一种变径井眼中屈曲管柱钻进评价方法技术

本发明专利技术提供一种变径井眼中屈曲管柱钻进评价方法，该方法包括：在底座上依次放置岩板和模拟井眼，将空心钻柱、钻铤、传感器与钻头装配后放置于模拟井眼中；通过控制系统，对套装在模拟井眼上的变径器的内径进行调节，使模拟井眼的局部内径发生改变；设定空心钻柱的垂向应力和旋转转速，启动动力装置；预设时间后关闭，记录岩板的钻入深度、此时空心钻柱的屈曲状态，并根据预设时间和钻入深度计算机械转速；更改变径器内径重复上述步骤；根据每次变径器内径、空心钻柱的屈曲状态和机械钻速对空心钻柱发生屈曲后的钻进情况进行评价。本发明专利技术通过控制变量法根据变径器内径、空心钻柱的屈曲状态和机械钻速对空心钻柱发生屈曲后的钻进情况进行评价。

【技术实现步骤摘要】
一种变径井眼中屈曲管柱钻进评价方法
本专利技术涉及钻井工程制造领域，尤其涉及一种变径井眼中屈曲管柱钻进评价方法。
技术介绍
在钻井过程中，钻头转过地层制造井眼，在这一过程中会穿过很多不同类型、不同物理性质的地层。在固井之前，钻井液与裸眼地层充分接触，对一些地层的物理性质产生改变。由于开钻引起的应力变化使井眼周围应力不稳定，以上种种原因使得一些地层的井眼逐渐增大或者缩小，井眼变大的称为扩径，井眼缩小的称为缩径，严重的扩径和缩径都对钻井不利。当井眼发生扩径时，会造成井壁不稳定，严重时甚至出现局部井壁垮塌，出现事故。而发生缩径时(如盐膏层)，会造成井下钻柱不能轻易抬升或者下放，造成卡钻等事故。此外，钻井管柱作用效果复杂，屈曲形状复杂，在井眼内既发生自转也发生公转，扩径和缩径同样会影响钻井管柱的运动状态。在钻井过程中，钻柱的受力发生变形，当轴向载荷超过某一临界值时，载荷的大小变化引起钻柱的较大变形，即形成钻柱屈曲状态，钻柱屈曲会会钻井作业带来很多不利影响，增加钻柱与井壁之间的接触，使得摩阻、扭矩增加，发生卡钻事故等。对于变径井眼，钻柱在钻进过程中的行进路径可偏离钻孔轨道，呈现侧向或正弦屈曲模态，即钻柱会出现“蛇形前进”的现象。当钻柱处于侧向屈曲模态时，钻柱的进一步压缩可造成钻柱进入螺旋屈曲模态。螺旋屈曲模态也可被称为“螺旋形前进”，但是屈曲可导致钻探操作中的效率损失和一个或多个钻柱组件的过早损坏。基于上述，现有技术中存在因扩径或缩径影响钻井管柱的运动状态无法评估导致发生事故的问题。上述缺陷是本领域技术人员期望克服的。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题为了解决现有技术的上述问题，本专利技术提供一种变径井眼中屈曲管柱钻进评价方法，解决现有技术中因扩径或缩径影响钻井管柱的运动状态无法进行评估的问题。(二)技术方案为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：本专利技术提供一种变径井眼中屈曲管柱钻进评价方法，基于钻进模拟装置对变径井眼中管柱屈曲的影响进行评价，所述钻进模拟装置包括动力装置、空心钻柱、模拟井眼、多个变径器、钻铤、传感器、钻头、岩板、底座、控制线、机架以及设置在机架上的控制系统，所述方法包括：S1：在底座上依次放置岩板和模拟井眼，将空心钻柱、钻铤、传感器与钻头装配好后放置于所述模拟井眼中，空心钻柱的上部连接动力装置；S2：通过控制系统，对套装在所述模拟井眼上的变径器的内径进行调节，使所述模拟井眼的局部内径发生改变；S3：设定空心钻柱的垂向应力和旋转转速，启动动力装置；S4：启动预设时间后，关闭动力装置，记录岩板的钻入深度、此时空心钻柱的屈曲状态，并根据预设时间和钻入深度计算机械转速；S5：通过控制系统更改变径器内径的设置参数，重复步骤S3～S4；S6：根据每次变径器内径的设置参数、空心钻柱的屈曲状态和机械钻速对空心钻柱发生屈曲后的钻进情况进行评价。在本专利技术的一种示例性实施例中，步骤S1中在底座上依次放置岩板和模拟井眼包括：将岩板放置于底座上，并在所述岩板上垂直放置模拟井眼。在本专利技术的一种示例性实施例中，步骤S1中还包括：将机架垂直放置于所述底座上岩板周围的位置，使得所述机架与所述模拟井眼平行设置，所述机架的顶部高于所述模拟井眼的顶部，且所述模拟井眼的外壁表面与所述机架之间具有间隙。在本专利技术的一种示例性实施例中，步骤S3中启动动力装置之后，还包括：开始记录起始时间，并实时记录空心钻柱的垂向应力和旋转转速。在本专利技术的一种示例性实施例中，步骤S3中启动动力装置之后，还包括：在钻头的钻进过程中，实时监测空心钻柱在钻头钻进过程中的屈曲状态；如果空心钻柱在钻头钻进过程中的运动或屈曲状态超出预设要求，则关闭动力装置。在本专利技术的一种示例性实施例中，所述预设要求为空心钻柱出现自锁。在本专利技术的一种示例性实施例中，步骤S6包括：S61：将空心管柱的屈曲状态分为开始出现正弦屈曲状态、开始出现螺旋屈曲状态和完全螺旋屈曲三个阶段；S62：在三个阶段变化过程中，根据记录的变径器内径、机械转速、动力装置的垂向应力构建评价模型；S63：利用所述评价模型对三个阶段的钻进情况进行评价。(三)有益效果本专利技术的有益效果是：本专利技术实施例提供的变径井眼中屈曲管柱钻进评价方法，通过变径器对模拟井眼的直径大小进行调整，能够实现扩径和缩径井眼中屈曲管柱的转动过程的模拟，得到扩径和缩径对钻井管柱运动状态的影响，进而通过控制变量法根据每次变径器内径、空心钻柱的屈曲状态和机械钻速对空心钻柱发生屈曲后的钻进情况进行评价，为保证安全钻进过程中变径器内径、转速、动力装置施加的压力等提供设置依据，对于钻井过程中预防卡钻等事故的发生具有重要作用。附图说明图1为本专利技术一实施例提供的一种变径井眼中屈曲管柱钻进评价方法的流程图；图2为本专利技术一实施例提供的一种变径井眼中屈曲管柱钻进模拟装置的示意图。附图标记说明：1：动力装置；2：空心钻柱；3：模拟井眼；4：变径器；5：钻铤；6：传感器；7：钻头；8：岩板；9：底座；10：控制线；11：机架；12：固定器。具体实施方式为了更好的解释本专利技术，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本专利技术作详细描述。本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。需要说明的是，在本专利技术的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。本专利技术提供一种变径井眼中屈曲管柱钻进评价方法，通过变径器对模拟井眼的直径大小进行调整，能够实现扩径和缩径井眼中屈曲管柱的转动过程的模拟，得到扩径和缩径对钻井管柱运动状态的影响，对于钻井过程中预防卡钻等事故的发生具有重要作用。图1为本专利技术一实施例提供的一种变径井眼中屈曲管柱钻进评价方法的流程图，如图1所示，具体包括以下步骤：步骤S1：在底座上依次放置岩板和模拟井眼，将空心钻柱、钻铤、传感器与钻头装配好后放置于所述模拟井眼中，空心钻柱的上部连接动力装置；步骤S2：通过控制系统，对套装在所述模拟井眼上的变径器的内径进行调节，使所述模拟井眼的局部内径发生改变；步骤S3：设定空心钻柱的垂向应力和旋转转速，启动动力装置；步骤S4：启动预本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种变径井眼中屈曲管柱钻进评价方法，基于钻进模拟装置对变径井眼中管柱屈曲的影响进行评价，所述钻进模拟装置包括动力装置、空心钻柱、模拟井眼、多个变径器、钻铤、传感器、钻头、岩板、底座、控制线、机架以及设置在机架上的控制系统，其特征在于，所述方法包括：/nS1：在底座上依次放置岩板和模拟井眼，将空心钻柱、钻铤、传感器与钻头装配好后放置于所述模拟井眼中，空心钻柱的上部连接动力装置；/nS2：通过控制系统，对套装在所述模拟井眼上的变径器的内径进行调节，使所述模拟井眼的局部内径发生改变；/nS3：设定空心钻柱的垂向应力和旋转转速，启动动力装置；/nS4：启动预设时间后，关闭动力装置，记录岩板的钻入深度、此时空心钻柱的屈曲状态，并根据预设时间和钻入深度计算机械转速；/nS5：通过控制系统更改变径器内径的设置参数，重复步骤S3～S4；/nS6：根据每次变径器内径、空心钻柱的屈曲状态和机械钻速对空心钻柱发生屈曲后的钻进情况进行评价。/n

