[发明专利]一种气体钻井控斜底部钻具组合设计方法

说明书

本发明涉及一种气体钻井控斜底部钻具组合设计方法，步骤如下：a.利用测量设备测量底部钻具组合中的钻头、预弯短接、钻铤、稳定器的几何参数，同时获取这些部件材料的弹性模量、泊松比和强度参数；b.根据待钻地层的井斜特征情况和实际经验初步确定一套预弯钟摆底部钻具组合；c.确定其动态降斜力和动态轴向力的大小，获得动态合控斜力；d.在固定其它参数情况下，改变任一个结构参数，确定对应的动态合控斜力大小，并找出最大动态合控斜力对应的结构参数；e.根据具有最大动态合控斜力的结构参数和井场现有工具储备，确定预弯钟摆底部钻具组合。本发明设计的底部钻具组合能够有效的控制气体钻井井斜，为气体钻井作业提供技术支撑。

技术领域

本发明属于油气田勘探开发钻井技术领域，具体地说是一种气体钻井控斜底部钻具组合设计方法。

背景技术

气体钻井由于其具有机械钻速高、减少或避免井漏、避免储层伤害等多方面优势，已被列为21世纪最具潜力技术之一。其不但可以大幅度提高钻井速度，而且可以成功解决地层漏失严重、油藏污染等难题。近年来，国内的气体钻井应用技术迅速发展，在许多油田得到了较为广泛的应用，所涉及的地层包括砂岩、泥岩、页岩、灰岩和巨厚砾岩层，为我国油气钻探速度的提高和重点储层的发现做出了重大贡献。但伴随着这种技术应用范围的不断拓宽，一个新问题应运而生，那就是气体钻井直井易斜问题。原来用泥浆钻井基本不斜的区块，采用气体钻井后，出现了较严重的井斜问题。普遍存在的井斜控制问题制约着气体钻井技术的发展。

当前，对于气体钻井直井易斜问题还没有很好的解决手段，原因之一就是对气体钻井井斜机理还没有很清楚的认识，对气体钻井井斜控制缺乏有效手段。目前气体钻井井斜机理的研究主要围绕两个方面进行，一是围绕气体钻井破岩机理开展了许多工作，另一是从井斜控制方法角度出发研究气体钻井井斜机理。从岩石破碎机理角度出发研究气体钻井井斜机理的工作对气体钻井井斜原因的认识十分重要。但不可否认的是，从底部钻具组合角度出发研究相关井斜机理对控制气体钻井井斜更有实际指导意义。通过从底部钻具组合角度出发研究相关井斜机理，最终设计一种气体钻井控斜底部钻具组合，可以提供较大的动态合控斜力，实现气体钻井井斜控制，为气体钻井的发展提供重要支撑。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种气体钻井控斜底部钻具组合设计方法，所述底部钻具组合采用带预弯结构的钟摆底部钻具组合，适用于气体钻井控斜。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

一种气体钻井控斜底部钻具组合设计方法，具体包括如下步骤：

a.利用测量设备测量底部钻具组合中的钻头、预弯短接、钻铤、稳定器的几何参数，包括外径、内径、长度等参数，同时通过室内试验或查询获取这些部件材料的弹性模量、泊松比和强度参数；

b.根据待钻地层的井斜特征情况，初步确定一套带预弯结构的钟摆底部钻具组合，其包括钻头、预弯短接、第一钻铤、下稳定器、第二钻铤、上稳定器、第三钻铤，所述钻头通过预弯短接连接第一钻铤，所述第一钻铤通过下稳定器连接第二钻铤，所述第二钻铤通过上稳定器连接第三钻铤；并根据井眼设计直径，选择以上部件的外径；

c.确定步骤b中带预弯结构的钟摆底部钻具组合中钻头的动态降斜力和动态轴向力的大小，获得动态合控斜力；

d.在固定其它参数情况下，改变任一个结构参数，确定对应的动态合控斜力大小，并找出最大动态合控斜力对应的结构参数；

e.根据具有最大动态合控斜力的结构参数和井场现有工具储备，最终确定带预弯结构的钟摆底部钻具组合，其中第三钻铤的长度根据工程需要确定。

所述的步骤c中动态合控斜力的确定方法，具体为：

c1.根据下述公式确定该带预弯结构的钟摆底部钻具组合中钻头的动态降斜力：