确定启停泵过程中瞬时波动压力的方法和装置

摘要

本发明提供了一种确定启停泵过程中瞬时波动压力的方法和装置，其中，该方法包括：将钻井液循环流道划分为多个流道；将多个流道中两个流道相连接的点作为连接点，将三个流道相汇交的点作为汇交点；通过第一预设公式计算连接点的瞬时波动压力，通过第二预设公式计算汇交点的瞬时波动压力，通过第三预设公式计算多个网格节点中除连接点和汇交点之外的网格节点的瞬时波动压力，其中，第一预设公式、第二预设公式和第三预设公式为不同的计算公式。在本发明实施例中，解决了现有技术中由于无法定量确定启停泵过程中瞬时波动压力，而导致的井涌或者井漏等复杂情况的技术问题，达到了定量确定启停泵过程中瞬时波动压力，提高勘探钻井安全性的技术效果。

说明书

技术领域

本发明涉及地质勘探技术领域，特别涉及一种确定启停泵过程中瞬时波动压力的方法和装置。

背景技术

在油气钻井过程中，每当井眼加深了一根钻杆的长度之后，可以向钻柱中接入一根新的钻杆，这个过程就叫做接单根作业。进行接单根作业时，可以先停止运行中的钻井泵(停泵过程)，再向钻柱中接入一根钻杆，然后再重新开启钻井泵(启泵过程)。启泵过程和停泵过程均会引发钻井中的钻井液产生不稳定的流动，即产生波动压力。

目前波动压力的研究一般是针对起钻和下钻过程。然而，如果在开启或者停止钻井泵过程中产生的波动压力不合理，很容易会引起地层中的流体侵入井筒或者压裂地层，严重时可能导致井涌或者井漏事故。

然而，如何定量确定启停泵过程中的瞬时波动压力，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明提供了一种确定启停泵过程中瞬时波动压力的方法和装置，以达到定量确定启停泵过程中产生的瞬时波动压力的目的，指导石油勘探。

本发明实施例提供了一种确定启停泵过程中瞬时波动压力的方法，可以包括：根据钻井液循环流道的水力直径和膨胀系数，将所述钻井液循环流道的立管至井口处划分为多个流道；基于所述钻井液循环流道的流道划分结果，将各个流道网格化划分为多个网格节点，并将所述多个网格节点的多个流道中两个流道相连接的点作为连接点，将三个流道相汇交的点作为汇交点；通过多次迭代计算得到所述多个网格节点中各个网格节点的瞬时波动压力，其中，通过第一预设公式计算所述连接点的瞬时波动压力，通过第二预设公式计算所述汇交点的瞬时波动压力，通过第三预设公式计算所述多个网格节点中除所述连接点和所述汇交点之外的网格节点的瞬时波动压力，其中，所述第一预设公式、所述第二预设公式和所述第三预设公式为不同的计算公式。

在一个实施例中，所述多个流道可以包括但不限于以下至少之一：从立管至钻头处的第二流道、从所述钻头至井底处的第三流道、从所述钻头至上层套管鞋处的第一流道和从所述上层套管鞋至井口处的第四流道；相应的，将所述多个网格节点的多个流道中两个流道相连接的点作为连接点，将三个流道相汇交的点作为汇交点，可以包括：将所述第一流道和所述第四流道相连接的点作为所述连接点；将所述第一流道、所述第二流道和所述第三流道相汇交的点作为所述汇交点。

在一个实施例中，在通过多次迭代计算得到所述多个网格节点中各个网格节点的瞬时波动压力之前，所述方法还可以包括：确定所述多个网格节点中各个网格节点的时间步长，所述时间步长用于计算得到所述多个网格节点中各个网格节点的瞬时波动压力。

在一个实施例中，可以按照以下方式确定所述多个网格节点中各个网格节点的时间步长：

按照以下公式计算得到所述多个流道中各个网格节点的第一时间步长：

其中，

其中，Δt_ij表示第i流道中第j个网格节点的第一时间步长，ΔS_ij表示第i流道中第j个网格节点的空间步长，ρ_i表示第i流道中的流体流体密度，α_i表示第i流道中的流体膨胀系数，β_i表示第i流道的膨胀系数；

选取所述多个流道中各个网格节点的第一时间步长的最小值，将选取出的最小值作为所述多个网格节点中各个网格节点的时间步长。

在一个实施例中，可以按照以下方式确定所述多个网格节点中各个网格节点的时间步长：获取所述第三流道的长度以及压力波波速；按照预设的比例延长所述第三流道的长度，并将延长后的长度作为所述第三流道的空间步长；计算所述第三流道的空间步长和所述压力波波速的比值；将计算得到的比值作为所述多个网格节点中各个网格节点的时间步长。

