一種提高滑動(dòng)鉆進(jìn)效率的頂驅(qū)扭擺減阻方法及裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種提高滑動(dòng)鉆進(jìn)效率的頂驅(qū)扭擺減阻方法及裝置，其中，方法包括：確定周向摩阻系數(shù)f旋、軸向摩阻系數(shù)f滑；確定承受螺桿反扭矩所需要的下部鉆柱長(zhǎng)度L2；設(shè)置安全余量S，根據(jù)安全余量S和下部鉆柱長(zhǎng)度L2確定上部可扭擺鉆柱長(zhǎng)度L1；隨著井深的增加，利用摩阻系數(shù)f旋、上部可搖擺鉆柱長(zhǎng)度L1、下部鉆柱長(zhǎng)度L2從井口往下迭代累加至相應(yīng)井深獲得所對(duì)應(yīng)的扭擺上部鉆柱所需的扭矩T；從扭矩T、0.85Tmax、0.6T上卸扣中選出最小值作為相應(yīng)井深所對(duì)應(yīng)的扭矩極限；并根據(jù)扭矩極限獲得相應(yīng)井深所對(duì)應(yīng)的反轉(zhuǎn)扭矩；利用扭矩極限和反轉(zhuǎn)扭矩確定相應(yīng)井深所對(duì)應(yīng)的扭擺減阻的扭矩范圍，利用所述扭矩范圍進(jìn)行扭擺減阻作業(yè)。
【專利說(shuō)明】
一種提高滑動(dòng)鉆進(jìn)效率的頂驅(qū)扭擺減阻方法及裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及石油鉆井領(lǐng)域，特別涉及一種提高定向井、水平井、大位移井滑動(dòng)鉆進(jìn)效率的頂驅(qū)扭擺減阻方法及裝置?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]近年來(lái)，隨著我國(guó)油氣資源品位的不斷下降，油氣勘探開(kāi)發(fā)逐漸向非常規(guī)、低滲透領(lǐng)域轉(zhuǎn)移，水平井、大位移井可以最大限度地增大儲(chǔ)層泄油面積，提高非常規(guī)、低滲透油氣藏單井產(chǎn)量和采收率，因此水平井、大位移井鉆井技術(shù)成為高效開(kāi)發(fā)低品位油氣層的重要技術(shù)支撐。但水平井、大位移井鉆井過(guò)程中仍有很多技術(shù)難點(diǎn)嚴(yán)重影響作業(yè)效率，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)研究均表明水平井、大位移井鉆井過(guò)程中，特別是定向段滑動(dòng)鉆進(jìn)過(guò)程中，摩阻扭矩大，鉆壓難以有效施加到鉆頭上，造成鉆井速度慢、效率低。因此，如何提高滑動(dòng)鉆進(jìn)效率， 是水平井、大位移井鉆井亟待解決的核心技術(shù)問(wèn)題。頂驅(qū)扭擺減阻技術(shù)的發(fā)展為解決這一問(wèn)題帶來(lái)了希望，但目前頂驅(qū)扭擺減阻技術(shù)尚處于試驗(yàn)階段，尚不完全成熟，扭擺減阻作業(yè)過(guò)程中設(shè)置的扭矩極限仍然依靠經(jīng)驗(yàn)獲取，并不能通過(guò)理論計(jì)算分析獲得，因此與井下實(shí)際情況會(huì)有一定的誤差，導(dǎo)致頂驅(qū)扭擺作業(yè)不能在安全的前提下發(fā)揮最佳效果。
[0003]國(guó)內(nèi)中石油鉆井院研制出頂驅(qū)扭擺減阻控制系統(tǒng)樣機(jī)，可與中石油鉆井院北石頂驅(qū)實(shí)現(xiàn)對(duì)接，控制頂驅(qū)主軸按照預(yù)先設(shè)定的扭矩極限往復(fù)扭轉(zhuǎn)鉆柱，實(shí)現(xiàn)水平井、大位移井滑動(dòng)鉆進(jìn)中的扭擺減阻作業(yè)，在四川頁(yè)巖氣水平井鉆井現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了多井次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，取得良好的減阻降扭和提速效果。目前扭矩極限的設(shè)置仍然依靠人工經(jīng)驗(yàn)獲得，并不能通過(guò)科學(xué)合理的算法和軟件進(jìn)行計(jì)算，更加精確地指導(dǎo)扭擺減阻作業(yè)。