預彎曲動力學防斜打快鑽井方法

2023-05-01 13:33:16

專利名稱：預彎曲動力學防斜打快鑽井方法
技術領域：
本發明涉及一種新的石油鑽探用直井防斜打快新方法，特別是使用帶預彎曲防斜打 快鑽具組合的地面旋轉驅動的防斜打快新方法。 技術背景石油勘探中直井易斜是一個百年難題。隨著油氣資源勘探難度的增加，易斜高陡易 斜構造油氣資源的勘探開發逐步受到重視，但其勘探速度受到井斜問題的嚴重製約。現 有的常規防斜方法如鐘擺、滿眼等都是通過減少鑽具組合的變形來達到防止井斜或降低 井斜的目的，其防斜力或降斜力計算都是採用的靜力學方法。而國外的垂直鑽井系統雖 然可以很好的實現防斜打快目的，但其使用成本很高，許多油田都無力使用這一技術。 一種低成本的高效防斜打快技術更適合我國國情。而事實上，鑽進作業過程中，鑽具組 合在井眼中的變形不可避免，能否充分利用這種變形來實現低成本防^^打快目的？這是 己有技術存在的一個急待解決的問題。 發明內容本發明的目的在於針對己有技術存在的問題，提供一種預彎曲動力學防斜打快鑽井 方法，能提高鑽壓和鑽速，從而提高生產效率。 為了達到上述目的，本發明的構思是 根據上述的發明構思，本發明採用下述技術方案利用特殊的帶預彎曲結構鑽具組合的動力學行為來實現防斜打快目的。這種帶預彎 曲結構的鑽具組合利用其預置變形引導鑽具組合以有序的渦動方式在井下運動，從而使 鑽頭上的動態側向力具有防斜力特徵，並且遠遠大於常規鐘擺鑽具組合的降斜力。具體 發明內容包括一種預彎曲動力學防斜打快鑽井方法，其特徵在於採用帶預彎曲結構的鑽具組合， 以地面驅動的方式，從鑽頭的防斜力和變化規律分析出發，確定鑽具組合、工藝操作規 程、安全性分析和檢測，實現防斜打快鑽井；具體步驟如下1) 、根據待鑽地層的井斜特徵情況，根據經驗初步確定一套鑽具組合，並確定其 靜態防斜力大小(見圖2中步驟1);2) 、在固定其它參數情況下，改變任一結構參數，確定對應的靜態防斜力大小，並 找出最大靜態防斜力對應的結構參數。結構參數是指穩定器外徑、穩定器位置、彎角大 小和位置(見圖2中步驟2);態防斜力的結構參數和井場現有工具儲備，確定鑽具組合(見圖2中步驟3);4) 、針對確定的鑽具組合，計算在不同鑽壓和轉速時的動態防斜力，並找出具有最大動態防斜力時的施工參數(即鑽壓和轉速)(見圖2中步驟4);5) 、根據動態防斜力值和實際鑽井條件(如鐘擺極限鑽壓)，確定合理施工參數(鑽 壓、轉速)(見圖2中步驟5);6) 、確定防斜打快作業操作規程(見圖2中步驟6)。在完成以上步驟後，就可把鑽具組合下入井中，根據確定的操作規程進行防斜打 快鑽進作業。本發明的原理利用帶預彎結構的鑽具組合進行的防斜打快鑽井方法，其中包括複合鑽井防斜打快鑽井方法(即利用帶單彎螺杆的鑽具組合進行的防斜打快方法)。預彎曲動 力學防斜打快鑽具組合一般帶有兩個穩定器和一個預彎曲短節，見圖l。這種預彎曲鑽具組合在井下的渦動特徵見圖11和圖12。由此引起的鑽頭動態側向力見圖13,體現為很 大的防斜力。正是這種很大的防斜力使得這種防斜打快鑽井方法可以在較大的鑽壓下實 現防斜打快目的。