本發(fā)明涉及油氣勘探技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鉆井減阻的方法和裝置。

背景技術(shù)：

隨著油氣勘探開發(fā)逐漸向深井、超深井以及非常規(guī)油氣領(lǐng)域邁進(jìn)，復(fù)雜結(jié)構(gòu)井的應(yīng)用越來越廣泛。復(fù)雜結(jié)構(gòu)井主要指的是大位移井、水平井和多分支井等油氣井。這類井的主要特點是井斜角較大以及水平位移較大。

復(fù)雜結(jié)構(gòu)井井斜角較大以及水平位移較大的特點，一方面為油氣藏的有效開發(fā)提供了條件。復(fù)雜結(jié)構(gòu)井在鉆進(jìn)單一地層時，油層的裸露面積增大，油層泄油能力和一般直井相比有了較大的提升。同時，復(fù)雜結(jié)構(gòu)井的大斜度特點實現(xiàn)了海上油田陸上開發(fā)，極大的降低了海上石油的開采成本。另一方面，復(fù)雜結(jié)構(gòu)井存在著諸如高摩阻、高扭矩、井壁穩(wěn)定性差、巖屑上返困難等問題。其中，高摩阻導(dǎo)致的鉆壓傳遞受限是復(fù)雜結(jié)構(gòu)井鉆井作業(yè)中最為突出的問題，已成為世界石油鉆井領(lǐng)域中的重要基礎(chǔ)理論課題。

目前，鉆井工程領(lǐng)域解決復(fù)雜結(jié)構(gòu)井高摩阻的主要技術(shù)有以下兩種方式：

1)井下減阻短節(jié)，該方式主要是從減小鉆柱與井壁之間的摩擦系數(shù)、振動釋放摩阻等角度出發(fā)，主要的工具是滾子降摩阻短節(jié)和激振工具。

然而，在實際使用中，這些工具都存在著研發(fā)成本高、使用技術(shù)要求高等問題。

2)化學(xué)減阻，該方式主要是在鉆井液中加入減阻材料，從而可以提高鉆井液的潤滑性能，一般化學(xué)減阻的方式主要是針對井眼軌跡不平滑、巖屑堆積嚴(yán)重的井內(nèi)進(jìn)行的。

然而，在實際使用中，化學(xué)減阻的減阻材料潤滑效果較差。

針對現(xiàn)有的方式進(jìn)行鉆井減阻時所存在的減阻效果較差的問題，目前尚未提出有效的解決方案。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明實施例提供了一種鉆井減阻的方法和裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)中鉆井減阻時減阻效果較差的問題。

本發(fā)明實施例提供了一種鉆井減阻的方法，包括：獲取鉆井中各個鉆柱節(jié)點的壓力和所述鉆井的輸出扭矩；根據(jù)所述各個鉆柱節(jié)點的壓力，按照從所述鉆井的鉆頭至井口的方向依次計算各個鉆柱節(jié)點的第一扭矩，并將計算得到的第一個第一扭矩大于所述輸出扭矩的鉆柱節(jié)點作為所述鉆井的平衡點；根據(jù)所述平衡點的深度與預(yù)設(shè)的安全余量的差值，確定所述鉆井的控制點深度，并將所述控制點深度對應(yīng)的鉆柱節(jié)點作為所述鉆井的控制點；計算所述控制點至所述鉆井的井口范圍內(nèi)各個鉆柱節(jié)點的第二扭矩；根據(jù)計算得到的第二扭矩，計算所述鉆井中鉆具的扭轉(zhuǎn)角；根據(jù)所述扭轉(zhuǎn)角對所述鉆具進(jìn)行調(diào)整。

在一個實施例中，在根據(jù)所述平衡點的深度與預(yù)設(shè)的安全余量的差值，確定所述鉆井的控制點深度，并將所述控制點深度對應(yīng)的鉆柱節(jié)點作為所述鉆井的控制點之后，所述方法還包括：分別計算所述控制點的摩阻和所述鉆井井口的摩阻；根據(jù)所述控制點的摩阻和所述鉆井井口的摩阻的差值，確定所述鉆井的傳遞鉆壓。

在一個實施例中，計算所述控制點至所述鉆井的井口范圍內(nèi)各個鉆柱節(jié)點的第二扭矩，包括；按照以下公式計算所述控制點至所述鉆井的井口范圍內(nèi)各個鉆柱節(jié)點的第三扭矩：

M_i＝M_i-1+f_i·D_i·N_i·xh

其中，M_i表示第i個鉆柱節(jié)點處的第三扭矩，M_i-1表示第i-1個鉆柱節(jié)點處的第三扭矩，i表示鉆柱節(jié)點數(shù)，i＝1,2,…,i-1,i,…，f_i表示第i個鉆柱節(jié)點處的摩擦系數(shù)，D_i表示第i個鉆柱節(jié)點處的外徑，N_i表示第i個鉆柱節(jié)點處的壓力，xh表示步長。