在一个实施例中，可以按照以下公式计算所述连接点的瞬时波动压力：

其中，p_W表示所述钻井液循环流道的瞬时波动压力，Q_W表示所述钻井液循环流道的瞬时流量，p_S4表示所述第四流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的后一网格节点的压力，p_R1表示所述第一流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的前一网格节点的压力，ρ_S4表示所述第四流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的后一网格节点的流体密度，ρ_R1表示所述第一流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的前一网格节点的流体密度，C_S4表示所述第四流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的后一网格节点的压力波波速，C_R1表示所述第一流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的前一网格节点的压力波波速，A_S4表示所述第四流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的后一网格节点的流道面积，A_R1表示所述第一流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的前一网格节点的流道面积，Q_S4表示所述第四流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的后一网格节点的流量，Q_R1表示所述第一流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的前一网格节点的流量，p_fS4表示所述第四流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的后一网格节点的单位重量液体在单位距离内的压力损失，p_fR1表示所述第一流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的前一网格节点的单位重量液体在单位距离内的压力损失，Δt表示所述时间步长。

在一个实施例中，可以按照以下公式计算所述汇交点的瞬时波动压力：

其中，Q_W＝0；

其中，Q_W表示所述汇交点进出口流量差，p_W1表示所述第一流道的瞬时波动压力，p_W2表示所述第二流道的瞬时波动压力，p_W3表示所述第三流道的瞬时波动压力，Q_W1表示所述第一流道的瞬时流量，Q_W2表示所述第二流道的瞬时流量，Q_W3表示所述第三流道的瞬时流量，Δt表示所述时间步长，p_Si表示第i流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的后一网格节点的的压力，i＝1,3，p_R2表示所述第二流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的前一网格节点的压力，ρ_Si表示第i流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的后一网格节点的流体密度，ρ_R2表示所述第二流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的前一网格节点的流体密度，C_Si表示第i流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的后一网格节点的的压力波波速，C_R2表示所述第二流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的前一网格节点的压力波波速，A_Si表示第i流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的后一网格节点的流道面积，A_R2表示所述第二流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的前一网格节点的流道面积，Q_Si表示第i流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的后一网格节点的流量，Q_R2表示所述第二流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的前一网格节点的流量，p_fSi表示第i流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的后一网格节点的单位重量液体在单位距离内的压力损失，P_fR2表示所述第二流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的前一网格节点的单位重量液体在单位距离内的压力损失，f₂(Q_W2)表示所述钻头的压力降。

在一个实施例中，可以按照以下公式计算所述多个网格节点中除所述连接点和所述汇交点之外的网格节点的瞬时波动压力：

其中，p_W表示所述钻井液循环流道的瞬时波动压力，Q_W表示所述钻井液循环流道的瞬时流量，p_S表示所述钻井液循环流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的后一网格节点的压力，p_R表示所述钻井液循环流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的前一网格节点的压力，ρ_S表示所述钻井液循环流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的后一网格节点的流体密度，ρ_R表示所述钻井液循环流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的前一网格节点的流体密度，C_S表示所述钻井液循环流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的后一网格节点的压力波波速，C_R表示所述钻井液循环流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的前一网格节点的压力波波速，A_S表示所述钻井液循环流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的后一网格节点的流道面积，A_R表示所述钻井液循环流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的前一网格节点的流道面积，Q_S表示所述钻井液循环流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的后一网格节点的流量，Q_R表示所述钻井液循环流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的前一网格节点的流量，p_fS表示所述钻井液循环流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的后一网格节点的单位重量液体在单位距离内的压力损失，p_fR表示所述钻井液循环流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的前一网格节点的单位重量液体在单位距离内的压力损失，Δt表示所述时间步长。

在一个实施例中，在通过多次迭代计算得到所述多个网格节点中各个网格节点的瞬时波动压力之后，所述方法还可以包括：根据所述多个网格节点中各个网格节点的瞬时波动压力，计算得到所述多个网格节点中各个网格节点的瞬时流量。

本发明实施例还提供了一种确定启停泵过程中瞬时波动压力的装置，可以包括：流道划分模块，用于根据钻井液循环流道的水力直径和膨胀系数，将所述钻井液循环流道的立管至井口处划分为多个流道；节点划分模块，用于基于所述钻井液循环流道的流道划分结果，将各个流道网格化划分为多个网格节点，并将所述多个网格节点的多个流道中两个流道相连接的点作为连接点，将三个流道相汇交的点作为汇交点；压力计算模块，用于通过多次迭代计算得到所述多个网格节点中各个网格节点的瞬时波动压力，其中，通过第一预设公式计算所述连接点的瞬时波动压力，通过第二预设公式计算所述汇交点的瞬时波动压力，通过第三预设公式计算所述多个网格节点中除所述连接点和所述汇交点之外的网格节点的瞬时波动压力，其中，所述第一预设公式、所述第二预设公式和所述第三预设公式为不同的计算公式。