具體實施過程如下1、根據待鑽地層的井斜特徵情況和實際經驗初歩確定一套鑽具組合，利用下列計算模型計算鑽具組合可以提供的靜態防斜力大小(圖2中步驟1); 鑽具組合的靜力學微分方程如下"^4v2 +(wDw)2/——沿鑽柱軸線的曲線坐標，以f段鑽柱的底端為起點；五,—…i鑽柱的彈性模量；/,------Z'段鑽柱的截面慣矩；M,,-----f段鑽柱所受扭矩，1'=1時為鑽頭扭矩；仏———Z段鑽柱在鑽井液中的線重度；——f段鑽柱所在井段的井斜角； C/, —— i段鑽柱在X方向的位移或坐標；K —…段鑽柱在y方向的位移或坐標；———f段鑽柱下部z方向的壓力，壓為正，''=1時為鑽壓； —--y段鑽柱的長度；—— y個穩定器與井壁的接觸壓力；/———穩定器與井壁的摩擦係數V-------鑽速；w一——鑽柱自轉角速度；Dw—-隱井徑。邊界條件及連續條件(1)、鑽頭處根據笛卡爾參考坐標系的取法，鑽頭位移為零，鑽頭與地層間無彎矩作用，為此c/,(o)-o,=0 (3) C/;'(0) = 0(2)、穩定器處在各穩定器或接觸點處，鑽柱位於井眼中心或在某一方向上偏移井眼中心一定距 離，穩定器兩側鑽柱的位移及其一次導數連續、彎矩連續。formula see original document page 10式中e --------偏心距；S---------偏斜角；《——穩定器或接觸點處井眼軸線的X方向的坐標； K——穩定器或接觸點處井眼軸線的y方向的坐標； (3)、切點處鑽柱在切點處的狀態是很難精確計算的，但一般認為在切點處鑽柱躺在井壁下側， 斜率和曲率與井眼軸線的斜率和曲率基本一致，為此，formula see original document page 10式中，A^為切點處鑽柱外徑。(4)、井壁約束鑽柱變形受到井壁的限制，對任意一點均必須滿足"、^f^ (6)2式中，化,為z'段鑽柱外徑。鑽頭的側向力模型(1) 、鑽頭的增井斜力& = VA (o)+(0)+ w (0) (7)(2) 、鑽頭的增方位力、=- wr(o)+W(O) - W(O) (8)對於帶預彎曲結構的下部鑽具組合來說，由於其彎曲結構的存在，使得其在任何一 個瞬態的受力變形都有其獨特的特徵。這個特徵主要來源於預彎曲結構的彎曲面。引用 滑動導向鑽具組合導向鑽井的概念，這個彎曲面就是導向工具面，這裡定義為工具面， 其相對於井眼高邊的夾角(從高邊順時針計)定義為工具面角。這樣，帶預彎曲結構的 鑽具組合旋轉鑽井時其特點可以歸納為一個工具面不斷有規律改變的過程，其總體導向 效果可以用鑽柱旋轉一周內的鑽頭上的合側向力矢量來表述。設帶預彎曲結構的鑽具組合在某一時刻的工具面角為《 ，在這一工具面角位置可計算出鑽頭上的造斜力為F。(w,方位力為F^)。取鑽具組合旋轉一周為研究對象，《的 取值範圍為0 2;r，均勻取值。設計算點數為"，則工具面角變化步長為A份-2;r/"。 計算點數應大於或等於36。鑽具組合旋轉一周內在鑽頭上作用的導向合力f，為w v ^式中i^為合造斜力，單位為kN; i^為合方位力，《廣f]i^)，0=0 /。 (10)&(<0)為公式(7)中的S^， ^w為公式(8)中的、" 靜態防斜力計算流程見圖3。2、通過一系列計算，尋找對應最大防斜力的各結構參數，包括穩定器外徑、穩定 器位置、彎角大小和位置，具體情況如下1) 其它參數不變，使下穩定器(2)外徑分別比井徑小0mm， lmm， 2mm10mm， 計算對應的靜態防斜力，找出具有最大靜態防斜力的下穩定器外徑；2) 其它參數不變，使上穩定器(5)外徑分別比井徑小0mm， lmm, 2mm,...