一种钻杆用扶正器的布置方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种钻杆用扶正器的布置方法，包括：将三维井眼轨迹数据点设置为节点，将所述任意两个相邻节点之间的钻杆杆段设定为一个钻杆单元；获取相关的基本参数；根据获取的基本参数，利用有限差分法确定所述钻杆单元受到的侧向力；根据所述钻杆单元的侧向力，确定其受到的正压力；根据所述钻杆单元的受到的正压力，利用等磨损原则，确定扶正器的个数，并对所述钻杆单元上已经确定个数的扶正器进行定位；最后可以根据弯曲梁理论校核所述相邻两个扶正器之间的间距。通过上述钻杆用扶正器的布置方法，结合钻杆用扶正器的布置装置合理布置所述钻杆上的钻杆用扶正器，从而实现钻杆的防偏磨。
【专利说明】一种钻杆用扶正器的布置方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及钻完井领域中一种钻杆的防偏磨设计，特别涉及一种钻杆用扶正器的布置方法及装置。
【背景技术】
[0002]在石油钻完井领域中，一般前期需要使用钻柱进行钻井。如图1所示，所述钻柱I设置于套管2中。所述钻柱I主要包括钻头11和钻杆12。所述钻杆12是由多根杆段连接而成的，在所述连接的位置通过设置接箍13连接成一整个钻杆12。通常在所述接箍13处套设有扶正器14。
[0003]当所述钻杆12在回转钻进时，特别是在钻定向井时，其井眼的轨迹是三维弯曲的，所述钻杆12受到的力也是空间三维方向的。所述空间三维力总体可分解为轴向力、侧向力及正压力。若不安装扶正器14，所述钻杆12在套管2中回转钻进时，在所述空间三维力的作用下，容易产生形变，从而不可避免地与套管2内壁间的接触和摩擦，尤其是接箍13部位与套管2接触承受着剧烈的磨料磨损。在所述摩擦作用下，久而久之，钻杆12会造成杆断、杆脱、管漏等事故，增大作业成本。因此，需要在钻杆12上安装扶正器14，发挥其扶正、分隔和减摩的作用。并且所述扶正器14的理想位置，应该位于钻杆12受力较大的位置。
[0004]现有技术中，一般是通过对钻杆12的受力进行分析，从而确定扶正器14的位置。所述对钻杆12的受力进行分析的数值方法主要有差分法。然而由于所述差分法考虑的因素比较简单，使得计算结果和实际偏差较大。因此目前还没有一种合理的布置钻杆用扶正器的方法。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种钻杆用扶正器的布置方法及装置，用于合理布置所述钻杆上钻杆用扶正器，以实现钻杆的防偏磨。
[0006]为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下所述:
[0007]—种钻杆用扶正器的布置方法，所述方法具体包括:
[0008]S1:以三维井眼轨迹数据点为节点，将所述任意两个相邻节点之间的钻杆杆段设定为一个钻杆单元；
[0009]S2:获取所述钻杆单元对应的基本参数,包括:所述钻杆单元的曲率、长度、有效重力、横截面的惯性矩、弹性模量；所述SI设定的两个相邻节点中，第一节点的第一井斜角、第一真方位角、第二节点的第二井斜角、第二真方位角；所述井眼的摩阻系数、钻杆的钻进速度、钻井液粘度、井深以及套管内径和钻杆直径之比；
[0010]S3:根据S2中所述基本参数，利用有限差分法确定所述钻杆单元受到的侧向力；
[0011]S4:根据S3中所述钻杆单元的侧向力，确定其受到的正压力；
[0012]S5:根据S4中所述钻杆单元受到的正压力，定位所述钻杆单元上的扶正器。
[0013]在优选的实施方式中，在SI中将所述任意两个相邻节点之间的钻杆杆段设定为一个钻杆单元具体包括:
[0014]Sll:当所述任意两个相邻节点之间包含所述杆段分界的上和/或下端时，在所述杆段的上和/或下端位置增加节点；
[0015]S12:重复Sll过程直至任意两个相邻节点之间不包含杆段分界的上和/或下端；
[0016]S13:选取所述任意两个相邻节点之间的钻杆杆段作为一个钻杆单元。
[0017]在优选的实施方式中，S3中所述利用有限差分法确定钻杆单元侧向力的具体步骤为:
[0018]S31:根据所述钻杆单元的曲率、长度、有效重力、横截面的惯性矩、弹性模量以及第一井斜角、第二井斜角、井眼的摩阻系数、钻杆的钻进速度、钻井液粘度、井深以及套管内径和钻杆直径之比确定所述钻杆单元的第二节点的轴向力、单位长度的侧向力与第一节点的轴向力的关系，具体通过第一关系式确定:
[0019]
【权利要求】
1.一种钻杆用扶正器的布置方法，其特征在于，所述方法具体包括: S1:以三维井眼轨迹数据点为节点，将所述任意两个相邻节点之间的钻杆杆段设定为一个钻杆单元； 52:获取所述钻杆单元对应的基本参数,包括:所述钻杆单元的曲率、长度、有效重力、横截面的惯性矩、弹性模量；所述SI设定的两个相邻节点中，第一节点的第一井斜角、第一真方位角、第二节点的第二井斜角、第二真方位角；所述井眼的摩阻系数、钻杆的钻进速度、钻井液粘度、井深以及套管内径和钻杆直径之比； 53:根据S2中所述基本参数，利用有限差分法确定所述钻杆单元受到的侧向力； 54:根据S3中所述钻杆单元的侧向力，确定其受到的正压力； 55:根据S4中所述钻杆单元受到的正压力，定位所述钻杆单元上的扶正器。
