩的确定方法、装置、设备和存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种井下钻压和扭矩的确定方法、装置、设备和存储介质，通过确定在接立柱的过程中钻柱的多个关键状态，根据所述多个关键状态下的工程参数确定所述立柱计算周期内钻头的初始钻压和初始扭矩；确定所述钻柱与井筒的第一摩擦系数，根据所述第一摩擦系数、初始钻压和初始扭矩计算地面大钩载荷和地面扭矩，根据计算的地面大钩载荷和计算的地面扭矩调整所述第一摩擦系数，多次调整后得到第二摩擦系数；当钻头在钻进时，根据所述第二摩擦系数计算井下钻压和井下扭矩，使得在钻井过程中，能够在各个立柱周期内动态调整摩擦系数，避免采用恒定的摩擦系数计算井下钻压和扭矩，且该方法无需使用井下传感器，降低了成本的同时提高了精度。
Description
技术领域
本发明涉及石油勘探开发技术领域，尤其涉及一种井下钻压和扭矩的确定方法、装置、设备和存储介质。
背景技术
在钻井的过程中，由于井筒摩擦、钻柱弯曲振动等因素，钻井过程中地面记录的钻压和扭矩参数并非井下钻压和扭矩值。而在钻进过程中井下钻压和扭矩值是反映钻头工况的两个重要指标，钻井过程中井下钻压不足会导致机械钻速降低、延长钻井周期；钻压过大会导致钻柱弯曲、钻柱剧烈振动，超过井下设备极限载荷的钻压和扭矩值设置会导致井下仪器失效、钻具断裂等复杂事故，增加钻井成本。因此，钻井过程中井下钻压和扭矩值的准确监测，对于确定井底钻头真实工作状态，优化钻井效率具有重要意义。在现有技术中，通常采用安装在钻铤上的井下传感器测量接近钻头位置的钻压和扭矩参数，并通过泥浆脉冲或有线钻杆将测量结果传输至地面。
然而，上述方法中井下传感器容易受井下的剧烈振动影响，存在失效现象和成本较高的问题。
发明内容
本发明提供一种井下钻压和扭矩的确定方法、装置、设备和存储介质，用以解决现有技术井下传感器容易受井下的剧烈振动影响，存在失效现象和成本较高的问题。
第一方面，本发明提供一种井下钻压和扭矩的确定方法，所述方法包括：
确定在接立柱的过程中钻柱的多个关键状态，根据所述多个关键状态下的工程参数确定所述立柱计算周期内钻头的初始钻压和初始扭矩；
确定所述钻柱与井筒的第一摩擦系数，根据所述第一摩擦系数、初始钻压和初始扭矩计算地面大钩载荷和地面扭矩，根据计算的地面大钩载荷和计算的地面扭矩调整所述第一摩擦系数，多次调整后得到第二摩擦系数；
当钻头在钻进时，根据所述第二摩擦系数计算井下钻压和井下扭矩。
可选的，所述钻柱被划分为多个单元体；根据所述第一摩擦系数、初始钻压和初始扭矩计算地面大钩载荷和地面扭矩，包括：
采用迭代计算的方式根据所述第一摩擦系数、初始钻压和初始扭矩从第一单元体向上依次计算各个单元体对应的上端拉力和扭矩；所述第一单元体为距离所述钻头的位置最近的单元体；
将第二单元体对应的上端拉力确定为所述地面大钩载荷，将第二单元体对应的扭矩之和确定为所述地面扭矩；所述第二单元体为距离井口的位置最近的单元体。
可选的，采用迭代计算的方式根据所述第一摩擦系数、初始钻压和初始扭矩从第一单元体向上依次计算各个单元体对应的上端拉力和扭矩，包括：
根据钻头的初始钻压计算所述第一单元体的正压力；
根据所述第一摩擦系数、所述正压力、所述初始钻压计算所述第一单元体的上端拉力，根据所述第一摩擦系数、所述正压力和初始扭矩计算所述第一单元体的扭矩；
确定与所述第一单元体相邻的单元体的正压力，根据所述第一单元体的上端拉力、第一单元体的扭矩、所述第一摩擦系数、相邻单元体对应的正压力，计算所述相邻单元体的上端拉力和扭矩；
依次向上计算各个单元体的上端拉力和扭矩，直至确定所述第二单元体的上端拉力和扭矩。
可选的，根据计算的地面大钩载荷和计算的地面扭矩调整所述第一摩擦系数，多次调整后得到第二摩擦系数，包括：
判断计算的地面大钩载荷和计算的地面扭矩是否满足预设条件，当不满足预设条件时，则调整所述第一摩擦系数，并根据调整后的摩擦系数再次计算地面大钩载荷和地面扭矩，直至满足预设条件，将满足预设条件时的摩擦系数确定为所述第二摩擦系数；
满足预设条件表示第一差值小于大钩载荷阈值且第二差值小于地面扭矩阈值；所述第一差值为计算的地面大钩载荷与实际的地面大钩载荷的差值，所述第二差值为计算的地面扭矩与实际的地面扭矩的差值。
可选的，确定在接立柱的过程中钻柱的多个关键状态，包括：
当钻柱处于非钻进状态时，获取该状态下井深、地面大钩载荷、钻头井深、钻柱转速和立压；
当该状态下的地面大钩载荷大于等于坐卡门限时确定处于钻柱离卡状态；
在确定钻柱处于离卡状态后，若所述钻头井深小于所述井深超过预设数值，且在预设时间内所述钻头井深持续增大以及所述钻柱转速等于目标转速，则确定处于旋转下放状态；
在确定钻柱处于离卡状态后，若所述钻头井深小于所述井深超过预设数值，且在预设时间内所述钻头井深不变、所述立压不等于正常钻进立压以及所述钻柱转速等于目标转速，则确定处于旋转且轴向静止状态。
可选的，根据所述多个关键状态下的工程参数确定所述立柱计算周期内钻头的初始钻压和初始扭矩，包括：