在得到所述第三扭矩之后，按照以下規(guī)則，確定所述第二扭矩：

當(dāng)M_i＜0.85×T_max且M_i＜T_上卸扣時，Mt_i＝M_i；

當(dāng)T_上卸扣≤M_i＜0.85×T_max時，Mt_i＝0.6×T_上卸扣；

當(dāng)M_i≥0.85×T_max且T_上卸扣＞0.85×T_max時，Mt_i＝0.85×T_max；

當(dāng)M_i≥0.85×T_max≥T_上卸扣時，Mt_i＝0.6×T_上卸扣；

其中，Mt_i表示第i個鉆柱節(jié)點處的第二扭矩，M_i表示第i個鉆柱節(jié)點處的第三扭矩，i表示鉆柱節(jié)點數(shù)，i＝1,2,…,i-1,i,…，T_上卸扣表示所述鉆具所能承受的最大上扣扭矩，T_max表示所述鉆具所能承受的最大扭矩。

在一個實施例中，獲取鉆井中各個鉆柱節(jié)點的壓力，包括：獲取所述鉆井中各個測點的井眼測斜數(shù)據(jù)，并結(jié)合所述井眼測斜數(shù)據(jù)計算各個鉆柱節(jié)點的組合參數(shù)；獲取所述鉆井中各個鉆柱節(jié)點的幾何力學(xué)參數(shù)；根據(jù)所述組合參數(shù)和所述幾何力學(xué)參數(shù)，確定所述鉆井中各個鉆柱節(jié)點的壓力。

在一個實施例中，所述幾何力學(xué)參數(shù)包括以下至少之一：慣性矩、極慣性矩和鉆柱線浮重。

在一個實施例中，結(jié)合所述井眼測斜數(shù)據(jù)計算各個鉆柱節(jié)點的組合參數(shù)，包括：根據(jù)所述井眼測斜數(shù)據(jù)，計算各個鉆柱節(jié)點的井斜變化率和方位變化率；結(jié)合計算得到的井斜變化率和方位變化率，確定所述各個鉆柱節(jié)點的組合參數(shù)。

在一個實施例中，按照以下公式根據(jù)所述平衡點的深度與預(yù)設(shè)的安全余量的差值，確定所述鉆井的控制點深度：

L_s＝L_i-L_y

其中，L_s代表所述鉆井的控制點深度，L_i表示所述平衡點深度，L_y表示所述鉆井的安全余量。

在一個實施例中，根據(jù)計算得到的第二扭矩，計算所述鉆井中鉆具的扭轉(zhuǎn)角，包括：

按照以下公式計算所述鉆井中各個鉆柱節(jié)點的扭轉(zhuǎn)角：

${\mathrm{\β}}_i=\frac{{\mathrm{ll}}_i-{\mathrm{ll}}_{i-1}}{G_i{J}_i}{M}_i$

其中，β_i表示第i個鉆柱節(jié)點處的扭轉(zhuǎn)角，ll_i表示第i個鉆柱節(jié)點處的井深，ll_i-1表示第i-1個鉆柱節(jié)點處的井深，G_i表示第i個鉆柱節(jié)點處的剪切彈性模量，J_i表示第i個鉆柱節(jié)點處的極慣性矩，M_i表示第i個鉆柱節(jié)點處的第二扭矩；

在得到所述各個鉆柱節(jié)點的扭轉(zhuǎn)角之后，按照以下公式計算所述鉆井中鉆具的扭轉(zhuǎn)角：

$R=\frac{\mathrm{\φ}}{2\mathrm{\π}}$

其中，

其中，R表示所述鉆井中鉆具的扭轉(zhuǎn)角，φ表示從所述控制點至所述鉆井的井口范圍內(nèi)各個鉆柱節(jié)點的扭轉(zhuǎn)角之和，β_i表示第i個鉆柱節(jié)點處的扭轉(zhuǎn)角，n表示從所述控制點至所述鉆井的井口范圍內(nèi)鉆柱節(jié)點的總個數(shù)。

在一個實施例中，按照以下公式計算所述摩阻：

F_i＝F_i-1+f_i×N_i×xh

其中，F(xiàn)_i表示第i個鉆柱節(jié)點處的摩阻，F(xiàn)_i-1表示第i-1個鉆柱節(jié)點處的摩阻，i表示所述鉆柱節(jié)點數(shù)，i＝1,2,…,i-1,i,…，f_i表示第i個鉆柱節(jié)點處的摩擦系數(shù)，N_i表示第i個鉆柱節(jié)點處的壓力，xh表示步長。

