一種測定三維井眼中套管軸向力和側(cè)向力的方法及設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種測定三維井眼中套管軸向力和側(cè)向力的方法及設(shè)備，所述方法包括：獲取三維井眼的軌跡測點(diǎn)數(shù)據(jù)；從軌跡測點(diǎn)數(shù)據(jù)中選取任意兩個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的套管柱作為一個(gè)微單元；采集微單元的曲率、長度、有效重力、橫截面的慣性矩、彈性模量、第一井斜角、第二井斜角、第一方位角以及第二方位角、井眼的摩阻系數(shù)；確定第二端的軸向力、第一端的軸向力、所述微單元單位長度的側(cè)向力；根據(jù)微單元的第二端的軸向力、第一端的軸向力、所述微單元單位長度的側(cè)向力確定三維井眼中套管的軸向力和側(cè)向力。不僅可用于套管強(qiáng)度設(shè)計(jì)，對(duì)鉆井、完井、采油及修井作業(yè)的方案設(shè)計(jì)和調(diào)整都具有非常重要的參考價(jià)值，還是評(píng)估套管抗擠毀能力的基礎(chǔ)。
【專利說明】一種測定三維井眼中套管軸向力和側(cè)向力的方法及設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明關(guān)于石油開采和鉆完井【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是關(guān)于三維井眼中套管強(qiáng)度的設(shè)計(jì)技術(shù)，具體的講是一種測定三維井眼中套管軸向力和側(cè)向力的方法及設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]在我國的石油產(chǎn)量中，稠油占有的比例逐年增加。稠油開采主要采用熱力采油工藝，包括井筒加熱、熱水驅(qū)、熱汽驅(qū)、蒸汽吞吐和火燒油層等，其中真正實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用的是注蒸汽法。然而，注蒸汽法在提高開采經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也傷害了套管周圍的巖層結(jié)構(gòu)，從而降低了油井的使用壽命，甚至導(dǎo)致油井報(bào)廢。套管作為生產(chǎn)層與地面的通道，狀態(tài)好壞關(guān)系著安全生產(chǎn)和油氣井的壽命，同時(shí)也影響鉆井成本。
[0003]目前，現(xiàn)有技術(shù)中普遍認(rèn)為熱采井套管損壞是軸向熱脹應(yīng)力過高引起的，因此以軸向熱脹應(yīng)力不得超過管材屈服極限作為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，因而磨損套管的軸向力和側(cè)向力的預(yù)測或評(píng)估，對(duì)鉆井、完井、采油及修井作業(yè)的方案設(shè)計(jì)和調(diào)整都具有非常重要的參考價(jià)值。而且，準(zhǔn)確計(jì)算出磨損套管的軸向力和側(cè)向力是評(píng)估套管抗擠毀能力的基礎(chǔ)。
[0004]定向井、水平井中套管的變形、受力和運(yùn)動(dòng)是套管在狹長彎曲井眼中的復(fù)雜力學(xué)難題?，F(xiàn)有技術(shù)中，該難題的精確求解一般采用初彎曲縱橫彎曲梁理論，依據(jù)三彎矩方程寫出多元線性方程組，然后用計(jì)算機(jī)聯(lián)立求解得到，但是這種方法涉及的公式、數(shù)據(jù)頗多，且公式和方法都很復(fù)雜，計(jì)算過程繁瑣冗長，極大降低了磨損套管的軸向力和側(cè)向力的測定效率，進(jìn)而影響了根據(jù)磨損套管的軸向力和側(cè)向力對(duì)鉆井、完井、采油及修井作業(yè)的方案設(shè)計(jì)和調(diào)整的效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種測定三維井眼中套管軸向力和側(cè)向力的方法及設(shè)備，利用有限差分方法提出一種近似、簡便的方案，基于井眼軌跡數(shù)據(jù)將套管分成單位長度的微單元段，由套管最底端開始由下往上逐段進(jìn)行計(jì)算，滿足采油工程要求，不僅可用于套管強(qiáng)度設(shè)計(jì)，對(duì)鉆井、完井、采油及修井作業(yè)的方案設(shè)計(jì)和調(diào)整都具有非常重要的參考價(jià)值，還是評(píng)估套管抗擠毀能力的基礎(chǔ)。