根据所述旋转钻进状态下的地面扭矩和旋转且轴向静止状态下的地面扭矩，确定钻头位置的初始扭矩；
根据旋转下放状态下的地面大钩载荷和旋转钻进状态下的地面大钩载荷，确定钻头位置的初始钻压。
可选的，当钻头在钻进时，根据所述第二摩擦系数计算井下钻压和井下扭矩，包括：
获取钻进过程中的地面大钩载荷和钻进过程中的地面扭矩；
根据所述第二摩擦系数、钻进过程中的地面大钩载荷和钻进过程中的地面扭矩采用迭代计算的方式确定井下钻压和井下扭矩。
第二方面，本发明提供一种井下钻压和扭矩的确定装置，所述装置包括：
第一确定模块，用于确定在接立柱的过程中钻柱的多个关键状态，根据所述多个关键状态下的工程参数确定所述立柱计算周期内钻头的初始钻压和初始扭矩；
第二确定模块，用于确定所述钻柱与井筒的第一摩擦系数，根据所述第一摩擦系数、初始钻压和初始扭矩计算地面大钩载荷和地面扭矩，根据计算的地面大钩载荷和计算的地面扭矩调整所述第一摩擦系数，多次调整后得到第二摩擦系数；
第三确定模块，用于当钻头在钻进时，根据所述第二摩擦系数计算井下钻压和井下扭矩。
第三方面，本发明提供一种电子设备，包括：至少一个处理器和存储器；
存储器存储计算机执行指令；
至少一个处理器执行存储器存储的计算机执行指令，使得至少一个处理器执行如第一方面任一项的方法。
第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，当处理器执行计算机执行指令时，实现如第一方面任一项的方法。
本发明提供的一种井下钻压和扭矩的确定方法、装置、设备和存储介质，通过确定在接立柱的过程中钻柱的多个关键状态，根据所述多个关键状态下的工程参数确定所述立柱计算周期内钻头的初始钻压和初始扭矩；确定所述钻柱与井筒的第一摩擦系数，根据所述第一摩擦系数、初始钻压和初始扭矩计算地面大钩载荷和地面扭矩，根据计算的地面大钩载荷和计算的地面扭矩调整所述第一摩擦系数，多次调整后得到第二摩擦系数；当钻头在钻进时，根据所述第二摩擦系数计算井下钻压和井下扭矩，使得在钻井过程中，能够在各个立柱周期内动态调整摩擦系数，避免采用恒定的摩擦系数计算井下钻压和扭矩，且该方法无需使用井下传感器，降低了成本的同时提高了精度。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1为本发明实施例提供的一种的井下钻压和扭矩的确定方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的一种确定多个立柱钻进时的井下钻压和扭矩的示意图；
图3为本发明实施例提供的一种接立柱过程钻柱关键状态识别方法的原理图；
图4为本发明实施例提供的一种单元体受力示意图；
图5为本发明实施例提供的一种不同的单元体对应的正压力的示意图；
图6为本发明实施例提供的一种不同的单元体对应的上端拉力的示意图；
图7为本发明实施例提供的一种不同的单元体对应的扭矩的示意图；
图8为本发明实施例提供的另一种井下钻压和扭矩的确定方法的流程示意图；
图9为本发明实施例提供的一种井下钻压和扭矩的确定装置的结构示意图；
图10为本发明实施例提供的一种电子设备的硬件结构示意图。
通过上述附图，已示出本发明明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本发明构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。
在钻井的过程中需要确定井下钻压和井下扭矩，其中，井下钻压是指井下钻头位置钻压；井下扭矩是指井下钻头位置扭矩。井下钻压和井下扭矩的监测对于确定井底钻头的真实工作状态，确保井下安全具有重要意义。
在现有技术中，一种确定井下钻压和井下扭矩的方法为：在钻铤上安装井下传感器，以测量接近钻头位置的钻压和扭矩，并将测量的钻压和扭矩传输到地面，但是上述方法中井下传感器成本太高，且井下传感器容易受井下剧烈振动影响，可能出现失效的现象。另一种方法为：融合井筒工程数据和地面工程数据来计算井下钻压和井下扭矩，这类方法通常使用恒定摩擦系数以实时反算井下钻压和井下扭矩，无法依据实时地面工程数据反演不同钻井工况时井筒摩擦系数，同时钻井过程中井筒摩擦系数受井眼清洁程度、井筒键槽、钻井液性能等诸多因素影响，采用恒定摩擦系数得到井下钻压和井下扭矩与真实值存在一定差异。
基于上述问题，本申请通过在每次接立柱(单根)的过程中分别计算与井筒的摩擦系数，得到钻井过程中不同深度位置的摩擦系数，以实现对摩擦系数的动态调整，根据地面工程参数和确定的摩擦系数计算在钻进过程中的井下钻压和井下扭矩。
图1为本发明实施例提供的一种井下钻压和扭矩的确定方法的流程示意图，方法包括步骤S101至步骤S103：
步骤S101、确定在接立柱的过程中钻柱的多个关键状态，根据所述多个关键状态下的地面工程参数确定所述立柱计算周期内钻头的初始钻压和初始扭矩。