本發(fā)明實施例還提供了一種鉆井減阻的裝置，該裝置包括：輸出扭矩獲取模塊，用于獲取鉆井中各個鉆柱節(jié)點的壓力和所述鉆井的輸出扭矩；平衡點確定模塊，用于根據(jù)所述各個鉆柱節(jié)點的壓力，按照從所述鉆井的鉆頭至井口的方向依次計算各個鉆柱節(jié)點的第一扭矩，并將計算得到的第一個第一扭矩大于所述輸出扭矩的鉆柱節(jié)點作為所述鉆井的平衡點；控制點確定模塊，用于根據(jù)所述平衡點的深度與預(yù)設(shè)的安全余量的差值，確定所述鉆井的控制點深度，并將所述控制點深度對應(yīng)的鉆柱節(jié)點作為所述鉆井的控制點；第二扭矩計算模塊，用于計算所述控制點至所述鉆井的井口范圍內(nèi)各個鉆柱節(jié)點的第二扭矩；扭轉(zhuǎn)角計算模塊，用于根據(jù)計算得到的第二扭矩，計算所述鉆井中鉆具的扭轉(zhuǎn)角；鉆具調(diào)整模塊，用于根據(jù)所述扭動角度對所述鉆具進(jìn)行調(diào)整。

在本發(fā)明實施例中，在確定鉆井的控制點位置之后，計算該控制點至鉆井井口范圍內(nèi)各個鉆柱節(jié)點的扭矩；并根據(jù)計算得到的扭矩，計算鉆井中鉆具的扭轉(zhuǎn)角；根據(jù)扭動角度對所述鉆具進(jìn)行調(diào)整，從而實現(xiàn)鉆井減阻的目的。采用該方法對鉆井進(jìn)行減阻時，減阻效果有了明顯的提高，通過計算對井口鉆具的扭動角度進(jìn)行精確的控制達(dá)到了提高機械鉆速的效果，且這種方式操作簡單、經(jīng)濟可靠且適用性強。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限定。在附圖中：

圖1是本發(fā)明實施例的鉆井減阻的方法的流程圖；

圖2是本發(fā)明實施例的鉆井減阻的裝置的一種結(jié)構(gòu)框圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，下面結(jié)合實施方式和附圖，對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。在此，本發(fā)明的示意性實施方式及其說明用于解釋本發(fā)明，但并不作為對本發(fā)明的限定。

考慮到現(xiàn)有技術(shù)中進(jìn)行鉆井減阻時減阻效果較差的問題，發(fā)明人通過計算精確控制井口鉆具的扭動角度，實現(xiàn)對鉆具的精確減阻。具體地，在本發(fā)明實施例中，提供了一種鉆井減阻的方法，如圖1所示，該方法可以包括以下步驟：

步驟101：獲取鉆井中各個鉆柱節(jié)點的壓力和所述鉆井的輸出扭矩；

具體的，可以根據(jù)實際的鉆井情況，從鉆井的鉆頭至井口方向依次設(shè)置各個鉆柱節(jié)點的位置，在實現(xiàn)的時候，可以設(shè)置各個鉆柱節(jié)點之間的間隔為10m。在本實施例中，可以將各個鉆柱節(jié)點之間的間隔稱為步長。即，從鉆井的鉆頭開始，每隔10m的步長依次設(shè)置一個鉆柱節(jié)點，直至鉆井的井口結(jié)束。

進(jìn)一步地，在確定鉆井中各個鉆柱節(jié)點的位置之后，可以按照以下步驟獲取鉆井中各個鉆柱節(jié)點的壓力：

S1-1：獲取鉆井中各個測點的井眼測斜數(shù)據(jù)，并結(jié)合井眼測斜數(shù)據(jù)計算各個鉆柱節(jié)點的組合參數(shù)；

井眼測斜數(shù)據(jù)可以包括：測點的井斜角、測點的方位角、以及測點的井深。在獲取鉆井中各個測點的井眼斜數(shù)據(jù)之后，可以按照以下步驟計算各個鉆柱節(jié)點的組合參數(shù)：

S1-1-1：根據(jù)井眼測斜數(shù)，計算各個鉆柱節(jié)點的井斜變化率和方位變化率；

具體的，分別可以利用如下計算公式：

1)dα_i＝(α_j-α_j-1)/(l_j-l_j-1)

上式中，dα_i代表第i個鉆柱節(jié)點處的井斜變化率，i為鉆柱節(jié)點數(shù)，i＝1,2,…,i-1,i,…；α_j代表第j個測點處的井斜角，j為測點數(shù)，j＝1,2,…,j-1,i,…；α_j-1代表第j-1個測點處的井斜角；l_j代表第j個測點處的井深；l_j-1代表第j-1個測點處的井深；

2)dφ_i＝(φ_j-φ_j-1)/(l_j-l_j-1)

上式中，dφ_i代表第i個鉆柱節(jié)點處的方位變化率；φ_j代表第j個測點處的方位角；φ_j-1代表第j-1個測點處的方位角；l_j代表第j個測點處的井深；l_j-1代表第j-1個測點處的井深。

S1-1-2：結(jié)合計算得到的井斜變化率和方位變化率，確定各個鉆柱節(jié)點的鉆具組合參數(shù)。

在某些實施例中，在步驟S1-1-1計算出各個鉆柱節(jié)點的井斜變化率和方位變化率之后，可以結(jié)合計算得到的井斜變化率和方位變化率，確定各個鉆柱節(jié)點的鉆具組合參數(shù)。其中，所述鉆具組合參數(shù)可以包括但不限于以下至少之一：井斜角、方位角、鉆柱曲率、鉆柱曲率變化率、鉆柱曲率變化率的變化率、鉆柱撓率、和鉆柱撓率變化率。具體的，分別可以利用如下計算公式確定各個鉆柱節(jié)點的鉆具組合參數(shù)：

