一种定向穿越导向（扩孔）钻柱疲劳预警方法
【专利摘要】本发明涉及一种定向穿越导向（扩孔）钻柱疲劳预警方法，其适用于水平定向穿越导向钻进、扩孔钻井钻柱寿命评价及预警。其技术方案为：采用钻柱动力学影响因子，将静力学计算公式进行修正，达到精确计算钻具寿命并提出控制措施的目的。该方法立足于定向穿越钻柱动力学，分析了变截面，且处于高轴向力、高弯矩及扭矩等因素耦合作用下的钻具受力状态，获得了动力学影响因子库。本发明可用于评价导向钻井、扩孔钻进钻柱剩余寿命，并进行预警，能够实时了解各段钻柱的不同应力状态，有效减少钻具因强交变应力状态导致的早期故障期失效，优化钻具组合，大大提高定向穿越施工效率；本方法操作简单，根据不同工况选择参数，可用于现场手工计算，后方计算机编程。
【专利说明】
-种定向穿越导向（扩孔)钻柱疲劳预譬方法
技术领域
[0001] 本发明设及一种定向穿越导向（扩孔)钻柱疲劳预警方法，其适用于水平定向穿越 导向钻进、扩孔钻进钻柱寿命评价及预警。
[0002] 背景内容 水平定向钻穿越技术作为油气管道非开挖施工技术的一个分支，是在油田定向钻井工 艺的基础上发展起来的，是传统的管道铺设技术与油田定向钻井工艺结合形成的。
[0003] 通常，钻驻寿命评价及预警多数是基于静力学的"拉、压、弯、扭、剪"等力学因素， 利用寿命计算公式来评价钻柱寿命，并在此基础上乘W安全系数，从而使应力水平相对安 全，未引入动力学的动态应力因素。
[0004] 本文的一种定向穿越导向（扩孔)钻柱疲劳预警方法，立足于定向穿越钻柱动力 学，分析了变截面，且处于高轴向力、高弯矩及扭矩等因素禪合作用下的钻具受力状态，获 得了动力学影响因子库，对静力学计算公式进行修正，主要影响因素:岩±对钻具的摩擦系 数、孔桐扩大系数、不同钻进阶段、变截面应力集中，从而使钻柱应力状态更接近实际。
【发明内容】
[0005] -种定向穿越导向（扩孔)钻柱疲劳预警方法，其特征在于立足于定向穿越钻柱动 力学，分析了变截面，且处于高轴向力、高弯矩及扭矩等因素禪合作用下的钻具受力状态， 获得了动力学影响因子库，对静力学计算公式进行修正，主要影响因素:岩±对钻具的摩擦 系数、孔桐扩大系数、不同钻进阶段、变截面应力集中。动力学影响因子库具体数据如下：
利用动力学计算软件获得动力学影响因子，其对导向钻进时静力学公式的修正范围为 0.85-1.7;孔桐较短时，采用较小修正值;孔桐较长、扭矩较大时，采用较大修正值。
[0006] 利用动力学计算软件获得岩±摩擦系数影响因子，其对导向钻进时静力学公式的 修正范围为0.73-1.49; W摩擦系数为0.2为基准，当摩擦系数〉0.2时，取较小值;摩擦系数< 0.2时，取较大值。
[0007] 利用动力学计算软件获得孔桐扩大率影响因子，其对导向钻进时静力学公式的修 正范围为0.56-1.60; W孔周岩±较硬时或经探测孔桐扩大率小于15%时，取小值;反之取大 值。
[000引定向穿越扩孔钻进阶段，利用动力学计算软件获得了动力学影响因子，其对静力 学公式的修正范围为1-1.45;扩孔钻进到水平段后，取较大值。
[0009] 定向穿越扩孔钻进阶段，利用动力学计算软件获得了岩±摩擦系数影响因子，其 对静力学公式的修正范围为0.82-1.27;当摩擦系数〉0.2时，取较小值;摩擦系数<0.2时，取 较大值。
[0010] 定向穿越扩孔钻进阶段，利用动力学计算软件获得了孔桐扩大率影响因子，其对 静力学公式的修正范围为0.89-1.73。扩孔率越大，取大值。
【附图说明】
[0011] 图1是本发明一种定向穿越导向（扩孔)钻柱疲劳预警方法的定向穿越导向（扩孔） 钻进示意图； 图2是本发明一种定向穿越导向（扩孔)钻柱疲劳预警方法的导向孔钻进整个钻柱静应 力曲线； 图3是本发明一种定向穿越导向（扩孔)钻柱疲劳预警方法的导向钻进整个钻柱动力学 应力状态； 图4是本发明一种定向穿越导向（扩孔)钻柱疲劳预警方法的摩擦系数(0.1-0.3)对钻 具单元等效应力的影响； 图5是本发明一种定向穿越导向（扩孔)钻柱疲劳预警方法的孔桐扩大(0%-50%)对von Mises等效应力的影响。 具体实施例