[0006]本發(fā)明的目的之一是，提供一種測定三維井眼中套管軸向力和側(cè)向力的方法，包括:獲取三維井眼的軌跡測點(diǎn)數(shù)據(jù)；從所述軌跡測點(diǎn)數(shù)據(jù)中選取任意兩個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的套管柱作為一個(gè)微單元；采集所述微單元的曲率、長度、有效重力、所述微單元的橫截面的慣性矩、所述微單元的彈性模量；采集所述微單元對(duì)應(yīng)的軌跡測點(diǎn)的第一井斜角、第二井斜角、第一方位角以及第二方位角、井眼的摩阻系數(shù)；根據(jù)所述微單元的曲率、長度、有效重力、橫截面的慣性矩、彈性模量以及第一井斜角、第二井斜角、第一方位角以及第二方位角、井眼的摩阻系數(shù)確定所述微單元的第二端的軸向力、第一端的軸向力、所述微單元單位長度的側(cè)向力；根據(jù)所述微單元的第二端的軸向力、第一端的軸向力、所述微單元單位長度的側(cè)向力確定三維井眼中套管的軸向力和側(cè)向力。[0007]本發(fā)明的目的之一是，提供了一種測定三維井眼中套管軸向力和側(cè)向力的設(shè)備，包括:軌跡測點(diǎn)數(shù)據(jù)獲取裝置，用于獲取三維井眼的軌跡測點(diǎn)數(shù)據(jù)；微單元選取裝置，用于從所述軌跡測點(diǎn)數(shù)據(jù)中選取任意兩個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的套管柱作為一個(gè)微單元；第一采集裝置，用于采集所述微單元的曲率、長度、有效重力、所述微單元的橫截面的慣性矩、所述微單元的彈性模量；第二采集裝置，用于采集所述微單元對(duì)應(yīng)的軌跡測點(diǎn)的第一井斜角、第二井斜角、第一方位角以及第二方位角、井眼的摩阻系數(shù)；微單元向力測定裝置，用于根據(jù)所述微單元的曲率、長度、有效重力、橫截面的慣性矩、彈性模量以及第一井斜角、第二井斜角、第一方位角以及第二方位角、井眼的摩阻系數(shù)確定所述微單元的第二端的軸向力、第一端的軸向力、所述微單元單位長度的側(cè)向力；套管向力測定裝置，用于根據(jù)所述微單元的第二端的軸向力、第一端的軸向力、所述微單元單位長度的側(cè)向力確定三維井眼中套管的軸向力和側(cè)向力。
[0008]本發(fā)明的有益效果在于，提供了一種測定三維井眼中套管軸向力和側(cè)向力的方法及設(shè)備，利用有限差分法的基本假設(shè)，利用空間坐標(biāo)變換和數(shù)學(xué)分析的方法，以任意兩個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的套管柱為一個(gè)單元，推導(dǎo)出了套管柱下單元軸向力、管柱上單元軸向力，管柱加速運(yùn)動(dòng)和液體阻力等因素在管柱單元上產(chǎn)生的軸向力、管柱變形引起的側(cè)向力、全角平面上的總側(cè)向力、副法線方向上的總側(cè)向力，管柱單元總側(cè)向力的一系列參數(shù)方程，利用有限差分方法提出一種近似、簡便的方案，基于井眼軌跡數(shù)據(jù)將套管分成單位長度的微單元段，由套管最底端開始由下往上逐段進(jìn)行計(jì)算，滿足采油工程要求，不僅可用于套管強(qiáng)度設(shè)計(jì)，對(duì)鉆井、完井、采油及修井作業(yè)的方案設(shè)計(jì)和調(diào)整都具有非常重要的參考價(jià)值，還是評(píng)估套管抗擠毀能力的基礎(chǔ)。
[0009]為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合所附圖式，作詳細(xì)說明如下。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0011]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種測定三維井眼中套管軸向力和側(cè)向力的方法的流程圖；