，10mm， 計算對應的靜態防斜力，找出具有最大靜態防斜力的上穩定器外徑；3) 其它參數不變，使下穩定器(2)距鑽頭(1)端面距離分別為0.5m， 0.6m， 0.7m，...,1.0m,計算對應的靜態防斜力，計算對應的靜態防斜力，找出具有最大靜態防 斜力的下穩定器(2)距鑽頭(1)端面距離；4) 其它參數不變，使下穩定器(2)與上穩定器(5)之間距離分別為6m， 7m， 8m，...，20m，計算對應的靜態防斜力，找出具有最大靜態防斜力的下穩定器(2)與上穩 定器(5)之間距離；5) 其它參數不變，使預彎短節(3)或單彎螺杆(8)彎點距下穩定器(2)的距離 分別為1.0m， 1.2m, 1.3m,...，1.6m，計算對應的靜態防斜力，找出具有最大靜態防斜力 的彎點距下穩定器(2)的距離；6) 其它參數不變，使預彎短節(3)或單彎螺杆(8)的彎角分別為0.5°, 0.55°， 0.6°，...,1.5°，計算對應的靜態防斜力，找出具有最大靜態防斜力的彎角大小。3、 根據具有最大靜態防斜力的結構參數和井場現有工具儲備，確定鑽具組合； 由上面計算得到了具有最大防斜力的結構參數，就可以配置鑽具組合。但由於井場儲備的鑽鋌、穩定器、預彎曲短節等有限，又不能隨意改變井場儲備的鑽具，因此，要 通過調整結構參數使其能符合井場儲備的鑽具，又能達到儘可能大的靜態防斜力，最終 確定實用的鑽具組合。4、 針對確定的鑽具組合，計算在不同鑽壓和轉速時的動態防斜力，並找出具有最 大動態防斜力時的施工參數(即鑽壓和轉速)。鑽頭上的動態防斜力計算流程見圖4，具 體方法如下預彎曲動力學防斜打快鑽具組合在井眼中的特徵可以近似用圖5表示，兩個穩定器 間的中點處鑽鋌橫截面的投影見圖6。以該位置對應的井眼軸線為原點建立直角坐標系o-j<^， oz指向井底方向，oy指向井眼高邊方向。預彎曲短節的存在、加工製造過程 中的誤差和可能存在的彎曲變形，使得鑽柱的質心與其幾何中心有偏差。質心相對幾何中心的偏差用偏心距e。表示，如圖7所示。用直角坐標(;c ,y)和極坐標可描述出 鑽柱的幾何中心的位置，則質心的直角坐標位置可表示為(x + eQcos(Qf)，y + e0sin(n0)，其中n為鑽鋌旋轉速度，f為時間。鑽鋌運動時所受的慣性力包括兩部分鑽鋌旋轉產生的慣性力(作用於鑽鋌的質心 上)；鑽井液運動產生的慣性力作用於幾何中心，可用下式表示 F附= 一(加+附/■) + wiQ2en cos(Qf)(11)式中w為鑽鋌的等效質量；；n,為鑽井液的等.效質量。此外，流體拖拽會產生一個 阻力&=力>'2+/2) (12)c""'2+y'2) / (13)式中c,為流體等效粘滯係數。穩定器和井壁接觸會導致一個恢復力&，如果忽略摩擦，恢復力指向井眼中心。然 而，由於摩擦力的作用，使恢復力的方向變為未知。如圖8所示，穩定器幾何中心的角 位移和鑽鋌的幾何中心的角位移相差一個;3角。若假設穩定器沿著井壁滑動，P就可消失。假定摩擦係數為//,根據庫侖準則，可得到穩定器與井壁接觸力與接觸點法線之間的夾角-:—tan-(14)-為摩擦角。