[發明專利]一種基于虛擬接觸點的復雜地層定向井管柱下入能力評價方法

有效

• 申請號: 202010537089.0
• 申請日: 2020-06-12
• 公開（公告）號: CN111948020B
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發明（設計）人: 盧運虎;金衍;黃根爐;周波;劉洪濤;陳浩東;滕學清;李英杰
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（北京）
• 主分類號: G01N3/00
• 分類號: G01N3/00;E21B7/20
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產權代理有限公司 11129
• 代理人: 鞏固

一種基于虛擬接觸點的復雜地層定向井管柱下入能力評價方法，包括下列步驟：針對復雜地層定向井及其管柱的特點，建立較為接近實際的可含有虛擬接觸點的縱橫彎曲梁模型；基于虛擬彈簧的增量位移逼近法來分析接觸點是真實接觸點還是虛擬接觸點，并求解管柱與井壁的接觸點位置和接觸力大小；利用現場錄井數據，針對滑動鉆進和旋轉鉆進的不同工況，依據不同參數反算摩阻系數；根據真實接觸點處的接觸力和摩阻系數計算摩阻力；運用模型分析彎曲井段管柱下入摩阻的影響因素，并對大剛度通井鉆柱與厚壁套管的下入阻力進行模擬對比分析。

技術領域

本發明涉及油氣井工程技術領域，具體地，涉及一種基于虛擬接觸點的復雜地層定向井 管柱下入能力評價方法。

背景技術

在石油鉆井過程中，復雜地層中的鹽膏層段蠕變縮徑可能會導致井眼尺寸小于鉆頭尺 寸；在固井完成后，有可能導致套管被擠扁。因此，在鹽膏層段鉆進時通常需要進行及時地 劃眼，防止井眼縮徑，同時為了防止套管被擠扁，通常需要使用加厚套管。無論是井眼縮徑 還是套管壁厚增加，都會導致管柱與井壁間的剛性接觸力增大，影響管柱順利下入。為了改 善和提高管柱下入施工的效率和效果，需要進行管柱下入模擬分析研究。

目前，水平井管柱摩阻扭矩預測往往需要采用硬模型，由于硬模型的求解非常復雜，出 現了針對硬模型的不同求解方法，如有限元法、Ho H-S法、縱橫彎曲梁法等，但由于有限元 法計算過程復雜、穩定性不好，而Ho H-S法部分假設不合理、與實際情況差別較大，都沒有 在現場得到廣泛的應用。縱橫彎曲梁法因其具有明確的物理意義和相對簡單的算法，受到越 來越多的認可。但傳統的縱橫彎曲梁法需要指定管柱與井壁的接觸點，一旦指定的接觸點不 合理，需要經過多次試算才能排除，且不合理接觸點越多，排除的難度就越大，甚至會出現 得不到計算結果的情況。正因為如此，傳統的縱橫彎曲梁法在指定接觸點時一般都會很謹慎， 指定的接觸點較少，但這就必然導致漏掉一些真實的接觸點，而要找到這些接觸點，需要根 據兩接觸點之間管柱撓度是否超過管柱與井壁間間隙來判斷，當這種新增的接觸點越多，計 算過程就會越麻煩，甚至得不到計算結果。

發明內容

針對不同模型求解過程中出現的這些問題，本發明提供了一種基于虛擬接觸點的復雜地 層定向井管柱下入能力評價方法。

本發明的一種基于虛擬接觸點的復雜地層定向井管柱下入能力評價方法，包括下列步 驟：

步驟1，針對復雜地層定向井及其管柱的類型、運動狀態、受力情況，建立較為接近實 際的可含有虛擬接觸點的縱橫彎曲梁模型；

步驟2，基于虛擬彈簧的增量位移逼近法來分析接觸點是真實接觸點還是虛擬接觸點， 進而求解管柱與井壁的接觸點位置和接觸力大小；

步驟3，利用現場錄井數據，針對滑動鉆進和旋轉鉆進的不同工況，依據不同參數反算 摩阻系數；

步驟4，利用模型分析彎曲井段管柱下入摩阻的影響因素，以及對大剛度通井鉆柱與厚 壁套管的下入阻力進行對比分析。

所述步驟1包括：

步驟11，為了便于分析計算，對復雜地層定向井管柱下入作一定簡化假設：

1)管柱是小彈性變形體系；

2)井壁為剛性體，井眼為以井眼軸線為中心的彎曲圓筒，圓筒的內徑分段保持常數， 且尺寸不隨時間而變化；

3)將管柱上各個接頭、接箍、扶正器等凸起點和每隔一定長度的指定點作為約束點， 約束點可以是真實接觸點，也可以是不與井壁接觸的虛擬接觸點；

4)不考慮振動的影響。

步驟12，將接頭或接箍、扶正器等管柱上相對直徑較大的部位都可以指定為接觸點，建 立含有虛擬接觸點的管柱縱橫彎曲連續梁模型。

所述步驟2包括：