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種提高滑動(dòng)鉆進(jìn)中頂驅(qū)扭擺減阻應(yīng)用效果的方法及裝置，本技術(shù)方案錄入操作井的井身結(jié)構(gòu)、井眼軌跡、鉆具組合、鉆井參數(shù)等數(shù)據(jù)， 按照特定的算法和流程迭代計(jì)算，最終獲得所需的扭矩極限和扭轉(zhuǎn)角度，安全高效地指導(dǎo)扭擺減阻作業(yè)，大幅提高滑動(dòng)鉆進(jìn)效率和速度。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種提高滑動(dòng)鉆進(jìn)效率的頂驅(qū)扭擺減阻方法，包括:
[0006]確定周向摩阻系數(shù)、、軸向摩阻系數(shù)fjf;
[0007]確定承受螺桿反扭矩所需要的下部鉆柱長(zhǎng)度L2;
[0008]設(shè)置安全余量S，根據(jù)所述安全余量S和所述下部鉆柱長(zhǎng)度L2確定上部可扭擺鉆柱長(zhǎng)度L1;
[0009]隨著井深的增加，利用摩阻系數(shù)f?旋、上部可搖擺鉆柱長(zhǎng)度L1、下部鉆柱長(zhǎng)度L2從井口往下迭代累加至相應(yīng)井深獲得所對(duì)應(yīng)的搖擺所需的扭矩T;
[0010]從扭矩!\0.851^、0.611^中選出最小值作為相應(yīng)井深所對(duì)應(yīng)的扭矩極限；并根據(jù)扭矩極限獲得相應(yīng)井深所對(duì)應(yīng)的反轉(zhuǎn)扭矩;其中，Tmax在現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)作業(yè)人員通過(guò)空轉(zhuǎn)鉆柱測(cè)得，Ti?通過(guò)鉆具手冊(cè)查到，對(duì)特定的鉆柱，定值；
[0011]利用扭矩極限和反轉(zhuǎn)扭矩確定相應(yīng)井深所對(duì)應(yīng)的扭擺減阻的扭矩范圍；
[0012]利用所述扭矩范圍進(jìn)行扭擺減阻作業(yè)。[0〇13] 優(yōu)選地，還包括:
[0014]利用軸向摩阻系數(shù)f?滑、上部可搖擺鉆柱長(zhǎng)度L1、下部鉆柱長(zhǎng)度L2從井口往下迭代累加至相應(yīng)井深獲得所對(duì)應(yīng)的摩阻F。
[0015]優(yōu)選地，還包括:
[0016]利用扭矩T確定相應(yīng)井深所對(duì)應(yīng)的扭轉(zhuǎn)角度;并根據(jù)扭轉(zhuǎn)角度獲得相應(yīng)井深所對(duì)應(yīng)的圈數(shù)。
[0017]優(yōu)選地，所述確定承受螺桿反扭矩所需要的下部鉆柱長(zhǎng)度L2的步驟包括:
[0018]從井底往上按照每米計(jì)算所對(duì)應(yīng)的鉆柱扭矩，將每米所對(duì)應(yīng)的鉆柱扭矩進(jìn)行累加，直到扭矩累加值等于螺桿輸出扭矩時(shí)，累加計(jì)算所對(duì)應(yīng)長(zhǎng)度為下部鉆柱長(zhǎng)度L2。
[0019]優(yōu)選地，所述確定上部可搖擺鉆柱長(zhǎng)度L1的步驟包括:
[0020]井深減去下部鉆柱長(zhǎng)度L2,再減去安全余量S，獲得上部可搖擺鉆柱長(zhǎng)度L1。
[0021]優(yōu)選地，所述扭矩T的表達(dá)式為:
[0022]T = Rf^/pg sinaSxdx[〇〇23]其中，R為鉆柱外徑，f旋為周向摩阻系數(shù)，P為考慮鉆井液浮力的鉆柱密度，g為重力加速度，a為井斜角，Sx為鉆柱橫截面積，x為鉆柱長(zhǎng)度，在L1和L2之間取值。[〇〇24] 優(yōu)選地，所述摩阻F的表達(dá)式為:
[0025] F = f?f/pg sinaSxdx[〇〇26]其中，f滑為軸向摩阻系數(shù)，P為考慮鉆井液浮力的鉆柱密度，g為重力加速度，a為井斜角，Sx為鉆柱橫截面積，x為鉆柱長(zhǎng)度，在L1和L2之間取值。
[0027]優(yōu)選地，所述反轉(zhuǎn)扭矩等于所述扭矩極限乘以0.7。[〇〇28]優(yōu)選地，所述圈數(shù)等于所述扭轉(zhuǎn)角度除以360度。
