[發(fā)明專利]基于鉆柱動(dòng)力學(xué)的底部鉆具組合疲勞壽命預(yù)測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110377834.4
• 申請(qǐng)日: 2021-04-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113065211B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 毛良杰;甘倫科;蔡明杰;魏長(zhǎng)江
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西南石油大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/17
• 分類號(hào): G06F30/17;G06F30/20;G06F111/10;G06F119/02;G06F119/04;G06F119/14
• 代理公司: 四川力久律師事務(wù)所 51221
• 代理人: 鐘勤

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于鉆柱動(dòng)力學(xué)的底部鉆具組合疲勞壽命預(yù)測(cè)方法，涉及油氣開(kāi)發(fā)技術(shù)領(lǐng)域，包括以下步驟：S1：建立坐標(biāo)軸，獲得每一所述單元的底部鉆具組合位移向量形式；S2：根據(jù)拉格朗日方程，獲得鉆柱動(dòng)力學(xué)模型；S3：獲得所述鉆具組合與井壁接觸時(shí)的受力模型；S4：離散求解每一所述單元的鉆柱動(dòng)力學(xué)模型，并根據(jù)所述受力模型得到所述底部鉆具組合的等效應(yīng)力；S5：得到所述底部鉆具組合的疲勞壽命。本發(fā)明考慮底部鉆具組合在負(fù)荷狀態(tài)下的動(dòng)態(tài)振動(dòng)特性，建立了基于鉆柱動(dòng)力學(xué)的底部鉆具組合疲勞壽命預(yù)測(cè)模型，使計(jì)算得到預(yù)測(cè)疲勞壽命有效性更好。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及石油和天然氣開(kāi)發(fā)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于鉆柱動(dòng)力學(xué)的底部鉆具組合疲勞壽命預(yù)測(cè)方法。

背景技術(shù)

鉆機(jī)下部鉆柱，通常由底部鉆具組合(BHA)、加重鉆桿(HWDP)和鉆桿組成，其中底部鉆具組合是指離鉆頭100～500m的鉆柱，這部分的鉆柱主要由鉆鋌、加重鉆桿和其他輔助工具組成。在負(fù)荷運(yùn)行過(guò)程中，底部鉆具組合受到軸向和橫向載荷、扭矩、壓力、摩擦力和粘滯阻力的共同作用，同時(shí)還受到井壁的約束。

在油氣井鉆井施工中底部鉆具組合是最容易產(chǎn)生故障及損壞的部分，底部鉆具組合的疲勞壽命及使用強(qiáng)度限制這鉆井施工的工藝和施工進(jìn)程。鉆具在工況條件惡劣而且受力復(fù)雜的條件下，收到受到磨損、腐蝕以及非正常破壞時(shí)會(huì)加速底部鉆具組合的斷裂、刺漏失效，鉆具所處的工況條件，地質(zhì)條件等因素的影響使底部鉆具組合的疲勞壽命難以預(yù)測(cè)，導(dǎo)致在設(shè)計(jì)鉆井工藝及施工進(jìn)程找那個(gè)難以有效控制底部鉆具組合的疲勞壽命。

為了解決上述問(wèn)題，研究人員對(duì)底部鉆具組合的疲勞壽命預(yù)測(cè)主要集中在兩個(gè)方面，一是鉆具材料，二是鉆具的動(dòng)力學(xué)特性，目前這兩種方式在預(yù)測(cè)底部鉆具組合的疲勞壽命時(shí)均是建立在底部鉆具組合處于一種或幾種平衡狀態(tài)的受力假設(shè)情況下。但由于底部鉆具組合在負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中，底部鉆具組合時(shí)刻處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)刻發(fā)生變化，所受到的力也時(shí)刻發(fā)生改變，所以采用穩(wěn)定平衡的狀態(tài)來(lái)進(jìn)行疲勞壽命預(yù)測(cè)很難保證結(jié)果的有效性，其與底部鉆具組合的實(shí)際負(fù)荷情況可能相聚甚遠(yuǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本申請(qǐng)的目的在于現(xiàn)有技術(shù)中預(yù)測(cè)底部鉆具組合疲勞壽命的方法結(jié)果有效性不高的問(wèn)題，提供一種基于鉆柱動(dòng)力學(xué)的底部鉆具組合疲勞壽命預(yù)測(cè)方法，考慮底部鉆具組合在負(fù)荷狀態(tài)下的動(dòng)態(tài)振動(dòng)特性，建立了基于鉆柱動(dòng)力學(xué)的底部鉆具組合疲勞壽命預(yù)測(cè)模型，使計(jì)算得到預(yù)測(cè)疲勞壽命有效性更好。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘韵录夹g(shù)方案：基于鉆柱動(dòng)力學(xué)的底部鉆具組合疲勞壽命預(yù)測(cè)方法，包括以下步驟：

S1：將目標(biāo)井的底部鉆具組合沿井眼軸線分為若干單元，并以目標(biāo)井的井眼軸線向?yàn)閆軸、以正東方向?yàn)閄軸、以正南方向?yàn)閅軸，建立坐標(biāo)軸，獲得每一所述單元的底部鉆具組合位移向量方程式；

S2：根據(jù)拉格朗日方程，獲得所述底部鉆具組合的鉆柱動(dòng)力學(xué)模型；

S3：假設(shè)所述目標(biāo)井井壁為剛性、所述底部鉆具組合和所述目標(biāo)井井壁隨機(jī)接觸，獲得所述底部鉆具組合與井壁接觸時(shí)的受力模型；

S4：設(shè)定所述底部鉆具組合和邊界條件，并將所述底部鉆具組合位移向量方程式帶入所述鉆柱動(dòng)力學(xué)模型，離散求解每一所述單元的鉆柱動(dòng)力學(xué)模型，并根據(jù)所述受力模型得到所述底部鉆具組合的等效應(yīng)力；

S5：設(shè)定所述底部鉆具組合的初始條件，并根據(jù)Walker模型和所述底部鉆具組合的等效應(yīng)力得到所述底部鉆具組合的疲勞壽命。

進(jìn)一步地，每一所述單元的底部鉆具組合位移向量方程式為：