恢復力可表示為Ft=-^7 (15)其與井壁接觸力大小相等，方向相反。根據圖8，可得到恢復力的徑向、切向分量的極 坐標表達式&cos(>3) F" = -—ln(;ff)式中t為所研究鑽鋌部分的等效抗彎剛度係數，p為鑽鋌幾何中心與穩定器中心的距離p = g COS(;ff) + 51。 COS(力=g C0S(y5) - S。 COS(-) (17)A "如圖8所示。qr為鑽鋌幾何中心的徑向變形，J。為穩定器與井壁之間的間隙So,-D')/2 (18) 式中A為井徑，D,為穩定器外徑。由受力平衡關係i^ = 0 ，可推導得預彎曲動力學防斜打快鑽具組合的動力學模型[W '+W '+2i 伊-W2) + W) +込]exp(W) (i9)=(s +《)72 exp(i力r +《o) - igs式中，r = qr/c0/9二(OT + ffiy)/mfc。為鑽鋌與穩定器之間的間隙c。=(Z)A-￡>。)/2 。《s,/c。， s,為BHA預彎曲造 成的初始撓度，fl為鑽杆初始撓度對轉子質心的影響因子，若假設初始彎曲為正弦曲線 時fl-2/;r，其反映預彎曲程度的影響。ffl為鑽鋌的固有頻率《 = 井斜角",的 影響由0g表示2g=-'On")/"" (20) 込為反映恢復力影響的項，有以下三種情況1) 當0《r" + f時，込=0 (21)2) 當5 + ^ <"1時，込"-(5-； + zV(5-32〃) (22)3) 當r〉l時，込=r - " _/ 0 + (1 + !S//C -1) + ur' (23)式中t;是一個無量綱化井壁阻尼係數，它與彈力恢復係數有關。S為符號函數，其表 達式為S = sign(0' + 77/ c) (24)假設開始時系統處於靜止狀態，根據方程式(19) (24)即可確定後繼時刻的K,) 和P(/)，並將它們作用到代表下部鑽具組合的三維運動梁模型上(見圖9)，由此求得井壁對鑽頭的反力(鑽頭防斜力的反作用力)F6=/[r(C(f);￡/,，Z,，^], hl，2,3; _/ = 1，2 (25)式中￡/,為各段梁的抗彎剛度，丄,為各段梁的長度，^為扶正器與井壁的間隙。在圖9所示的模型上，鑽頭簡化為球型鉸約束，在上扶正器以上的長度丄3由丌始時上部鑽柱與井壁相切的條件(撓角為零)確定，並且在後繼時刻保持上端的撓角為零。 扶正器的長度不計，井壁對扶正器的約束為動態約束，接觸與否和r(O的大小有關，在每個時間歩都要進行判斷。r(f)的作用點與鑽鋌的預彎曲形狀有關， 一般在預彎曲短節 附近。此外，系統中與質量有關的動力學效應、以及碰撞效應，已經包含在從式U9) (24)解出的KO和0(O之中。鑽頭動態防斜力的計算流程見圖4。確定具有最大防斜力的施工參數(鑽壓、轉 速)的方法如下固定結構參數，設置轉速為60r/min，使鑽壓分別為50kN， 60kN，70kN,...,200kN， 計算對應的動態防斜力，找出具有最大動態防斜力的鑽壓值；固定結構參數不變，設置鑽壓為50kN，使轉速分別為30r/min, 40r/min, 50r/min,150r/min，計算對應的動態防斜力，找出具有最大動態防斜力的轉速值；5、 根據動態防斜力值和實際鑽井條件，確定合理施工參數(鑽壓、轉速)； 考慮實際鑽井設備的承受能力和可能提供的鑽井施工參數，結合具有最大動態防斜力的施工參數，確定合理的施工參數(鑽壓、轉速大小)。