1)ll_i＝xh×(i-1)

上式中，ll_i代表第i個鉆柱節(jié)點處的井深，單位為m；xh代表預(yù)設(shè)步長，單位為m；

2)α_i＝α_j-1+dα_i×(ll_i-l_j-1)

上式中，α_i代表第i個鉆柱節(jié)點處的井斜角；α_j-1代表第j-1個測點的井斜角；dα_i代表第i個鉆柱節(jié)點處的井斜變化率；ll_i代表第i個鉆柱節(jié)點處的井深，單位為m；l_j-1代表第j-1個測點的井深，單位為m；

3)φ_i＝φ_j-1+dφ_i×(ll_i-l_j-1)

上式中，φ_i代表第i個鉆柱節(jié)點處的方位角；φ_j-1代表第j-1個測點的方位角；dφ_i代表第i個鉆柱節(jié)點處的方位變化率；ll_i代表第i個鉆柱節(jié)點處的井深，單位為m；l_j-1代表第j-1個測點的井深，單位為m；

4)

上式中，kb_i代表第i個鉆柱節(jié)點處的鉆柱曲率，單位為1/m；dα_i代表第i個鉆柱節(jié)點處的井斜變化率；α_i代表第i個鉆柱節(jié)點處的井斜角；dφ_i代表第i個鉆柱節(jié)點處的方位變化率；

5)

上式中，dkb_i代表第i個鉆柱節(jié)點處的鉆柱曲率變化率；kb_i代表第i個鉆柱節(jié)點處的鉆柱曲率，單位為1/m；kb_i-1代表第i-1個鉆柱節(jié)點處的鉆柱曲率，單位為1/m；h代表預(yù)設(shè)步長，單位為m；

6)

上式中，ddkb_i代表第i個鉆柱節(jié)點處的鉆柱曲率變化率的變化率；dkb_i代表第i個鉆柱節(jié)點處的鉆柱曲率變化率；dkb_i-1代表第i-1個鉆柱節(jié)點處的鉆柱曲率變化率；

7)

上式中，kn_i代表第i個鉆柱節(jié)點處的鉆柱撓率，單位為1/m；kb_i代表第i個鉆柱節(jié)點處的鉆柱曲率，單位為1/m；dα_i代表第i個鉆柱節(jié)點處的井斜變化率；α_i代表第i個鉆柱節(jié)點處的井斜角；dφ_i代表第i個鉆柱節(jié)點處的方位變化率；

8)

上式中，dkn_i代表第i個鉆柱節(jié)點處的鉆柱撓率變化率；kn_i代表第i個鉆柱節(jié)點處的鉆柱撓率，單位為1/m；kn_i-1代表第i-1個鉆柱節(jié)點處的鉆柱撓率，單位為1/m。

S1-2：獲取鉆井中各個鉆柱節(jié)點的幾何力學(xué)參數(shù)；

其中，鉆井中各個鉆柱節(jié)點的幾何力學(xué)參數(shù)可以包括但不限于以下至少之一：慣性矩、極慣性矩和鉆柱線浮重。

具體的，可以獲取所述鉆柱節(jié)點處的鉆柱外徑以及所述鉆柱節(jié)點處的鉆柱內(nèi)徑，并根據(jù)所述鉆柱外徑以及所述鉆柱內(nèi)徑計算鉆柱節(jié)點的慣性矩；這里的鉆柱外徑以及鉆柱內(nèi)徑可以根據(jù)具體的鉆具信息獲取。具體計算公式如下：

1)

上式中，I_i代表第i個鉆柱節(jié)點處的慣性矩，單位為m⁴；D_i代表第i個鉆柱節(jié)點處鉆柱外徑，單位為m；d_i代表第i鉆柱節(jié)點處鉆柱內(nèi)徑，單位為m；

采用和求取慣性矩時相同的參數(shù)可以計算得到極慣性矩，具體計算公式如下：

2)

上式中，I_i代表第i個鉆柱節(jié)點處的極慣性矩，單位為m⁴；D_i代表第i個鉆柱節(jié)點處鉆柱外徑，單位為m；d_i代表第i鉆柱節(jié)點處鉆柱內(nèi)徑，單位為m；

進(jìn)一步的，可以獲取所述鉆柱節(jié)點處的鉆井液密度、所述鉆柱節(jié)點處的鉆柱鋼材密度、以及所述鉆柱節(jié)點處的鉆柱在空氣中的線重，并根據(jù)所述鉆井液密度、所述鉆柱鋼材密度、以及所述鉆柱在空氣中的線重計算鉆柱節(jié)點的線浮重。這里的鉆井液密度、鉆柱鋼材密度以及鉆柱在空氣中的線重可以根據(jù)具體的鉆井工況獲取。具體的計算公式如下：

3)