在钻井时，当基于一个立柱完成钻进后，需要上提钻柱并进行接立柱作业，再下放钻柱继续钻进。当在接立柱的过程中钻柱存在多个关键状态，例如：非旋转上提状态、旋转上提状态、旋转下放状态、非旋转下放状态、旋转且轴向静止状态、规定时间内的静止状态、正常钻进立管压力状态等。其中，可以根据钻柱的参数信息确定钻柱所处的关键状态。
在确定钻柱的关键状态后，可以确定钻柱处于各个关键状态下的地面大钩载荷和地面扭矩，从而可以计算立柱计算周期内钻头的初始钻压和初始扭矩，例如，可以获取旋转钻进状态下的地面扭矩、旋转且轴向静止状态下的地面扭矩、旋转下放状态下的地面大钩载荷、旋转钻进状态下的地面大钩载荷等等，也就是当在确定钻柱的关键状态时，记录的地面工程参数。
步骤S102、确定所述钻柱与井筒的第一摩擦系数，根据所述第一摩擦系数、初始钻压和初始扭矩计算地面大钩载荷和地面扭矩，根据计算的地面大钩载荷和计算的地面扭矩调整所述第一摩擦系数，多次调整后得到第二摩擦系数。
其中，在确定初始钻压和初始扭矩后，可以设置第一摩擦系数，第一摩擦系数为钻柱与井筒之间的摩擦系数。根据第一摩擦系数、初始钻压和初始扭矩可以计算出地面大钩载荷和地面扭矩，判断计算的地面大钩载荷和地面扭矩是否存在误差，若存在误差时，则需要重新调整第一摩擦系数。当在经过多次调整之后，可以得到第二摩擦系数，第二摩擦系数即为确定的该立柱计算周期内钻柱与井筒的摩擦系数。
通过每次在重新计算摩擦系数，可以实现在钻井的过程中随着钻柱的不断加深的过程摩擦系数也会随之变化，通过对摩擦系数的校正，使得在计算井下钻压和井下扭矩时能够根据钻柱的深度采用不同的摩擦系数，提高确定的井下钻压和井下扭矩的准确度。
步骤S103、当钻头在钻进时，根据所述第二摩擦系数计算井下钻压和井下扭矩。
当一个接立柱的操作完成后，可以进行钻进，基于确定的第二摩擦系数以及在钻进过程中的地面大钩载荷和地面扭矩，可以计算钻进过程中的井下钻压和井下扭矩。
其中，随着井深的增加，可以以一个立柱周期计算一次第二摩擦系数，在随后的钻进过程中可以基于确定的第二摩擦系数来实时计算井下钻压和井下扭矩，从而当在不同的立柱周期内可以确定不同的第二摩擦系数，使得钻进过程中计算井下钻压和井下扭矩时也会采用不同的第二摩擦系数，通过不断的校正摩擦系数，得到准确的井下钻压和井下扭矩。
图2为本发明实施例提供的一种确定多个立柱钻进时的井下钻压和扭矩的示意图，如图2所示，当接完一根立柱后，在进行钻进时，可以基于确定的第二摩擦系数实时计算井下钻压和扭矩，也就是图中的钻头位置钻压和钻头位置扭矩，使得每个计算每个立柱钻进时的钻压的扭矩时，可以基于校正后的摩擦系数来计算，也就是每一立柱周期内对应的第二摩擦系数均不同，实现摩擦系数的动态调整，如此计算的井下钻压和井下扭矩更准确。
本发明提供的一种井下钻压和扭矩的确定方法、装置、设备和存储介质，通过确定在接立柱的过程中钻柱的多个关键状态，根据所述多个关键状态下的工程参数确定所述立柱计算周期内钻头的初始钻压和初始扭矩；确定所述钻柱与井筒的第一摩擦系数，根据所述第一摩擦系数、初始钻压和初始扭矩计算地面大钩载荷和地面扭矩，根据计算的地面大钩载荷和计算的地面扭矩调整所述第一摩擦系数，多次调整后得到第二摩擦系数；当钻头在钻进时，根据所述第二摩擦系数计算井下钻压和井下扭矩，使得在钻井过程中，能够在各个立柱周期内动态调整摩擦系数，避免采用恒定的摩擦系数计算井下钻压和扭矩，且该方法无需使用井下传感器，降低了成本的同时提高了精度。
可选的，确定在接立柱的过程中钻柱的多个关键状态，包括：
当钻柱处于非钻进状态时，获取该状态下井深、地面大钩载荷、钻头井深、钻柱转速和立压；
当该状态下的地面大钩载荷大于等于坐卡门限时确定处于钻柱离卡状态；
在确定钻柱处于离卡状态后，若所述钻头井深小于所述井深超过预设数值，且在预设时间内所述钻头井深持续增大以及所述钻柱转速等于目标转速，则确定处于旋转下放状态；
在确定钻柱处于离卡状态后，若所述钻头井深小于所述井深超过预设数值，且在预设时间内所述钻头井深不变、所述立压不等于正常钻进立压以及所述钻柱转速等于目标转速，则确定处于旋转且轴向静止状态。
当钻柱处于非钻进状态时，表示钻柱未处于旋转钻进状态，也未处于滑动钻进状态，可以确定处于接立柱状态。此时可以获取钻柱处于接立柱状态下的参数信息和地面工程参数，从而确定在接立柱的过程中钻柱所处的关键状态。
图3为本发明实施例提供的一种接立柱过程钻柱关键状态识别方法的原理图，如图3所示，获取的地面工程参数包括地面大钩载荷，当地面大钩载荷大于等于坐卡门限时确定处于钻柱离卡状态，当地面大钩载荷小于坐卡门限时确定处于坐卡状态。其中，坐卡门限可以根据经验进行设置，如150KN，该状态为接立柱操作的起始状态。
