[发明专利]用于钻柱轨迹线建模的系统和方法

说明书

相关领域的交叉引用

不适用

技术领域

本发明主要涉及钻柱轨迹线建模。更加具体地，本发明涉及使用传统扭矩阻力模型计算钻柱中的力以及将结果与使用块三对角矩阵计算的钻柱中相同的力的结果进行比较，确定新的钻柱轨迹线是否是可接受的以及是否表现出钻柱力和力矩的力学平衡。

背景技术

主要使用钻柱计算机模型进行钻柱载荷分析。到现在为止，用于钻柱分析的最普通方法是“扭矩-阻力”模型，此模型最先记载在石油工程师协会的标题为“定向钻井中的扭矩和阻力-估计与测量(Torque and Drag in Directional Wells-Prediction and Measurement)”、作者为Johancsik，C.A.Dawson，R.和Friesen，D.B.的文章中，之后该模型被转换成微分方程形式并记载在标题为“减少阻力和扭矩的井轨迹设计(Designing Well Paths to Reduce Drag and Torque)”、作者为Sheppard，M.C.，Wick，C.和Burgess，T.M的文章中。这个模型被认为是实际钻柱行为的近似值，特别地，忽略弯曲刚度。因此，经常将扭矩-阻力模型称为“柔性线体”模型。已经开发了许多“刚性线体”模型，但是没有“行业标准”的制定(formulation)。

扭矩-阻力建模涉及与钻柱操作有关的扭矩和阻力。与旋转钻柱重量相比较，阻力是一种过负荷，其可在拉拽钻柱时是正的而在滑进井中时是负的。这种阻力归因于钻柱与井眼接触所产生的摩擦。当旋转时，这种摩擦力会降低传输到钻头的表面扭矩。当规划井或者是后续分析时，能够估算摩擦力是有用的。由于扭矩-阻力模型的简单性以及通用性，其已经被广泛地用于规划和实践中。实践经验表明：对于许多井这种模型通常给出好的结果，但是有时表现不佳。

在标准扭矩-阻力模型中，钻柱轨迹线被假定为与井眼轨迹线相同，考虑到测量是在钻柱内进行的，这种假定是合理的假定。假定与井眼的接触是连续的。假定用于确定井眼轨迹线的最通常方法是最小曲率法，那么这种模型就没有那么理想，因为在测点处的弯曲力矩并不连续平稳。通过忽略弯曲力矩来处理这个问题，但是作为这种假定的结果，也忽略了一些接触力。换句话说，该模型遗漏了一些接触力和轴向载荷。

因此，需要一种新的钻柱轨迹线模型，其不会忽略弯曲力矩、接触力以及沿着钻柱的轴向载荷。

发明内容

通过提供用于钻柱轨迹线建模的系统和方法，本发明满足上述需求并克服了现有技术中的一个或多个缺陷，本发明的系统和方法保持弯曲力矩的连续性并能够较精确地计算扭矩和阻力。

在一个实施例中，本发明包括用于钻柱轨迹线建模的方法，包括i)，使用常规扭矩-阻力模型、每个各自接头处的切向量、法向量以及副-法向量来计算沿着钻柱模型的每个接头的力初始值和力矩初始值；ii)为每个接头上的每个连接器计算块三对角矩阵；以及iii)通过为在每个连接器处的两个未知转角求解块三对角矩阵，建模钻柱轨迹线。

在另一个实施例中，本发明包括程序载体，其携载用于钻柱轨迹线建模的计算机可执行指令。该指令是可执行的从而实施i)使用常规扭矩-阻力模型、每个各自接头处的切向量、法向量以及副-法向量来计算沿着钻柱模型的每个接头的力初始值和力矩初始值；ii)为每个接头上的每个连接器计算块三对角矩阵；以及iii)通过为每个连接器处的两个未知转角求解块三对角矩阵，建模钻柱轨迹线。

通过对各个实施例和相关附图的下述描述，本发明的其他方面、优点和实施例对本领域技术人员来说将是显而易见的。

附图说明

下面参考附图描述本发明，其中相同元件标以相同的参考标记，其中，

图1是示出了实施本发明的系统的一个实施例的框图；

图2A为钻杆接头连接的侧视图，其示出了只有滑动没有转动所产生的载荷和力矩；

图2B是图2A中示出的钻具接头连接的端部视图；

图3A是钻具接头连接的侧视图，其示出了只有转动没有滑动所产生的载荷和力矩；

图3B是图3A中示出的钻具接头连接的端部视图；

图4是示出实施本发明的方法的一个实施例的流程图。

具体实施方式