上式中，g_i代表第i個鉆柱節(jié)點處的線浮重，單位為N；pg_i代表第i個鉆柱節(jié)點處的鉆柱在空氣中的線重，單位為N/m；g代表重力加速度，單位為m/s²；ρ_mu代表鉆井液密度，單位為g/m³；D_i代表第i個鉆柱節(jié)點處鉆柱外徑，單位為m；d_i代表第i鉆柱節(jié)點處鉆柱內(nèi)徑，單位為m。

S1-3：根據(jù)組合參數(shù)和所述幾何力學(xué)參數(shù)，確定鉆井中各個鉆柱節(jié)點的壓力。

在某些實施例中，可以根據(jù)S1-1和S1-2中所得到的鉆具組合參數(shù)、幾何力學(xué)參數(shù)計算各個鉆柱節(jié)點的壓力。具體的，計算公式如下：

$N_i=\frac{-2ab+\sqrt{4a^2{b}^2+4(1-a^2)({\mathrm{nn}}^2+b^2)}}{2(1-a^2)}$

其中，

當(dāng)上式中，kb_i＝0時，當(dāng)kb_i≠0時，

當(dāng)上式中，kb_i＝0時，當(dāng)kb_i≠0時，a＝0，

$T_i=T_{i-1}+(-E\×I_i\×{\mathrm{kb}}_i\×{\mathrm{dkb}}_i-f_i\×N_i-\frac{2\mathrm{\π}\×\mathrm{\μ}}{\ln dw-\ln D_i}\×V-{\mathrm{\πD}}_i\×{\mathrm{\τ}}_0-g_i\×(-cos\left({\mathrm{\α}}_i\right)\left)\right)\×xh$

上式中，N(i)代表第i個鉆柱節(jié)點處的壓力，單位為N；E代表第i個鉆柱節(jié)點處的彈性模量，單位為pa；f_i代表第i個鉆柱節(jié)點處的摩擦系數(shù)；V代表機械鉆速，單位為m/s；τ₀代表所述鉆井的鉆井液動切力，單位為pa；T_i-1代表第i-1個鉆柱節(jié)點處的拉力，單位為N。

進(jìn)一步的，上述拉力的初始值T₁表示鉆頭鉆壓，為負(fù)值。

步驟102：根據(jù)所述各個鉆柱節(jié)點的壓力，按照從所述鉆井的鉆頭至井口的方向依次計算各個鉆柱節(jié)點的第一扭矩，并將計算得到的第一個第一扭矩大于所述輸出扭矩的鉆柱節(jié)點作為所述鉆井的平衡點；

在本實施例中，可以按照以下公式從鉆井的鉆頭至井口的方向依次計算各個鉆柱節(jié)點的第一扭矩：

M_i＝M_i-1+f_i·D_i·N_i·xh

其中，M_i表示第i個鉆柱節(jié)點處的第一扭矩，M_i-1表示第i-1個鉆柱節(jié)點處的第一扭矩，i表示鉆柱節(jié)點數(shù)，i＝1,2,…,i-1,i,…，f_i表示第i個鉆柱節(jié)點處的摩擦系數(shù)，D_i表示第i個鉆柱節(jié)點處的外徑，N_i表示第i個鉆柱節(jié)點處的壓力，xh表示步長。

在步驟102中進(jìn)行第一扭矩的計算過程中，可以設(shè)置初始點，即：鉆頭處的第一扭矩M₁＝0。

對比計算得到的第一扭矩M_i和由螺桿鉆具說明書獲取的鉆井的輸出扭矩τ_LG。當(dāng)?shù)谝淮伟l(fā)現(xiàn)M_i≥τ_LG時，不再計算扭矩T_or(i)，并記下此時鉆柱節(jié)點的深度L_i，并將此鉆柱節(jié)點i作為鉆井的平衡點。

步驟103：根據(jù)所述平衡點的深度與預(yù)設(shè)的安全余量的差值，確定所述鉆井的控制點深度，并將所述控制點深度對應(yīng)的鉆柱節(jié)點作為所述鉆井的控制點；

在本實施例中，預(yù)設(shè)的安全余量可以是100m。計算平衡點的深度與預(yù)設(shè)的安全余量的差值，可以用來檢測平衡點的深度是否大于100m。若平衡點的深度小于100m，則進(jìn)行鉆具調(diào)整的過程中，鉆頭可能會動，此時該平衡點的深度可以舍棄。

進(jìn)一步地，可以按照以下公式根據(jù)平衡點的深度與預(yù)設(shè)的安全余量的差值，確定鉆井的控制點深度：

L_s＝L_i-L_y

其中，L_s代表鉆井的控制點深度，L_i表示平衡點深度，L_y表示鉆井的安全余量。

步驟104：計算所述控制點至所述鉆井的井口范圍內(nèi)各個鉆柱節(jié)點的第二扭矩；

具體地，可以按照以下公式計算控制點至所述鉆井的井口范圍內(nèi)各個鉆柱節(jié)點的第三扭矩：

M_i＝M_i-1+f_i·D_i·N_i·xh

其中，M_i表示第i個鉆柱節(jié)點處的第三扭矩，M_i-1表示第i-1個鉆柱節(jié)點處的第三扭矩，i表示鉆柱節(jié)點數(shù)，i＝1,2,…,i-1,i,…，f_i表示第i個鉆柱節(jié)點處的摩擦系數(shù)，D_i表示第i個鉆柱節(jié)點處的外徑，N_i表示第i個鉆柱節(jié)點處的壓力，xh表示步長。

