[发明专利]静态推靠式旋转导向钻井工具的井底实际钻压预测方法

权利要求书

1.一种静态推靠式旋转导向钻井工具的井底实际钻压预测方法，其特征在于包括：

(1)钻进大段均质地层时井底钻压预测方法

A在大段均质地层中，新钻出的井眼规则、井壁无台阶；SRS钻井工具整体受力，包括上端面所受轴向力W_o，亦即释放大钩悬重获得的名义钻压，下端面所受轴向力W_a，亦即钻头获得的实际钻压，单个导向翼肋工作面上所受井壁支撑力N_si，i＝1～3，及对应摩擦力f_si，i＝1～3；

B由于导向翼肋处井壁摩擦力影响，释放大钩悬重获得的名义钻压只能部分转变成钻头获得的实际钻压；由此可以推断出，使用SRS钻井工具时，为了确保实际钻压始终大于0、满足正常钻进需要，释放大钩悬重获得的名义钻压有最小值要求；

C正常钻进时非旋转滑套随心轴缓慢旋转，导向翼肋工作面所受井壁支撑力等于该导向翼肋提供的推靠力，也即N_si＝F_si，考虑非旋转滑套旋转影响，采用等效摩擦系数将导向翼肋工作面所受井壁摩擦力进行分解，见式(1)；

式中，v_a为沿井眼轴向钻井速度，m/h；n_s为非旋转滑套旋转速度，r/h；D_h为井径，m；μ、μ_a、μ_l分别为井壁摩擦系数及其沿井眼轴向和切向的等效摩擦系数，无因次；F_si为单个导向翼肋提供的推靠力，kN；N_si、f_si分别为单个导向翼肋工作面所受井壁支撑力及摩擦力，kN；f_sai、f_sli分别为单个导向翼肋工作面所受井壁摩擦力沿井眼轴向和切向分量，kN；

D据SRS钻井工具整体受力分析，同时考虑3个导向翼肋所受外载荷，得到实际钻压随名义钻压、导向翼肋推靠力变化规律，见式(2)；

式中，W_a、W_o分别为实际钻压、名义钻压，kN；F_st为3个导向翼肋的推靠力之和，kN；

推靠力之和F_st计算公式如下：

E考虑到实际钻压不能小于0，名义钻压较小时需要对式(2)进行修正，见式(4)；

F为了维持正常钻进，必须确保井底实际钻压始终大于0；给定各个导向翼肋的推靠力之后，名义钻压应始终大于导向翼肋受到的全部摩擦力；为了满足钻头高效破岩要求，往往要限定井底最小钻压，该情况下名义钻压最小值应满足以下要求。

式中，W_amin、W_omin分别为实际钻压最小值、名义钻压最小值，kN；

利用式(5)指导钻进大段均质地层时合理选择和控制名义钻压，确保钻头获得足够钻压；(2)钻进软硬交错地层时井底钻压预测方法

a在软硬交错地层中，新钻出的井眼不规则，在地层界面处往往有台阶；当导向翼肋前倒角面接触到井壁台阶时，SRS钻井工具整体受力，外载荷包括上端面所受轴向力W_o，亦即名义钻压、下端面所受轴向力W_a，亦即实际钻压；单个导向翼肋工作面上所受井壁支撑力N_si，i＝1～3，及摩擦力f_si，i＝1～3，前倒角面上所受井壁支撑力N_fi，i＝1～3，及摩擦力f_fi，i＝1～3；导向翼肋工作面上所受井壁支撑力N_si不等于该导向翼肋提供的推靠力F_si；

b SRS钻井工具能否通过井壁台阶与导向翼肋受力状态和前倒角设计有关，单个导向翼肋受力，外载荷包括内侧面上柱塞提供的推靠力F_si，工作面上所受井壁支撑力N_si及摩擦力f_si，前倒角面上所受井壁支撑力N_fi及摩擦力f_fi；

c由受力分析可知，导向翼肋能否通过井壁台阶与名义钻压、推靠力、井壁摩擦系数以及导向翼肋前倒角有关；为了确保导向翼肋能够通过井壁台阶并维持正常钻进工作，首先应优化导向翼肋前倒角设计，确保该处不发生自锁，其次是适当提高名义钻压，确保导向翼肋能够回缩；当导向翼肋开始回缩时，导向翼肋工作面会逐渐脱离井壁，此时仅考虑导向翼肋前倒角面所受井壁支撑力和摩擦力即可；

d由导向翼肋受力分析可知，3个导向翼肋均绕销钉旋转和回缩需要满足以下力矩平衡关系；

式中，L_f为导向翼肋总长度，cm；L_s为翼肋中心至销钉的距离，cm；α为前倒角，(°)；

e由SRS钻井工具整体受力分析可知，当导向翼肋前倒角通过井壁台阶时，SRS钻井工具所受外载荷满足力平衡以下关系；

利用式(6)求出导向翼肋前倒角面所受井壁支撑力之后代入式(7)，得到式(8)；

其中，μ_e为等效摩擦系数，计算公式如下：

f考虑到实际钻压W_a不可能小于0，最终导出实际钻压W_a随名义钻压W_o、导向翼肋推靠力F_st变化规律，见式(10)；

名义钻压最小值应满足以下要求；

利用式(11)指导钻进软硬交错地层时合理选择和控制名义钻压，确保钻头获得足够钻压；为了避免前端倒角面自锁，在名义钻压尚未达到上限值就能够使SRS钻井工具顺利通过井壁台阶，必须合理设计前倒角；如果限定名义钻压上限值W_omax，那么前倒角α应满足以下条件；

求解式(12)得到避免翼肋前倒角面发生自锁的倒角上限值α_m；