其中鐘擺極限鑽壓是最大的 限制因素， 一般以鐘擺極限鑽壓的1.5倍來確定實際鑽壓大小。6、 確定防斜打快作業操作規程。考慮防斜打快目的和作業的安全性、可實施性，確定防斜打快作業操作規程，包括 參數調整方法、井斜監測安排、防止複雜情況出現的措施等。本發明與已有技術相比較，具有如下顯而易見的突出實質性特點和顯著優點本發 明採用帶預彎曲結構鑽具組合，以地面旋轉驅動方壓，從鑽頭的防斜力和變化規律出發， 確定鑽具和工藝操作規程，在實際作業中使用，在控制住井斜的同時，鑽壓比鐘擺極限鑽壓提高50%以上，機械鑽速得到較大幅度提高，最高達700%，提高了生產效率。


圖1是本發明一個實施例用的鑽具組合的結構示意圖。 圖2是本發明的防斜打快鑽井方法流程圖。 圖3是靜態防斜力計算流程圖。 圖4是動態防斜力計算流程圖。 圖5是井眼中的鑽具組合的示意圖。 圖6是圖5中A-A處截面投影圖。 圖7是渦動鑽柱橫截面示意圖。 圖8是渦動鑽柱橫截面位置坐標圖。 圖9是鑽柱三維運動梁模型圖。 圖IO是非等力合成模型計算的防斜力曲線圖。 圖11是鑽鋌形心的渦動軌跡圖。 圖12是鑽鋌形心的渦動速度時程曲線圖。 圖13是鑽頭動態測面力時程曲線圖。
具體實施方式
本發明的一個優選實施例結合附圖詳述如下參見圖1，本預彎曲動力學防斜打快鑽井方法採用圖1所示的帶預彎曲結構的鑽具 組合是 一個鑽頭(1)連接一個下穩定器(2)，下穩定器連接一個預彎短節(3),預 彎短節(3)通過一根短鑽鋌(4)與一個上穩定器(5)連接，上穩定器(5)通過鑽鋌 (6)與上部鑽柱連接。上部鑽柱一般是由鑽鋌、鑽杆及其它井下工具連接構成。 參見圖2，本預彎曲動力學防斜打快鑽井方法的具體步驟如下1、 根據待鑽地層的井斜特徵情況，根據經驗初步確定一套鑽具組合鑽具組合結構參數如下:啦15.9mm特製穩定器+ 0159mm預彎短節(1.0。)x0.6m + 0)159mm鑽鋌xfim + (D214n皿穩定器+ 0178mm鑽鋌+.........。可用鑽井液密度為1.2g/m3。當前位置井斜角為3。。根據以上參數計算靜態防斜力的大小。靜態防斜力大小計算結果見圖10。從圖 中可以看出該鑽具組合具有較大的防斜力《=-11.091$^。2、 確定對應最大靜態防斜力的結構參數。具體優化結果如下近鑽頭穩定器外徑I^-210mm，距鑽頭端面距離l!-lm: 雙穩定器外徑Dsl =214mm;距近鑽頭穩定器距離A = 16m;彎角大小6 = 1°，距近鑽頭穩定器位置丄21 = 1.1111。3、 根據井場儲備和上面確定的結構參數，確定鑽具組合如下(D215.9mm鑽頭x0.25m詢210特製穩定器xl.8m + <D159mm預彎短節(1.0。) x.6m + (D159mm短鑽鋌x6m +①214mm穩定器xl.6m+①178mm鑽鋌x81m十.........。4、 計算動態防斜力，並確定具有最大動態防斜力的施工參數； 計算結果見圖11~圖13，鑽頭動態側向力為^^=-5.46751^^。圖11示出鑽鋌等效質量中心所在橫截面的幾何中心(簡稱形心)的渦動軌跡圖。圖12示出鑽鋌渦動角速度時程曲線。