[发明专利]一种大位移井钻柱卡点测量实验装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于地下资源钻采工程技术领域，尤其涉及一种大位移井钻柱卡点测量实验装置及方法。

背景技术

水垂比不小于2的大位移井广泛应用于海上油田的开采和海油陆采，成为提高油气采收率和降低“吨油”开采成本的有效手段。大位移钻井过程中，卡钻是发生频率最高、处理花费时间最长和造成经济损失最大的钻井事故之一。

目前测量钻柱卡点的方法有提拉理论计算法和专门的测卡仪测量法。其中，提拉理论计算法是现场对钻柱进行提拉，测量拉力与拉伸长度，根据弹性材料的胡克定律，计算卡点以上钻柱的长度；而专门的测卡仪靠自身重力下入井内，测卡仪依靠管柱的扭转应力或拉伸应力的变化而使其磁场发生改变，自由段发生扭转其磁场发生变化，被卡段不发生扭转其磁场强度不发生变化，据此可以测得卡点位置。

利用上述的测量钻柱卡点的方法中，提拉理论计算法所使用的卡点理论计算公式，主要用于直井或者井身结构简单的大斜度井，还难以用于大位移井中进行卡点预测。而专门的测卡仪测量法所使用的专用测卡仪价格昂贵，且测卡仪靠自身重力下入，在一般在直井中使用可以下到一定深度，在大位移井中很难下入到需要测量的深度。大位移井中的管柱受力状态复杂，如果管柱变形严重，管柱与井壁或套管的接触力能够克服对管柱的提拉或扭转，卡点测量误差较大。如果地层本身对磁场有较强的干扰，将会造成更大的测量误差。

因此，在目前的实际应用中，还没有发现一种有效的针对大位移井钻柱卡点测量实验装置及方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大位移井钻柱卡点测量实验装置及方法，以解决现有技术中缺少针对大位移井钻柱卡点测量实验装置及方法的问题。

一种大位移井钻柱卡点测量实验装置，包括模拟井筒套管段、模拟井筒裸眼段、模拟钻柱和测量仪器，其中：

所述模拟井筒套管段和模拟井筒裸眼段相接形成贯通的通道；

所述模拟钻柱的钻头端可操作的穿过所述通道至所述水平段的端部并固定，形成模拟的卡点位置；

所述模拟钻柱的自由端与所述测量仪器连接，用于测量实验数据。

相应地，本发明还提供了一种大位移井钻柱卡点测试方法，包括如下步骤：

步骤S100、将大位移井钻柱卡点测量实验装置的部件配合组装；

步骤S200、扭转模拟钻柱，读取测量仪器的测量值，根据不同的水垂比λ测量对应卡点位置的测量值，用数理统计法分析水垂比λ对卡点位置的修正系数η的影响，从而建立η与λ的关系曲线η=f(λ)；

步骤S300、根据剪切胡克定律，并结合卡点位置修正系数η的函数关系式，得出最终确定卡点位置的公式从而计算最终的卡点位置；其中，

L－卡点位置；

G－模拟钻柱的切变模量；

I_p－模拟钻柱的极惯性矩；

－模拟钻柱的扭转角，弧度；

T－模拟钻柱扭矩；

极惯性矩按下式计算：

D－模拟钻柱的外径，d－模拟钻柱的内径。

与现有技术相比，本发明实施例的优点在于：

本发明的大位移井钻柱卡点测量实验装置，结构简单，安装和操作方便，其用数理统计法分析水垂比λ对卡点位置的修正系数η的影响，建立η与λ的关系曲线η=f(λ)，尽可能的修正大位移井的钻井过程中钻头受力状态复杂、钻杆接头及井眼轨迹变化对测量误差的影响，从而提高测试精度。

本发明的大位移井钻柱卡点测试方法，利用η与λ的关系曲线η=f(λ)；通过水垂比λ的修正，使得利用剪切胡克定律计算大位移井钻柱卡点测试方法的测量精度提高。

附图说明

图1为本发明实施例提供的大位移井钻柱卡点测量实验装置的结构示意图；

图2为图1的本发明实施例提供的水垂比λ的坐标示意图；

图3为本发明实施例的模拟钻柱为空心等直圆杆时在一定的扭矩作用下变形的示意图；

图4为本发明实施例提供的大位移井钻柱卡点测试方法的流程示意图。

具体实施方式

下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

如图1所示，本发明实施例提供的一种大位移井钻柱卡点测量实验装置，包括模拟井筒套管段4、模拟井筒裸眼段7、模拟钻柱6和测量仪器10，其中：（即所述模拟井筒包括直井段、弯曲段和水平段，其中直井段和弯曲段为套管段，水平段为模拟地层裸眼段，两者贯通连接；）