在本发明实施例中，首先，按照实际钻井液循环流道的水力直径和膨胀系数，将所述钻井液循环流道划分为多个流道，并将多个流道中两个流道相连接的点作为连接点，将三个流道相汇交的点作为汇交点；分别通过第一预设公式计算连接点的瞬时波动压力，通过第二预设公式计算汇交点的瞬时波动压力，通过第三预设公式计算多个网格节点中除所述连接点和所述汇交点之外的网格节点的瞬时波动压力。将所述钻井液循环流道按照实际水力直径以及膨胀系数划分为多个流道，从而细化了所述钻井液循环流道的细节特征，再运用不同的计算公式计算由多个流道确定的连接点、汇交点、除连接点和汇交点之外的流道在启停泵过程中的瞬时波动压力，解决了现有技术中由于无法定量确定启停泵过程中瞬时波动压力，而导致的井涌或者井漏等复杂情况的技术问题，达到了定量确定启停泵过程中瞬时波动压力，提高勘探钻井的安全性的技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，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申请中记载的一些实施例，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是本申请提供的一种确定启停泵过程中瞬时波动压力的方法流程图；

图2是本申请提供的钻井液循环流道的流道划分结果示意图；

图3是本申请提供的冀东油田某井实测启泵瞬时波动压力与预测瞬时波动压力对比结果示意图；

图4是本申请提供的冀东油田某井实测停泵瞬时波动压力与预测瞬时波动压力对比结果示意图；

图5是本申请提供的一种确定启停泵过程中瞬时波动压力的装置的结构框图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

考虑到现有技术中计算钻井液循环流道的瞬时波动压力时，一般是采用通用的迭代计算公式的方式，这种方式无法满足实际情况下由于钻井液循环流道的水力直径和膨胀系数的变化，可以导致不同水力直径和膨胀系数的流道交界处瞬时波动压力的突变。发明人提出了可以将钻井液循环流道按照水力直径和膨胀系数划分为多个流道，通过分别讨论多个流道中各个流道交界处的瞬时波动压力计算公式，来确定启停泵过程中的瞬时波动压力。基于此，提出了一种确定启停泵过程中瞬时波动压力的方法，如图1所示，可以包括以下步骤：

S101：根据钻井液循环流道的水力直径和膨胀系数，将钻井液循环流道的立管至井口处划分为多个流道。

在本实施例中，可以根据钻井液循环流道的水力直径和膨胀系数，将钻井液循环流道的立管至井口处划分为多个流道。钻井液可以是钻井过程中以其多种功能满足钻井工作需要的各种循环流体总称。按组成成分进行分类，可以分为清水、泥浆、无粘土相冲洗液、乳状液、泡沫和压缩空气等。钻井液最基本的功用就是通过循环，将井底被钻头破碎的岩屑携带到地面，从而保持钻头从地表钻钻至完钻井深所形成的地底与地表的井筒通道，即井眼的清洁，并保证钻头在井底始终接触和破碎新地层，不造成重复切削，保持安全快速钻进。钻井液的循环可以是通过钻井泵来维持的。即，从钻井泵排出的钻井液经过地面高压管汇、地下的立管、钻杆、钻铤到钻头，从钻头喷嘴喷出后部分流入井底，部分沿钻柱与裸眼井壁、上层套管鞋、以及套管处形成的环形空间向上流动，流动至井口，并返回地面。返回地面后经排出管线等流入泥浆池，进行处理后返回上水池，进入再次循环，上述过程为钻井液的循环过程。进一步地，在本申请中，可以上述过程中，钻井液从地下的立管至井口的流动通道称为所述钻井液循环流道。

如图2所示为钻井液循环流道的流道划分结果示意图可知：上述根据钻井液循环流道的水力直径和膨胀系数，所划分出的多个流道可以包括但不限于以下至少之一：从立管至钻头处的第二流道、从钻头至井底处的第三流道、从钻头至上层套管鞋处的第一流道和从上层套管鞋至井口处的第四流道。

在计算启停泵过程中的瞬时波动压力之前，对钻井液循环流道进行流道划分，将具有相同水力直径和膨胀系数的钻井液循环流道划分为同一类，从而可以为连接点以及汇交点的确定打下基础。

S102：基于钻井液循环流道的流道划分结果，将各个流道网格化划分为多个网格节点，并将多个网格节点的多个流道中两个流道相连接的点作为连接点，将三个流道相汇交的点作为汇交点。

可以基于钻井液循环流道的流道划分结果，将各个流道网格化划分为多个网格节点，并将多个网格节点的多个流道中两个流道相连接的点作为连接点，将三个流道相汇交的点作为汇交点。

由于在实际钻井过程中，上述钻井液循环流道中最薄弱的位置可以为第一流道和第三流道，因为另外两个流道都可以由刚管保护，地层坍塌以及溢流很可能出现在第一流道和第三流道，所以最后所要获取的待测网格节点大部分都是在第一流道和第三流道中。因而，可以对上述对连接点和汇交点进行选取。在本实施例中，可以将多个流道中两个流道相连接的点作为连接点，将三个流道相汇交的点作为汇交点。从图2中可以看出，在本申请中，可以将第一流道和第四流道相连接的点作为连接点；将第一流道、第二流道和第三流道相汇交的点作为汇交点。

