一种长稳斜段复合钻进提速方法及提速系统技术方案

本发明专利技术公开了一种长稳斜段复合钻进提速方法及提速系统，包括滑动导向钻井系统复合钻进井斜变化率预测方法、滑动导向钻具组合设计及钻进参数优选方法、与滑动导向钻井系统匹配的长稳斜段待钻轨道优化与控制方法和有助于长稳斜段提速的螺杆钻具工作参数调控方法。从滑动导向钻井系统复合钻进井斜变化率预测方法入手，通过优化滑动导向钻井系统设计方案和钻进参数以及长稳斜段待钻轨道设计方案实现随钻预测和调控复合钻进井斜变化率，在长稳斜段尽可能多采用复合钻进方式；通过实时调控螺杆钻具工作参数，让螺杆钻具将更多水力能量转变成机械能驱动钻头破岩，可提高长水平段复合钻进钻井速度及螺杆钻具输出功率并能避免螺杆钻具提前损坏。杆钻具提前损坏。杆钻具提前损坏。

【技术实现步骤摘要】
一种长稳斜段复合钻进提速方法及提速系统


[0001]本专利技术属于石油、天然气钻井领域，涉及一种长稳斜段复合钻进提速方法及提速系统。

技术介绍

[0002]当前油气资源勘探开发正转向深部地层，为了提高勘探开发效益，定向井和水平井数量日益增多。对于储层埋深较大的定向井和水平井来说，设计井眼轨道基本上都有一个长稳斜段(超过1000m)，国内外普遍采用滑动导向钻井系统钻进长稳斜段(含水平段)，该系统可以随时切换至滑动钻进方式快速调整井眼轨迹，或复合钻进方式提高钻井速度。钻井理论与实践表明，同等条件下复合钻进速度往往数倍于滑动钻进速度；钻进长稳斜段时以复合钻进方式为主，滑动钻进方式为辅；能否安全和快速钻进这个长稳斜段往往会成为缩短钻井周期和降低钻井成本的关键环节。专利号CN107609214B公开了一种可提高水平段复合钻进效果的井眼曲折度调控方法，仅涉及水平段待钻井眼轨道设计方法，未涉及长稳斜段滑动导向钻井系统设计与复合钻进效果预测分析，与本专利申请的核心技术完全不同；专利号CN202010301009.1公开了一种适用于油井水平井施工的二开一趟钻钻具组合及其施工方法，仅涉及单弯单稳定器滑动导向钻井系统的操作方法，未涉及长稳斜段待钻井眼轨道设计方法，也未涉及长稳斜段滑动导向钻井系统设计与复合钻进效果预测分析。科学制定长稳斜段复合钻进提速方法，尽可能多采用复合钻进方式已成为钻井工程领域亟待解决的一个重要技术问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种长稳斜段复合钻进提速方法及提速系统，旨在解决现有技术中长稳斜段复合钻进比例偏低、钻进方式交替频繁、不利于钻井提速的缺陷性技术问题。
[0004]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0005]本专利技术提出的一种长稳斜段复合钻进提速方法，包括如下步骤：
[0006]获取长稳斜段复合钻进参数，设定高边工具面0
°
和高边工具面180
°
，根据长稳斜段复合钻进参数预测全力增斜造斜率K0和全力降斜造斜率K180；根据全力增斜造斜率K0与全力降斜造斜率K180的均值获取复合钻进井斜变化率Kr；
[0007]获取稳斜段长度Lh和稳斜段获取井斜角αbo，根据稳斜段长度Lh和复合钻进井斜变化率Kr预测长稳斜段复合钻进井斜角累计偏差Δα；根据井斜角累计偏差Δα及稳斜段获取井斜角αbo调整稳斜段复合钻进起点对应井斜角αbs和稳斜段复合钻进末点对应井斜角αbe；
[0008]随钻监控井斜角α及复合钻进井斜变化率Kr，井斜角α接近稳斜段复合钻进末点对应井斜角αbe，转为滑动钻进方式，将井斜角α调整至稳斜段复合钻进起点对应井斜角αbs，直至稳斜段钻进结束；井斜角α远离稳斜段复合钻进末点对应井斜角αbe，继续监控井斜角α
及复合钻进井斜变化率Kr，直至稳斜段钻进结束。
[0009]优选地，预测全力增斜造斜率K0和全力降斜造斜率K180的方法如下：
[0010]初步给定井眼曲率K，进行BHA受力分析，获取钻头侧向力及钻头转角，根据钻头侧向力及钻头转角获取井斜趋势角；
[0011]若井斜趋势角为0，则给定井眼曲率K为造斜率；若井斜趋势角不为0，则重新给定井眼曲率K，重新获取钻头侧向力及钻头转角，直至井斜趋势角为0。