当钻柱离卡后，可以判断钻头井深是否小于井深超过预设数值，若是，则判断持续时间是否满足预设时间，其中，预设数值和预设时间可以根据实际情况进行设置，如预设数值为2米；预设时间为20s；若满足预设时间，则可以判断钻柱是否轴向移动，即判断一段时间内钻头井深是否发生变化，当轴向移动时，若钻头井深持续减小时，表示钻柱处于上提状态，再根据钻柱转速确定钻柱的关键状态，当钻柱转速为目标转速时，钻柱处于旋转上提状态；当钻柱转速为0时，钻柱处于非旋转上提状态。当钻头井深持续增大时，表示钻柱处于下放状态，当钻柱转速为目标转速时，钻柱处于旋转下放状态；当钻柱转速为0时，钻柱处于非旋转下放状态。其中，目标转速可以为60r/min。其中，钻头井深表示钻头所在位置的深度信息。
其中，当钻头井深小于井深超过预设数值且钻柱未轴向移动时，此时可以判断立压是否等于正常钻进立压，若等于，则钻柱处于正常钻进立管压力状态；若不等于，则当钻柱转速为目标转速时，钻柱处于旋转且轴向静止状态；当钻柱转速为0时，钻柱处于规定时间内的静止状态。其中，正常钻进立压可以为20MPa。
通过上述的判断逻辑，可以准确确定钻柱的关键状态，从而可以准确的获取各个关键状态下的地面工程参数，便于准确确定井下钻压和井下扭矩。
可选的，根据所述多个关键状态下的地面工程参数确定所述立柱计算周期内钻头的初始钻压和初始扭矩，包括：
根据所述旋转钻进状态下的地面扭矩和旋转且轴向静止状态下的地面扭矩，确定钻头位置的初始扭矩；
根据旋转下放状态下的地面大钩载荷和旋转钻进状态下的地面大钩载荷，确定钻头位置的初始钻压。
可以将旋转钻进状态下的地面扭矩与旋转且轴向静止状态下的地面扭矩的差值确定为钻头位置的初始扭矩，可以将旋转下放状态下的地面大钩载荷和旋转钻进状态下的地面大钩载荷的差值确定为钻头位置的初始钻压。此处的旋转钻进状态可以为基于上一立柱周期中钻进过程，例如，在第二根立柱的计算周期内，可以采用基于第一根立柱进行旋转钻进时的地面扭矩和地面大钩载荷来确定钻头的初始钻压和初始扭矩。
其中，上述计算的初始钻压和初始扭矩为复合钻进工况下的初始钻压和初始扭矩。除复合钻进以外，还存在滑动钻进，滑动钻进时只需要确定初始钻压，可以将不旋转下放状态下的地面大钩载荷和滑动钻进状态下的地面大钩载荷的差值确定为滑动钻进时钻头位置的初始钻压。
同样的，可以确定上述两种工况下的第二摩擦系数，从而当采用滑动钻进和复合钻进时均可以计算井下钻压和井下扭矩。
根据钻柱处于不同状态下的地面工程参数，可以准确确定不同工况下的钻头位置的初始钻压和初始扭矩，从而准确确定摩擦系数，提高计算的井下钻压和井下扭矩的准确度。
可选的，所述钻柱被划分为多个单元体；根据所述第一摩擦系数、初始钻压和初始扭矩计算地面大钩载荷和地面扭矩，包括：
采用迭代计算的方式根据所述第一摩擦系数、初始钻压和初始扭矩从第一单元体向上依次计算各个单元体对应的上端拉力和扭矩；所述第一单元体为距离所述钻头的位置最近的单元体；
将第二单元体对应的上端拉力确定为所述地面大钩载荷，将第二单元体对应的扭矩确定为所述地面扭矩；所述第二单元体为距离井口的位置最近的单元体。
具体的，当在根据第一摩擦系数确定地面大钩载荷和地面扭矩时，可以采用迭代计算的方式来确定。图4为本发明实施例提供的一种单元体受力示意图，如图4所示，可以将钻柱划分为多个单元体，距离所述钻头的位置最近的单元体的第一单元体，距离井口的位置最近的单元体为第二单元体，在第一单元体和第二单元体之间还存在多个单元体，此处不再一一命名。具体的，可以获取钻井现场的井深结构、钻具组合、钻井液性能、井眼轨迹数据等，对钻柱进行单元体划分。
在对单元体划分完毕后，可以通过迭代计算的方式计算各个单元体的上端拉力和扭矩，其中，迭代计算是指先计算第一单元体的上端拉力和扭矩，基于第一单元体的上端拉力再计算相邻的上一单元体的上端拉力和扭矩，如此重复，直至计算第二单元体的上端拉力和扭矩，实现依次得到各个单元体的上端拉力和扭矩。
在得到各个单元体的上端拉力和扭矩后，可以计算地面扭矩和地面大钩载荷，其中，地面大钩载荷为井口位置的第二单元体对应的上端拉力，地面扭矩为第二单元体对应的扭矩。
采用迭代计算的方式，可以准确计算地面扭矩和地面大钩载荷，从而获得准确的摩擦系数。
可选的，采用迭代计算的方式根据所述第一摩擦系数、初始钻压和初始扭矩从第一单元体向上依次计算各个单元体对应的上端拉力和扭矩，包括：
根据钻头的初始钻压计算所述第一单元体的正压力；
根据所述第一摩擦系数、所述正压力、所述初始钻压计算所述第一单元体的上端拉力，根据所述第一摩擦系数、所述正压力和初始扭矩计算所述第一单元体的扭矩；
确定与所述第一单元体相邻的单元体的正压力，根据所述第一单元体的上端拉力、第一单元体的扭矩、所述第一摩擦系数、相邻单元体对应的正压力，计算所述相邻单元体的上端拉力和扭矩；
依次向上计算各个单元体的上端拉力和扭矩，直至确定所述第二单元体的上端拉力和扭矩。
从钻头的位置向上计算各个单元体的上端拉力和扭矩，直至井口，也就是先计算距离钻头位置最近的第一单元体的上端拉力和扭矩。如图4所示，在获取初始钻压后，可以将初始钻压确定为第一单元体的下端拉力，同时还可以计算第一单元体所受的正压力。单元体所受正压力计算公式为：
其中，Fn为单元体所受正压力，单位是N；Ft单元体下端拉力，单位是N；W为单元体在钻井液中的重力，单位是N；Δα为单元体方位角变化，单位是Rad；Δθ为单元体井斜角变化，单位是Rad；