【技术特征摘要】
1.一种变径井眼中屈曲管柱钻进评价方法，基于钻进模拟装置对变径井眼中管柱屈曲的影响进行评价，所述钻进模拟装置包括动力装置、空心钻柱、模拟井眼、多个变径器、钻铤、传感器、钻头、岩板、底座、控制线、机架以及设置在机架上的控制系统，其特征在于，所述方法包括：
S1：在底座上依次放置岩板和模拟井眼，将空心钻柱、钻铤、传感器与钻头装配好后放置于所述模拟井眼中，空心钻柱的上部连接动力装置；
S2：通过控制系统，对套装在所述模拟井眼上的变径器的内径进行调节，使所述模拟井眼的局部内径发生改变；
S3：设定空心钻柱的垂向应力和旋转转速，启动动力装置；
S4：启动预设时间后，关闭动力装置，记录岩板的钻入深度、此时空心钻柱的屈曲状态，并根据预设时间和钻入深度计算机械转速；
S5：通过控制系统更改变径器内径的设置参数，重复步骤S3～S4；
S6：根据每次变径器内径、空心钻柱的屈曲状态和机械钻速对空心钻柱发生屈曲后的钻进情况进行评价。


2.如权利要求1所述的变径井眼中屈曲管柱钻进评价方法，其特征在于，步骤S1中在底座上依次放置岩板和模拟井眼包括：
将岩板放置于底座上，并在所述岩板上垂直放置模拟井眼。


3.如权利要求2所述的变径井眼中屈曲管柱钻进评价方法，其特征在于，步骤S...

【专利技术属性】
技术研发人员：牟善波，孙经光，尚建林，包明魁，宋胜军，韩秀玲，郑龙，彭建超，王晓宏，
申请(专利权)人：新疆正通石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：新疆;65