在步驟104中進(jìn)行第三扭矩的計算過程中，可以設(shè)置初始點，即：控制點處的第三扭矩M₁＝0。

在得到第三扭矩之后，可以按照以下規(guī)則，確定第二扭矩：

當(dāng)M_i＜0.85×T_max且M_i＜T_上卸扣時，Mt_i＝M_i；

當(dāng)T_上卸扣≤M_i＜0.85×T_max時，Mt_i＝0.6×T_上卸扣；

當(dāng)M_i≥0.85×T_max且T_上卸扣＞0.85×T_max時，Mt_i＝0.85×T_max；

當(dāng)M_i≥0.85×T_max≥T_上卸扣時，Mt_i＝0.6×T_上卸扣；

其中，Mt_i表示第i個鉆柱節(jié)點處的第二扭矩，M_i表示第i個鉆柱節(jié)點處的第三扭矩，i表示鉆柱節(jié)點數(shù)，i＝1,2,…,i-1,i,…，T_上卸扣表示所述鉆具所能承受的最大上扣扭矩，T_max表示所述鉆具所能承受的最大扭矩。

值得注意的是，在本實施例中，第一扭矩、第二扭矩和第三扭矩均表示鉆井中各個鉆柱節(jié)點的扭矩，取名為第一扭矩、第二扭矩和第三扭矩僅僅是為了區(qū)分不同計算環(huán)境下的扭矩。

步驟105：根據(jù)計算得到的第二扭矩，計算所述鉆井中鉆具的扭轉(zhuǎn)角；

在本實施例中，可以按照以下公式計算鉆井中各個鉆柱節(jié)點的扭轉(zhuǎn)角：

${\mathrm{\β}}_i=\frac{{\mathrm{ll}}_i-{\mathrm{ll}}_{i-1}}{G_i{J}_i}{M}_i$

其中，β_i表示第i個鉆柱節(jié)點處的扭轉(zhuǎn)角度，ll_i表示第i個鉆柱節(jié)點處的井深，ll_i-1表示第i-1個鉆柱節(jié)點處的井深，G_i表示第i個鉆柱節(jié)點處的剪切彈性模量，J_i表示第i個鉆柱節(jié)點處的極慣性矩，M_i表示第i個鉆柱節(jié)點處的第二扭矩；

在得到各個鉆柱節(jié)點的扭轉(zhuǎn)角之后，按照以下公式計算鉆井中鉆具的扭轉(zhuǎn)角：

$R=\frac{\mathrm{\φ}}{2\mathrm{\π}}$

其中，

其中，R表示鉆井中鉆具的扭轉(zhuǎn)角，φ表示從控制點至鉆井的井口范圍內(nèi)各個鉆柱節(jié)點的扭轉(zhuǎn)角之和，β_i表示第i個鉆柱節(jié)點處的扭轉(zhuǎn)角，n表示從控制點至鉆井的井口范圍內(nèi)鉆柱節(jié)點的總個數(shù)。

步驟106：根據(jù)所述扭轉(zhuǎn)角對所述鉆具進(jìn)行調(diào)整。

按照步驟105的計算方法鉆井中鉆具的扭轉(zhuǎn)角，然后根據(jù)計算得到的扭轉(zhuǎn)角調(diào)整鉆具，從而可以實現(xiàn)鉆井的減阻。

進(jìn)一步地，在確定控制點之后，可以通過以下步驟來確定采用本實施例的鉆井減阻方法進(jìn)行減阻后，鉆井所獲得的傳遞鉆壓：

S6-1：分別計算控制點的摩阻和所述鉆井井口的摩阻；

具體的，可以按照以下公式計算摩阻：

F_i＝F_i-1+f_i×N_i×xh

其中，F(xiàn)_i表示第i個鉆柱節(jié)點處的摩阻，F(xiàn)_i-1表示第i-1個鉆柱節(jié)點處的摩阻，i表示鉆柱節(jié)點數(shù)，i＝1,2,…,i-1,i,…，f_i表示第i個鉆柱節(jié)點處的摩擦系數(shù)，N_i表示第i個鉆柱節(jié)點處的壓力，xh表示步長。