为单元体平均井斜角，单位是Rad。可以获得单元体在钻井液中的重力、单元体方位角变化、单元体井斜角变化和单元体平均井斜角等参数，从而计算出第一单元体正压力。
其中，在确定第一单元体的正压力后，可以计算第一单元体的上端拉力，具体的，上端拉力等于Ft+ΔFt，ΔFt为单元体轴向合力，单位是N；μ为单元体与井壁的摩擦系数，单位是无量纲。单元体轴向合力计算公式为：
因此，在确定第一单元体的正压力后，可以计算第一单元体的轴向合力，从而得到第一单元体的上端拉力。其中，当钻柱处于上提状态时，摩擦力前面的符号为正值，当钻柱处于下放状态时，摩擦力前面的符号为负值。
针对第一单元体还需要计算扭矩，计算公式如下：
ΔM＝μFnr
其中，M+ΔM为单元体所受扭矩，单位是N.m；r为单元体半径，单位是m。针对第一单元体，M为初始扭矩。
根据上述公式，当在为摩擦系数赋值为第一摩擦系数后，可以计算第一单元体的上端拉力和扭矩。
在得到第一单元体的上端拉力和扭矩后，可以将第一单元体的上端拉力确定为相邻的单元体的下端拉力，确定相邻的单元体的正压力，根据所述下端拉力、所述第一摩擦系数和所述正压力计算该相邻单元体的上端拉力；根据所述第一摩擦系数、所述正压力和第一单元体的扭矩计算该相邻单元体的扭矩，此时公式中的M为第一单元体的扭矩，其中，不同单元体的正压力需要根据该单元体的下端拉力进行计算。
采用上述方法，依次向上计算各个单元体的上端拉力和扭矩，直至确定井口位置的第二单元体的上端拉力和扭矩。
图5为本发明实施例提供的一种不同的单元体对应的正压力的示意图，如图5所示，不同井深位置的单元体对应的正压力不同。图6为本发明实施例提供的一种不同的单元体对应的上端拉力的示意图，如图6所示，从井底到井口，不同单元体的上端拉力逐渐变大。图7为本发明实施例提供的一种不同的单元体对应的扭矩的示意图，如图7所示，从井底到井口，单元体的扭矩呈逐渐变大的趋势。
通过基于各个单元体的受力情况计算各个单元体的上端拉力和扭矩，可以准确的计算各个单元体的上端拉力和扭矩。
可选的，根据计算的地面大钩载荷和计算的地面扭矩调整所述第一摩擦系数，多次调整后得到第二摩擦系数，包括：
判断计算的地面大钩载荷和计算的地面扭矩是否满足预设条件，当不满足预设条件时，则调整所述第一摩擦系数，并根据调整后的摩擦系数再次计算地面大钩载荷和地面扭矩，直至满足预设条件，将满足预设条件时的摩擦系数确定为所述第二摩擦系数；
满足预设条件表示第一差值小于大钩载荷阈值且第二差值小于地面扭矩阈值；所述第一差值为计算的地面大钩载荷与实际的地面大钩载荷的差值，所述第二差值为计算的地面扭矩与实际的地面扭矩的差值。
当在通过单元体划分计算得到地面大钩载荷和地面扭矩后，可以与实际的地面大钩载荷和实际的地面扭矩进行比较，当二者相差不大时，表示第一摩擦系数选取合适，当二者相差较大，则可以对第一摩擦系数进行调整，并可以重新计算地面大钩载荷和地面扭矩，并将重新计算的地面大钩载荷和地面扭矩与此时的实际的地面大钩载荷和实际的地面扭矩相比，直至计算的地面大钩载荷和地面扭矩满足预设条件，此时确定的摩擦系数即为第二摩擦系数。
具体的，在确定是否满足预设条件时，可以将计算的地面大钩载荷与实际的地面大钩载荷的第一差值与大钩载荷阈值进行比较，以及，将计算的地面扭矩与实际的地面扭矩的差值与地面扭矩阈值进行比较。其中，大钩载荷阈值和地面扭矩阈值可以根据实际情况进行设置。
通过将计算的地面大钩载荷和地面扭矩分别与实际的地面大钩载荷和地面扭矩进行比较，从而对摩擦系数进行调整，使得最终得到的第二摩擦系数可以表示为该立柱周期内的摩擦系数。
可选的，当钻头在钻进时，根据所述第二摩擦系数计算井下钻压和井下扭矩，包括：
获取钻进过程中的地面大钩载荷和钻进过程中的地面扭矩；
根据所述第二摩擦系数、钻进过程中的地面大钩载荷和钻进过程中的地面扭矩采用迭代计算的方式确定井下钻压和井下扭矩。
在计算井下钻压和井下扭矩时，同样需要采用迭代计算的方法，也就是将获取的地面大钩载荷确定为第二单元体的上端拉力，根据确定的第二摩擦系数、单元体所受正压力的计算公式、单元体上端拉力的计算公式，以及单元体轴向合力的计算公式，可以计算出与第二单元体相邻的单元体的上端拉力；同时根据获取的地面扭矩和计算出的正压力可以计算与第二单元体相邻的单元体的扭矩。再确定与第二单元体相邻的单元体的上端拉力和扭矩后，可以依次向下计算各个单元体的上端拉力和扭矩，从而计算出第一单元体的上端拉力和扭矩，进而可以计算出钻头位置的钻压和和扭矩，也就是井下钻压和井下扭矩。
通过依靠地面工程参数和第二摩擦系数可以实时反演井下钻压和井下扭矩，使得确定的井下钻压和井下扭矩的准确度可以提高。
图8为本发明实施例提供的另一种井下钻压和扭矩的确定方法的流程示意图，如图8所示，通过基于一口实际的井，基于地面工程参数来反演井下钻压和扭矩的过程进行说明。