[0012]圖2為圖1中的步驟S105的具體流程圖；
[0013]圖3為圖2中的步驟S201的具體流程圖；
[0014]圖4為圖2中的步驟S202的具體流程圖；
[0015]圖5為圖2中的步驟S203的具體流程圖；
[0016]圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種測定三維井眼中套管軸向力和側(cè)向力的設(shè)備的結(jié)構(gòu)框圖；
[0017]圖7為本發(fā)明提供的一種測定三維井眼中套管軸向力和側(cè)向力的設(shè)備中微單元向力測定裝置500的結(jié)構(gòu)框圖；
[0018]圖8為本發(fā)明提供的一種測定三維井眼中套管軸向力和側(cè)向力的設(shè)備中第一關(guān)系式確定模塊501的結(jié)構(gòu)框圖；
[0019]圖9為本發(fā)明提供的一種測定三維井眼中套管軸向力和側(cè)向力的設(shè)備中第二關(guān)系式確定模塊502的結(jié)構(gòu)框圖；
[0020]圖10為本發(fā)明提供的一種測定三維井眼中套管軸向力和側(cè)向力的設(shè)備中第三關(guān)系式確定模塊503的結(jié)構(gòu)框圖；
[0021]圖11為建立軸向載荷和其它因素的關(guān)系式的示意圖；
[0022]圖12為將井眼軌跡數(shù)據(jù)點(diǎn)為節(jié)點(diǎn)、套管劃分成單元、任意兩個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的套管為一個(gè)單元示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0024]定向井、水平井中套管的變形、受力和運(yùn)動(dòng)是套管在狹長彎曲井眼中的復(fù)雜力學(xué)難題?，F(xiàn)有技術(shù)中的求解一般采用初彎曲縱橫彎曲梁理論，依據(jù)三彎矩方程寫出多元線性方程組，然后用計(jì)算機(jī)聯(lián)立求解得到，但是這種方法涉及的公式、數(shù)據(jù)頗多，且公式和方法都很復(fù)雜，計(jì)算過程繁瑣冗長，極大降低了磨損套管的軸向力和側(cè)向力的測定效率，進(jìn)而影響了根據(jù)磨損套管的軸向力和側(cè)向力對(duì)鉆井、完井、采油及修井作業(yè)的方案設(shè)計(jì)和調(diào)整的效率。
[0025]基于此，本發(fā)明提出的一種測定三維井眼中套管軸向力和側(cè)向力的方法，圖1為該方法的具體流程圖，由圖1可知，所述的方法包括:
[0026]SlOl:獲取三維井眼的軌跡測點(diǎn)數(shù)據(jù)。
[0027]S102:從所述軌跡測點(diǎn)數(shù)據(jù)中選取任意兩個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的套管柱作為一個(gè)微單元。本發(fā)明為了建立計(jì)算三維井眼中套管軸向載荷的通用模型，首先考慮兩井眼軌跡測點(diǎn)之間的一個(gè)微單元。以井眼軌跡數(shù)據(jù)點(diǎn)為節(jié)點(diǎn)，把套管劃分成單元，即任意兩個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的套管為一個(gè)微單元，如圖12所示。
[0028]S103:采集所述微單元的曲率、長度、有效重力、所述微單元的橫截面的慣性矩、所述微單元的彈性模量。在具體的實(shí)施方式中，可設(shè)Ls為所述微單元的長度，K為微單元的曲率，q為所述微單元的有效重力，I為所述微單元的橫截面的慣性矩，E為所述微單元的鋼材的彈性模量。
[0029]S104:采集所述微單元對(duì)應(yīng)的軌跡測點(diǎn)的第一井斜角、第二井斜角、第一方位角以及第二方位角、井眼的摩阻系數(shù)。在具體的實(shí)施方式中，可設(shè)a i為所述微單元對(duì)應(yīng)的軌跡測點(diǎn)的上端點(diǎn)的井斜角，稱為第一井斜角，a 2為所述微單元對(duì)應(yīng)的軌跡測點(diǎn)的下端點(diǎn)的井斜角，稱為第二井斜角，例為所述微單元的上端點(diǎn)的方位角，稱為第一方位角，％為微單元的下端點(diǎn)的方位角，稱為第二方位角，U為井眼的摩阻系數(shù)。
