一种评价弯螺杆钻具组合动态钻进趋势的方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种评价弯螺杆钻具组合动态钻进趋势的方法及系统，该方法通过等效设置步骤基于目标弯螺杆钻具组合设计对应的等效原则，确定等效实现钻进效果的直梁钻具组合，进而通过离散处理和综合钻柱刚度、钻柱质量、钻柱阻尼及等效载荷因素的集合处理得到直梁钻具组合的动力学模型，计算各个钻柱单元的位移矢量，并采用设定策略修正等效载荷向量直至相同约束结点的位移矢量满足设定条件；最终求解钻柱的动力学模型得到钻头动态侧向力和钻头动态转角，综合钻头切削指数建立钻进趋势角计算模型。上述方案兼顾多因素对钻进趋势的影响，同时适用于长稳斜段和水平段，能够有效指导钻具组合优化、钻压转速等钻进参数的优选。钻压转速等钻进参数的优选。钻压转速等钻进参数的优选。

【技术实现步骤摘要】
一种评价弯螺杆钻具组合动态钻进趋势的方法及系统


[0001]本专利技术涉及油气钻井优化
，尤其涉及一种评价弯螺杆钻具组合动态钻进趋势的方法及系统。

技术介绍

[0002]由于油气开发领域中藏储油气的开采难度日益加剧，大斜度井以及水平井的需求日益呈现，旋转导向钻井技术具有摩阻扭矩小、位移延伸能力强、井眼轨迹平滑易调控等优点，在大斜度井长稳斜段以及水平井水平段钻进中具有较好的技术优势，但其结构复杂、制造成本高，工具现场服务费用高昂。相比之下，带弯螺杆的钻具组合是一种结构简单、使用成本低的长稳斜、水平段实现方式。弯螺杆的结构特点是螺杆壳体弯曲，按照井眼轨迹控制要求，弯螺杆通常有不同的弯曲角度，并与扶正器、钻铤等组成弯螺杆钻具组合。在稳斜段、水平段复合钻进时，为使钻具组合稳斜钻进，多用小角度的单弯螺杆钻具组合。
[0003]本专利技术研究人员考虑到弯螺杆钻具组合在使用过程中，在不同的钻压、转速条件下，钻具组合的钻进趋势往往发生较大改变。当井斜变化较大时，为保证井眼轨迹质量，需要采用滑动定向方式来满足井眼轨迹控制要求。但随着水平井段的延长，钻柱所受的摩阻急剧增加，导致滑动定向效率低，严重影响了机械钻速及钻井的经济效益。因此，本专利技术研究人员认为需要形成完整合理的弯螺杆钻具组合动态钻进趋势预测体系，以明确钻具组合、钻压、转速等因素对弯螺杆钻具组合钻进趋势的影响规律，将对实现弯螺杆钻具组合高效稳斜钻进作业目标产生重要的积极意义。
[0004]公开于本专利技术
技术介绍
部分的信息仅仅旨在加深对本专利技术的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成己为本领域技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

