[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

说明书

本发明公开了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，属于旋转导向钻井技术研究及应用领域。该方法主要包括钻进大段均质地层(井壁无台阶)、软硬交错地层(井壁有台阶)时井底钻压、最小名义钻压计算方法，以及避免翼肋前倒角面发生自锁的倒角上限值计算方法。结合实例给出了本方法的实施方式，以及名义钻压、导向翼肋推靠力及井壁摩擦系数对井底实际钻压影响规律。本方法能够准确预测和调控井底实际钻压，有助于提高SRS钻井工具的钻进效率，节省钻井时间和钻井成本；也为SRS钻井工具的导向翼肋前倒角设计提供了技术支撑。

技术领域

本发明涉及石油钻井工程领域，尤其涉及旋转导向钻井技术研究及应用领域，具体地说是涉及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。

背景技术

旋转导向钻井系统(rotary steerable system，简称为“RSS”)是在钻柱旋转钻进条件下随钻实时完成导向功能的一种导向钻井系统。自20世纪90年代以来，旋转导向钻井技术逐渐成熟并推广应用，定向钻井技术取得了质的飞跃。目前，比较成熟的RSS系统主要包括BakerHughes公司的AutoTrak钻井系统、Schlumberger公司的PowerDrive钻井系统、Halliburton公司的Geo-Pilot钻井系统，其工作原理分别为静态推靠钻头式、动态推靠钻头式、指向钻头式。其中，静态推靠式旋转导向钻井工具(简称为“SRS钻井工具”)的结构及工作原理如图1所示。非旋转滑套上面有3个可以单独调节的导向翼肋，液压单元通过活塞控制导向翼肋伸出或缩回；当导向翼肋全部支撑到井壁上以后，翼肋提供的推靠力在钻头上沿预定方向产生一个侧向力，其大小和作用方向可以根据井眼轨迹控制要求随时进行调整，从而在钻柱旋转条件下完成导向钻进工作。相比之下，SRS钻井工具的结构和工作原理稍简单，因而成为国内研究重点攻关方向。然而，SRS钻井工具在正常钻进时非旋转滑套几乎不随钻柱旋转，导向翼肋与井壁之间存在较大摩擦力，导致井底实际钻压与释放大钩悬重获得的名义钻压有较大差异，钻井现场凭经验选择名义钻压往往造成井底实际钻压达不到预定要求，不仅影响钻井速度，也难以发挥旋转导向钻井技术优势。尤其是钻进软硬交错地层时，地层界面处往往有小台阶，对钻压传递效率影响更大；一旦导向翼肋前倒角设计不合理，该倒角面有可能与井壁发生自锁，SRS钻井工具将难以通过井壁台阶，难以维持正常钻进工作。

发明内容

基于上述技术问题，本发明提供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。

本发明所采用的技术解决方案是：

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，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)；