第1步，设置预设时间为20s，坐卡门限为150KN，目标转速为60r/min，正常钻进立压为20MPa，以作为判断条件，根据钻进接立柱过程中关键状态识别方法确定钻柱的关键状态，并获取各个关键状态下的地面工程参数，例如：旋转钻进状态下的地面大钩载荷和地面扭矩、钻柱处于旋转且轴向静止状态下的地面扭矩，钻柱处于旋转下放状态下时的地面大钩载荷，具体数据值见表1所示。
表1 钻柱处于不同状态时的地面大钩载荷和地面扭矩
| 钻柱所处状态 | 地面大钩载荷(kN) | 地面扭矩(kN.m) |
| 旋转钻进 | 788.68 | 17.65 |
| 旋转且轴向静止 | 17.18 | |
| 旋转下放 | 849.85 |
由表1可知，钻头位置扭矩＝旋转钻进时地面扭矩-旋转且轴向静止时地面扭矩＝0.47kN.m，钻头位置钻压等于旋转下放时地面大钩载荷-旋转钻进时地面大钩载荷＝61.17kN。将获得的钻头位置扭矩和钻头位置钻压作为初始钻压和初始扭矩；
第2步：搜集钻井现场井身结构、钻具组合、钻井液性能、井眼轨迹数据，对钻柱进行单元体划分，为钻柱与井筒的第一摩擦系数赋数值；
第3步：以单元体长度为单位，采用迭代方式从钻头位置向上计算各个单元体上端拉力和扭矩，直至井口，得到的井口位置的单元体的上端拉力即为计算的地面大钩载荷，计算结果如图5所示，将井口位置单元体的扭矩确定为地面扭矩，计算结果如图6所示；
第4步：将计算的地面大钩载荷和地面扭矩分别与步骤1获取的旋转钻进过程中的实际的地面大钩载荷和实际的扭矩对比，如果差值均小于设定阀值，记录此次的摩擦系数，如果差值大于等于设定阀值则调整第一摩擦系数，并重复步骤2和步骤3，直至得到第二摩擦系数；
第5步：基于确定的第二摩擦系数，结合该立柱钻进过程中地面大钩载荷、扭矩，计算得到钻进过程中井下钻压和井下扭矩。
第6步：随着钻进井深增加，每个立柱打完以后，重复步骤1-5，实现全井钻井过程中井下钻压、井下扭矩的获取。
本申请计算井下钻压和井下扭矩的方法，需要计算不同深度位置井筒摩擦系数，并依据地面工程参数实现井下真实钻压和扭矩参数预估，解决现有技术或方法对于井下钻压和扭矩预测存在成本高、缺少自动性以及精度不高问题，形成了依靠地面参数反演井下钻压和扭矩方法，提高的钻井技术的数字化和自动化。
图9为本发明实施例提供的一种井下钻压和扭矩的确定装置的结构示意图，该装置90包括：
第一确定模块901，用于确定在接立柱的过程中钻柱的多个关键状态，根据所述多个关键状态下的工程参数确定所述立柱计算周期内钻头的初始钻压和初始扭矩；
第二确定模块902，用于确定所述钻柱与井筒的第一摩擦系数，根据所述第一摩擦系数、初始钻压和初始扭矩计算地面大钩载荷和地面扭矩，根据计算的地面大钩载荷和计算的地面扭矩调整所述第一摩擦系数，多次调整后得到第二摩擦系数；
第三确定模块903，用于当钻头在钻进时，根据所述第二摩擦系数计算井下钻压和井下扭矩。
可选的，所述第二确定模块902在根据所述第一摩擦系数、初始钻压和初始扭矩计算地面大钩载荷和地面扭矩时，具体用于：
采用迭代计算的方式根据所述第一摩擦系数、初始钻压和初始扭矩从第一单元体向上依次计算各个单元体对应的上端拉力和扭矩；所述第一单元体为距离所述钻头的位置最近的单元体；
将第二单元体对应的上端拉力确定为所述地面大钩载荷，将第二单元体对应的扭矩确定为所述地面扭矩；所述第二单元体为距离井口的位置最近的单元体。
可选的，所述第二确定模块902在采用迭代计算的方式根据所述第一摩擦系数、初始钻压和初始扭矩从第一单元体向上依次计算各个单元体对应的上端拉力和扭矩时，具体用于：
根据钻头的初始钻压计算所述第一单元体的正压力；
根据所述第一摩擦系数、所述正压力、所述初始钻压计算所述第一单元体的上端拉力，根据所述第一摩擦系数、所述正压力和初始扭矩计算所述第一单元体的扭矩；
确定与所述第一单元体相邻的单元体的正压力，根据所述第一单元体的上端拉力、第一单元体的扭矩、所述第一摩擦系数、相邻单元体对应的正压力，计算所述相邻单元体的上端拉力和扭矩；
依次向上计算各个单元体的上端拉力和扭矩，直至确定所述第二单元体的上端拉力和扭矩。
可选的，所述第二确定模块902在根据计算的地面大钩载荷和计算的地面扭矩调整所述第一摩擦系数，多次调整后得到第二摩擦系数时，具体用于：
判断计算的地面大钩载荷和计算的地面扭矩是否满足预设条件，当不满足预设条件时，则调整所述第一摩擦系数，并根据调整后的摩擦系数再次计算地面大钩载荷和地面扭矩，直至满足预设条件，将满足预设条件时的摩擦系数确定为所述第二摩擦系数；
满足预设条件表示第一差值小于大钩载荷阈值且第二差值小于地面扭矩阈值；所述第一差值为计算的地面大钩载荷与实际的地面大钩载荷的差值，所述第二差值为计算的地面扭矩与实际的地面扭矩的差值。
可选的，所述第一确定模块901在确定在接立柱的过程中钻柱的多个关键状态时，具体用于：
当钻柱处于非钻进状态时，获取该状态下井深、地面大钩载荷、钻头井深、钻柱转速和立压；
当该状态下的地面大钩载荷大于等于坐卡门限时确定处于钻柱离卡状态；