這兩個圖反映的是預彎曲動力學防斜打快 鑽具組合的渦動特徵。圖13示出鑽頭上的動態側向力的時程曲線。反映出預彎曲動力學防斜打快鑽具 組合的渦動在鑽頭上形成了大小不一致但具有很強規律性的側向衝擊載荷，對上井壁 的衝擊載荷在數值上明顯小於對下井壁的衝擊載荷。正是這種動態衝擊載荷的不均衡 性，導致這種鑽具組合具有較好的防斜能力。優化的鑽井施工參數為鑽壓『-100kN;轉速iV-60r/min。5、 根據動態防斜力值和實際鑽井條件，確定合理施工參數(鑽壓、轉速)； 實際鑽井設備的承受能力對上述鑽壓和轉速沒有限制，但該地區的鐘擺極限鑽壓只有50kN，因此最後可確定的合理施工參數為 鑽壓『-75kN; 轉速iV-60r/min。6、 確定操作規程；根據鑽具組合及施工參數，建立如下操作規程 由於螺杆及預彎曲短節處於較為複雜的工作條件,因而必須注意使用安全問題，特別是防脫扣、防掉； 嚴密監測井眼軌跡，剛開始時加密測斜，定向井每30m測斜一次，直井每50m測斜一次，待摸清規律後可以放寬測斜井段，以便儘可能地保證井身質量一次合格； 起始井斜角應控制在2°以內，如不滿足應設法達到這一指標； 施工方和井隊必須十分重視此項試驗。施工方必須派專人負責進行該項試驗工作，井隊必須密切配合； 每根單根劃眼一次，並適當循環，保證井眼清潔，確保井眼安全，防止卡鑽等事故的發生； 保證泥漿性能，搞好泥漿的潤滑性、造壁性、懸浮性、攜帶性、抑制性，含砂必須控制在0.3%以下； 每鑽150 200m短拉一次，短拉遇阻嚴防提死，控制遇阻噸位小於100kN,保證井眼的暢通。 如使用螺杆時，在泥漿泵的進出口和鑽杆上使用濾清器，嚴防膠皮等雜物進 入螺杆。在井口應對螺杆進行試運行，下鑽要嚴格控制速度，防止螺杆倒轉 倒開鑽具，同時觀察泥漿的返出情況，如返出量增大，說明旁通閥被堵，此 時每下500m灌漿一次； 如鑽遇夾層，應及時調整鑽井參數，保護鑽頭，待穿過夾層後恢復正常鑽井。
權利要求
1.一種預彎曲動力學防斜打快鑽井方法，其特徵在於採用帶預彎曲結構的鑽具組合，以地面驅動的方式，從鑽頭的防斜力和變化規律分析出發，確定鑽具組合、工藝操作規程、安全性分析和檢測，實現防斜打快鑽井；具體步驟如下a.根據待鑽地層的井斜特徵情況和實際經驗初步確定一套鑽具組合，並確定其靜態防斜力大小；b.在固定其它參數情況下，改變任一結構參數，確定對應的靜態防斜力大小，並找出最大靜態防斜力對應的結構參數；結構參數是指穩定器外徑、穩定器位置、彎角大小和位置；c.根據具有最大靜態防斜力的結構參數和井場現有工具儲備，確定鑽具組合；d.針對確定的鑽具組合，計算在不同鑽壓和轉速時的動態防斜力，並找出具有最大動態防斜力時的施工參數，即鑽壓和轉速；e.根據動態防斜力值和實際鑽井條件，確定合理施工參數，即鑽壓、轉速；f.確定防斜打快作業操作規程。
2. 根據權利要求l所述的預彎曲動力學防斜打快鑽井方法，其特徵在於所述的 帶預彎曲結構鑽具組合是 一個鑽頭(1)連接一個下穩定器(2)，下穩定 器(2)連接一個預彎短節(3)，預彎短節(3)通過一根短鑽鋌(4)與一 個上穩定器(5)連接，上穩定器(5)通過鑽鋌(6)與上部鑽柱連接。
