一种钻具造斜率的确定方法和装置制造方法及图纸

本申请提供了一种钻具造斜率的确定方法和装置，其中，该方法包括：获取目标钻具的影响因子，根据目标钻具中导向钻具组合与井壁的接触状态，建立基于所述影响因子的钻具受力刚度方程；根据所述目标钻具钻头处的弯矩求解所述刚度方程，得到待定系数和上切段长度；根据所述待定系数和所述上切段长度，计算得到输出参数，其中，所述输出参数包括以下至少之一：钻头侧向力、钻头转角、钻具的支反力、偏心距；将所述输出参数代入钻速方程，求得第一造斜率；根据第一造斜率和预设的折算系数，得到所述目标钻具的折算造斜率。通过上述方案解决了现有的造斜率确定结果不准确的问题，达到了有效提升造斜率确定的准确度的技术效果。造斜率确定的准确度的技术效果。造斜率确定的准确度的技术效果。

【技术实现步骤摘要】
一种钻具造斜率的确定方法和装置


[0001]本申请属于数据处理
，尤其涉及一种钻具造斜率的确定方法和装置。

技术介绍

[0002]目前，导向工具造斜率的预测方法主要包括：平衡曲率法、侧向力法、趋势角法。
[0003]其中，“平衡曲率法”认为钻头会向能量消耗最小的方向钻进，即在势能最小时到达平衡状态，通过改变井眼曲率直至侧向力减小至零或趋近于零，将此时的井眼曲率值作为导向钻具组合的造斜率。然而，“平衡曲率法”未考虑钻头切削性能及地层各向异性的影响，且零侧向力准则是一种极限状态，实钻中该状态难以达到，因此计算得到的造斜率明显要高于“折算造斜率法”，计算值与实测值的吻合程度较差。
[0004]“侧向力法”考虑了钻具变形的影响，通过底部钻具组合力学分析计算钻头侧向力，利用侧向力的大小反映导向钻具造斜率的大小。然而，侧向力法主要忽略了钻头切削性能和地层各向异性的影响。
[0005]“趋势角法”是针对钻头载荷下的钻头轨迹偏离井眼轴线的情况，考虑钻具刚度的影响，将钻头合力作用线与井眼轴线的夹角作为造斜率的评价依据。趋势角法虽然考虑了钻进过程，但是因为其计算结果主要针对于钻头走向进行的预测，并不能直接反映工具造斜率的大小。
[0006]进一步的，虽然侧向力和趋势角均与造斜率呈正相关，可以间接表征导向工具的造斜率。然而，这两种方法与造斜率之间的定量关系均不明确，导致工具的造斜率难以计算，在实际应用中存在一定的局限性。
[0007]针对现有的造斜率确定方法所存在的准确度较低的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现思路