在确定钻柱处于离卡状态后，若所述钻头井深小于所述井深超过预设数值，且在预设时间内所述钻头井深持续增大以及所述钻柱转速等于目标转速，则确定处于旋转下放状态；
在确定钻柱处于离卡状态后，若所述钻头井深小于所述井深超过预设数值，且在预设时间内所述钻头井深不变、所述立压不等于正常钻进立压以及所述钻柱转速等于目标转速，则确定处于旋转且轴向静止状态。
可选的，所述第一确定模块901在根据所述多个关键状态下的地面工程参数确定所述立柱计算周期内钻头的初始钻压和初始扭矩时，具体用于：
根据所述旋转钻进状态下的地面扭矩和旋转且轴向静止状态下的地面扭矩，确定钻头位置的初始扭矩；
根据旋转下放状态下的地面大钩载荷和旋转钻进状态下的地面大钩载荷，确定钻头位置的初始钻压。
可选的，所述第三确定模块903具体用于：
获取钻进过程中的地面大钩载荷和钻进过程中的地面扭矩；
根据所述第二摩擦系数、钻进过程中的地面大钩载荷和钻进过程中的地面扭矩采用迭代计算的方式确定井下钻压和井下扭矩。
本发明实施例提供的井下钻压和扭矩的确定装置，可以实现上述如图1所示的实施例的井下钻压和扭矩的确定方法，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。
图10为本发明实施例提供的一种电子设备的硬件结构示意图。如图10所示，本实施例提供的电子设备包括：至少一个处理器1001和存储器1002。其中，处理器1001、存储器1002通过总线1003连接。
在具体实现过程中，至少一个处理器1001执行存储器1002存储的计算机执行指令，使得至少一个处理器1001执行上述方法实施例中的方法。
处理器1001的具体实现过程可参见上述方法实施例，其实现原理和技术效果类似，本实施例此处不再赘述。
在上述的图10所示的实施例中，应理解，处理器可以是中央处理单元(英文：Central Processing Unit，简称：CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(英文：Digital Signal Processor，简称：DSP)、专用集成电路(英文：Application SpecificIntegrated Circuit，简称：ASIC)等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合发明所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。
存储器可能包含高速RAM存储器，也可能还包括非易失性存储NVM，例如至少一个磁盘存储器。
总线可以是工业标准体系结构(Industry Standard Architecture，ISA)总线、外部设备互连(Peripheral Component，PCI)总线或扩展工业标准体系结构(ExtendedIndustry Standard Architecture，EISA)总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，本申请附图中的总线并不限定仅有一根总线或一种类型的总线。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，当处理器执行计算机执行指令时，实现上述方法实施例的方法。
上述的计算机可读存储介质，上述可读存储介质可以是由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器(SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(EPROM)，可编程只读存储器(PROM)，只读存储器(ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。可读存储介质可以是通用或专用计算机能够存取的任何可用介质。
一种示例性的可读存储介质耦合至处理器，从而使处理器能够从该可读存储介质读取信息，且可向该可读存储介质写入信息。当然，可读存储介质也可以是处理器的组成部分。处理器和可读存储介质可以位于专用集成电路(Application Specific IntegratedCircuits，简称：ASIC)中。当然，处理器和可读存储介质也可以作为分立组件存在于设备中。
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申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种井下钻压和扭矩的确定方法，其特征在于，所述方法包括：
确定在接立柱的过程中钻柱的多个关键状态，根据所述多个关键状态下的地面工程参数确定所述立柱计算周期内钻头的初始钻压和初始扭矩；
确定所述钻柱与井筒的第一摩擦系数，根据所述第一摩擦系数、初始钻压和初始扭矩计算地面大钩载荷和地面扭矩，根据计算的地面大钩载荷和计算的地面扭矩调整所述第一摩擦系数，多次调整后得到第二摩擦系数；
