一种滑动钻井钻柱摇摆范围的确定方法与流程

本发明涉及石油天然气勘探钻井技术领域，确切地说涉及一种滑动钻井钻柱摆动范围的确定方法。

背景技术

在石油天然气钻井中，定向井、水平井是目前最常用的井型，滑动钻井技术是定向井、水平井的主要钻井作业方式。滑动钻井是在钻进过程中，钻头以上钻柱不旋转，依靠螺杆动力钻具带动钻头旋转实现连续破岩形成井眼。虽然滑动钻井技术的成本较低、应用广泛，但是缺点是由于钻进过程中钻柱不做旋转运动、保持相对静止，而且部分井下钻柱与井眼下壁接触，导致钻柱摩阻力升高、给钻头施加钻压困难，“托压”情况频繁发生，一方面会造成钻井速度慢，另一方面保持螺杆动力钻具的工具面稳定也较为困难，需要不断调整工具面。

针对滑动钻井“托压”问题，通过不断的顺时针、逆时针摆动钻柱可以减弱或消除上部钻柱的静摩擦力，从而提高滑动钻井作业的效率。但是如何确定钻柱摆动运动的范围，是实现该方法的关键。公开号为cn101466911a，公开日为2009年6月24日的中国专利文献公开了一种摆动钻柱的装置和方法，虽然提到了摆动钻柱的方法，但该方法没有公布确定顺时针与逆时针旋转钻柱范围的计算步骤，在滑动钻井应用中不具备可操作性。对于钻柱摆动范围依然依靠现场钻井经验确定，缺乏相应的计算分析方法，造成钻柱摆动滑动钻井的效果不佳。

技术实现要素：

本发明旨在针对上述现有技术所存在的缺陷和不足，提供一种滑动钻井钻柱摇摆范围的确定方法，采用本方法，在钻柱摆动滑动钻井过程中，确定摆动钻柱的扭矩范围，如顺时针、逆时针所需施加的井口钻柱扭矩，实现了持续顺时针、逆时针旋转钻柱而不改变螺杆动力钻具的相对方向，减弱或消除上部钻柱的静摩擦力，解决滑动钻井所面临的“托压”、工具面不稳定等问题，从而提高滑动钻井速度和效率，使得钻柱摆动滑动实用性和可操作性更强，具有非常重要的现实意义。

本发明是通过采用下述技术方案实现的：

一种滑动钻井钻柱摇摆范围的确定方法，其特征在于步骤如下：

a）分析计算实钻井眼轨迹和钻具组合情况下的井下钻柱摩阻；

b）根据钻具组合中螺杆钻具的输出扭矩，确定螺杆反扭矩所影响的相邻钻柱长度l下，得到反扭矩沿钻柱向上传输分布曲线；

c）由钻头离底空钻时的扭矩t离得到地面扭矩沿钻柱向下传输分布曲线；

d）根据地面扭矩向下传输分布曲线和螺杆反扭矩向上传输分布曲线，以螺杆反扭矩沿钻柱向上传输为零的位置为下限、以0.5t离～0.8t离为上限，确定不受地面扭矩和螺杆反扭矩影响的井下钻柱长度l中；

e）由上限得到摆动钻柱的长度l上和所施加的地面扭矩，包括钻柱顺时针、逆时针旋转的扭矩；

f）设定滑动钻进间隔并重复上述步骤a)-e)调整钻柱摆动运动施加的地面扭矩参数。

步骤a）中，由当前的实钻井眼轨迹和钻具组合，利用管柱力学模型分析计算井下钻柱的摩阻力，分析时钻柱与井壁之间摩擦系数可以是全井段平均值，也可以是分井段的平均值。

步骤b）中，井下螺杆钻具输出扭矩通过钻头与地层间的接触，反作用到与井下螺杆钻具连接的相邻钻柱上面，带动钻柱与钻头相反的方向旋转，直到钻柱与井壁之间的摩擦力平衡掉该反作用力，从而确定螺杆钻具反扭矩所影响的相邻钻柱长度。