进一步的，在本实施例中，划分网格节点时，可以在保证由上述流道划分结果所确定的连接点以及汇交点均存在网格节点的情况下，将各个流道网格化划分为多个网格节点。具体的，可以采用以下方式确定多个网格节点中各个网格节点的时间步长。

在本申请的一个实施例中，可以采用以下方式确定多个网格节点中各个网格节点的时间步长：

S2-1-1：可以按照以下公式计算得到多个流道中各个网格节点的第一时间步长：

其中，

其中，Δt_ij表示第i流道中第j个网格节点的第一时间步长，C_i表示第i流道的压力波波速，ΔS_ij表示第i流道中第j个网格节点的空间步长，ρ_i表示第i流道的流体密度，α_i表示第i流道的流体膨胀系数，β_i表示第i流道的膨胀系数。

S2-1-2：由于各个流道中各个网格节点的空间步长、流体密度、流体膨胀系数以及膨胀系数均不同，所以导致计算得到的多个流道中各个网格节点的第一时间步长也不同。因此，在得到多个流道中各个网格节点的第一时间步长之后，可以选取多个流道中各个网格节点的第一时间步长的最小值，并将选取出的最小值作为多个网格节点中各个网格节点的时间步长。

在本申请中，第三流道作为计算区域之一必须为其分配网格，在现有技术中利用第三流道计算时间步长时，可以采用下述方式：钻头距离井底的第三流道实际长度一般可以为1m-2m，直接将井底流道的长度作为网格步长，假设压力波波速为1000m/s，则可以根据库朗(Courant)稳定性准则，得到各个网格节点的最大时间步长为：2/1000＝0.002s，这样就会导致各个网格节点的计算时间过长，从而达不到实时计算的效果。

在本申请的另一个实施例中，也可以按照以下方式确定多个网格节点中各个网格节点的时间步长：

S2-2-1：获取第三流道的长度以及压力波波速。

S2-2-2：按照预设的比例延长所述第三流道的长度，并将延长后的长度作为第三流道的空间步长。

在本实施例中，上述预设的比例可以指的是延长后的第三流道和第三流道实际长度之间的比值。可以为5倍，10倍，20倍，30倍等值，本申请对此不作限定。当第三流道的长度为2m，即钻井液循环流道中多个流道的空间步长为2m时，相应的，延长后的长度可以为10m、20m、40m、60m等值。可以将10m、20m、40m、60m等值作为第三流道的空间步长，该空间步长也是钻井液循环流道中多个流道的空间步长。

S2-2-3：计算第三流道的空间步长和压力波波速的比值。

S2-2-4：将计算得到的比值作为多个网格节点中各个网格节点的时间步长。

在确定出第三流道的空间步长之后，可以按照以下公式计算得到第三流道中各个网格节点的时间步长，并可以将计算得到的比值作为多个网格节点中各个网格节点的时间步长：

其中，

其中，Δt_3j表示第三流道中第j个网格节点的时间步长，ΔS_3j表示第三流道中第j个网格节点的空间步长，C₃表示第三流道的压力波波速，ρ₃表示第三流道的流体密度，α₃表示第三流道的流体膨胀系数，β₃表示第三流道的膨胀系数。

在计算得到第三流道中各个网格节点的时间步长，可以将计算得到的比值作为多个网格节点中各个网格节点的时间步长。

在本实施例中，可以采用加长第三流道的方法来加快计算速度。在上例中，假设钻井液循环流道的总长为1000m，由于以前的网格步长是2m，则需要500个网格，且时间步长0.002s。采用本实施例中的方法延长第三流道之后，延长后的网格步长即钻井液循环流道中多个流道的空间步长为10m，则只需要开辟100个网格，时间步长是10/1000＝0.01s。和现有技术相比，网格总数变为原来的1/5，时间步长变为原来的5倍，则总的计算时间缩短为原来的从而大大缩短了计算时间，达到实时计算瞬时波动压力的效果。

S103：通过多次迭代计算得到多个网格节点中各个网格节点的瞬时波动压力，其中，通过第一预设公式计算连接点的瞬时波动压力，通过第二预设公式计算汇交点的瞬时波动压力，通过第三预设公式计算多个网格节点中除连接点和汇交点之外的网格节点的瞬时波动压力，其中，第一预设公式、第二预设公式和第三预设公式为不同的计算公式。