当钻头在钻进时，根据所述第二摩擦系数计算井下钻压和井下扭矩。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钻柱被划分为多个单元体；根据所述第一摩擦系数、初始钻压和初始扭矩计算地面大钩载荷和地面扭矩，包括：
采用迭代计算的方式根据所述第一摩擦系数、初始钻压和初始扭矩从第一单元体向上依次计算各个单元体对应的上端拉力和扭矩；所述第一单元体为距离所述钻头的位置最近的单元体；
将第二单元体对应的上端拉力确定为所述地面大钩载荷，将第二单元体对应的扭矩确定为所述地面扭矩；所述第二单元体为距离井口的位置最近的单元体。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，采用迭代计算的方式根据所述第一摩擦系数、初始钻压和初始扭矩从第一单元体向上依次计算各个单元体对应的上端拉力和扭矩，包括：
根据钻头的初始钻压计算所述第一单元体的正压力；
根据所述第一摩擦系数、所述正压力、所述初始钻压计算所述第一单元体的上端拉力，根据所述第一摩擦系数、所述正压力和初始扭矩计算所述第一单元体的扭矩；
确定与所述第一单元体相邻的单元体的正压力，根据所述第一单元体的上端拉力、第一单元体的扭矩、所述第一摩擦系数、相邻单元体对应的正压力，计算所述相邻单元体的上端拉力和扭矩；
依次向上计算各个单元体的上端拉力和扭矩，直至确定所述第二单元体的上端拉力和扭矩。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据计算的地面大钩载荷和计算的地面扭矩调整所述第一摩擦系数，多次调整后得到第二摩擦系数，包括：
判断计算的地面大钩载荷和计算的地面扭矩是否满足预设条件，当不满足预设条件时，则调整所述第一摩擦系数，并根据调整后的摩擦系数再次计算地面大钩载荷和地面扭矩，直至满足预设条件，将满足预设条件时的摩擦系数确定为所述第二摩擦系数；
满足预设条件表示第一差值小于大钩载荷阈值且第二差值小于地面扭矩阈值；所述第一差值为计算的地面大钩载荷与实际的地面大钩载荷的差值，所述第二差值为计算的地面扭矩与实际的地面扭矩的差值。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定在接立柱的过程中钻柱的多个关键状态，包括：
当钻柱处于非钻进状态时，获取该状态下井深、地面大钩载荷、钻头井深、钻柱转速和立压；
当该状态下的地面大钩载荷大于等于坐卡门限时确定处于钻柱离卡状态；
在确定钻柱处于离卡状态后，若所述钻头井深小于所述井深超过预设数值，且在预设时间内所述钻头井深持续增大以及所述钻柱转速等于目标转速，则确定处于旋转下放状态；
在确定钻柱处于离卡状态后，若所述钻头井深小于所述井深超过预设数值，且在预设时间内所述钻头井深不变、所述立压不等于正常钻进立压以及所述钻柱转速等于目标转速，则确定处于旋转且轴向静止状态。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据所述多个关键状态下的地面工程参数确定所述立柱计算周期内钻头的初始钻压和初始扭矩，包括：
根据所述旋转钻进状态下的地面扭矩和旋转且轴向静止状态下的地面扭矩，确定钻头位置的初始扭矩；
根据旋转下放状态下的地面大钩载荷和旋转钻进状态下的地面大钩载荷，确定钻头位置的初始钻压。
7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，当钻头在钻进时，根据所述第二摩擦系数计算井下钻压和井下扭矩，包括：
获取钻进过程中的地面大钩载荷和钻进过程中的地面扭矩；
根据所述第二摩擦系数、钻进过程中的地面大钩载荷和钻进过程中的地面扭矩采用迭代计算的方式确定井下钻压和井下扭矩。
8.一种井下钻压和扭矩的确定装置，其特征在于，所述装置包括：
第一确定模块，用于确定在接立柱的过程中钻柱的多个关键状态，根据所述多个关键状态下的工程参数确定所述立柱计算周期内钻头的初始钻压和初始扭矩；
第二确定模块，用于确定所述钻柱与井筒的第一摩擦系数，根据所述第一摩擦系数、初始钻压和初始扭矩计算地面大钩载荷和地面扭矩，根据计算的地面大钩载荷和计算的地面扭矩调整所述第一摩擦系数，多次调整后得到第二摩擦系数；
第三确定模块，用于当钻头在钻进时，根据所述第二摩擦系数计算井下钻压和井下扭矩。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：至少一个处理器和存储器；
所述存储器存储计算机执行指令；
所述至少一个处理器执行所述存储器存储的计算机执行指令，使得所述至少一个处理器执行如权利要求1至7任一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，当处理器执行所述计算机执行指令时，实现如权利要求1至7任一项所述的方法。
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