[发明专利]静摩擦区累积静摩擦阻力计算方法、降低摩擦阻力方法

说明书

本发明提供了一种扭摆滑动钻进中钻杆在静摩擦区累积静摩擦阻力的计算方法和降低扭摆滑动钻进钻杆摩擦阻力的方法。所述计算方法包括：确定钻头位置；确定地面扭摆作用长度和反扭矩作用长度；确定静摩擦区，静摩擦区不发生变化；计算钻井过程中各关节点在静摩擦区的累积静摩擦阻力。所述降低阻力的方法包括：在已作业井中根据上述计算方法得到各关节累积摩擦力；按照从大到小顺序将前n个累积摩擦力所对应关节点作为参考位置；根据参考位置，在相近待作业井所用钻杆上安装n个水力振荡器，以降低钻杆的摩擦阻力。本发明有益效果包括：方法简便，能够实现水力振荡器的精确、合理安装，能够避免静摩擦区托压严重问题。

技术领域

本发明涉及油气钻井(钻探)工程技术领域，更具体的是涉及一种扭摆滑动钻进钻杆在静摩擦区累积静摩擦阻力的计算方法、以及一种降低扭摆滑动钻进钻杆摩擦阻力的方法。

背景技术

无论是直井、定向井还是水平井，钻进过程中钻柱与井壁之间的摩阻都是影响钻速的重要因素。由钻具组合与井壁摩擦所造成的额外扭矩与摩阻导致机械钻速低、工具面控制困难、单趟钻进尺很少、异常严重的钻柱和钻头磨损等，当累积摩擦力超过所施加钻压时就会出现托压现象，迫使管柱发生正旋弯曲或螺旋屈曲。对于定向井和水平井而言，高摩阻还会形成弯曲井眼，从而造成钻机钻达最大深度的能力降低，甚至会影响到油井产量。

实践表明，利用水力振荡器产生钻柱轴向或横向振荡，可有效降低滑动钻进钻具组合与井壁的摩擦力并有效改善钻压传递，提高滑动钻进速度与效果。应用水力振荡器，定向钻进效率能够得到大幅度提高，可以钻出更为平滑的井眼，而且单趟钻效率提高很多。

现有技术中，通过控制扭摆力可以在一定程度上降低滑动钻进的钻杆摩擦阻力，但地面扭摆作用长度和螺杆反扭矩作用长度有限，导致滑动钻进过程中钻杆存在一段静摩擦区，钻杆与井壁之间形成静摩擦力后，钻杆摩擦阻力将增大25％左右，严重影响扭矩、钻压等参数的传递，进而加大钻杆产生托压的风险，严重威胁钻柱扭摆滑动钻井速度及钻井效率，甚至还可能引起井下钻具损坏等井下事故。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。例如，本发明的目的之一在于提供一种扭摆滑动钻进中钻杆在静摩擦区累积静摩擦阻力的计算方法和降低扭摆滑动钻进钻杆摩擦阻力的方法，以为水力振荡器的安装提供指导。

为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种扭摆滑动钻进中钻杆在静摩擦区累积静摩擦阻力的计算方法。所述方法可包括以下步骤：在钻井过程中确定钻头位置；计算出地面扭摆向下作用的零点位置和螺杆反扭矩向上作用的零点位置，进而确定地面扭摆作用长度和反扭矩作用长度；根据所述扭摆作用长度和反扭矩作用长度，确定钻柱不受地面扭矩和螺杆反扭矩影响的静摩擦区，并设定该静摩擦区不随着井眼轨迹的变化而变化；计算钻井过程中钻杆各关节点在静摩擦区的累积静摩擦阻力。

在本发明的扭摆滑动钻进中钻杆在静摩擦区累积静摩擦阻力的计算方法的一个示例性实施例中，可用实测的方法确定钻头位置。

在本发明的扭摆滑动钻进中钻杆在静摩擦区累积静摩擦阻力的计算方法的一个示例性实施例中，所述计算出地面扭摆向下作用的零点位置可包括：

利用管柱力学计算最大地面转盘扭矩所影响的钻柱长度，根据该长度得到地面扭摆向下作用的零点位置。

在本发明的扭摆滑动钻进中钻杆在静摩擦区累积静摩擦阻力的计算方法的一个示例性实施例中，所述螺杆反扭矩向上作用的零点位置可包括：根据钻具组合中螺杆钻具的最大工作压差，计算输出的最大反扭矩和所影响的钻柱长度，得到反扭矩沿钻柱向上传输为零的位置。

在本发明的扭摆滑动钻进中钻杆在静摩擦区累积静摩擦阻力的计算方法的一个示例性实施例中，所述各关节点为能够进入所述静摩擦区的各个钻杆接头。