启泵过程即开启钻井泵的过程，在启泵过程中会引起钻井液的不稳定流动，钻井底部的压力值将会在稳定的流动压力值附近波动，该波动值即为启泵过程中的瞬时波动压力。关泵过程即关闭钻井泵的过程，在关泵过程中同样会引起钻井液的不稳定流动，钻井底部的压力值将会在稳定的流动压力值附近波动，该波动值即为关泵过程中的瞬时波动压力。在钻井过程中由于钻井泵的开启或者关闭，井筒内的流体都有一个从初始的稳定流状态过渡到另一个稳定流状态的瞬变过程。一般情况下，瞬变过程持续的时间不同，波动压力也会有较大差别。对于空隙压力和破裂压力较为接近的地层而言，钻井液密度窗口较窄，地层对波动压力较为敏感。如果启泵或者停泵速度不合理，则很容易引起地层流体侵入井筒或者压裂地层的现象发生，严重时可能会造成井涌或者井漏。分析近钻头多参数测量短接实测数据发现，启停泵过程中产生了比较明显的压力波动现象，这在窄密度窗口钻井过程中会存在很大的安全隐患。为了掌握启停泵过程中瞬时波动压力的变化规律，降低井下油气漏失，提高待勘探钻井的安全性，在本申请中，在通过上述S101和S102确定出钻井液循环流道中的多个流道、多个网格节点、连接点、交汇点以及时间步长之后，可以采用以下方式计算确定启停泵过程中多个网格节点中各个网格节点的瞬时波动压力。

由于钻井液循环流道的水力直径和膨胀系数的变化，可以导致不同水力直径和膨胀系数的流道交界处瞬时波动压力的突变。因此，在本申请中，为了更加精确的得到启停泵过程中的瞬时波动压力，从而实现对地质勘探更加精确的指导。可以对产生瞬时波动压力突变的流道交界处(连接点和汇交点)采用适合于流道交界处的瞬时波动压力计算公式。即，可以针对钻井液循环流道的不同位置采用不同的计算公式。具体的，可以通过多次迭代计算得到多个网格节点中各个网格节点的瞬时波动压力，其中，可以通过第一预设公式计算连接点的瞬时波动压力，通过第二预设公式计算汇交点的瞬时波动压力，通过第三预设公式计算多个网格节点中除连接点和汇交点之外的网格节点的瞬时波动压力，其中，第一预设公式、第二预设公式和第三预设公式可以为不同的计算公式。

首先，可以获取立管处所对应网格节点的瞬时波动压力初始值；根据该瞬时波动压力初始值、上述S102确定出的时间步长、多个网格节点中各个网格节点的瞬时波动压力计算公式，多次迭代计算得到多个网格节点中各个网格节点的瞬时波动压力，直至立管处瞬时流量的初始值和压力波波速保持不变。

具体的，在得到钻井液循环流道的注塞截面积、曲柄长度、曲柄连杆比、曲柄转动角速度、曲柄转角之后，可以采用以下方式计算确定立管处所对应网格节点的瞬时流量：

其中，Q(t)为启停泵瞬时流量，F为注塞截面积，R为曲柄长度，λ为曲柄连杆比，ω为曲柄转动角速度，为曲柄转角，

其中，启泵过程中曲柄转动角速度随时间的关系式为：式中，ω₀为预定角速度，T₀为预定开泵持续时间；

停泵过程中曲柄转动角速度随时间的关系式为：式中，ω₀为预定角速度，T₁为预定关泵持续时间；t₁为关泵时刻。

当上述立管的瞬时流量确定后，可以根据下式求得立管处所对应网格节点的瞬时压力：

进一步地，在确定出在立管处所对应网格节点的瞬时流量以及瞬时压力之后，在本申请的实施例中，可以根据上述S102确定出的时间步长，按照以下公式计算所述多个网格节点中除所述连接点和所述汇交点之外的网格节点的瞬时波动压力以及瞬时流量：

其中，p_W表示钻井液循环流道的瞬时波动压力，Q_W表示钻井液循环流道的瞬时流量，p_S表示钻井液循环流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的后一网格节点的压力，p_R表示钻井液循环流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的前一网格节点的压力，ρ_S表示钻井液循环流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的后一网格节点的流体密度，ρ_R表示钻井液循环流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的前一网格节点的流体密度，C_S表示钻井液循环流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的后一网格节点的压力波波速，C_R表示钻井液循环流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的前一网格节点的压力波波速，A_S表示钻井液循环流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的后一网格节点的流道面积，A_R表示钻井液循环流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的前一网格节点的流道面积，Q_S表示钻井液循环流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的后一网格节点的流量，Q_R表示钻井液循环流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的前一网格节点的流量，p_fS表示钻井液循环流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的后一网格节点的单位重量液体在单位距离内的压力损失，p_fR表示钻井液循环流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的前一网格节点的单位重量液体在单位距离内的压力损失，Δt表示所述时间步长。

在本申请的实施例中，当根据上述S102确定出的时间步长迭代计算至上述连接点时，可以按照以下公式计算上述连接点的瞬时波动压力以及瞬时流量：

其中，p_W表示钻井液循环流道的瞬时波动压力，Q_W表示钻井液循环流道的瞬时流量，p_S4表示所述第四流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的后一网格节点的压力，p_R1表示所述第一流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的前一网格节点的压力，ρ_S4表示所述第四流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的后一网格节点的流体密度，ρ_R1表示所述第一流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的前一网格节点的流体密度，C_S4表示所述第四流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的后一网格节点的压力波波速，C_R1表示所述第一流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的前一网格节点的压力波波速，A_S4表示所述第四流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的后一网格节点的流道面积，A_R1表示所述第一流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的前一网格节点的流道面积，Q_S4表示所述第四流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的后一网格节点的流量，Q_R1表示所述第一流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的前一网格节点的流量，p_fS4表示所述第四流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的后一网格节点的单位重量液体在单位距离内的压力损失，p_fR1表示所述第一流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的前一网格节点的单位重量液体在单位距离内的压力损失，Δt表示所述时间步长。

