[发明专利]用于优化钻压的基于比率的模式切换

说明书

背景技术

现代钻井操作已成为技术和工程科学中的奇迹。工业为最大化盈利能力所作出的 努力涉及从在钻井过程期间主动地最小化钻机和工作人员的“非生产时间”且最大化钻进 速度以致开发用于最大化储层排水速率和生产速率的新方法。目前对钻井队而言常见的是 沿选定用于最佳放置的预先计划的或自适应选择的钻孔轨迹来操纵其钻柱。

在工作人员可最大化钻进速度(不会引起额外的非生产时间)的程度上，工作人员 可更快地完成钻孔且因此在给定预算内完成更多钻孔。影响钻进速度的主要因素之一(尽 管决非唯一因素)是钻压。钻压是对钻柱施加在钻头面上的力的大小的测量。所述钻压是以 下项的函数：井底钻具组件的配置(包含笨重的刚性钻环的大小和数目)、钻柱本身的重量 和刚度、大钩载荷(在钻柱的上端上的举升力)、钻孔大小和轨迹以及包含摩擦力的多个动 态因素。如下文进一步阐述，这些动态因素受钻井模式的影响。

钻进速度不是钻压的单调函数。存在一个“最有效点”，使钻压增加超过所述“最有 效点”实际上会减小钻进速度且最终导致过早磨损以及对钻头的损坏。类似地，钻压不是大 钩载荷的单调函数。当大钩载荷减小时，钻柱最初将其重量传递到井底钻具组件，由此增加 钻压。然而，当大钩载荷进一步减小时，沿钻柱的轴向载荷会导致钻柱弯曲，从而增加钻柱 与壁之间的摩擦。此外，轴向载荷导致钻柱屈曲且最终达到称为“锁定”的状态，在所述状态 下，摩擦力阻止沿钻孔的任何进一步前进。

此问题的复杂性引起用于优化钻进速度的多种方法和技术的开发。然而，这种复 杂性在导向过程期间增大。具体而言，作为导向过程的一部分，工作人员通常需要在钻井模 式之间转变。例如，当保持钻头的当前路线时，采用弯接头导向技术的工作人员必须在“旋 转模式”下操作，在所述旋转模式中钻柱旋转。为了偏离当前路线，工作人员转变到“滑动模 式”，在所述滑动模式中钻柱的旋转被停止。(由于存在井下马达，钻头继续旋转。)通常需要 在两个模式之间经常来回转变。遗憾的是，由于不同摩擦力和不同屈曲阈值，因此不同模式 具有不同重量转移特征。现有方法和技术似乎无法充分地虑及这些不同之处，因此工作人 员必须在导向过程期间过度地限制其钻进速度。

附图简述

因此，在附图以及以下描述中公开了具有用于优化钻压的基于比率模式的各种钻 井系统和方法。在附图中：

图1示出说明性钻井系统。

图2A至2B示出说明性钻柱屈曲模式。

图3是说明性钻井方法的流程图。

图4是随位置而变的正弦和螺旋屈曲模式比的图表。

图5是适合于执行所述方法的说明性计算机的框图。

然而应理解，在附图以及具体实施方式中给定的特定实施方案不会限制本发明。 相反，这些实施方案为普通技术人员理解与给定实施方案中的一者或多者一起涵盖于所附 权利要求书的范围内的替代形式、等效物以及修改提供了基础。

具体实施方式

某些公开的系统和方法实施方案针对现有钻井模式采用钻进速度优化，并且在转 变到不同钻井模式之后，基于先前钻井模式的正弦屈曲比、螺旋屈曲比以及钻压值来确定 对应钻压范围。正弦屈曲比是用于在滑动模式中诱发正弦屈曲的最小钻压与用于在旋转模 式中诱发正弦屈曲的最小钻压的比率，并且螺旋屈曲比是用于在滑动模式中诱发螺旋屈曲 的最小钻压与用于在旋转模式中诱发螺旋屈曲的最小钻压的比率。所述比率是钻柱长度的 函数，因此随钻头沿钻孔的位置变化而变化。其它因素包含钻柱的配置(重量、刚度、直径、 摩擦系数)、钻孔大小以及钻孔轨迹。

在开始钻进速度的任何进一步优化之前，当前钻井模式的钻压被转变成指定范围 (或等效地，当前钻压与先前钻压之间的比被转变成正弦屈曲比与螺旋屈曲比之间的范 围)。以此方式，可根据需要重复地执行滑动模式与旋转模式之间的转变且不会增加屈曲和 锁定风险以及在导向过程期间不会过度损害钻进速度。