2.如权利要求1所述的一种钻杆用扶正器的布置方法，其特征在于，在SI中将所述任意两个相邻节点之间的钻杆杆段设定为一个钻杆单元具体包括: 511:当所述任意两个相邻节点之间包含所述杆段分界的上和/或下端时，在所述杆段的上和/或下端位置增加节点； 512:重复Sll过程直至任意两个相邻节点之间不包含杆段分界的上和/或下端； 513:选取所述任意两个相邻节点之间的钻杆杆段作为一个钻杆单元。
3.如权利要求1所述的一种钻杆用扶正器的布置方法，其特征在于:S3中所述利用有限差分法确定钻杆单元侧向力的具体步骤为: S31:根据所述钻杆单元的曲率、长度、有效重力、横截面的惯性矩、弹性模量以及第一井斜角、第二井斜角、井眼的摩阻系数、钻杆的钻进速度、钻井液粘度、井深以及套管内径和钻杆直径之比确定所述钻杆单元的第二节点的轴向力、单位长度的侧向力与第一节点的轴向力的关系，具体通过第一关系式确定:
4.如权利要求1所述的一种钻杆用扶正器的布置方法，其特征在于:S4中所述根据S3中所述钻杆单元的侧向力，确定其受到的正压力，具体通过第五关系式获得，所述第五关系式为:
5.如权利要求1所述的一种钻杆用扶正器的布置方法，其特征在于:S5中所述根据S4中所述钻杆单元受到的正压力，定位所述钻杆单元上的扶正器具体为利用等磨损原则，通过第六关系式，确定扶正器的个数，再定位所述钻杆单元上的扶正器，其中所述第六关系式为:
6.如权利要求1所述的一种钻杆用扶正器的布置方法，其特征在于:在所述S5之后还包括校核所述已定位的相邻两个扶正器的间距。
7.如权利要求6所述的一种钻杆用扶正器的布置方法，其特征在于:所述校核所述已定位的相邻两个扶正器的间距具体根据弯曲梁理论，利用第七关系式校核，其中所述第七关系式为:
192￡7(D/,-JD0)>i/sin?(L?-4_1)4 其中，E为弹性模量，I为杆柱横截面的惯性矩，Dp为扶正器直径，D0为钻杆外径，q为所述钻杆单元的有效重力，3为平均井斜角，Ln-Llri为相邻两个节点之间的长度。
8.一种钻杆用扶正器的布置装置，其特征在于，所述装置具体包括: 钻杆单元设定模块，用于以所述三维井眼轨迹数据点为节点，将任意两个相邻节点之间的钻杆设定为一个钻杆单元； 基本参数获取模块，用于获取所述钻杆单元的曲率、长度、有效重力、横截面的惯性矩、弹性模量，任意两个相邻节点处的第一井斜角、第二井斜角、第一真方位角、第二真方位角，所述井眼的摩阻系数、钻杆的钻进速度、钻井液粘度、井深以及套管内径和钻杆直径之比；侧向力计算模块，用于确定所述钻杆单元受到的侧向力； 正压力计算模块，用于确定所述钻杆单元受到的正压力； 扶正器定位模块，用于定位所述钻杆单元上的扶正器。
9.如权利要求8所述的一种钻杆用扶正器的布置装置，其特征在于，所述钻杆单元设定模块包括: 增设单元，用于当所述任意两个相邻节点之间包含所述杆段分界的上和/或下端时，在所述杆段分界的上和/或下端位置增设节点； 重复单元，用于重复增设单元的过程直至任意两个相邻节点之间不包含杆段分界的上和/或下端； 选择单元，用于选取所述任意两个相邻节点之间的钻杆作为一个钻杆单元。
10.如权利要求8所述的一种钻杆用扶正器的布置装置，其特征在于:所述侧向力计算模块，用于确定所述钻杆单元受到的侧向力，其具体包括:第一关系式计算单元、第二关系式计算单元、第三关系式计算单元、第四关系式计算单元和钻杆单元单位长度的侧向力确定单元，其中，` 所述第一关系式计算单元用于确定所述钻杆单元的第二节点的轴向力、单位长度的侧向力与第一节点的轴向力的关系； 所述第二关系式计算单元用于确定所述钻杆单元的第二节点的轴向力、第一节点的轴向力与全角平面上的总侧向力的关系； 所述第三关系式计算单元用于确定所述钻杆单元的副法线方向上的总侧向力； 所述第四关系式计算单元用于确定三维井眼中的所述钻杆单元单位长度的侧向力；所述钻杆单元单位长度的向力确定模块，根据所述第一关系式单元、第二关系式单元、第三关系式单元、第四关系式单元，确定所述钻杆单元单位长度的侧向力。
11.如权利要求8所述的一种钻杆用扶正器的布置装置，其特征在于:所述钻杆用扶正器的布置装置还包括扶正器校核模块，用于校核所述钻杆单元上相邻两个扶正器之间的间距。
【文档编号】E21B47/00GK103883267SQ201410088066
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年3月11日 优先权日:2014年3月11日
【发明者】马振, 齐海鹰, 曹传文, 彭松良, 曲绍刚, 张成博, 刘洪芹, 宋阳, 冯伟 申请人:中国石油天然气股份有限公司