在本申请的实施例中，当根据上述S102确定出的时间步长迭代计算至上述汇交点时，可以按照以下公式计算上述汇交点的瞬时波动压力以及瞬时流量：

其中，Q_W＝0；

其中，Q_W表示所述汇交点进出口流量差，p_W1表示所述第一流道的瞬时波动压力，p_W2表示所述第二流道的瞬时波动压力，p_W3表示所述第三流道的瞬时波动压力，Q_W1表示所述第一流道的瞬时流量，Q_W2表示所述第二流道的瞬时流量，Q_W3表示所述第三流道的瞬时流量，Δt表示所述时间步长，p_Si表示第i流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的后一网格节点的的压力，i＝1,3，p_R2表示所述第二流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的前一网格节点的压力，ρ_Si表示第i流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的后一网格节点的流体密度，ρ_R2表示所述第二流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的前一网格节点的流体密度，C_Si表示第i流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的后一网格节点的的压力波波速，C_R2表示所述第二流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的前一网格节点的压力波波速，A_Si表示第i流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的后一网格节点的流道面积，A_R2表示所述第二流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的前一网格节点的流道面积，Q_Si表示第i流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的后一网格节点的流量，Q_R2表示所述第二流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的前一网格节点的流量，p_fSi表示第i流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的后一网格节点的单位重量液体在单位距离内的压力损失，P_fR2表示所述第二流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的前一网格节点的单位重量液体在单位距离内的压力损失，f₂(Q_W2)表示所述钻头的压力降。

进一步地，在根据上述S102确定出的时间步长迭代计算至钻井液循环流道的井底或者井口的情况下，可以按照钻井液循环流道的井底的瞬时流量等于0的方式确定井底的瞬时波动压力，可以按照钻井液循环流道的井口瞬时波动压力等于0.1MPa的方式确定井口的瞬时流量。具体的，可以分别采用以下两种公式：

1)钻井液循环流道的井底流量等于0时，

2)钻井液循环流道的井口压力等于0.1MPa时，

重复以上步骤，多次迭代计算得到多个网格节点中各个网格节点的瞬时波动压力，直至立管处瞬时流量的初始值和压力波波速保持不变。每一个时间步长计算结束后，都输出该网格节点的瞬时波动压力、瞬时流量。在本申请的实施例中，可以根据各个网格节点启泵以及停泵过程中瞬时波动压力绘制出瞬时波动压力随时间的变化关系图。

在本实施例中，由于钻井液循环流道的水力直径和膨胀系数的变化，可以导致不同水力直径和膨胀系数的流道交界处瞬时波动压力的突变。因此，可以在迭代计算多个网格节点中各个网格节点的瞬时波动压力的过程中，针对其中的流道交界处(连接点以及汇交点)选取相应的瞬时波动压力计算公式，从而可以得到更加精确的瞬时波动压力计算结果，并定量确定启停泵过程中瞬时波动压力，更加有效地指导地质勘探。进一步地，提出了一种新的时间步长的计算方式，运用此方式确定的时间步长计算瞬时波动压力时，计算效率得到了大大的提高。

下面结合一个具体的实施例对上述确定启停泵过程中瞬时波动压力的方法进行具体说明，然而值得注意的是，该具体实施例仅是为了更好地说明本发明，并不构成对本发明的不当限定。

X是冀东油田的一口井，利用近钻头多参数测量短接进行环空压力测量，多参数测量短接经历了直井钻塞段2006m-2049m。钻塞段所使用的钻具组合为：215.9牙轮*0.24m+430/410*0.6m+177.8无磁*9.15m+测量工具*3.07m。钻塞段经历了启停关泵过程，现应用上述方法对启停泵过程中的波动压力进行预测。由钻具组合可知环空压力测点距井底9.99m，为了准确对比，将迭代计算过程中的目标点定在距井底9.99m环空处，对比实测点与目标点的压力。(上述9.99m是根据底部钻具组合确定的，215.9牙轮*0.24m+430/410*0.6m+177.8无磁*9.15m，具体的9.99＝0.24+0.6+9.15测量工具就放在这个位置)。

如图3所示为冀东油田某井实测启泵瞬时波动压力与预测瞬时波动压力对比结果示意图，从图3中可以看出启泵过程中实测波动压力数据与预测结果吻合度高，不仅是在幅值上，出现拐点的时间也基本一样，这说明启泵波动压力模型具有一定的准确性，可用于指导油气井启泵过程。如图4所示为冀东油田某井实测停泵瞬时波动压力与预测瞬时波动压力对比结果示意图，从图4中可以看出停泵过程中实测波动压力数据与预测结果吻合度高，不仅是在幅值上，出现拐点的时间也基本一样，这说明停泵波动压力模型具有一定的准确性，可用于指导油气井停泵过程。

