[发明专利]一种钻具接头防断预警方法

说明书

本发明提供一种钻具接头防断预警方法，本方法基于实际井眼轨迹和录井仪实时显示的大钩载荷、地面扭矩信息确定全井钻柱的受力特征，得到各井段钻具接头承受的轴向力、扭矩等信息，结合复杂载荷条件下钻具接头极限工作扭矩图版，快速确定并实时显示各井段钻具接头的工作状态（安全、警报、不安全），其中任何一个接头工作状态处于警报或不安全状态时，系统都将高亮预警，提示操作人员调整钻井参数。本发明可以根据钻进过程中钻柱的真实受力特征实时确定各井段钻具接头的工作状态，其对判断钻具接头所处工作状态是否安全，钻井作业参数是否需要调整有重要指导价值，对确保钻井作业安全具有十分重要的意义。

技术领域

本发明涉及油田钻井技术领域，特别是一种钻具接头防断预警方法。

背景技术

钻具接头是钻柱的薄弱环节，在实际钻井过程中常发生各种形式的失效事故。特别是深井、超深井、大位移水平井数量的逐年增加，钻具接头所面临的载荷工况越来越复杂，大轴向力条件下扭矩选择不当将会导致钻具接头丝扣失效或断裂事故。为此，迫切需要一种钻具接头防断预警方法。

设计人员在钻井设计中根据设计井眼轨迹校验钻柱的承载能力，没有考虑真实井眼轨迹的复杂状态，不能准确评价钻柱的真实受力状态，钻具接头断裂失效事故时有发生。特别是在解卡作业时，常使用大轴向力上提钻柱，顶驱设备的出现使得上提过程中旋转钻柱成为可能，大轴向力条件下如何选择安全扭矩对作业安全至关重要。目前现场作业中尚缺乏有效的钻具接头评价预警方法，本发明根据钻柱在实际井眼轨迹中的真实受力状态，实时评价钻具接头的工作状态（安全、警报、不安全），为现场作业提供指导。

发明内容

针对当前钻具接头抗扭性能评价方法中存在的问题，本发明的目的是提供一种钻具接头防断预警方法，根据钻柱在实际井眼轨迹中的真实受力特征评价各井段钻具接头的工作状态（安全、警报、不安全），其对指导钻井作业参数的选择，确保钻井作业安全具有十分重要的意义。

为了达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种钻具接头防断预警方法，其特征在于：采用专用测量工具——测斜仪、泥浆密度计、泥浆粘度计、钻具卡规和钻头卡规，测量井眼轨迹参数、钻井液密度和粘度和钻柱结构参数，利用综合录井仪测量井口扭矩、大钩载荷，在确定钻柱各截面受力特征基础上，判断各钻具接头位置所受扭矩是否超过极限工作扭矩，一旦超过，给出警示，以确保全井钻柱安全。具体步骤如下：

1）利用专用测斜装置（单点、多点测斜仪、随钻测量仪MWD等）测量井斜角、方位角和工具面角等参数，基于曲率半径法构建真实三维井眼轨迹；

2）利用泥浆密度计、泥浆粘度计测量钻井液密度和粘度，利用钻具卡规、钻头卡规测量钻具的内外径、钻头的内外径参数，根据现场测量的结果确定钻柱长度；

3）基于现有录井仪装置终端显示的数据实时获取钻进过程中大钩载荷、地面扭矩等信息，确定管柱受力的边界条件；

4）基于真实井眼轨迹和钻具组合特征，利用有限元节点迭代法确定全井管柱的受力特征，得到不同深度管柱的轴向力、扭矩等载荷信息；

5）根据三维弹塑性有限元方法确定不同扣型钻具接头在复杂载荷条件下的极限工作扭矩图版，将钻具接头的工作状态分为安全、警报和不安全；

6）利用步骤4确定的钻柱受力特征，得到不同井段钻具接头承受的轴向力、扭矩信息，根据步骤5中的钻具接头极限工作扭矩图版，确定真实载荷条件下钻具接头的工作状态（安全、警报或不安全）；

7）在终端实时显示全井所有钻具接头的工作状态，其中任何一个接头工作状态处于警报或不安全状态时，系统都将高亮预警，提示操作人员调整钻井参数。

8）预警信号通过无线或有线传输到钻台上的司钻工作室，通过蜂鸣器及时报警。