3. 根據權利要求l所述的預彎曲動力學防斜打快鑽井方法，其特徵在於所述的 步驟l中的確定其靜態防斜力大小，由下列公式(1) (5)計算。 下部鑽具組合三維小擾度靜力分析微分方程組為五乂C/,"" = —M,,K,"' + (仏/cosa, — 5,)C/," + g,C/: cosa, +仏sina, (1)五,/,r;"' = M"t/,"' +(仏/咖《,—咖《, (2)鑽頭旋轉過程中某一瞬時的側向力計算模型為s,,=五a";"(o)+mj;'(o)+醜〃;(0) (3)Syl = -五W(O) + M"t/;'(0) - W(O) (4)鑽頭旋轉一周的合導向力為公式(1) (5)中的參數含義為式中")'4、41，、41，，、41產l風,鳴-斧fxz 乂=1二 ， 2v / 。扣2+(<)2'^4v2 +(wZ)w)2/-------沿鑽柱軸線的曲線坐標，以i段鑽柱的底端為起點；五,------i'段鑽柱的彈性模量；/,------:'段鑽柱的截面慣矩；——z'段鑽柱所受扭矩，z' =1時為鑽頭扭矩；《------段鑽柱在鑽井液中的線重度；a,------z'段鑽柱所在井段的井斜角；C/,------z'段鑽柱在x方向的位移或坐標；K------f段鑽柱在y方向的位移或坐標；5,------f段鑽柱下部z方向的壓力，壓為正，1' = 1時為鑽壓;丄,------_/段鑽柱的長度；W,------j'個穩定器與井壁的接觸壓力；/-------穩定器與井壁的摩擦係數；V-------鑽速；(5)w-------鑽柱自轉角速度；Dw------井徑。
4.根據權利要求l所述的預彎曲動力學防斜打快鑽井方法，其特徵在於所述的 歩驟2中的確定對應最大防斜力的各結構參數，包括穩定器外徑、穩定器位 置、彎角大小和位置，具體是指a. 其它參數不變，使下穩定器(2)外徑分別比井徑小0咖，lmra， 2mm,…，10mm, 計算對應的靜態防斜力，找出具有最大靜態防斜力的下穩定器外徑；b. 其它參數不變,使上穩定器(5)外徑分別比井徑小0咖，l鵬，2mm,…，IO腿， 計算對應的靜態防斜力，找出具有最大靜態防斜力的上穩定器外徑；c. 其它參數不變，使下穩定器(2)距鑽頭(1)端面距離分別為0. 5m， 0. 6m, 0.7m，…，1.0m，計算對應的靜態防斜力，計算對應的靜態防斜力，找出 具有最大靜態防斜力的下穩定器(2)距鑽頭(1)端面距離；d. 其它參數不變，使下穩定器(2)與上穩定器(5)之間距離分別為6m， 7m, 8ra，…，20m，計算對應的靜態防斜力，找出具有最大靜態防斜力的下 穩定器(2)與上穩定器(5)之間距離；e. 其它參數不變，使預彎短節(3)或單彎螺杆(8)彎點距下穩定器(2) 的距離分別為l.Om， 1.2m， 1.3m，…，1.6m，計算對應的靜態防斜力，找 出具有最大靜態防斜力的彎點距下穩定器(2)的距離；f. 其它參數不變，使預彎短節(3)或單彎螺杆(8)的彎角分別為0.5。 ，0.55 ° ，0.6° ,…，1.5。，計算對應的靜態防斜力，找出具有最大靜態防斜力 的彎角大小。
