一種鉆桿用扶正器的布置方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鉆桿用扶正器的布置方法，包括：將三維井眼軌跡數(shù)據(jù)點(diǎn)設(shè)置為節(jié)點(diǎn)，將所述任意兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)之間的鉆桿桿段設(shè)定為一個(gè)鉆桿單元；獲取相關(guān)的基本參數(shù)；根據(jù)獲取的基本參數(shù)，利用有限差分法確定所述鉆桿單元受到的側(cè)向力；根據(jù)所述鉆桿單元的側(cè)向力，確定其受到的正壓力；根據(jù)所述鉆桿單元的受到的正壓力，利用等磨損原則，確定扶正器的個(gè)數(shù)，并對所述鉆桿單元上已經(jīng)確定個(gè)數(shù)的扶正器進(jìn)行定位；最后可以根據(jù)彎曲梁理論校核所述相鄰兩個(gè)扶正器之間的間距。通過上述鉆桿用扶正器的布置方法，結(jié)合鉆桿用扶正器的布置裝置合理布置所述鉆桿上的鉆桿用扶正器，從而實(shí)現(xiàn)鉆桿的防偏磨。
【專利說明】一種鉆桿用扶正器的布置方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鉆完井領(lǐng)域中一種鉆桿的防偏磨設(shè)計(jì)，特別涉及一種鉆桿用扶正器的布置方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在石油鉆完井領(lǐng)域中，一般前期需要使用鉆柱進(jìn)行鉆井。如圖1所示，所述鉆柱I設(shè)置于套管2中。所述鉆柱I主要包括鉆頭11和鉆桿12。所述鉆桿12是由多根桿段連接而成的，在所述連接的位置通過設(shè)置接箍13連接成一整個(gè)鉆桿12。通常在所述接箍13處套設(shè)有扶正器14。
[0003]當(dāng)所述鉆桿12在回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)，特別是在鉆定向井時(shí)，其井眼的軌跡是三維彎曲的，所述鉆桿12受到的力也是空間三維方向的。所述空間三維力總體可分解為軸向力、側(cè)向力及正壓力。若不安裝扶正器14，所述鉆桿12在套管2中回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)，在所述空間三維力的作用下，容易產(chǎn)生形變，從而不可避免地與套管2內(nèi)壁間的接觸和摩擦，尤其是接箍13部位與套管2接觸承受著劇烈的磨料磨損。在所述摩擦作用下，久而久之，鉆桿12會(huì)造成桿斷、桿脫、管漏等事故，增大作業(yè)成本。因此，需要在鉆桿12上安裝扶正器14，發(fā)揮其扶正、分隔和減摩的作用。并且所述扶正器14的理想位置，應(yīng)該位于鉆桿12受力較大的位置。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中，一般是通過對鉆桿12的受力進(jìn)行分析，從而確定扶正器14的位置。所述對鉆桿12的受力進(jìn)行分析的數(shù)值方法主要有差分法。然而由于所述差分法考慮的因素比較簡單，使得計(jì)算結(jié)果和實(shí)際偏差較大。因此目前還沒有一種合理的布置鉆桿用扶正器的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種鉆桿用扶正器的布置方法及裝置，用于合理布置所述鉆桿上鉆桿用扶正器，以實(shí)現(xiàn)鉆桿的防偏磨。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下所述:
[0007]—種鉆桿用扶正器的布置方法，所述方法具體包括:
[0008]S1:以三維井眼軌跡數(shù)據(jù)點(diǎn)為節(jié)點(diǎn)，將所述任意兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)之間的鉆桿桿段設(shè)定為一個(gè)鉆桿單元；
[0009]S2:獲取所述鉆桿單元對應(yīng)的基本參數(shù),包括:所述鉆桿單元的曲率、長度、有效重力、橫截面的慣性矩、彈性模量；所述SI設(shè)定的兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)中，第一節(jié)點(diǎn)的第一井斜角、第一真方位角、第二節(jié)點(diǎn)的第二井斜角、第二真方位角；所述井眼的摩阻系數(shù)、鉆桿的鉆進(jìn)速度、鉆井液粘度、井深以及套管內(nèi)徑和鉆桿直徑之比；
[0010]S3:根據(jù)S2中所述基本參數(shù)，利用有限差分法確定所述鉆桿單元受到的側(cè)向力；
[0011]S4:根據(jù)S3中所述鉆桿單元的側(cè)向力，確定其受到的正壓力；
[0012]S5:根據(jù)S4中所述鉆桿單元受到的正壓力，定位所述鉆桿單元上的扶正器。