步骤d）中，地面扭矩向下传输分布曲线和螺杆反扭矩向上传输分布曲线二者存在交点时，以交点处的位置为下限、仍以0.5t离～0.8t离为上限。

步骤e）中，由上限得到摆动钻柱的长度l上和所施加的地面扭矩和角度，包括钻柱顺时针、逆时针旋转的扭矩和角度。

步骤e）中，地面转盘扭矩的顺时针、逆时针扭矩和角度在数值上可以相同或者不相同，顺时针的转盘扭矩、角度大于逆时针的转盘扭矩和角度。

步骤f）中，滑动钻进的间隔为30m，每滑动钻进30m，则重复上述步骤a)-e)调整钻柱摆动运动施加的地面扭矩和角度参数。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果如下：

1、对于钻柱摆动滑动钻井，通过井下钻柱摩阻严重程度分析，获得井下螺杆动力钻具输出扭矩影响钻柱长度和地面转盘扭矩影响钻柱长度之间的安全钻柱长度范围，确定钻柱顺时针和逆时针摆动运动的范围，从而真正用于控制滑动钻井的钻柱摆动运动，为实现提高滑动钻井效率提供技术支撑。

2、采用本方法，在钻柱摆动滑动钻井过程中，确定摆动钻柱的扭矩范围，如顺时针、逆时针所需施加的井口钻柱扭矩，实现持续顺时针、逆时针旋转钻柱而不改变螺杆动力钻具的相对方向，减弱或消除上部钻柱的静摩擦力，解决滑动钻井所面临的“托压”、工具面不稳定等问题，从而提高滑动钻井速度和效率，使得钻柱摆动滑动实用性和可操作性更强，具有非常重要的现实意义。

附图说明

下面将结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，其中：

图1为本发明流程示意图。

图2为本发明所采用地面扭矩和螺杆反扭矩分布示意图。

图3为本发明所采用的滑动钻井系统示意图。

具体实施方式

实施例1

作为本发明一较佳实施方式，其公开了一种滑动钻井钻柱摇摆范围的确定方法，其步骤如下：

a）分析计算实钻井眼轨迹和钻具组合情况下的井下钻柱摩阻；

b）根据钻具组合中螺杆钻具的输出扭矩，确定螺杆反扭矩所影响的相邻钻柱长度l下，得到反扭矩沿钻柱向上传输分布曲线；

c）由钻头离底空钻时的扭矩t离得到地面扭矩沿钻柱向下传输分布曲线；

d）根据地面扭矩向下传输分布曲线和螺杆反扭矩向上传输分布曲线，以螺杆反扭矩沿钻柱向上传输为零的位置为下限、以0.5t离～0.8t离为上限，确定不受地面扭矩和螺杆反扭矩影响的井下钻柱长度l中；

e）由上限得到摆动钻柱的长度l上和所施加的地面扭矩，包括钻柱顺时针、逆时针旋转的扭矩；

f）设定滑动钻进间隔并重复上述步骤a)-e)调整钻柱摆动运动施加的地面扭矩参数。

实施例2

为了提高钻柱摆动滑动钻井时效，本发明提供了一种滑动钻井摆动钻柱范围的确定方法，如图1所示，该方法包括下列步骤：a）分析计算实钻井眼轨迹和钻具组合情况下的井下钻柱摩阻；b）根据钻具组合中螺杆钻具的输出扭矩，确定螺杆反扭矩所影响的相邻钻柱长度l下，得到反扭矩沿钻柱向上传输分布曲线；c）由钻头离底空钻时的扭矩t离得到地面扭矩沿钻柱向下传输分布曲线；d）根据地面扭矩向下传输分布曲线和螺杆反扭矩向上传输分布曲线，一般的以螺杆反扭矩沿钻柱向上传输为零的位置为下限、以0.5t离～0.8t离为上限，确定不受地面扭矩和螺杆反扭矩影响的井下钻柱长度l中；e）由上限得到摆动钻柱的长度l上和所施加的地面扭矩、角度，包括钻柱顺时针、逆时针旋转的扭矩、角度；f）设定一定滑动钻进间隔，如每滑动钻进30m，重复上述步骤调整钻柱摆动运动施加的地面扭矩、角度参数。