[0030]S105:根據(jù)所述微單元的曲率、長度、有效重力、橫截面的慣性矩、彈性模量以及第一井斜角、第二井斜角、第一方位角以及第二方位角、井眼的摩阻系數(shù)確定所述微單元的第二端的軸向力、第一端的軸向力、所述微單元單位長度的側(cè)向力。圖2為步驟S105的具體流程圖。
[0031]S106:根據(jù)所述微單元的第二端的軸向力、第一端的軸向力、所述微單元單位長度的側(cè)向力確定三維井眼中套管的軸向力和側(cè)向力。步驟S105計(jì)算出微單元的軸向力以及側(cè)向力后，整個(gè)三維井眼中套管即可視為由若干個(gè)微單元組成，將若干個(gè)微單元對(duì)應(yīng)的軸向力與側(cè)向力疊加則可確定出整個(gè)套管的軸向力和側(cè)向力。在具體的實(shí)施方式中，也可令套管微單元的長度等于本段套管柱長度，則步驟S105計(jì)算出微單元的軸向力以及側(cè)向力即為整個(gè)三維井眼中套管的側(cè)向力與軸向力。
[0032]圖2為圖1中的步驟S105的具體流程圖，由圖2可知，步驟S105具體包括:
[0033]S201:根據(jù)所述微單元的曲率、長度、有效重力、橫截面的慣性矩、彈性模量以及第一井斜角、第二井斜角、井眼的摩阻系數(shù)確定所述微單元的第二端的軸向力、單位長度的側(cè)向力與第一端的軸向力的關(guān)系式，稱為第一關(guān)系式。圖3為步驟S201的具體流程圖，由圖3可知，步驟S201具體包括:
[0034]S301:根據(jù)所述微單元的曲率以及長度確定所述微單元的全角變化。本發(fā)明為了建立計(jì)算三維井眼中套管軸向載荷的通用模型，首先考慮兩井眼軌跡測點(diǎn)之間的一個(gè)微單元，如圖11所示，建立軸向載荷和其它因素的關(guān)系式。為了便于推導(dǎo)，本發(fā)明假設(shè):(1)微單元的曲率為常數(shù)(可以先通過最小曲率法求得)；(2)套管軸線和井眼軸線重合，此假設(shè)隱含微單元的曲率和井眼曲率相同；(3)兩測點(diǎn)間的井眼軌跡位于一個(gè)空間平面內(nèi)；(4)套管的彎曲變形仍在彈性范圍之內(nèi)。
[0035]根據(jù)微單元的曲率為常數(shù)的假設(shè)，可根據(jù)微單元的長度和微單元的曲率，由下式計(jì)算微單元的全角變化0:
[0036]0 =KLs (I)
[0037]其中，K為微單元單元的曲率；LS為微單元的長度。
[0038]S302:根據(jù)所述微單元的橫截面的慣性矩、所述微單元的彈性模量以及曲率確定變形引起的側(cè)向力。Sfe為套管變形引起的側(cè)向力。則由下式計(jì)算:
[0039]Fe=11. 3EIK3 (2)
[0040]其中，I為套管橫截面的慣性矩；E為鋼材的彈性模量；K為微單元的曲率。
[0041]S303:根據(jù)所述微單元的全角變化、長度、有效重力、井眼的摩阻系數(shù)、變形引起的側(cè)向力以及第一井斜角、第二井斜角確定所述微單元的第二端的軸向力、單位長度的側(cè)向力與第一端的軸向力的關(guān)系式，稱為第一關(guān)系式。
[0042]單位長度套管的有效重力向量為:
[0043]q = qK(3)
[0044]設(shè)微單元下端的軸向力即第二端的軸向力為T2，單位長度的側(cè)向力Fn，其上端的軸向力即第一端的軸向力T1可由下式算得:
【權(quán)利要求】
1.一種測定三維井眼中套管軸向力和側(cè)向力的方法，其特征是，所述的方法具體包括: 獲取三維井眼的軌跡測點(diǎn)數(shù)據(jù)； 從所述軌跡測點(diǎn)數(shù)據(jù)中選取任意兩個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的套管柱作為一個(gè)微單元； 采集所述微單元的曲率、長度、有效重力、所述微單元的橫截面的慣性矩、所述微單元的彈性模量； 采集所述微單元對(duì)應(yīng)的軌跡測點(diǎn)的第一井斜角、第二井斜角、第一方位角以及第二方位角、井眼的摩阻系數(shù)； 