[0029]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了一種提高滑動(dòng)鉆進(jìn)效率的頂驅(qū)扭擺減阻裝置， 包括:
[0030]摩阻系數(shù)確定單元，用于確定周向摩阻系數(shù)f旋、軸向摩阻系數(shù)f滑；
[0031]下部鉆柱長(zhǎng)度確定單元，用于確定承受螺桿反扭矩所需要的下部鉆柱長(zhǎng)度L2;
[0032]上部鉆柱長(zhǎng)度確定單元，用于設(shè)置安全余量S，根據(jù)所述安全余量S和所述下部鉆柱長(zhǎng)度L2確定上部可搖擺鉆柱長(zhǎng)度L1;
[0033]扭矩確定單元，用于隨著井深的增加，利用摩阻系數(shù)f?旋、上部可搖擺鉆柱長(zhǎng)度L1、 下部鉆柱長(zhǎng)度L2從井口往下迭代累加至相應(yīng)井深獲得所對(duì)應(yīng)的搖擺所需的扭矩T;[〇〇34] 扭矩極限單元，用于從扭矩!'、0.851?狀、0.61'廿_中選出最小值作為相應(yīng)井深所對(duì)應(yīng)的扭矩極限;并根據(jù)扭矩極限獲得相應(yīng)井深所對(duì)應(yīng)的反轉(zhuǎn)扭矩;其中，Tmax在現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)作業(yè)人員通過(guò)上提鉆柱測(cè)得，Ti?n通過(guò)鉆具手冊(cè)查到，對(duì)特定的鉆柱，1^咖為定值；
[0035]扭矩范圍確定單元，用于利用扭矩極限和反轉(zhuǎn)扭矩確定相應(yīng)井深所對(duì)應(yīng)的扭矩減阻的扭矩范圍；
[0036]扭擺減阻單元，用于利用所述扭矩范圍進(jìn)行扭擺減阻作業(yè)。
[0037]上述技術(shù)方案具有如下有益效果:
[0038]本技術(shù)方案幫助扭擺減阻滑動(dòng)鉆進(jìn)操作人員及時(shí)獲取最佳的扭矩極限和扭擺角度，了解鉆柱扭擺過(guò)程中井眼內(nèi)的摩阻、扭矩分布情況，評(píng)價(jià)扭擺減阻作業(yè)的實(shí)施效果，在不影響工具面的情況下，盡可能降低鉆柱摩阻、扭矩，釋放鉆壓，提高滑動(dòng)鉆進(jìn)效率?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，滑動(dòng)鉆進(jìn)中摩阻、扭矩平均降低30%以上，平均機(jī)械鉆速提高20%以上。【附圖說(shuō)明】
[0039]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0040]圖1為本發(fā)明提供的一種提高扭擺減阻的方法流程圖；[〇〇41]圖2為本發(fā)明提供的一種提高扭擺減阻的裝置框圖；
[0042]圖3為本實(shí)施例的軟件整體邏輯圖；[〇〇43]圖4為本實(shí)施例軟件開(kāi)發(fā)流程圖；
[0044]圖5為本實(shí)施例軟件主界面示意圖；
[0045]圖6為本實(shí)施例軟件登錄界面示意圖；
[0046]圖7為本實(shí)施例結(jié)果顯不屏不意圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0047]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。[〇〇48]本技術(shù)方案的工作原理為:本技術(shù)方案該技術(shù)適用于水平井、大位移井頂驅(qū)扭擺滑動(dòng)鉆進(jìn)作業(yè)，通過(guò)為頂驅(qū)扭擺減阻控制系統(tǒng)提供理論計(jì)算支持，更加安全高效地實(shí)現(xiàn)減阻降扭和釋放鉆壓，提高機(jī)械鉆速。本技術(shù)方案能夠在頂驅(qū)扭擺滑動(dòng)鉆進(jìn)過(guò)程中計(jì)算鉆柱所受摩阻、扭矩分布情況，給出扭擺減阻工藝需要的扭矩極限、前沿井深、扭轉(zhuǎn)角度和旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，同時(shí)輸出扭矩、摩阻、釋放鉆壓、扭轉(zhuǎn)角度隨井深的變化曲線，在計(jì)算機(jī)終端熒屏上顯示出這些曲線，便于鉆井操作人員掌握扭擺減阻實(shí)施情況，確保在不影響工具面角的情況下，安全實(shí)施扭擺減阻作業(yè)，有效降低水平井、大位移井滑動(dòng)鉆進(jìn)過(guò)程中的摩阻扭矩，解決鉆具托壓?jiǎn)栴}。