5.根據權利要求1所述的預彎曲動力學防斜打快鑽井方法，其特徵在於所述的 歩驟5中即對已確定的鑽具組合進行動態防斜力計算，確定具有最大動態防 斜力時的施工參數一鑽壓、轉速的具體方法。結構參數不變，轉速為60r/min，使鑽壓分別為50kN, 60kN， 70kN,…，200kN， 計算對應的動態防斜力，找出具有最大動態防斜力的鑽壓值；結構參數不變，鑽壓為50kN，使轉速分別為30r/min， 40r/min, 50r/min，…，150r/min，計算對應的動態防斜力，找出具有最大動態防斜力的轉速 值；動態防斜力特徵按方程(6)計算F6 =/[r,0]， !■ = 1,2,3; _/= 1,2 (6)公式(6)中r、 0為彎點處形心的動態運動半徑和相位角，隨時間t動態變 化，由(7)式計算formula see original document page 5 (7)　化式(7)中式中，r = g/c。， g為鑽鋌幾何中心的徑向變形，c。為鑽鋌與穩定器之間的間隙c。=(z>A-/)。)/2 ， A為井徑，A為穩定器外徑；/ = (/ + wi,)/i ， w為鑽鋌的等效質量；W,為鑽井液的等效質量；5 = s。/c。， s0 為穩定器與井壁之間的間隙J。-(i^-I),)/2 ，Di為穩定器外徑。e = e。/c。， e0 為質心相對鑽柱幾何中心的偏差；/7 = /2/ ， Q為鑽鋌旋轉速度，ffl為鑽鋌的固 有頻率必=7^， A為所研究鑽鋌部分的等效抗彎剛度係數；《=c,c。/m， C/ 為流體等效粘滯係數；r = 4"-J,/c。， A為BHA預彎曲造成的初始撓度；a為鑽杆初始撓度對轉子質心的影響因子，若假設初始彎曲為正弦曲線時 a = 2/;r，其反映預彎曲程度的影響；2g =-加仏sin(",)/(c。" ， a,為井斜角，/6為浮力係數；0t為反映恢復力影響的項，有以下三種情況當0《r《5 + f時，formula see original document page 5當"i時，formula see original document page 5式中u是一個無量綱化井壁阻尼係數，它與彈力恢復係數有關。S為符號 函數。
6.根據權利要求l所述的預彎曲動力學防斜打快鑽井方法，其特徵在於所述的步驟6中確定防斜打快作業操作規程① 注意安全問題，特別是螺杆及預彎曲短節防脫扣、防掉；② 嚴密監測井眼軌跡，定向井每30m測斜一次，直井每50m測斜一次； @起始井斜角控制在2°以內；④ 施工方與井隊配合此項試驗；⑤ 每根單根劃眼一次，並適當循環，確保安全；⑥ 保證泥漿性能，含砂控制在0.3%以下；⑦ 每鑽150 200m短拉一次，控制遇阻噸位小幹100KN;⑧ 使用螺杆時，在泥漿泵的進出口和鑽杆上使用濾清器，每下500m灌漿一次；⑨ 如鑽遇夾層，應及時調整鑽井參數，保護鑽頭，待穿過夾層後恢復正常鑽井。
全文摘要
本發明涉及一種預彎曲動力學防斜打快鑽井方法。它是採用帶預彎曲結構鑽具組合以地面驅動方式，從鑽頭的防斜力和變化規律分析出發，確定鑽具組合、工藝操作規程、安全性分析和檢測，實現防斜打快鑽井。本發明的防斜打快鑽井方法，在實際作業中使用，鑽壓比鐘擺極限鑽壓提高50％以上，機械鑽速得到較大幅度提高，最高達700％。
文檔編號E21B7/04GK101260783SQ200810034089
公開日2008年9月10日 申請日期2008年2月29日 優先權日2008年2月29日
發明者朱衛平, 狄勤豐 申請人:上海大學