步骤a）中，由当前的实钻井眼轨迹和钻具组合，利用管柱力学模型分析计算井下钻柱的摩阻力，分析时钻柱与井壁之间摩擦系数可以是全井段平均值，也可以是分井段的平均值。

步骤b）中，根据钻具组合中螺杆钻具的输出扭矩，确定螺杆反扭矩所影响的相邻钻柱长度l下，得到反扭矩沿钻柱向上传输分布曲线。

进一步地，在步骤b）中，井下螺杆钻具输出扭矩通过钻头与地层间的接触，反作用到与井下螺杆钻具连接的相邻钻柱上面，带动钻柱与钻头相反的方向旋转，直到钻柱与井壁之间的摩擦力平衡掉该反作用力，从而确定螺杆钻具反扭矩所影响的相邻钻柱长度。

步骤c）中，由钻头离底空钻时的扭矩t离得到地面扭矩沿钻柱向下传输分布曲线。

步骤d）中，根据地面扭矩向下传输分布曲线和螺杆反扭矩向上传输分布曲线，一般的以螺杆反扭矩沿钻柱向上传输为零的位置为下限、以0.5t离～0.8t离为上限，确定不受地面扭矩和螺杆反扭矩影响的井下钻柱长度l中。

进一步地，在步骤d）中，地面扭矩向下传输分布曲线和螺杆反扭矩向上传输分布曲线二者存在交点时，以交点处的位置为下限、仍以0.5t离～0.8t离为上限。

步骤e）中，由上限得到摆动钻柱的长度l上和所施加的地面扭矩、角度，包括钻柱顺时针、逆时针旋转的扭矩、角度。

进一步地，在步骤e）中，地面转盘扭矩的顺时针、逆时针扭矩、角度在数值上可以相同或者不相同，通常顺时针的转盘扭矩、角度可以大于逆时针的转盘扭矩、角度。

步骤f）中，每滑动钻进一段后，如每滑动钻进30m，重复上述步骤调整钻柱摆动运动施加的地面扭矩、角度参数。

实施例3

作为本发明的最佳实施方式，为了实现滑动钻井钻柱摆动运动的控制，提高滑动钻井机械钻速、克服定向托压现象，本发明提供了一种操作简单的钻柱摆动极限参数确定方法，如图1、2、3所示，该方法包括下列步骤：

步骤（1）：在当前的实钻井眼轨迹和钻具组合下，分析井下钻柱2摩阻情况，严重程度由钻柱2与井筒之间的摩擦系数大小确定。

步骤（2）：根据螺杆钻具1的输出扭矩，确定螺杆反扭矩所影响的相邻钻柱长度l下，得到反扭矩沿钻柱向上传输分布曲线。

步骤（3）：由钻头离底空钻时的扭矩t离得到地面扭矩沿钻柱向下传输分布曲线。

步骤（4）：根据螺杆反扭矩向上传输分布曲线s101和地面扭矩向下传输分布曲线s102确定井下钻柱2不受地面扭矩和螺杆反扭矩影响的上限s103和下限s104，一般的以螺杆反扭矩沿钻柱向上传输为零的位置为下限、以0.5t离～0.8t离为上限。

步骤（5）：由上限s103确定摆动钻柱的长度l上和钻井设备3所施加的地面扭矩、角度，包括钻柱顺时针、逆时针旋转扭矩、角度，在数值上二者可以相同或者不相同，通常顺时针的转盘扭矩、角度可以大于逆时针的转盘扭矩、角度。

步骤（6）：设定一定滑动钻进间隔，如每滑动钻进30m，重复上述步骤调整钻柱摆动运动施加的地面扭矩、角度参数。