[0049]根據(jù)上述工作原理，本發(fā)明提供了一種提高扭擺減阻的方法，如圖1所示。包括:
[0050]步驟101):確定周向摩阻系數(shù)f旋、軸向摩阻系數(shù)f滑；
[0051]步驟102):確定承受螺桿反扭矩所需要的下部鉆柱長(zhǎng)度L2;[〇〇52]在本步驟中，步驟102具體為:從井底往上按照每米計(jì)算所對(duì)應(yīng)的鉆柱扭矩，將每米所對(duì)應(yīng)的鉆柱扭矩進(jìn)行累加，直到扭矩累加值等于螺桿反扭矩時(shí)，累加計(jì)算所對(duì)應(yīng)長(zhǎng)度為下部鉆柱長(zhǎng)度L2。[〇〇53]步驟103):設(shè)置安全余量S，根據(jù)所述安全余量S和所述下部鉆柱長(zhǎng)度L2確定上部可搖擺鉆柱長(zhǎng)度L1;
[0054]在本步驟中，井深減去下部鉆柱長(zhǎng)度L2,再減去安全余量S，獲得上部可搖擺鉆柱長(zhǎng)度L1。對(duì)于本技術(shù)方案來(lái)說(shuō)，安全余量S的取值范圍為50m?100m。
[0055]步驟104):隨著井深的增加，利用摩阻系數(shù)f?旋、上部可搖擺鉆柱長(zhǎng)度L1、下部鉆柱長(zhǎng)度L2從井口往下迭代累加至相應(yīng)井深獲得所對(duì)應(yīng)的搖擺所需的扭矩T;[〇〇56] 所述扭矩T的表達(dá)式為:
[0057] T = Rf■旋/pgsinaSxdx[〇〇58]其中，R為鉆柱外徑，f旋為周向摩阻系數(shù)，P為考慮鉆井液浮力的鉆柱密度，g為重力加速度，a為井斜角，Sx為鉆柱橫截面積，x為鉆柱長(zhǎng)度，在L1和L2之間取值。由于鉆柱外徑R、 鉆柱橫截面積Sx、密度P、井斜角a均隨井深的變化而變化，故采用有限單元法將計(jì)算模型離散化，以每1米鉆柱為1個(gè)計(jì)算單元，迭代累加的方法計(jì)算扭矩。
[0059]步驟105):從扭矩!'、0.85!'_、0.61'#咖中選出最小值作為相應(yīng)井深所對(duì)應(yīng)的扭矩極限；并根據(jù)扭矩極限獲得相應(yīng)井深所對(duì)應(yīng)的反轉(zhuǎn)扭矩;其中，Tmax在現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)作業(yè)人員通過(guò)空轉(zhuǎn)鉆柱測(cè)得，Ti?n通過(guò)鉆具手冊(cè)查到，對(duì)特定的鉆柱，1^咖為定值；
[0060]對(duì)于步驟105來(lái)說(shuō)，所述反轉(zhuǎn)扭矩等于所述扭矩極限乘以0.7。
[0061]步驟106):利用扭矩極限和反轉(zhuǎn)扭矩確定相應(yīng)井深所對(duì)應(yīng)的扭矩減阻的扭矩范圍；
[0062]步驟107):利用所述扭矩范圍進(jìn)行扭擺減阻作業(yè)。
[0063]優(yōu)選地，本技術(shù)方案還包括:利用軸向摩阻系數(shù)f滑、上部可搖擺鉆柱長(zhǎng)度L1、下部鉆柱長(zhǎng)度L2從井口往下迭代累加至相應(yīng)井深獲得所對(duì)應(yīng)的摩阻F。所述摩阻F的表達(dá)式為:
[0064]F = f?f/pg sinaSxdx[〇〇65]其中，f滑為軸向摩阻系數(shù)，P為考慮鉆井液浮力的鉆柱密度，g為重力加速度，a為井斜角，Sx為鉆柱橫截面積，x為鉆柱長(zhǎng)度，在L1和L2之間取值。由于鉆柱橫截面積Sx、密度P、井斜角a均隨井深的變化而變化，故采用有限單元法將計(jì)算模型離散化，以每1米鉆柱為1個(gè)計(jì)算單元，迭代累加的方法計(jì)算扭矩。
[0066]優(yōu)選地，本技術(shù)方案還包括:利用扭矩T確定相應(yīng)井深所對(duì)應(yīng)的扭轉(zhuǎn)角度;并根據(jù)扭轉(zhuǎn)角度獲得相應(yīng)井深所對(duì)應(yīng)的圈數(shù)。其中，所述圈數(shù)等于所述扭轉(zhuǎn)角度除以360度。
