[發明專利]用于優化鉆壓的基于比率的模式切換

在審

• 申請號: 201380080026.5
• 申請日: 2013-10-28
• 公開（公告）號: CN105593465A
• 公開（公告）日: 2016-05-18
• 發明（設計）人: R·塞繆爾;艾尼科特;G·A·烏爾達尼塔
• 申請（專利權）人: 蘭德馬克繪圖國際公司
• 主分類號: E21B44/00
• 分類號: E21B44/00;E21B44/02;E21B10/00
• 代理公司: 隆天知識產權代理有限公司 72003
• 代理人: 金鵬

背景技術

現代鉆井操作已成為技術和工程科學中的奇跡。工業為最大化盈利能力所作出的 努力涉及從在鉆井過程期間主動地最小化鉆機和工作人員的“非生產時間”且最大化鉆進 速度以致開發用于最大化儲層排水速率和生產速率的新方法。目前對鉆井隊而言常見的是 沿選定用于最佳放置的預先計劃的或自適應選擇的鉆孔軌跡來操縱其鉆柱。

在工作人員可最大化鉆進速度(不會引起額外的非生產時間)的程度上，工作人員 可更快地完成鉆孔且因此在給定預算內完成更多鉆孔。影響鉆進速度的主要因素之一(盡 管決非唯一因素)是鉆壓。鉆壓是對鉆柱施加在鉆頭面上的力的大小的測量。所述鉆壓是以 下項的函數：井底鉆具組件的配置(包含笨重的剛性鉆環的大小和數目)、鉆柱本身的重量 和剛度、大鉤載荷(在鉆柱的上端上的舉升力)、鉆孔大小和軌跡以及包含摩擦力的多個動 態因素。如下文進一步闡述，這些動態因素受鉆井模式的影響。

鉆進速度不是鉆壓的單調函數。存在一個“最有效點”，使鉆壓增加超過所述“最有 效點”實際上會減小鉆進速度且最終導致過早磨損以及對鉆頭的損壞。類似地，鉆壓不是大 鉤載荷的單調函數。當大鉤載荷減小時，鉆柱最初將其重量傳遞到井底鉆具組件，由此增加 鉆壓。然而，當大鉤載荷進一步減小時，沿鉆柱的軸向載荷會導致鉆柱彎曲，從而增加鉆柱 與壁之間的摩擦。此外，軸向載荷導致鉆柱屈曲且最終達到稱為“鎖定”的狀態，在所述狀態 下，摩擦力阻止沿鉆孔的任何進一步前進。

此問題的復雜性引起用于優化鉆進速度的多種方法和技術的開發。然而，這種復 雜性在導向過程期間增大。具體而言，作為導向過程的一部分，工作人員通常需要在鉆井模 式之間轉變。例如，當保持鉆頭的當前路線時，采用彎接頭導向技術的工作人員必須在“旋 轉模式”下操作，在所述旋轉模式中鉆柱旋轉。為了偏離當前路線，工作人員轉變到“滑動模 式”，在所述滑動模式中鉆柱的旋轉被停止。(由于存在井下馬達，鉆頭繼續旋轉。)通常需要 在兩個模式之間經常來回轉變。遺憾的是，由于不同摩擦力和不同屈曲閾值，因此不同模式 具有不同重量轉移特征。現有方法和技術似乎無法充分地慮及這些不同之處，因此工作人 員必須在導向過程期間過度地限制其鉆進速度。

附圖簡述

因此，在附圖以及以下描述中公開了具有用于優化鉆壓的基于比率模式的各種鉆 井系統和方法。在附圖中：

圖1示出說明性鉆井系統。

圖2A至2B示出說明性鉆柱屈曲模式。

圖3是說明性鉆井方法的流程圖。

圖4是隨位置而變的正弦和螺旋屈曲模式比的圖表。

圖5是適合于執行所述方法的說明性計算機的框圖。

然而應理解，在附圖以及具體實施方式中給定的特定實施方案不會限制本發明。 相反，這些實施方案為普通技術人員理解與給定實施方案中的一者或多者一起涵蓋于所附 權利要求書的范圍內的替代形式、等效物以及修改提供了基礎。

具體實施方式

某些公開的系統和方法實施方案針對現有鉆井模式采用鉆進速度優化，并且在轉 變到不同鉆井模式之后，基于先前鉆井模式的正弦屈曲比、螺旋屈曲比以及鉆壓值來確定 對應鉆壓范圍。正弦屈曲比是用于在滑動模式中誘發正弦屈曲的最小鉆壓與用于在旋轉模 式中誘發正弦屈曲的最小鉆壓的比率，并且螺旋屈曲比是用于在滑動模式中誘發螺旋屈曲 的最小鉆壓與用于在旋轉模式中誘發螺旋屈曲的最小鉆壓的比率。所述比率是鉆柱長度的 函數，因此隨鉆頭沿鉆孔的位置變化而變化。其它因素包含鉆柱的配置(重量、剛度、直徑、 摩擦系數)、鉆孔大小以及鉆孔軌跡。

在開始鉆進速度的任何進一步優化之前，當前鉆井模式的鉆壓被轉變成指定范圍 (或等效地，當前鉆壓與先前鉆壓之間的比被轉變成正弦屈曲比與螺旋屈曲比之間的范 圍)。以此方式，可根據需要重復地執行滑動模式與旋轉模式之間的轉變且不會增加屈曲和 鎖定風險以及在導向過程期間不會過度損害鉆進速度。