根據(jù)所述微單元的曲率、長度、有效重力、橫截面的慣性矩、彈性模量以及第一井斜角、第二井斜角、第一方位角以及第二方位角、井眼的摩阻系數(shù)確定所述微單元的第二端的軸向力、第一端的軸向力、所述微單元單位長度的側(cè)向力； 根據(jù)所述微單元的第二端的軸向力、第一端的軸向力、所述微單元單位長度的側(cè)向力確定三維井眼中套管的軸向力和側(cè)向力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，根據(jù)所述微單元的曲率、長度、有效重力、橫截面的慣性矩、彈性模量以及第一井斜角、第二井斜角、第一方位角以及第二方位角、井眼的摩阻系數(shù)確定所述微單元的第二端的軸向力、第一端的軸向力、所述微單元單位長度的側(cè)向力具體包括: 根據(jù)所述微單元的曲率、長度、有效重力、橫截面的慣性矩、彈性模量以及第一井斜角、第二井斜角、井眼的摩阻系數(shù)確定所述微單元的第二端的軸向力、單位長度的側(cè)向力與第一端的軸向力的關(guān)系式，稱為第一關(guān)系式； 根據(jù)所述微單元的曲率、長度、有效重力、第一井斜角、第二井斜角、第一方位角以及第二方位角確定所述微單元的第二端的軸向力、第一端的軸向力與全角平面上的總側(cè)向力的關(guān)系式，稱為第二關(guān)系式； 根據(jù)所述微單元的長度、有效重力、第一井斜角、第二井斜角、第一方位角以及第二方位角確定所述微單元的副法線方向上的總側(cè)向力，稱為第三關(guān)系式； 根據(jù)所述全角平面的總側(cè)向力、副法線方向上的總側(cè)向力確定三維井眼中的所述微單元單位長度的側(cè)向力，稱為第四關(guān)系式； 根據(jù)所述第一關(guān)系式、第二關(guān)系式、第三關(guān)系式、第四關(guān)系式確定所述微單元的第二端的軸向力、第一端的軸向力、所述微單元單位長度的側(cè)向力。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征是，根據(jù)所述微單元的曲率、長度、有效重力、橫截面的慣性矩、彈性模量以及第一井斜角、第二井斜角、井眼的摩阻系數(shù)確定所述微單元的第二端的軸向力、單位長度的側(cè)向力與第一端的軸向力的關(guān)系式，稱為第一關(guān)系式具體包括: 根據(jù)所述微單元的曲率以及長度確定所述微單元的全角變化； 根據(jù)所述微單元的橫截面的慣性矩、所述微單元的彈性模量以及曲率確定變形引起的側(cè)向力； 根據(jù)所述微單元的全角變化、長度、有效重力、井眼的摩阻系數(shù)、變形引起的側(cè)向力以及第一井斜角、第二井斜角確定所述微單元的第二端的軸向力、單位長度的側(cè)向力與第一端的軸向力的關(guān)系式，稱為第一關(guān)系式。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征是，所述的第一關(guān)系式為:
5.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的方法，其特征是，根據(jù)所述微單元的曲率、長度、有效重力、第一井斜角、第二井斜角、第一方位角以及第二方位角確定所述微單元的第二端的軸向力、第一端的軸向力與全角平面上的總側(cè)向力的關(guān)系式，稱為第二關(guān)系式具體包括: 根據(jù)所述微單元的曲率以及長度確定所述微單元的全角變化； 根據(jù)所述的第一傾斜角以及第一方位角確定所述微單元的第一端點(diǎn)對(duì)應(yīng)的切向量；根據(jù)所述的第二傾斜角以及第二方位角確定所述微單元的第二端點(diǎn)對(duì)應(yīng)的切向量；將所述第一端點(diǎn)對(duì)應(yīng)的切向量與第二端點(diǎn)對(duì)應(yīng)的切向量叉乘、單位化后得到所述微單元的單位副法向量； 根據(jù)所述第一端點(diǎn)對(duì)應(yīng)的切向量與第二端點(diǎn)對(duì)應(yīng)的切向量確定所述微單元中點(diǎn)的單位切向量； 將所述的單位副法向量以及所述的單位切向量進(jìn)行叉乘，得到所述微單元的單位主法向量; 根據(jù)所述微單元的全角變化、長度、有效重力、單位主法向量確定所述微單元的第二端的軸向力、第一端的軸向力與全角平面上的總側(cè)向力的關(guān)系式，稱為第二關(guān)系式。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征是，所述的第二關(guān)系式為:
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征是，根據(jù)所述微單元的長度、有效重力、第一井斜角、第二井斜角、第一方位角以及第二方位角確定所述微單元的副法線方向上的總側(cè)向力，稱為第三關(guān)系式具體包括: 根據(jù)所述的第一傾斜角以及第一方位角確定所述微單元的第一端點(diǎn)對(duì)應(yīng)的切向量；根據(jù)所述的第二傾斜角以及第二方位角確定所述微單元的第二端點(diǎn)對(duì)應(yīng)的切向量；將所述第一端點(diǎn)對(duì)應(yīng)的切向量與第二端點(diǎn)對(duì)應(yīng)的切向量叉乘、單位化后得到所述微單元的單位副法向量； 根據(jù)所述微單元的長度、有效重力、單位副法向量確定所述微單元的副法線方向上的總側(cè)向力，稱為第三關(guān)系式。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征是，所述的第三關(guān)系式為:
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征是，所述的第四關(guān)系式為:
10.一種測定三維井眼中套管軸向力和側(cè)向力的設(shè)備，其特征是，所述的設(shè)備具體包括: 軌跡測點(diǎn)數(shù)據(jù)獲取裝置，用于獲取三維井眼的軌跡測點(diǎn)數(shù)據(jù)； 微單元選取裝置，用于從所述軌跡測點(diǎn)數(shù)據(jù)中選取任意兩個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的套管柱作為一個(gè)微單兀； 第一采集裝置，用于采集所述微單元的曲率、長度、有效重力、所述微單元的橫截面的慣性矩、所述微單元的彈性模量； 第二采集裝置，用于采集所述微單元對(duì)應(yīng)的軌跡測點(diǎn)的第一井斜角、第二井斜角、第一方位角以及第二方位角、井眼的摩阻系數(shù)； 微單元向力測定裝置，用于根據(jù)所述微單元的曲率、長度、有效重力、橫截面的慣性矩、彈性模量以及第一井斜角、第二井斜角、第一方位角以及第二方位角、井眼的摩阻系數(shù)確定所述微單元的第二端的軸向力、第一端的軸向力、所述微單元單位長度的側(cè)向力； 套管向力測定裝置，用于根據(jù)所述微單元的第二端的軸向力、第一端的軸向力、所述微單元單位長度的側(cè)向力確定三維井眼中套管的軸向力和側(cè)向力。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其特征是，所述的微單元向力測定裝置具體包括: 第一關(guān)系式確定模塊，用于根據(jù)所述微單元的曲率、長度、有效重力、橫截面的慣性矩、彈性模量以及第一井斜角、第二井斜角、井眼的摩阻系數(shù)確定所述微單元的第二端的軸向力、單位長度的側(cè)向力與第一端的軸向力的關(guān)系式，稱為第一關(guān)系式； 第二關(guān)系式確定模塊，用于根據(jù)所述微單元的曲率、長度、有效重力、第一井斜角、第二井斜角、第一方位角以及第二方位角確定所述微單元的第二端的軸向力、第一端的軸向力與全角平面上的總側(cè)向力的關(guān)系式，稱為第二關(guān)系式； 第三關(guān)系式確定模塊，用于根據(jù)所述微單元的長度、有效重力、第一井斜角、第二井斜角、第一方位角以及第二方位角確定所述微單元的副法線方向上的總側(cè)向力，稱為第三關(guān)系式; 第四關(guān)系式確定模塊，用于根據(jù)所述全角平面的總側(cè)向力、副法線方向上的總側(cè)向力確定三維井眼中的所述微單元單位長度的側(cè)向力，稱為第四關(guān)系式； 微單元向力測定模塊，用于根據(jù)所述第一關(guān)系式、第二關(guān)系式、第三關(guān)系式、第四關(guān)系式確定所述微單元的第二端的軸向力、第一端的軸向力、所述微單元單位長度的側(cè)向力。