[0067]如圖2所示，為本發(fā)明提供的一種提高扭擺減阻的裝置框圖。包括:[〇〇68]摩阻系數(shù)確定單元201，用于確定周向摩阻系數(shù)f旋、軸向摩阻系數(shù)f?滑；
[0069]下部鉆柱長(zhǎng)度確定單元202,用于確定承受螺桿反扭矩所需要的下部鉆柱長(zhǎng)度L2;
[0070]上部鉆柱長(zhǎng)度確定單元203,用于設(shè)置安全余量S，根據(jù)所述安全余量S和所述下部鉆柱長(zhǎng)度L2確定上部可扭擺鉆柱長(zhǎng)度L1;
[0071]扭矩確定單元204,用于隨著井深的增加，利用摩阻系數(shù)f?旋、上部可扭擺鉆柱長(zhǎng)度 L1、下部鉆柱長(zhǎng)度L2從井口往下迭代累加至相應(yīng)井深獲得所對(duì)應(yīng)的扭擺所需的扭矩T; [〇〇72] 扭矩極限單元205，用于從扭矩T、0.85Tmax、0.啪中選出最小值作為相應(yīng)井深所對(duì)應(yīng)的扭矩極限;并根據(jù)扭矩極限獲得相應(yīng)井深所對(duì)應(yīng)的反轉(zhuǎn)扭矩;其中，Tmax在現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)作業(yè)人員通過(guò)空轉(zhuǎn)鉆柱測(cè)得，Ti?n通過(guò)鉆具手冊(cè)查到，對(duì)特定的鉆柱，1^咖為定值；
[0073]扭矩范圍確定單元206,用于利用扭矩極限和反轉(zhuǎn)扭矩確定相應(yīng)井深所對(duì)應(yīng)的扭擺減阻的扭矩范圍；
[0074]扭擺減阻單元207,用于利用所述扭矩范圍進(jìn)行滑動(dòng)鉆進(jìn)扭擺減阻作業(yè)。
[0075]實(shí)施例:
[0076]如圖3所示，為本實(shí)施例的軟件整體邏輯圖。該軟件包含數(shù)據(jù)錄入、算法實(shí)現(xiàn)、信息邏輯、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)導(dǎo)出、曲線繪制、圖像保存等功能模塊。
[0077]數(shù)據(jù)錄入模塊，用于負(fù)責(zé)獲取井身結(jié)構(gòu)、井眼軌跡、鉆具組合、鉆井參數(shù)等數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊；
[0078]算法實(shí)現(xiàn)模塊，負(fù)責(zé)根據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)對(duì)每米井深的摩阻、扭矩T進(jìn)行計(jì)算和累加，返回值被存儲(chǔ)到全局?jǐn)?shù)據(jù)緩存區(qū);利用扭矩計(jì)算出扭轉(zhuǎn)角度，根據(jù)扭轉(zhuǎn)角度確定圈數(shù)；
[0079]信息編輯模塊，用于負(fù)責(zé)將算法實(shí)現(xiàn)模塊輸出的扭矩T進(jìn)行邏輯判斷，從T、
0.85Tmax、0.6Ti?n中選出最小值作為扭矩極限;并利用扭矩極限確定反轉(zhuǎn)扭矩；
[0080]數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，將錄入數(shù)據(jù)、計(jì)算出的摩阻、扭矩、扭轉(zhuǎn)角度、圈數(shù)等重要數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫(kù)；
[0081]數(shù)據(jù)導(dǎo)出模塊，能夠?qū)⑤斎氲木圮壽E數(shù)據(jù)、計(jì)算出的每米摩阻、扭矩等數(shù)據(jù)導(dǎo)出成Excel文件，并能夠在結(jié)果顯示屏幕上給出扭矩極限、摩阻、扭轉(zhuǎn)角度、反轉(zhuǎn)扭矩等參數(shù)；
[0082]曲線繪制模塊，負(fù)責(zé)繪制出摩阻、扭矩、鉆壓、扭擺角度隨井深的變化曲線；
[0083 ]圖像保存模塊，能夠?qū)⑶€繪制模塊給出的曲線導(dǎo)出成JPEG文件。
