[發(fā)明專利]地層造斜力測(cè)量裝置及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410200946.2
• 申請(qǐng)日: 2014-05-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103939094A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 石曉兵;范鵬飛;劉運(yùn)榮;苗娟;魏小梅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西南石油大學(xué)
• 主分類號(hào): E21B49/00
• 分類號(hào): E21B49/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種地層造斜力測(cè)量裝置及方法，具體地說(shuō)，是一種用于測(cè)量油氣井鉆進(jìn)過(guò)程中鉆遇地層對(duì)鉆具的橫向作用力的測(cè)量裝置及方法，屬于石油礦場(chǎng)機(jī)械的專用鉆井機(jī)械工具和方法。

技術(shù)背景

地層造斜力是引起鉆井井斜的一個(gè)重要因素，它使鉆具沿地層力方向飄移。目前已有許多成熟的技術(shù)防止井斜，如鐘擺法井斜控制技術(shù)等，讓所選擇的鉆具的側(cè)向力大于所鉆遇地層的地層造斜力，使井眼軌跡向所控制的方向鉆進(jìn)。一般，根據(jù)鉆時(shí)的地層造斜力和鉆具側(cè)向力，預(yù)測(cè)出井眼的井斜變化率和方位變化率，結(jié)合井斜控制技術(shù)，優(yōu)選鉆具，進(jìn)行有效地控制井眼軌跡。鉆頭的側(cè)向力已有辦法獲得，根據(jù)縱橫彎曲理論和靜力平衡條件，不論有多少個(gè)穩(wěn)定器，都可以對(duì)第一個(gè)穩(wěn)定器取力矩來(lái)確定鉆頭側(cè)向力。但是，到目前為止，在鉆井工程中尚未出現(xiàn)地層造斜力的測(cè)量裝置，不能獲得鉆遇地層的地層造斜力，準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)組合在所鉆地層的特性，進(jìn)行井眼軌跡變化的預(yù)測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種用于測(cè)量鉆遇地層對(duì)鉆具的橫向作用力的地層造斜力測(cè)量裝置及方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種地層造斜力測(cè)量裝置及方法，是由鉆頭、應(yīng)力感應(yīng)片、信號(hào)傳輸線、微型芯片、螺桿發(fā)電機(jī)、脈沖發(fā)生裝置等組成，其特征在于其特征在于鉆頭中軸中部為圓球鉸，鉆頭中軸上端與應(yīng)力感應(yīng)片相聯(lián)接，應(yīng)力感應(yīng)片與微機(jī)芯片通過(guò)信號(hào)傳輸線相連結(jié)。鉆頭不是通過(guò)接頭固定在鉆柱上，而是由鉆頭中軸中部為圓球鉸和感應(yīng)片固定基質(zhì)固定的。感應(yīng)片固定基質(zhì)與鉆頭中軸的間隙為剛好接觸。

利用鉆柱力學(xué)的研究成果可以分析計(jì)算各種組合在特定鉆井條件下鉆頭上的偏斜力或者合力角，從而對(duì)組合的特性作出評(píng)價(jià)。利用地層造斜力的計(jì)算式，就可能對(duì)組合在特定鉆井條件下(包括地層傾角和各向異性指數(shù))鉆頭上的總的偏斜力進(jìn)行定量的分析。在這個(gè)基礎(chǔ)上能夠比較準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)組合在所鉆地層的特性。

實(shí)踐表明，如果鉆頭突然出現(xiàn)嚴(yán)重偏斜，往往造成井斜急劇增加。當(dāng)采用鐘擺鉆具(特別是用扶正器作支點(diǎn)的鐘擺鉆具)鉆井時(shí)，鉆頭偏斜對(duì)井眼曲率的影響很小，可以忽略，下部鉆柱彎曲引起的偏斜力F_B是不能忽略的，這時(shí)可以近似的把鉆頭合力方向當(dāng)作鉆頭鉆進(jìn)方向，但是如果采用滿眼組合，鉆頭偏斜對(duì)井眼曲率的影響就顯著得多，鉆頭的實(shí)際鉆進(jìn)方向不一定是合力的方向。這時(shí)就要綜合考慮鉆頭偏斜和鉆頭在總的橫向偏斜力的作用下的側(cè)向切削影響。

按照W.B.勃萊特雷提出的光鉆挺下部鉆柱的小車模型，鉆頭上的橫向偏斜力F_T應(yīng)為彎曲引起的偏斜力F_B和鐘擺力F_P之和，同時(shí)考慮鉆頭與巖石的相互作用力，則鉆頭上總的橫向偏斜力F_T應(yīng)是地層造斜力F_f，彎曲偏斜力F_B和鐘擺力F_P三部分的代數(shù)和：

F_T＝F_f+F_B+F_P????(1)

于是，地層造斜力為：

F_f＝F_T-(F_B+F_P)????(2)

根據(jù)鉆柱力學(xué)：

FP=12L·qsinα---(3)]]>

F_B＝Psinθ_B????(4)式中：

L——切點(diǎn)以下鉆錠長(zhǎng)度；

q——鉆艇單位長(zhǎng)度的重量；

θ_B——鉆頭偏斜角。

取X軸正向代表鉆頭處(0點(diǎn))井眼軸線方向，Y軸為在水平面內(nèi)與過(guò)X軸所在的鉛垂面垂直，Z軸由右手法則確定。根據(jù)鉆頭與地層相互作用原理，考慮到地層各向異性等因素的作用，利用坐標(biāo)變換，就可以建立起三維空間內(nèi)的鉆頭與地層相互作用鉆速方程。