進(jìn)一步地，上述摩阻的初始值F₁即控制點處摩阻值為0。

分別將控制點和鉆井井口的摩擦系數(shù)、壓力以及步長帶入摩阻計算公式，可以得到控制點的摩阻以及鉆井井口的摩阻。

S6-2：根據(jù)所述控制點的摩阻和所述鉆井井口的摩阻的差值，確定所述鉆井的傳遞鉆壓。

具體地，可以按照以下公式確定鉆井的傳遞鉆壓：

上式中，WOB_傳代表鉆井的傳遞鉆壓，單位為N；代表鉆井在井口處的摩阻，單位為N；代表鉆井在第i_s個鉆柱節(jié)點處的摩阻，單位為N。

基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明實施例中還提供了一種鉆井減阻的裝置，如下面的實施例所述。由于鉆井減阻的裝置解決問題的原理與鉆井減阻的方法相似，因此鉆井減阻的裝置的實施可以參見鉆井減阻的方法的實施，重復(fù)之處不再贅述。以下所使用的，術(shù)語“單元”或者“模塊”可以實現(xiàn)預(yù)定功能的軟件和/或硬件的組合。盡管以下實施例所描述的裝置較佳地以軟件來實現(xiàn)，但是硬件，或者軟件和硬件的組合的實現(xiàn)也是可能并被構(gòu)想的。圖2是本發(fā)明實施例的鉆井減阻的裝置的一種結(jié)構(gòu)框圖，如圖2所示，可以包括：輸出扭矩獲取模塊201、平衡點確定模塊202、控制點確定模塊203、第二扭矩計算模塊204、扭轉(zhuǎn)角計算模塊205、鉆具調(diào)整模塊206，下面對該結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。

輸出扭矩獲取模塊201，可以用于獲取鉆井中各個鉆柱節(jié)點的壓力和鉆井的輸出扭矩；

平衡點確定模塊202，可以用于根據(jù)各個鉆柱節(jié)點的壓力，按照從鉆井的鉆頭至井口的方向依次計算各個鉆柱節(jié)點的第一扭矩，并將計算得到的第一個第一扭矩大于輸出扭矩的鉆柱節(jié)點作為鉆井的平衡點；

控制點確定模塊203，可以用于根據(jù)平衡點的深度與預(yù)設(shè)的安全余量的差值，確定鉆井的控制點深度，并將控制點深度對應(yīng)的鉆柱節(jié)點作為鉆井的控制點；

第二扭矩計算模塊204，可以用于計算控制點至鉆井的井口范圍內(nèi)各個鉆柱節(jié)點的第二扭矩；

扭轉(zhuǎn)角計算模塊205，可以用于根據(jù)計算得到的第二扭矩，計算鉆井中鉆具的扭轉(zhuǎn)角；

鉆具調(diào)整模塊206，可以用于根據(jù)扭動角度對鉆具進(jìn)行調(diào)整。

在一個實施例中，鉆井減阻裝置可以包括：摩阻計算模塊，可以用于在根據(jù)平衡點的深度與預(yù)設(shè)的安全余量的差值，確定鉆井的控制點深度，并將控制點深度對應(yīng)的鉆柱節(jié)點作為鉆井的控制點，分別計算控制點的摩阻和鉆井井口的摩阻；鉆壓確定模塊，可以用于根據(jù)控制點的摩阻和鉆井井口的摩阻的差值，確定鉆井的傳遞鉆壓。

在一個實施例中，第二扭矩計算模塊可以包括；

第三扭矩計算單元具體可以用于按照以下公式計算控制點至鉆井的井口范圍內(nèi)各個鉆柱節(jié)點的第三扭矩：

M_i＝M_i-1+f_i·D_i·N_i·xh

其中，M_i表示第i個鉆柱節(jié)點處的第三扭矩，M_i-1表示第i-1個鉆柱節(jié)點處的第三扭矩，i表示鉆柱節(jié)點數(shù)，i＝1,2,…,i-1,i,…，f_i表示第i個鉆柱節(jié)點處的摩擦系數(shù)，D_i表示第i個鉆柱節(jié)點處的外徑，N_i表示第i個鉆柱節(jié)點處的壓力，xh表示步長。

第二扭矩計算單元具體可以用于在得到第三扭矩之后，按照以下規(guī)則，確定第二扭矩：

當(dāng)M_i＜0.85×T_max且M_i＜T_上卸扣時，Mt_i＝M_i；

當(dāng)T_上卸扣≤M_i＜0.85×T_max時，Mt_i＝0.6×T_上卸扣；

當(dāng)M_i≥0.85×T_max且T_上卸扣＞0.85×T_max時，Mt_i＝0.85×T_max；

當(dāng)M_i≥0.85×T_max≥T_上卸扣時，Mt_i＝0.6×T_上卸扣；

其中，Mt_i表示第i個鉆柱節(jié)點處的第二扭矩，M_i表示第i個鉆柱節(jié)點處的第三扭矩，i表示鉆柱節(jié)點數(shù)，i＝1,2,…,i-1,i,…，T_上卸扣表示所述鉆具所能承受的最大上扣扭矩，T_max表示所述鉆具所能承受的最大扭矩。