[0084]水平井、大位移井扭擺減阻滑動(dòng)鉆進(jìn)過(guò)程中，鉆柱摩阻、扭矩隨井深的變化關(guān)系表達(dá)式:
[0085]扭矩T= Rf旋Jpg sinaSxdx
[0086]摩阻F= f滑/pg sinaSxdx
[0087]式中:R為鉆柱外徑，周向摩阻系數(shù);f滑為軸向摩阻系數(shù);P為考慮鉆井液浮力的鉆柱密度，g/cm3;g為重力加速度，kg.!!!/^力為井斜角，。；Sx為鉆柱橫截面積，mm2。
[0088]由于鉆柱外徑、橫截面積、密度、井斜角均隨井深的變化而變化，故采用有限單元法將計(jì)算模型離散化，以每I米鉆柱為I個(gè)計(jì)算單元，迭代累加的方法計(jì)算摩阻和扭矩。
[0089]如圖4所示，為本實(shí)施例軟件開(kāi)發(fā)流程圖。首先要了解摩阻系數(shù)的影響因素，通過(guò)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法或公式迭代反算法獲得操作井的摩阻系數(shù)，將井眼軌跡、井身結(jié)構(gòu)、鉆具組合、鉆井參數(shù)等數(shù)據(jù)錄入軟件，然后從螺桿處由下往上迭代計(jì)算鉆柱扭矩，直到扭矩累加值能夠平衡螺桿反扭矩為止，確定承受螺桿反扭矩所需要的下部鉆柱長(zhǎng)度L2，設(shè)置一定的安全距離S，通過(guò)“井深-L2-S”就能確定上部扭擺鉆柱長(zhǎng)度LI，再?gòu)木谕碌?jì)算扭擺所需扭矩和對(duì)應(yīng)釋放的摩阻，累加計(jì)算到井深為L(zhǎng)I為止。并且，隨著井深的增加，利用摩阻系數(shù)f旋、上部可搖擺鉆柱長(zhǎng)度L1、下部鉆柱長(zhǎng)度L2從井口往下迭代累加至相應(yīng)井深獲得所對(duì)應(yīng)的搖擺所需的扭矩T，將計(jì)算出的扭矩T與0.85TmajP0.6Τ??η進(jìn)行對(duì)比，取最小的數(shù)值作為扭矩極限，計(jì)算并輸出相對(duì)應(yīng)的摩阻、扭轉(zhuǎn)角度和圈數(shù)，指導(dǎo)扭擺減阻作業(yè)。
[0090]如圖5所示，為本實(shí)施例軟件主界面示意圖。軟件主界面包括井信息、井眼軌跡、井身結(jié)構(gòu)、鉆具組合(由上到下)、反算摩阻系數(shù)、參數(shù)錄入、結(jié)果顯示7部分，反算摩阻系數(shù)界面能夠根據(jù)操作井的實(shí)測(cè)摩阻、扭矩來(lái)反算裸眼段軸向摩阻系數(shù)和周向摩阻系數(shù)，結(jié)果顯示界面能夠顯示計(jì)算的數(shù)值、表格和曲線，并能夠支持?jǐn)?shù)據(jù)和圖像的導(dǎo)出。
[0091]如圖6所示，為本實(shí)施例軟件登錄界面示意圖。在圖6中，鼠標(biāo)左鍵單擊登錄界面即可進(jìn)入軟件主界面。
[0092]如圖7所示，為本實(shí)施例結(jié)果顯示屏示意圖。給出一口操作井的計(jì)算實(shí)例，包括扭矩極限、摩阻、扭擺角度等參數(shù)顯示，每米的計(jì)算數(shù)據(jù)表和4種參數(shù)隨井深的變化曲線，推薦扭矩極限2.6kNm，釋放摩阻4.1t，施加鉆壓3.42t，扭擺角度353.8°，轉(zhuǎn)動(dòng)0.98圈，推薦反轉(zhuǎn)扭矩1.82kNm。
[0093]在實(shí)施水平井、大位移井扭擺減阻作業(yè)之前，了解當(dāng)?shù)劂@井中的經(jīng)驗(yàn)?zāi)ψ柘禂?shù)或利用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)反算摩阻系數(shù)，搜集操作井的井眼軌跡、井身結(jié)構(gòu)、鉆具組合、泥漿密度、井深、機(jī)械鉆速等數(shù)據(jù)，并錄入到摩阻扭矩計(jì)算軟件中。根據(jù)螺桿廠家提供的螺桿鉆具工作特性，建立螺桿鉆具輸出扭矩和鉆井液壓差之間關(guān)系，計(jì)算出螺桿輸出扭矩，并錄入到摩阻扭矩計(jì)算軟件。觀察井眼軌跡數(shù)據(jù)，若不是整米數(shù)據(jù)，需通過(guò)軟件自帶的插分算法計(jì)算每米的井斜數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中。