[發(fā)明專利]一種大位移井鉆柱卡點測量實驗裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310597296.5
• 申請日: 2013-11-22
• 公開（公告）號: CN103590811A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周勁輝;高德利;房軍
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油大學(xué)(北京)
• 主分類號: E21B47/00
• 分類號: E21B47/00
• 代理公司: 北京超凡志成知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11371
• 代理人: 吳開磊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于地下資源鉆采工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種大位移井鉆柱卡點測量實驗裝置及方法。

背景技術(shù)

水垂比不小于2的大位移井廣泛應(yīng)用于海上油田的開采和海油陸采，成為提高油氣采收率和降低“噸油”開采成本的有效手段。大位移鉆井過程中，卡鉆是發(fā)生頻率最高、處理花費時間最長和造成經(jīng)濟損失最大的鉆井事故之一。

目前測量鉆柱卡點的方法有提拉理論計算法和專門的測卡儀測量法。其中，提拉理論計算法是現(xiàn)場對鉆柱進行提拉，測量拉力與拉伸長度，根據(jù)彈性材料的胡克定律，計算卡點以上鉆柱的長度；而專門的測卡儀靠自身重力下入井內(nèi)，測卡儀依靠管柱的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力或拉伸應(yīng)力的變化而使其磁場發(fā)生改變，自由段發(fā)生扭轉(zhuǎn)其磁場發(fā)生變化，被卡段不發(fā)生扭轉(zhuǎn)其磁場強度不發(fā)生變化，據(jù)此可以測得卡點位置。

利用上述的測量鉆柱卡點的方法中，提拉理論計算法所使用的卡點理論計算公式，主要用于直井或者井身結(jié)構(gòu)簡單的大斜度井，還難以用于大位移井中進行卡點預(yù)測。而專門的測卡儀測量法所使用的專用測卡儀價格昂貴，且測卡儀靠自身重力下入，在一般在直井中使用可以下到一定深度，在大位移井中很難下入到需要測量的深度。大位移井中的管柱受力狀態(tài)復(fù)雜，如果管柱變形嚴重，管柱與井壁或套管的接觸力能夠克服對管柱的提拉或扭轉(zhuǎn)，卡點測量誤差較大。如果地層本身對磁場有較強的干擾，將會造成更大的測量誤差。

因此，在目前的實際應(yīng)用中，還沒有發(fā)現(xiàn)一種有效的針對大位移井鉆柱卡點測量實驗裝置及方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種大位移井鉆柱卡點測量實驗裝置及方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中缺少針對大位移井鉆柱卡點測量實驗裝置及方法的問題。

一種大位移井鉆柱卡點測量實驗裝置，包括模擬井筒套管段、模擬井筒裸眼段、模擬鉆柱和測量儀器，其中：

所述模擬井筒套管段和模擬井筒裸眼段相接形成貫通的通道；

所述模擬鉆柱的鉆頭端可操作的穿過所述通道至所述水平段的端部并固定，形成模擬的卡點位置；

所述模擬鉆柱的自由端與所述測量儀器連接，用于測量實驗數(shù)據(jù)。

相應(yīng)地，本發(fā)明還提供了一種大位移井鉆柱卡點測試方法，包括如下步驟：

步驟S100、將大位移井鉆柱卡點測量實驗裝置的部件配合組裝；

步驟S200、扭轉(zhuǎn)模擬鉆柱，讀取測量儀器的測量值，根據(jù)不同的水垂比λ測量對應(yīng)卡點位置的測量值，用數(shù)理統(tǒng)計法分析水垂比λ對卡點位置的修正系數(shù)η的影響，從而建立η與λ的關(guān)系曲線η=f(λ)；

步驟S300、根據(jù)剪切胡克定律，并結(jié)合卡點位置修正系數(shù)η的函數(shù)關(guān)系式，得出最終確定卡點位置的公式從而計算最終的卡點位置；其中，

L－卡點位置；

G－模擬鉆柱的切變模量；

I_p－模擬鉆柱的極慣性矩；

－模擬鉆柱的扭轉(zhuǎn)角，弧度；

T－模擬鉆柱扭矩；

極慣性矩按下式計算：

D－模擬鉆柱的外徑，d－模擬鉆柱的內(nèi)徑。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明實施例的優(yōu)點在于：

本發(fā)明的大位移井鉆柱卡點測量實驗裝置，結(jié)構(gòu)簡單，安裝和操作方便，其用數(shù)理統(tǒng)計法分析水垂比λ對卡點位置的修正系數(shù)η的影響，建立η與λ的關(guān)系曲線η=f(λ)，盡可能的修正大位移井的鉆井過程中鉆頭受力狀態(tài)復(fù)雜、鉆桿接頭及井眼軌跡變化對測量誤差的影響，從而提高測試精度。

本發(fā)明的大位移井鉆柱卡點測試方法，利用η與λ的關(guān)系曲線η=f(λ)；通過水垂比λ的修正，使得利用剪切胡克定律計算大位移井鉆柱卡點測試方法的測量精度提高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例提供的大位移井鉆柱卡點測量實驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1的本發(fā)明實施例提供的水垂比λ的坐標示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例的模擬鉆柱為空心等直圓桿時在一定的扭矩作用下變形的示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例提供的大位移井鉆柱卡點測試方法的流程示意圖。

具體實施方式

下面通過具體的實施例子并結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細描述。

如圖1所示，本發(fā)明實施例提供的一種大位移井鉆柱卡點測量實驗裝置，包括模擬井筒套管段4、模擬井筒裸眼段7、模擬鉆柱6和測量儀器10，其中：（即所述模擬井筒包括直井段、彎曲段和水平段，其中直井段和彎曲段為套管段，水平段為模擬地層裸眼段，兩者貫通連接；）