[發(fā)明專利]一種氣體鉆井控斜底部鉆具組合設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810318574.1
• 申請(qǐng)日: 2018-04-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108868607B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-04-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 狄勤豐;李寧;滕學(xué)清;周波;婁爾標(biāo);王春生;董仁;王文昌;陳鋒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號(hào): E21B7/06
• 分類號(hào): E21B7/06;E21B17/10
• 代理公司: 上海上大專利事務(wù)所(普通合伙) 31205
• 代理人: 陸聰明

1.一種氣體鉆井控斜底部鉆具組合設(shè)計(jì)方法，所述底部鉆具組合采用帶預(yù)彎結(jié)構(gòu)的鐘擺底部鉆具組合，適用于氣體鉆井控斜，其特征在于，具體包括如下步驟：

a.利用測(cè)量設(shè)備測(cè)量底部鉆具組合中的鉆頭、預(yù)彎短接、鉆鋌、穩(wěn)定器的幾何參數(shù)，同時(shí)通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)或查詢獲取這些部件材料的彈性模量、泊松比和強(qiáng)度參數(shù)；

b.根據(jù)待鉆地層的井斜特征情況，初步確定一套帶預(yù)彎結(jié)構(gòu)的鐘擺底部鉆具組合，其包括鉆頭、預(yù)彎短接、第一鉆鋌、下穩(wěn)定器、第二鉆鋌、上穩(wěn)定器、第三鉆鋌，所述鉆頭通過(guò)預(yù)彎短接連接第一鉆鋌，所述第一鉆鋌通過(guò)下穩(wěn)定器連接第二鉆鋌，所述第二鉆鋌通過(guò)上穩(wěn)定器連接第三鉆鋌；并根據(jù)井眼設(shè)計(jì)直徑，選擇以上部件的外徑；

c.確定步驟b中帶預(yù)彎結(jié)構(gòu)的鐘擺底部鉆具組合中鉆頭的動(dòng)態(tài)降斜力和動(dòng)態(tài)軸向力的大小，獲得動(dòng)態(tài)合控斜力；

d.在固定其它參數(shù)情況下，改變?nèi)我粋€(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)，確定對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)合控斜力大小，并找出最大動(dòng)態(tài)合控斜力對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)；

e.根據(jù)具有最大動(dòng)態(tài)合控斜力的結(jié)構(gòu)參數(shù)和井場(chǎng)現(xiàn)有工具儲(chǔ)備，最終確定帶預(yù)彎結(jié)構(gòu)的鐘擺底部鉆具組合，其中第三鉆鋌的長(zhǎng)度根據(jù)工程需要確定；

所述步驟c中動(dòng)態(tài)合控斜力的確定方法，具體為：

c1.根據(jù)下述公式確定該帶預(yù)彎結(jié)構(gòu)的鐘擺底部鉆具組合中鉆頭的動(dòng)態(tài)降斜力：

式中，

式中，R_b為鉆頭半徑，R_s為穩(wěn)定器半徑，b₀為井眼和鉆頭之間的間隙；L₁為預(yù)彎短接彎點(diǎn)到鉆頭端面的距離，L₂為彎點(diǎn)到下穩(wěn)定器中點(diǎn)的長(zhǎng)度，并有L＝L₁+L₂；α為彎角，e為鉆頭到下穩(wěn)定器之間鐘擺段的質(zhì)心與幾何中心的距離，γ為鉆頭到下穩(wěn)定器之間鐘擺段的質(zhì)心的徑向位移，θ為其繞z軸的轉(zhuǎn)角，m為鉆頭到下穩(wěn)定器之間鐘擺段的質(zhì)量，Ω為地面轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速，s₀為穩(wěn)定器與井眼之間的平均間隙，t為時(shí)間；A＝F_oγcosθ+F_oθsinθ+meΩ²cosΩt；x軸沿井眼高邊方向，z軸沿鉆頭軸線方向，y軸由x,z軸正交確定；

F_Oγ及F_Oθ由慣性力和接觸力兩部分組成：

式中，φ為摩擦角，由庫(kù)倫摩擦定律得到；k_h為赫茲接觸系數(shù)，μ_h為庫(kù)倫摩擦系數(shù)，R_c為鉆鋌外徑，a₁為鉆頭到下穩(wěn)定器之間鐘擺段中點(diǎn)處的固有變形量，I_c為鉆鋌截面的慣性矩，E為鉆鋌的彈性模量，P為鉆壓，c₀為鉆鋌和井壁之間的平均間隙；

c2.根據(jù)下列公式確定鉆頭的動(dòng)態(tài)軸向力：

式中，k_z為巖石剛度系數(shù)，取k_z＝6.78×10¹¹N·m^-3；

c3.根據(jù)下列公式確定鉆頭的動(dòng)態(tài)合控斜力：

動(dòng)態(tài)合控斜力的方向?yàn)椋?/p>

式中，i,j,k為三個(gè)軸的單位矢量，其中i沿井眼高邊方向，k沿鉆頭軸線方向。