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其特征是，所述的第一關(guān)系式確定模塊具體包括: 全角變化確定單元，用于根據(jù)所述微單元的曲率以及長度確定所述微單元的全角變化； 變形側(cè)向力確定單元，用于根據(jù)所述微單元的橫截面的慣性矩、所述微單元的彈性模量以及曲率確定變形引起的側(cè)向力； 第一關(guān)系式確定單元，用于根據(jù)所述微單元的全角變化、長度、有效重力、井眼的摩阻系數(shù)、變形引起的側(cè)向力以及第一井斜角、第二井斜角確定所述微單元的第二端的軸向力、單位長度的側(cè)向力與第一端的軸向力的關(guān)系式，稱為第一關(guān)系式。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其特征是，所述的第一關(guān)系式為:
14.根據(jù)權(quán)利要求11或13所述的設(shè)備，其特征是，所述的第二關(guān)系式確定模塊具體包括: 全角變化確定單元，用于根據(jù)所述微單元的曲率以及長度確定所述微單元的全角變化； 第一切向量確定單元，用于根據(jù)所述的第一傾斜角以及第一方位角確定所述微單元的第一端點(diǎn)對(duì)應(yīng)的切向量； 第二切向量確定單元，用于根據(jù)所述的第二傾斜角以及第二方位角確定所述微單元的第二端點(diǎn)對(duì)應(yīng)的切向量； 副法向量確定單元，用于將所述第一端點(diǎn)對(duì)應(yīng)的切向量與第二端點(diǎn)對(duì)應(yīng)的切向量叉乘、單位化后得到所述微單元的單位副法向量； 單位切向量確定單元，用于根據(jù)所述第一端點(diǎn)對(duì)應(yīng)的切向量與第二端點(diǎn)對(duì)應(yīng)的切向量確定所述微單元中點(diǎn)的單位切向量； 主法向量確定單元，用于將所述的單位副法向量以及所述的單位切向量進(jìn)行叉乘，得到所述微單元的單位主法向量； 第二關(guān)系式確定單元，用于根據(jù)所述微單元的全角變化、長度、有效重力、單位主法向量確定所述微單元的第二端的軸向力、第一端的軸向力與全角平面上的總側(cè)向力的關(guān)系式，稱為第二關(guān)系式。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其特征是，所述的第二關(guān)系式為:
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其特征是，所述的第三關(guān)系式確定模塊具體包括: 第一切向量確定單元，用于根據(jù)所述的第一傾斜角以及第一方位角確定所述微單元的第一端點(diǎn)對(duì)應(yīng)的切向量； 第二切向量確定單元，用于根據(jù)所述的第二傾斜角以及第二方位角確定所述微單元的第二端點(diǎn)對(duì)應(yīng)的切向量； 副法向量確定單元，用于將所述第一端點(diǎn)對(duì)應(yīng)的切向量與第二端點(diǎn)對(duì)應(yīng)的切向量叉乘、單位化后得到所述微單元的單位副法向量； 第三關(guān)系式確定單元，用于根據(jù)所述微單元的長度、有效重力、單位副法向量確定所述微單元的副法線方向上的總側(cè)向力，稱為第三關(guān)系式。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其特征是，所述的第三關(guān)系式為: Fv = Wn 其中，F(xiàn)np為副法線方向上的總側(cè)向力，Ls為所述微單元的長度J為所述微單元的有效重力向量，沿為單位副法向量。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其特征是，所述的第四關(guān)系式為:
【文檔編號(hào)】E21B47/00GK103615233SQ201310629634
【公開日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2013年11月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月29日
【發(fā)明者】馬振, 齊海鷹, 曹傳文, 彭松良, 曲紹剛, 張成博, 劉洪芹, 宋陽, 鐘滿發(fā) 申請(qǐng)人:中國石油天然氣股份有限公司