基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种确定启停泵过程中瞬时波动压力的装置，如下面的实施例所述。由于确定启停泵过程中瞬时波动压力的装置解决问题的原理与确定启停泵过程中瞬时波动压力的方法相似，因此确定启停泵过程中瞬时波动压力的装置的实施可以参见确定启停泵过程中瞬时波动压力的方法的实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。图5是本发明实施例的确定启停泵过程中瞬时波动压力的装置的一种结构框图，如图5所示，可以包括：流道划分模块501、节点划分模块502、压力计算模块503，下面对该结构进行说明。

流道划分模块501，可以用于根据钻井液循环流道的水力直径和膨胀系数，将所述钻井液循环流道的立管至井口处划分为多个流道，其中，所述多个流道中两个流道相连接的点称为连接点，三个流道相汇交的点称为汇交点；

节点划分模块502，可以用于基于所述钻井液循环流道的流道划分情况结果，将各个流道网格化划分为多个深度为预设地层厚度的网格节点，并将所述多个网格节点的多个流道中两个流道相连接的点作为连接点，将三个流道相汇交的点作为汇交点；

压力计算模块503，可以用于通过多次迭代计算得到所述多个网格节点中各个网格节点的瞬时波动压力，其中，通过第一预设公式计算所述连接点的瞬时波动压力，通过第二预设公式计算所述汇交点的瞬时波动压力，通过第三预设公式计算所述多个网格节点中除所述连接点和所述汇交点之外的网格节点的瞬时波动压力，其中，所述第一预设公式、所述第二预设公式和所述第三预设公式为不同的计算公式。

在一个实施例中，所述多个流道可以包括但不限于以下至少之一：从立管至钻头处的第二流道、从所述钻头至井底处的第三流道、从所述钻头至上层套管鞋处的第一流道和从所述上层套管鞋至井口处的第四流道；相应的，所述节点划分模块可以包括：连接点确定单元，可以用于将所述第一流道和所述第四流道相连接的点作为所述连接点；汇交点确定单元，可以用于将所述第一流道、所述第二流道和所述第三流道相汇交的点作为所述汇交点。

在一个实施例中，所述压力计算模块在通过多次迭代计算得到所述多个网格节点中各个网格节点的瞬时波动压力之前，还可以包括：确定所述多个网格节点中各个网格节点的时间步长，所述时间步长可以用于计算得到所述多个网格节点中各个网格节点的瞬时波动压力。

在一个实施例中，所述压力计算模块具体可以用于按照以下方式确定所述多个网格节点中各个网格节点的时间步长：

按照以下公式计算得到所述多个流道中各个网格节点的第一时间步长：

其中，

其中，Δt_ij表示第i流道中第j个网格节点的第一时间步长，ΔS_ij表示第i流道中第j个网格节点的空间步长，ρ_i表示第i流道中的流体流体密度，α_i表示第i流道中的流体膨胀系数，β_i表示第i流道的膨胀系数；

选取所述多个流道中各个网格节点的第一时间步长的最小值，将选取出的最小值作为所述多个网格节点中各个网格节点的时间步长。

在一个实施例中，所述压力计算模块具体可以用于按照以下方式确定所述多个网格节点中各个网格节点的时间步长：获取所述第三流道的长度以及压力波波速；按照预设的比例延长所述第三流道的长度，并将延长后的长度作为所述第三流道的空间步长；计算所述第三流道的空间步长和所述压力波波速的比值；将计算得到的比值作为所述多个网格节点中各个网格节点的时间步长。

在一个实施例中，所述压力计算模块具体可以用于按照以下公式计算所述连接点的瞬时波动压力：

其中，p_W表示钻井液循环流道的瞬时波动压力，Q_W表示钻井液循环流道的瞬时流量，p_S4表示所述第四流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的后一网格节点的压力，p_R1表示所述第一流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的前一网格节点的压力，ρ_S4表示所述第四流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的后一网格节点的流体密度，ρ_R1表示所述第一流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的前一网格节点的流体密度，C_S4表示所述第四流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的后一网格节点的压力波波速，C_R1表示所述第一流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的前一网格节点的压力波波速，A_S4表示所述第四流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的后一网格节点的流道面积，A_R1表示所述第一流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的前一网格节点的流道面积，Q_S4表示所述第四流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的后一网格节点的流量，Q_R1表示所述第一流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的前一网格节点的流量，p_fS4表示所述第四流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的后一网格节点的单位重量液体在单位距离内的压力损失，p_fR1表示所述第一流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的前一网格节点的单位重量液体在单位距离内的压力损失，Δt表示所述时间步长。