[0005]为解决上述问题，本专利技术提供了一种评价弯螺杆钻具组合动态钻进趋势的方法及系统，该方法对弯螺杆钻具组合在长稳斜段、水平段复合钻进过程中的井斜变化趋势进行预测评价，明确钻具组合、钻压、转速等因素对弯螺杆钻具组合钻进趋势的影响规律，从而指导钻具组合优化、钻压转速等钻进参数的优选，减小井眼轨迹的起伏变化，降低定向频率，提高复合钻进的比例，进而提高机械钻速，实现长稳斜段、水平段的弯螺杆钻具组合高效稳斜钻进的作业目标；
[0006]具体地，在一个实施例中，所述方法包括：
[0007]等效设置步骤、分析目标弯螺杆钻具组合的结构特性和运行原理设计对应的等效原则，并基于所述等效原则确定能够精确替代目标弯螺杆钻具组合实现预期钻进效果的直梁钻具组合，作为等效评价钻具组合；
[0008]动力学模型建立步骤、对所述等效评价钻具组合进行离散处理后，根据动态问题的变分原理，推导得到钻柱单元的动力学控制方程，进而综合钻柱刚度因素、钻柱质量因
素、钻柱阻尼因素和等效载荷因素得到整体钻具组合的动力学模型；
[0009]运算优化步骤、求解等效评价钻具组合的动力学模型计算钻柱单元位移矢量，并基于其修正等效载荷向量直至相同钻柱单元结点的位移矢量满足设定条件；
[0010]评价模型构建步骤、利用等效评价钻具组合中钻柱的动力学模型求解得到钻头动态侧向力和钻头动态转角，综合钻头切削指数建立等效评价钻具组合的钻进趋势角计算模型，以等效评价目标弯螺杆钻具组合的动态钻进趋势。
[0011]进一步地，一个实施例中，所述等效设置步骤中包括以下操作：
[0012]分析在等效评价钻具组合中施加集中载荷的等效位置，以使集中载荷作用后的等效评价钻具组合精确体现目标弯螺杆钻具组合弯角的受力状态；
[0013]分别建立目标弯螺杆钻具组合的力学模型和在目标等效位置处施加载荷后等效评价钻具组合的力学模型，根据建立的模型分别计算弯角处的弯矩和等效位置处的弯矩，进而基于计算结果决策需施加的等效集中载荷值；
[0014]根据弯点两侧钻具形成的离心作用力之和与等效评价钻具组合等效质量偏心距形成的离心力相等的原则，推导等效评价钻具组合的等效质量偏心距。
[0015]一个优选的实施例中，在等效设置步骤中，根据弯螺杆钻具组合中弯点的位置，在等效替代的直梁钻具组合中选取相同位置处作为施加横向集中载荷的目标等效位置。一个实施例中，在等效设置步骤中，包括：
[0016]采用纵横弯曲梁法建立目标弯螺杆钻具组合的力学模型并确定弯角处的弯矩，在目标等效位置处施加第一集中载荷后，采用纵横弯曲梁法建立等效评价钻具组合的力学模型并计算等效位置处的弯矩，若不相等，调整施加的载荷值为第二集中载荷，重新建立力学模型并计算等效位置处的弯矩，直至两者弯矩相等，将当前施加的载荷值作为目标等效载荷值。
[0017]进一步地，一个实施例中，在所述动力学模型建立步骤中，采用空间梁单元对钻具组合进行离散，根据动态问题的变分原理推导出钻柱单元的动力学控制方程，进一步集合得到整体的钻柱刚度矩阵、质量矩阵、阻尼矩阵、等效载荷向量。
[0018]具体地，一个实施例中，在所述运算优化步骤中，包括：
[0019]步骤A1、利用Newmark数值求解方法计算钻柱单元位移矢量，并根据计算的钻柱单元位置矢量和井眼间隙判断钻柱与井壁的接触状态；
[0020]步骤A2、综合接触状态判断结果和井壁接触变形量修正等效载荷向量；
[0021]步骤A3、在修正等效载荷向量之后利用Newmark数值求解方法计算钻柱单元位移矢量，转入步骤A4；
[0022]步骤A4、判断约束点结点号是否前后一致，若一致，进一步分析接触变形量偏差是否在误差允许范围内，如果接触变形量偏差同时处于误差允许范围内，保存当前的结点位移、速度、加速度向量，转至步骤A1，否则，转至步骤A5；
[0023]步骤A5、返回步骤A1重复执行，直到上述两条件同时满足为止。
[0024]进一步地，在运算优化步骤中，对于一个新的时间步长，重复执行步骤A1至步骤A5并在时长满足预定的时间长度时终止计算。
[0025]进一步地，在一个可选的实施例中，所述方法还包括：
[0026]预先创建评价数据列表，所述评价数据列表中存储有针对弯螺杆钻具组合的不同
钻具组合、钻压及转速情况数据，同时关联存储有对应的针对等效评价钻具组合的钻头侧向力、钻头动态转角和钻头切削数据；
[0027]执行评价时，根据所述钻头侧向力、钻头动态转角和钻头切削数据设置钻进趋势角计算模型的参数，输入需要测试的钻进状态参数，分析模型输出的趋势角数据获得评价结果。
[0028]基于上述任意一个或多个实施例中所述的评价弯螺杆钻具组合动态钻进趋势的方法，本专利技术还提供一种存储介质，该存储介质上存储有可实现如上述任意一个或多个实施例中所述方法的程序代码。
[0029]基于上述任意一个或多个实施例中所述方法的其他方面，本专利技术还提供一种评价弯螺杆钻具组合动态钻进趋势的系统，该系统执行如上述任意一个或多个实施例中所述的方法。
[0030]与最接近的现有技术相比，本专利技术还具有如下有益效果：
[0031]本专利技术提供的一种评价弯螺杆钻具组合动态钻进趋势的方法及系统本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种评价弯螺杆钻具组合动态钻进趋势的方法，其特征在于，所述方法包括：等效设置步骤、分析目标弯螺杆钻具组合的结构特性和运行原理设计对应的等效原则，并基于所述等效原则确定能够精确替代目标弯螺杆钻具组合实现预期钻进效果的直梁钻具组合，作为等效评价钻具组合；动力学模型建立步骤、对所述等效评价钻具组合进行离散处理后，根据动态问题的变分原理，推导得到钻柱单元的动力学控制方程，进而综合钻柱刚度因素、钻柱质量因素、钻柱阻尼因素和等效载荷因素得到整体钻具组合的动力学模型；运算优化步骤、求解等效评价钻具组合的动力学模型计算钻柱单元位移矢量，并基于其修正等效载荷向量，直至相同钻柱单元结点的位移矢量满足设定条件；评价模型构建步骤、利用等效评价钻具组合中钻柱的动力学模型求解得到钻头动态侧向力和钻头动态转角，综合钻头切削指数建立等效评价钻具组合的钻进趋势角计算模型，以等效评价目标弯螺杆钻具组合的动态钻进趋势。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述等效设置步骤中包括以下操作：分析在等效评价钻具组合中施加集中载荷的等效位置，以使集中载荷作用后的等效评价钻具组合精确体现目标弯螺杆钻具组合弯角的受力状态；分别建立目标弯螺杆钻具组合的力学模型和在目标等效位置处施加载荷后等效评价钻具组合的力学模型，根据建立的模型分别计算弯角处的弯矩和等效位置处的弯矩，进而基于计算结果决策需施加的等效集中载荷值；根据弯点两侧钻具形成的离心作用力之和与等效评价钻具组合等效质量偏心距形成的离心力相等的原则，推导等效评价钻具组合的等效质量偏心距。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在等效设置步骤中，根据弯螺杆钻具组合中弯点的位置，在等效替代的直梁钻具组合中选取相同位置处作为施加横向集中载荷的目标等效位置。4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在等效设置步骤中，包括：采用纵横弯曲梁法建立目标弯螺杆钻具组合的力学模型并确定弯角处的弯矩，在目标等效位置处施加第一集中载荷后，采用纵横弯曲梁法建立等效评价钻具组合的力学模型并计算等效位置处的弯矩，若不相等，调整施加的载荷值...

【专利技术属性】
技术研发人员：王恒，孙明光，王磊，张进双，臧艳彬，孙连忠，张辉，柯珂，吴超，张洪宁，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：