在一個實施例中，輸出扭矩獲取模塊可以包括：組合參數(shù)計算單元，用于獲取鉆井中各個測點的井眼測斜數(shù)據(jù)，并結(jié)合井眼測斜數(shù)據(jù)計算各個鉆柱節(jié)點的組合參數(shù)；幾何力學(xué)參數(shù)獲取單元，用于獲取鉆井中各個鉆柱節(jié)點的幾何力學(xué)參數(shù)；節(jié)點壓力確定單元，用于根據(jù)組合參數(shù)和幾何力學(xué)參數(shù)，確定鉆井中各個鉆柱節(jié)點的壓力。

在一個實施例中，幾何力學(xué)參數(shù)可以包括但不限于以下至少之一：慣性矩、極慣性矩和鉆柱線浮重。

在一個實施例中，組合參數(shù)計算單元可以包括：變化率計算子單元，用于根據(jù)井眼測斜數(shù)據(jù)，計算各個鉆柱節(jié)點的井斜變化率和方位變化率；組合參數(shù)確定子單元，用于結(jié)合計算得到的井斜變化率和方位變化率，確定各個鉆柱節(jié)點的組合參數(shù)。

在一個實施例中，控制點確定模塊具體可以用于按照以下公式根據(jù)平衡點的深度與預(yù)設(shè)的安全余量的差值，確定鉆井的控制點深度：

L_s＝L_i-L_y

其中，L_s代表鉆井的控制點深度，L_i表示平衡點深度，L_y表示鉆井的安全余量。

在一個實施例中，扭轉(zhuǎn)角計算模塊可以包括：

鉆柱節(jié)點的扭轉(zhuǎn)角計算單元具體可以用于按照以下公式計算鉆井中各個鉆柱節(jié)點的扭轉(zhuǎn)角：

${\mathrm{\β}}_i=\frac{{\mathrm{ll}}_i-{\mathrm{ll}}_{i-1}}{G_i{J}_i}{M}_i$

其中，β_i表示第i個鉆柱節(jié)點處的扭轉(zhuǎn)角，ll_i表示第i個鉆柱節(jié)點處的井深，ll_i-1表示第i-1個鉆柱節(jié)點處的井深，G_i表示第i個鉆柱節(jié)點處的剪切彈性模量，J_i表示第i個鉆柱節(jié)點處的極慣性矩，M_i表示第i個鉆柱節(jié)點處的第二扭矩；

鉆具的扭轉(zhuǎn)角計算單元具體可以用于在得到各個鉆柱節(jié)點的扭轉(zhuǎn)角之后，按照以下公式計算鉆井中鉆具的扭轉(zhuǎn)角：

$R=\frac{\mathrm{\φ}}{2\mathrm{\π}}$

其中，

其中，R表示鉆井中鉆具的扭轉(zhuǎn)角，φ表示從控制點至鉆井的井口范圍內(nèi)各個鉆柱節(jié)點的扭轉(zhuǎn)角之和，β_i表示第i個鉆柱節(jié)點處的扭轉(zhuǎn)角，n表示從控制點至鉆井的井口范圍內(nèi)鉆柱節(jié)點的總個數(shù)。

在一個實施例中，摩阻計算模塊具體可以用于按照以下公式計算摩阻：

F_i＝F_i-1+f_i×N_i×xh

其中，F(xiàn)_i表示第i個鉆柱節(jié)點處的摩阻，F(xiàn)_i-1表示第i-1個鉆柱節(jié)點處的摩阻，i表示鉆柱節(jié)點數(shù)，i＝1,2,…,i-1,i,…，f_i表示第i個鉆柱節(jié)點處的摩擦系數(shù)，N_i表示第i個鉆柱節(jié)點處的壓力，xh表示步長。

從以上的描述中，可以看出，本發(fā)明實施例實現(xiàn)了如下技術(shù)效果：在確定鉆井的控制點位置之后，計算該控制點至鉆井井口范圍內(nèi)各個鉆柱節(jié)點的扭矩；并根據(jù)計算得到的扭矩，計算鉆井中鉆具的扭轉(zhuǎn)角；根據(jù)扭動角度對所述鉆具進(jìn)行調(diào)整，從而實現(xiàn)鉆井減阻的目的。采用該方法對鉆井進(jìn)行減阻時，減阻效果有了明顯的提高，通過計算對井口鉆具的扭動角度進(jìn)行精確控制達(dá)到了提高機械鉆速的效果，且這種方式操作簡單、經(jīng)濟可靠且適用性強。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，上述的本發(fā)明實施例的各模塊或各步驟可以用通用的計算裝置來實現(xiàn)，它們可以集中在單個的計算裝置上，或者分布在多個計算裝置所組成的網(wǎng)絡(luò)上，可選地，它們可以用計算裝置可執(zhí)行的程序代碼來實現(xiàn)，從而，可以將它們存儲在存儲裝置中由計算裝置來執(zhí)行，并且在某些情況下，可以以不同于此處的順序執(zhí)行所示出或描述的步驟，或者將它們分別制作成各個集成電路模塊，或者將它們中的多個模塊或步驟制作成單個集成電路模塊來實現(xiàn)。這樣，本發(fā)明實施例不限制于任何特定的硬件和軟件結(jié)合。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明實施例可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。