[0013]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，在SI中將所述任意兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)之間的鉆桿桿段設(shè)定為一個(gè)鉆桿單元具體包括:
[0014]Sll:當(dāng)所述任意兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)之間包含所述桿段分界的上和/或下端時(shí)，在所述桿段的上和/或下端位置增加節(jié)點(diǎn)；
[0015]S12:重復(fù)Sll過程直至任意兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)之間不包含桿段分界的上和/或下端；
[0016]S13:選取所述任意兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)之間的鉆桿桿段作為一個(gè)鉆桿單元。
[0017]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，S3中所述利用有限差分法確定鉆桿單元側(cè)向力的具體步驟為:
[0018]S31:根據(jù)所述鉆桿單元的曲率、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)、鉆桿的鉆進(jìn)速度、鉆井液粘度、井深以及套管內(nèi)徑和鉆桿直徑之比確定所述鉆桿單元的第二節(jié)點(diǎn)的軸向力、單位長度的側(cè)向力與第一節(jié)點(diǎn)的軸向力的關(guān)系，具體通過第一關(guān)系式確定:
[0019]
【權(quán)利要求】
1.一種鉆桿用扶正器的布置方法，其特征在于，所述方法具體包括: S1:以三維井眼軌跡數(shù)據(jù)點(diǎn)為節(jié)點(diǎn)，將所述任意兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)之間的鉆桿桿段設(shè)定為一個(gè)鉆桿單元； 52:獲取所述鉆桿單元對應(yīng)的基本參數(shù),包括:所述鉆桿單元的曲率、長度、有效重力、橫截面的慣性矩、彈性模量；所述SI設(shè)定的兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)中，第一節(jié)點(diǎn)的第一井斜角、第一真方位角、第二節(jié)點(diǎn)的第二井斜角、第二真方位角；所述井眼的摩阻系數(shù)、鉆桿的鉆進(jìn)速度、鉆井液粘度、井深以及套管內(nèi)徑和鉆桿直徑之比； 53:根據(jù)S2中所述基本參數(shù)，利用有限差分法確定所述鉆桿單元受到的側(cè)向力； 54:根據(jù)S3中所述鉆桿單元的側(cè)向力，確定其受到的正壓力； 55:根據(jù)S4中所述鉆桿單元受到的正壓力，定位所述鉆桿單元上的扶正器。
2.如權(quán)利要求1所述的一種鉆桿用扶正器的布置方法，其特征在于，在SI中將所述任意兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)之間的鉆桿桿段設(shè)定為一個(gè)鉆桿單元具體包括: 511:當(dāng)所述任意兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)之間包含所述桿段分界的上和/或下端時(shí)，在所述桿段的上和/或下端位置增加節(jié)點(diǎn)； 512:重復(fù)Sll過程直至任意兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)之間不包含桿段分界的上和/或下端； 513:選取所述任意兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)之間的鉆桿桿段作為一個(gè)鉆桿單元。
3.如權(quán)利要求1所述的一種鉆桿用扶正器的布置方法，其特征在于:S3中所述利用有限差分法確定鉆桿單元側(cè)向力的具體步驟為: S31:根據(jù)所述鉆桿單元的曲率、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)、鉆桿的鉆進(jìn)速度、鉆井液粘度、井深以及套管內(nèi)徑和鉆桿直徑之比確定所述鉆桿單元的第二節(jié)點(diǎn)的軸向力、單位長度的側(cè)向力與第一節(jié)點(diǎn)的軸向力的關(guān)系，具體通過第一關(guān)系式確定:
4.如權(quán)利要求1所述的一種鉆桿用扶正器的布置方法，其特征在于:S4中所述根據(jù)S3中所述鉆桿單元的側(cè)向力，確定其受到的正壓力，具體通過第五關(guān)系式獲得，所述第五關(guān)系式為:
5.如權(quán)利要求1所述的一種鉆桿用扶正器的布置方法，其特征在于:S5中所述根據(jù)S4中所述鉆桿單元受到的正壓力，定位所述鉆桿單元上的扶正器具體為利用等磨損原則，通過第六關(guān)系式，確定扶正器的個(gè)數(shù)，再定位所述鉆桿單元上的扶正器，其中所述第六關(guān)系式為:
6.如權(quán)利要求1所述的一種鉆桿用扶正器的布置方法，其特征在于:在所述S5之后還包括校核所述已定位的相鄰兩個(gè)扶正器的間距。
7.如權(quán)利要求6所述的一種鉆桿用扶正器的布置方法，其特征在于:所述校核所述已定位的相鄰兩個(gè)扶正器的間距具體根據(jù)彎曲梁理論，利用第七關(guān)系式校核，其中所述第七關(guān)系式為:
192￡7(D/,-JD0)>i/sin?(L?-4_1)4 其中，E為彈性模量，I為桿柱橫截面的慣性矩，Dp為扶正器直徑，D0為鉆桿外徑，q為所述鉆桿單元的有效重力，3為平均井斜角，Ln-Llri為相鄰兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的長度。
8.一種鉆桿用扶正器的布置裝置，其特征在于，所述裝置具體包括: 鉆桿單元設(shè)定模塊，用于以所述三維井眼軌跡數(shù)據(jù)點(diǎn)為節(jié)點(diǎn)，將任意兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)之間的鉆桿設(shè)定為一個(gè)鉆桿單元； 基本參數(shù)獲取模塊，用于獲取所述鉆桿單元的曲率、長度、有效重力、橫截面的慣性矩、彈性模量，任意兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)處的第一井斜角、第二井斜角、第一真方位角、第二真方位角，所述井眼的摩阻系數(shù)、鉆桿的鉆進(jìn)速度、鉆井液粘度、井深以及套管內(nèi)徑和鉆桿直徑之比；側(cè)向力計(jì)算模塊，用于確定所述鉆桿單元受到的側(cè)向力； 正壓力計(jì)算模塊，用于確定所述鉆桿單元受到的正壓力； 扶正器定位模塊，用于定位所述鉆桿單元上的扶正器。
9.如權(quán)利要求8所述的一種鉆桿用扶正器的布置裝置，其特征在于，所述鉆桿單元設(shè)定模塊包括: 增設(shè)單元，用于當(dāng)所述任意兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)之間包含所述桿段分界的上和/或下端時(shí)，在所述桿段分界的上和/或下端位置增設(shè)節(jié)點(diǎn)； 重復(fù)單元，用于重復(fù)增設(shè)單元的過程直至任意兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)之間不包含桿段分界的上和/或下端； 選擇單元，用于選取所述任意兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)之間的鉆桿作為一個(gè)鉆桿單元。
10.如權(quán)利要求8所述的一種鉆桿用扶正器的布置裝置，其特征在于:所述側(cè)向力計(jì)算模塊，用于確定所述鉆桿單元受到的側(cè)向力，其具體包括:第一關(guān)系式計(jì)算單元、第二關(guān)系式計(jì)算單元、第三關(guān)系式計(jì)算單元、第四關(guān)系式計(jì)算單元和鉆桿單元單位長度的側(cè)向力確定單元，其中，` 所述第一關(guān)系式計(jì)算單元用于確定所述鉆桿單元的第二節(jié)點(diǎn)的軸向力、單位長度的側(cè)向力與第一節(jié)點(diǎn)的軸向力的關(guān)系； 所述第二關(guān)系式計(jì)算單元用于確定所述鉆桿單元的第二節(jié)點(diǎn)的軸向力、第一節(jié)點(diǎn)的軸向力與全角平面上的總側(cè)向力的關(guān)系； 所述第三關(guān)系式計(jì)算單元用于確定所述鉆桿單元的副法線方向上的總側(cè)向力； 所述第四關(guān)系式計(jì)算單元用于確定三維井眼中的所述鉆桿單元單位長度的側(cè)向力；所述鉆桿單元單位長度的向力確定模塊，根據(jù)所述第一關(guān)系式單元、第二關(guān)系式單元、第三關(guān)系式單元、第四關(guān)系式單元，確定所述鉆桿單元單位長度的側(cè)向力。
11.如權(quán)利要求8所述的一種鉆桿用扶正器的布置裝置，其特征在于:所述鉆桿用扶正器的布置裝置還包括扶正器校核模塊，用于校核所述鉆桿單元上相鄰兩個(gè)扶正器之間的間距。
【文檔編號】E21B47/00GK103883267SQ201410088066
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月11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, 馮偉 申請人:中國石油天然氣股份有限公司