[0012] 如图1所示，非开挖定向穿越钻具所受载荷包括： (1) 钻柱惟线巧重； (2) 钻机在井口施加的轴向拉(压)力； (3) 钻机在井口施加的扭矩； (4) 井壁支撑反力； 巧)岩±轴向库仑摩擦力； (6) 岩±环向摩擦阻力矩。岩±与钻柱之间的库仑摩擦系数与岩(±)性、钻井液性能有 关； (7) 钻压：与常规钻进不同，非开挖定向钻穿越钻具的钻压由钻机在井口 "推"钻柱或 "拉"钻柱形成。根据岩石切削原理，钻进速度越快、岩±越致密，钻压越大； (8) 岩±对钻头(切割刀）的切削阻力矩。与钻压一样，切削阻力矩与钻进速度、岩±致 密度及钻压成正比； (9) 钻井液浮力； (10) 钻井液的内外压力； (11) 钻井液对钻柱的粘滞摩擦扭矩。
[0013] 如图2-5所示，根据整个导向钻进钻柱(6-5/8"规格)的静态受力情况，可W获得渭 河穿越工程全孔段钻柱的静应力曲线。经过与钻具动力学仿真模拟结果对比，可W获得不 同钻柱段的应力修正系数。
[0014] 利用动力学计算软件获得动力学影响因子，其对导向钻进时静力学公式的修正范 围为0.85-1.7;孔桐较短时，采用较小修正值;孔桐较长、扭矩较大时，采用较大修正值。
[0015] 利用动力学计算软件获得岩±摩擦系数影响因子，其对导向钻进时静力学公式的 修正范围为0.73-1.49; W摩擦系数为0.2为基准，当摩擦系数〉0.2时，取较小值;摩擦系数< 0.2时，取较大值。
[0016] 利用动力学计算软件获得孔桐扩大率影响因子，其对导向钻进时静力学公式的修 正范围为0.56-1.60; W孔周岩±较硬时或经探测孔桐扩大率小于15%时，取小值;反之取大 值。
[0017] 定向穿越扩孔钻进阶段，利用动力学计算软件获得了动力学影响因子，其对静力 学公式的修正范围为1-1.45;扩孔钻进到水平段后，取较大值。
[0018] 定向穿越扩孔钻进阶段，利用动力学计算软件获得了岩±摩擦系数影响因子，其 对静力学公式的修正范围为0.82-1.27;当摩擦系数〉0.2时，取较小值;摩擦系数<0.2时，取 较大值。
[0019] 定向穿越扩孔钻进阶段，利用动力学计算软件获得了孔桐扩大率影响因子，其对 静力学公式的修正范围为0.89-1.73。扩孔率越大，取大值。
[0020] 通过分析导向钻进不同参数对钻柱应力水平的影响，从而获得了动力学影响因子 库。
【主权项】
1. 一种定向穿越导向（扩孔)钻柱疲劳预警方法，其特征在于立足于定向穿越钻柱动力 学，分析了变截面，且处于高轴向力、高弯矩及扭矩等因素耦合作用下的钻具受力状态，获 得了动力学影响因子库，对静力学计算公式进行修正，主要影响因素:岩土对钻具的摩擦系 数、孔洞扩大系数、不同钻进阶段、变截面应力集中。2. 根据权利要求1所述的一种定向穿越导向（扩孔)钻柱疲劳预警方法，其特征在于利 用动力学计算软件获得动力学影响因子，其对导向钻进时静力学公式的修正范围为0.85-1.7;孔洞较短时，采用较小修正值;孔洞较长、扭矩较大时，采用较大修正值。3. 根据权利要求1所述的一种定向穿越导向（扩孔)钻柱疲劳预警方法，其特征在于利 用动力学计算软件获得岩土摩擦系数影响因子，其对导向钻进时静力学公式的修正范围为 0.73-1.49;以摩擦系数为0.2为基准，当摩擦系数>0.2时，取较小值;摩擦系数〈0.2时，取较 大值。4. 根据权利要求1所述的一种定向穿越导向（扩孔)钻柱疲劳预警方法，其特征在于利 用动力学计算软件获得孔洞扩大率影响因子，其对导向钻进时静力学公式的修正范围为 0.56-1.60;以孔周岩土较硬时或经探测孔洞扩大率小于15%时，取小值;反之取大值。5. 根据权利要求1所述的一种定向穿越导向（扩孔)钻柱疲劳预警方法，其特征在于定 向穿越扩孔钻进阶段，利用动力学计算软件获得了动力学影响因子，其对静力学公式的修 正范围为1-1.45;扩孔钻进到水平段后，取较大值。6. 根据权利要求1、4所述的一种定向穿越导向（扩孔)钻柱疲劳预警方法，其特征在于 定向穿越扩孔钻进阶段，利用动力学计算软件获得了岩土摩擦系数影响因子，其对静力学 公式的修正范围为〇. 82-1.27;当摩擦系数>0.2时，取较小值;摩擦系数〈0.2时，取较大值。7. 根据权利要求1、4、5所述的一种定向穿越导向（扩孔)钻柱疲劳预警方法，其特征在 于定向穿越扩孔钻进阶段，利用动力学计算软件获得了孔洞扩大率影响因子，其对静力学 公式的修正范围为〇. 89-1.73，扩孔率越大，取大值。
【文档编号】G06F17/50GK105825031SQ201610205995
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年4月6日
【发明人】祝效华, 贾彦杰
【申请人】西南石油大学