[0008]本申请目的在于提供一种钻具造斜率的确定方法和装置，可以实现对造斜率的准确确定。
[0009]本申请提供一种钻具造斜率的确定方法和装置是这样实现的：
[0010]一种钻具造斜率的确定方法，所述方法包括：
[0011]获取目标钻具的影响因子，其中，所述影响因子包括以下至少之一：钻具长度、井眼视半径、钻井参数、钻具弯度、预设井眼曲率；
[0012]根据目标钻具中导向钻具组合与井壁的接触状态，建立基于所述影响因子的钻具受力刚度方程；
[0013]根据所述目标钻具钻头处的弯矩求解所述刚度方程，得到待定系数和上切段长度；
[0014]根据所述待定系数和所述上切段长度，计算得到输出参数，其中，所述输出参数包括以下至少之一：钻头侧向力、钻头转角、钻具的支反力、偏心距；
[0015]将所述输出参数代入钻速方程，求得第一造斜率；
[0016]根据第一造斜率和预设的折算系数，得到所述目标钻具的折算造斜率。
[0017]在一个实施方式中，根据目标钻具中导向钻具组合与井壁的接触状态，建立基于所述影响因子的钻具受力刚度方程，包括：
[0018]根据目标钻具中导向钻具组合与井壁的接触状态，建立多类基于所述影响因子的单元矩阵方程；
[0019]对所述多类基于所述影响因子的单元矩阵方程进行融合，得到钻具受力刚度方程；
[0020]其中，所述多类基于所述影响因子的单元矩阵方程包括：距钻头最近一跨的钻具节点接触井壁的矩阵方程、距钻头最近一跨的钻具节点不接触井壁的矩阵方程、最后一跨钻具端部接触井壁的矩阵方程、最后一跨钻具端部不接触井壁的矩阵方程、两跨端部钻具节点接触井壁的矩阵方程、两跨端部钻具节点不接触井壁的矩阵方程、前一跨端部节点接触井壁后一跨端部节点不接触井壁的矩阵方程、前一跨端部节点不接触井壁后一跨端部节点接触井壁的矩阵方程。
[0021]在一个实施方式中，钻具受力刚度方程表示为：
[0022][0023]其中，
Mk
表示单元矩阵方程，1表示第一跨钻具节点，N表示最后一跨钻具节点，k＝1表示井斜平面，k＝2表示方位平面，C
k,j
＝[C
k,1,j
C
k,2,j
C
k,3,j
C
k,4,j
C
k,5,j
]T
表示待定系数，D表示单元矩阵方程的计算结果。
[0024]在一个实施方式中，根据所述待定系数和所述上切段长度，计算得到输出参数，包括：
[0025]按照如下公式计算钻头侧向力和钻头转角：
[0026][0027]按照如下公式计算钻具的支反力：
[0028]N
sk,j
＝
‑
EI
j
(24L
k,j
C
k,1,j
+6C
k,2,j
)+6EI
j+1
C
k,2,j+1
[0029]按照如下公式计算偏心距：
[0030]G
k,j
＝[u
k,j
(L
k,j
/a)
‑
e
k
]/cosψ
k,j
[0031]其中，F
b,k
表示钻头侧向力在井斜平面和方位平面上的分量，单位为kN，θ
b,k
为钻头转角在井斜平面和方位平面上的分量，单位为rad；W
b
为钻压，单位为kN，C
k
表示待定系数，k＝1表示井斜平面，k＝2表示方位平面，EI表示的抗弯刚度，单位为kN
·
m2，N
sk,j
表示支反力，单位为kN，L
k,j
表示每跨钻具的长度，单位为m，G
k,j
表示偏心距，a为管柱任意跨所占的比例系数，无因次，e
k
为井眼偏心时管柱在井斜平面和方位平面投影，单位为m，ψ
k,j
表示每跨管柱的井眼曲率，单位为rad，u
k
表示管柱在井斜平面和方位平面上的挠度。
[0032]在一个实施方式中，钻速方程表示为：
[0033][0034]其中，R
b
、R1、R2为考虑钻头地层各向异性指数下的钻速分量，单位为m/h，D
n
表示标准钻井效率，R表示井底
‑
地层参考坐标系的转换矩阵，S表示井底
‑
钻头参考坐标系的转换矩阵，I
r1
、I
r2
表示地层的各向异性指数，无因次，I
b
表示钻头的各向异性指数，无因次，F
b,1
表示钻头侧向力在井斜平面上的分量，F
b,2
表示钻头侧向力在方位平面上的分量，W
b
为钻压，单位为kN。
[0035]在一个实施方式中，根据第一造斜率和预设的折算系数，得到所述目标钻具的折算造斜率，包括：
[0036]按照如下公式计算折算造斜率：
[0037][0038]其中，κ
A
为折算造斜率，单位为rad/30m，λ为通过实钻数据反演计算得到的折算系数，κ1表示第一造斜率本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钻具造斜率的确定方法，其特征在于，所述方法包括：获取目标钻具的影响因子，其中，所述影响因子包括以下至少之一：钻具长度、井眼视半径、钻井参数、钻具弯度、预设井眼曲率；根据目标钻具中导向钻具组合与井壁的接触状态，建立基于所述影响因子的钻具受力刚度方程；根据所述目标钻具钻头处的弯矩求解所述刚度方程，得到待定系数和上切段长度；根据所述待定系数和所述上切段长度，计算得到输出参数，其中，所述输出参数包括以下至少之一：钻头侧向力、钻头转角、钻具的支反力、偏心距；将所述输出参数代入钻速方程，求得第一造斜率；根据第一造斜率和预设的折算系数，得到所述目标钻具的折算造斜率。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据目标钻具中导向钻具组合与井壁的接触状态，建立基于所述影响因子的钻具受力刚度方程，包括：根据目标钻具中导向钻具组合与井壁的接触状态，建立多类基于所述影响因子的单元矩阵方程；对所述多类基于所述影响因子的单元矩阵方程进行融合，得到钻具受力刚度方程；其中，所述多类基于所述影响因子的单元矩阵方程包括以下至少之一：距钻头最近一跨的钻具节点接触井壁的矩阵方程、距钻头最近一跨的钻具节点不接触井壁的矩阵方程、最后一跨钻具端部接触井壁的矩阵方程、最后一跨钻具端部不接触井壁的矩阵方程、两跨端部钻具节点接触井壁的矩阵方程、两跨端部钻具节点不接触井壁的矩阵方程、前一跨端部节点接触井壁后一跨端部节点不接触井壁的矩阵方程、前一跨端部节点不接触井壁后一跨端部节点接触井壁的矩阵方程。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，钻具受力刚度方程表示为：其中，M
k
表示单元矩阵方程，1表示第一跨钻具节点，N表示最后一跨钻具节点，k＝1表示井斜平面，k＝2表示方位平面，C
k,j
＝[C
k,1,j C
k,2,j C
k,3,j C
k,4,j C
k,5,j
]
T
表示待定系数，D表示单元矩阵方程的计算结果。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据所述待定系数和所述上切段长度，计算得到输出参数，包括：按照如下公式计算钻头侧向力和钻头转角：按照如下公式计算钻具的支反力：N
sk,j
＝
‑
EI
j
(24L
k,j
C
k,1,j
+6C
k,2,j
)+6EI
j+1
C
k,2,j+1
按照如下公式计算偏心距：
G
k,j
＝[u
k,j
(L
k,j
/a)
‑
e
k
]/cosψ
k,j
其中，F
b,k
表示钻头侧向力在井斜平面和方位平面上的分量，单位为kN，θ
b,k
为钻头转角在井斜平面和方位平面上的分量，单位为rad；W
b
为钻压，单位为kN，C
k
表示待定系数，EI表示的抗弯刚度，单位为kN
·
m2，N
sk,j
表示支反力，单位为kN，L
k,j
...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄文君，王舸，高德利，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：