[发明专利]确定钻井过程中严重沉砂段的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及钻井技术，特别涉及确定钻井过程中严重沉砂段的方法和装置。

背景技术

在海洋及陆地进行水平井、大位移定向井钻进时，经常遇到的一个工程问题是钻井液上返时携砂状况不好，由此极易形成钻柱卡钻(粘卡等)工程事故。而钻井液的携砂情况，常常与钻柱在井眼中的空间位置有关；钻柱处于井壁的“高边”或“低边”，以及其他任意位置时，分别对钻井液的携砂能力产生不同影响。所以，现场的泥浆工程师、定向井工程师都需要经常注意各个井段的钻柱在井眼中的空间位置，并采取相应的技术工艺措施，以保证钻屑能够顺利带出井筒。

实际上，钻柱在井眼中的弯曲状态，远非人工所能判断出来的，利用计算机模拟井眼内钻柱弯曲形状的方法，可给出井眼内钻柱的实际弯曲状态，并结合液体力学方法，最终给出对泥浆携砂效果的影响程度，即给出在钻井过程中井眼内的严重沉砂段，以及一般沉砂段。此以成为钻井施工中防止井下事故的重要监视手段之一。

早在1962年，一位美藉前苏联学者提出在封隔器座封时其上部的油管呈现为螺旋状；1985年，一位美国学者提出受钻压影响的井下钻柱，在井眼内呈现螺旋状态；90年代初，2位中国旅美学者也提出水平井内的钻柱螺旋状态问题。

在国内，石油大学(华东)机械系的路永明教授及其博士生黄涛，最先在1999年《石油大学学报(自然科学版)》提出了相同的结论，并设计了一个钻柱准螺旋状的试验装置。从装置的试验记录看，以前人们普遍认为当钻柱在钻压作用下发生弯曲时，首先发生正弦形式的弯曲，接下来即为杂乱无章的扭屈，钻柱的若干个点毫无规则地靠在井壁上。但实验告诉人们，当钻柱受轴向力作用时，最先发生的是正弦形状的弯曲，接下来便是非常有规律地螺旋弯曲，即从正弦状直接变为螺旋状。其原因人们还不清楚，据猜测是由于螺旋状态可使管柱的能量取最低状态；就和自然界万物几乎都是取能量最低状态作为平衡状态一样。值得注意的是，钻柱在井眼内的螺旋状态从一开始并不是从实验中发现的，而是学者从弹性力学方程推出来的，后经室内试验证实。

关于本发明的背景技术，已经有多篇文章进行了描述，例如：

1、Millheim KK.An engineering simulator for drilling：part II.SPE12210(1991)，32-37；(Millheim KK.一种用于钻井的工程模拟器，第2部分，SPE12210(1991年)，32-37)

2、T.M.Warren，Penetration rate performance of roller cone bits，SPE13259(1992)，l13-116；(T.M.Warren，牙轮钻头的钻进速率，SPE13259(1992年)，113-116)

3、S.G.Hunt，Drilling forecast model，SPE 13359(1992)，267-271；(S.G.Hunt，钻井预测模式，SPE 13359(1992年)，267-271)

4、J.L.Thorogood，A mathematics model for analysis drilling performanceand estimating well times，SPE 16524/1(1994)，445-449；(J.L.Thorogood，用于分析钻井施工及进度预测一种数学模型，SPE 16524/1(1994)，445-449)

5、Gavignet，A A，Sobey I J.A model for the transport of cuttings in highlydeviated wells.SPE15417.1986；(Gavignet，A A，Sobey I J.在大斜度井中用于模拟钻岩屑运移的一种模型，SPE 15417(1986年))

6、Tomren P H.Experimental study of cuttings transport in directionalwells.SPE Drilling eng，1986.43-56；(Tomren P H.定向井钻井中岩屑上返的实验室研究)

7、李洪乾，刘希圣，水平井岩屑床止动模型的建立，石油大学学报，18(2)，1994，p33-38；

8、王艳辉，罗平亚，水平井岩屑床层移运动的规律分析，西南石油学院学报，16(1)，1994，p34-41；