在一个实施例中，所述压力计算模块具体可以用于按照以下公式计算所述汇交点的瞬时波动压力：

其中，Q_W＝0；

其中，Q_W表示所述汇交点进出口流量差，p_W1表示所述第一流道的瞬时波动压力，p_W2表示所述第二流道的瞬时波动压力，p_W3表示所述第三流道的瞬时波动压力，Q_W1表示所述第一流道的瞬时流量，Q_W2表示所述第二流道的瞬时流量，Q_W3表示所述第三流道的瞬时流量，Δt表示所述时间步长，p_Si表示第i流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的后一网格节点的的压力，i＝1,3，p_R2表示所述第二流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的前一网格节点的压力，ρ_Si表示第i流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的后一网格节点的流体密度，ρ_R2表示所述第二流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的前一网格节点的流体密度，C_Si表示第i流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的后一网格节点的的压力波波速，C_R2表示所述第二流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的前一网格节点的压力波波速，A_Si表示第i流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的后一网格节点的流道面积，A_R2表示所述第二流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的前一网格节点的流道面积，Q_Si表示第i流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的后一网格节点的流量，Q_R2表示所述第二流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的前一网格节点的流量，p_fSi表示第i流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的后一网格节点的单位重量液体在单位距离内的压力损失，P_fR2表示所述第二流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的前一网格节点的单位重量液体在单位距离内的压力损失，f₂(Q_W2)表示所述钻头的压力降。

在一个实施例中，所述压力计算模块具体可以用于按照以下公式计算所述多个网格节点中除所述连接点和所述汇交点之外的网格节点的瞬时波动压力：

其中，p_W表示钻井液循环流道的瞬时波动压力，Q_W表示钻井液循环流道的瞬时流量，p_S表示钻井液循环流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的后一网格节点的压力，p_R表示钻井液循环流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的前一网格节点的压力，ρ_S表示钻井液循环流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的后一网格节点的流体密度，ρ_R表示钻井液循环流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的前一网格节点的流体密度，C_S表示钻井液循环流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的后一网格节点的压力波波速，C_R表示钻井液循环流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的前一网格节点的压力波波速，A_S表示钻井液循环流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的后一网格节点的流道面积，A_R表示钻井液循环流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的前一网格节点的流道面积，Q_S表示钻井液循环流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的后一网格节点的流量，Q_R表示钻井液循环流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的前一网格节点的流量，p_fS表示钻井液循环流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的后一网格节点的单位重量液体在单位距离内的压力损失，p_fR表示钻井液循环流道中上一时刻与当前网格节点紧邻的前一网格节点的单位重量液体在单位距离内的压力损失，Δt表示所述时间步长。

在一个实施例中，所述压力计算模块在通过多次迭代计算得到所述多个网格节点中各个网格节点的瞬时波动压力之后，还可以包括：根据所述多个网格节点中各个网格节点的瞬时波动压力，计算得到所述多个网格节点中各个网格节点的瞬时流量。

利用上述各实施例所提供的确定启停泵过程中瞬时波动压力的装置的实施方式，可以自动实施确定启停泵过程中瞬时波动压力的方法，从而确定启停泵过程中的瞬时波动压力，可以不需要实施人员的具体参与，可以直接输出瞬时波动压力的确定结果，操作简单快捷，有效提高了用户体验。

所述确定启停泵过程中瞬时波动压力的装置中，时间步长的确定方式、各个网格节点的瞬时波动压力的计算方式、流道划分方式可以参照前述方法的相关描述。

尽管本申请内容中提到连接点的瞬时波动压力的计算方式、汇交点的瞬时波动压力的计算方式、流道的划分方式、时间步长的确定方式等描述，但是，本申请并不局限于必须是符合本申请实施例所描述的情况。某些行业标准或者使用自定义方式或实施例描述的实施基础上略加修改后的实施方案也可以实现上述实施例相同、等同或相近、或变形后可预料的实施效果。应用这些修改或变形后的瞬时波动压力以及时间步长的计算、流道的划分等获取的实施例，仍然可以属于本申请的可选实施方案范围之内。

虽然本申请提供了如实施例或流程图所述的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的手段可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。在实际中的装置或终端产品执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境，甚至为分布式数据处理环境)。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、产品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、产品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，并不排除在包括所述要素的过程、方法、产品或者设备中还存在另外的相同或等同要素。

上述实施例阐明的单元、装置或模块等，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本申请时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现，也可以将实现同一功能的模块由多个子模块或子单元的组合实现等。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

本领域技术人员也知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现控制器以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得控制器以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器等的形式来实现相同功能。因此这种控制器可以被认为是一种硬件部件，而对其内部包括的用于实现各种功能的装置也可以视为硬件部件内的结构。或者甚至，可以将用于实现各种功能的装置视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。

本申请可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构、类等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，移动终端，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本说明书中的各个实施例采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。本申请可用于众多通用或专用的计算机系统环境或配置中。例如：个人计算机、服务器计算机、手持设备或便携式设备、平板型设备、多处理器系统、基于微处理器的系统、置顶盒、可编程的电子设备、网络PC、小型计算机、大型计算机、包括以上任何系统或设备的分布式计算环境等等。

虽然通过实施例描绘了本申请，本领域普通技术人员知道，本申请有许多变形和变化而不脱离本申请的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本申请的精神。