點(diǎn)擊計(jì)算按鈕，迭代計(jì)算每米摩阻、扭矩等參數(shù)，計(jì)算完畢后，打開(kāi)結(jié)果顯示界面，能夠看到軟件輸出的扭矩極限、摩阻、扭擺角度、反轉(zhuǎn)扭矩等數(shù)據(jù)，將扭矩極限輸入到頂驅(qū)扭擺減阻系統(tǒng)的控制界面中，將頂驅(qū)扭擺減阻控制系統(tǒng)與頂驅(qū)控制臺(tái)對(duì)接，頂驅(qū)自動(dòng)按照控制程序進(jìn)行扭擺減阻作業(yè)，井深每增加10m重新搜集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)計(jì)算，獲得最新的扭矩極限，更新給頂驅(qū)扭擺減阻控制系統(tǒng)，指導(dǎo)系統(tǒng)更加高效地開(kāi)展扭擺減阻滑動(dòng)鉆進(jìn)作業(yè)。扭擺作業(yè)過(guò)程中，可通過(guò)軟件導(dǎo)出的圖表向現(xiàn)場(chǎng)人員介紹扭擺效果、摩阻扭矩分布、扭擺前沿井深等情況，提高現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員對(duì)扭擺減阻鉆井工藝的認(rèn)知程度和接受認(rèn)可度。
[0094]以上【具體實(shí)施方式】，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上僅為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】而已，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、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)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種提高滑動(dòng)鉆進(jìn)效率的頂驅(qū)扭擺減阻方法，其特征在于，包括:確定周向摩阻系數(shù)f旋、軸向摩阻系數(shù)f滑；確定承受螺桿反扭矩所需要的下部鉆柱長(zhǎng)度L2;設(shè)置安全余量S，根據(jù)所述安全余量S和所述下部鉆柱長(zhǎng)度L2確定上部可扭擺鉆柱長(zhǎng)度 L1；隨著井深的增加，利用摩阻系數(shù)f?旋、上部可搖擺鉆柱長(zhǎng)度L1、下部鉆柱長(zhǎng)度L2從井口往 下迭代累加至相應(yīng)井深獲得所對(duì)應(yīng)的扭擺所需的扭矩T;從扭矩T、0.85Tmax、0.6Tjj?n中選出最小值作為相應(yīng)井深所對(duì)應(yīng)的扭矩極限；并根據(jù)扭 矩極限獲得相應(yīng)井深所對(duì)應(yīng)的反轉(zhuǎn)扭矩；其中，Tmax在現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)作業(yè)人員通過(guò)空轉(zhuǎn)鉆柱測(cè) 得，通過(guò)鉆具手冊(cè)查到，對(duì)特定的鉆柱，為定值；利用扭矩極限和反轉(zhuǎn)扭矩確定相應(yīng)井深所對(duì)應(yīng)的扭矩減阻的扭矩范圍；利用所述扭矩范圍在滑動(dòng)鉆進(jìn)過(guò)程中進(jìn)行扭擺減阻作業(yè)。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括:利用軸向摩阻系數(shù)f?滑、上部可搖擺鉆柱長(zhǎng)度L1、下部鉆柱長(zhǎng)度L2從井口往下迭代累加 至相應(yīng)井深獲得所對(duì)應(yīng)的摩阻F。3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，還包括:利用扭矩T確定相應(yīng)井深所對(duì)應(yīng)的扭轉(zhuǎn)角度;并根據(jù)扭轉(zhuǎn)角度獲得相應(yīng)井深所對(duì)應(yīng)的 圈數(shù)。4.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述確定承受螺桿反扭矩所需要的下部 鉆柱長(zhǎng)度L2的步驟包括:從井底往上按照每米計(jì)算所對(duì)應(yīng)的鉆柱扭矩，將每米所對(duì)應(yīng)的鉆柱扭矩進(jìn)行累加，直 到扭矩累加值等于螺桿輸出扭矩時(shí)，累加計(jì)算所對(duì)應(yīng)長(zhǎng)度為下部鉆柱長(zhǎng)度L2。5.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述確定上部可扭擺鉆柱長(zhǎng)度L1的步驟 包括:井深減去下部鉆柱長(zhǎng)度L2,再減去安全余量S，獲得上部可搖擺鉆柱長(zhǎng)度L1。6.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述扭矩T的表達(dá)式為:T = Rf■旋_fpg sinaSxdx其中，R為鉆柱外徑，f旋為周向摩阻系數(shù)，P為考慮鉆井液浮力的鉆柱密度，g為重力加速 度，a為井斜角，Sx為鉆柱橫截面積，x為鉆柱長(zhǎng)度，在L1和L2之間取值。7.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述摩阻F的表達(dá)式為:F = f?f/pg sinaSxdx其中，R為鉆柱外徑，f滑為軸向摩阻系數(shù)，P為考慮鉆井液浮力的鉆柱密度，g為重力加速 度，a為井斜角，Sx為鉆柱橫截面積，x為鉆柱長(zhǎng)度，在L1和L2之間取值。8.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述反轉(zhuǎn)扭矩等于所述扭矩極限乘以 0.7〇9.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述圈數(shù)等于所述扭轉(zhuǎn)角度除以360度。10.—種提高滑動(dòng)鉆進(jìn)效率的頂驅(qū)扭擺減阻裝置，其特征在于，包括:摩阻系數(shù)確定單元，用于確定周向摩阻系數(shù)f旋、軸向摩阻系數(shù)f滑；下部鉆柱長(zhǎng)度確定單元，用于確定承受螺桿反扭矩所需要的下部鉆柱長(zhǎng)度L2;上部鉆柱長(zhǎng)度確定單元，用于設(shè)置安全余量S，根據(jù)所述安全余量S和所述下部鉆柱長(zhǎng) 度L2確定上部可扭擺鉆柱長(zhǎng)度L1;扭矩確定單元，用于隨著井深的增加，利用摩阻系數(shù)f?旋、上部可搖擺鉆柱長(zhǎng)度L1、下部 鉆柱長(zhǎng)度L2從井口往下迭代累加至相應(yīng)井深獲得所對(duì)應(yīng)的搖擺所需的扭矩T;扭矩極限單元，用于從扭矩!'、0.85!?^、0.61'#咖中選出最小值作為相應(yīng)井深所對(duì)應(yīng)的 扭矩極限；并根據(jù)扭矩極限獲得相應(yīng)井深所對(duì)應(yīng)的反轉(zhuǎn)扭矩;其中，Tmax在現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)作業(yè)人 員通過(guò)空轉(zhuǎn)鉆柱測(cè)得，Ti?n通過(guò)鉆具手冊(cè)查到，對(duì)特定的鉆柱，1^咖為定值；扭矩范圍確定單元，用于利用扭矩極限和反轉(zhuǎn)扭矩確定相應(yīng)井深所對(duì)應(yīng)的扭擺減阻的 扭矩范圍；扭擺減阻單元，用于利用所述扭矩范圍在滑動(dòng)鉆進(jìn)過(guò)程中進(jìn)行扭擺減阻作業(yè)。
【文檔編號(hào)】E21B44/00GK106050216SQ201610387808
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年6月2日
【發(fā)明人】紀(jì)國(guó)棟, 汪海閣, 葛云華, 崔猛, 李乾, 王博, 徐文
【申請(qǐng)人】中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司, 中國(guó)石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院