[0012]优选地，所述钻头侧向力N
b
和钻头转角A
b
的表达式如公式(1)所示：
[0013][0014]其中，M1为近钻头稳定器处对应弯矩；P
b
为钻压；L1、q1、u1分别为下部钻具组合第1跨梁的长度、横向均布载荷、稳定系数；y1为近钻头稳定器对应的支座高度；X(u1)、Z(u1)为第1跨梁的载荷放大系数；E为钻具的弹性模量。
[0015]优选地，所述井斜趋势角A
r
的数学表达式如公式(2)所示：
[0016][0017]其中，I
b
为钻头各向异性指数。
[0018]优选地，井斜角累计偏差Δα的表达式为：Δα＝Kr
×
Lh；
[0019]稳斜段复合钻进起点对应井斜角αbs的表达式为：αbs＝αbo
‑
Δα；
[0020]稳斜段复合钻进末点对应井斜角αbe的表达式为：αbe＝αbo+Δα。
[0021]优选地，长稳斜段复合钻进井斜变化率Kr＞0，是将长稳斜段整体调整为缓慢增斜段。
[0022]优选地，长稳斜段复合钻进井斜变化率Kr＜0，是将长稳斜段整体调整为缓慢降斜段。
[0023]优选地，长稳斜段复合钻进提速方法以复合钻进为主，滑动钻进为辅。
[0024]本专利技术提出的一种长稳斜段复合钻进提速方法的提速系统，包括：
[0025]复合钻进井斜变化率获取模块，所述复合钻进井斜变化率获取模块用于获取长稳斜段复合钻进参数，设定高边工具面0
°
和高边工具面180
°
，根据长稳斜段复合钻进参数预测全力增斜造斜率K0和全力降斜造斜率K180；根据全力增斜造斜率K0与全力降斜造斜率K180的均值获取复合钻进井斜变化率Kr；
[0026]井斜角调整模块，所述井斜角调整模块用于获取稳斜段长度Lh和稳斜段获取井斜角αbo，根据稳斜段长度Lh和复合钻进井斜变化率Kr预测长稳斜段复合钻进井斜角累计偏差Δα；根据井斜角累计偏差Δα及稳斜段获取井斜角αbo调整稳斜段复合钻进起点对应井斜角αbs和稳斜段复合钻进末点对应井斜角αbe；
[0027]稳斜段钻进提速模块，所述稳斜段钻进提速模块用于随钻监控井斜角α及复合钻进井斜变化率Kr，井斜角α接近稳斜段复合钻进末点对应井斜角αbe，转为滑动钻进方式，将井斜角α调整至稳斜段复合钻进起点对应井斜角αbs，直至稳斜段钻进结束；井斜角α远离稳
斜段复合钻进末点对应井斜角αbe，继续监控井斜角α及复合钻进井斜变化率Kr，直至稳斜段钻进结束。
[0028]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0029]本专利技术提出的一种长稳斜段复合钻进提速方法，有助于提高长稳斜段复合钻进比例、减少钻进方式交替次数，可显著提高长稳斜段钻井速度；在提高速度的同时，有助于延提升螺杆钻具的输出功率长并延长其工作寿命、减少起下钻换钻具次数，可显著提升复合钻进速度和单趟钻进尺；有助于降低井眼曲折度，可显著提升长稳斜段井眼轨迹质量，降低下部井段钻井难度和完井阶段下套管难度。本专利技术从滑动导向钻井系统复合钻进井斜变化率预测入手，通过多采用复合钻进方式钻进长稳斜段(含水平段)；与此同时，还实时调控螺杆钻具工作参数，让螺杆钻具将更多水力能量转变成机械能驱动钻头破岩，进一步提高长水平段复合钻进钻井速度。解决了长稳斜段复合钻进提高钻井速度这个重要技术问题，能够为安全和快速钻进长稳斜段、短钻井周期和降低钻井成本提供技术支持。
[0030]本专利技术提出的一种长稳斜段复合钻进提速方法的提速系统，通过将系统划本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种长稳斜段复合钻进提速方法，其特征在于，包括如下步骤：获取长稳斜段复合钻进参数，设定高边工具面0
°
和高边工具面180
°
，根据长稳斜段复合钻进参数预测全力增斜造斜率K0和全力降斜造斜率K180；根据全力增斜造斜率K0与全力降斜造斜率K180的均值获取复合钻进井斜变化率Kr；获取稳斜段长度Lh和稳斜段获取井斜角αbo，根据稳斜段长度Lh和复合钻进井斜变化率Kr预测长稳斜段复合钻进井斜角累计偏差Δα；根据井斜角累计偏差Δα及稳斜段获取井斜角αbo调整稳斜段复合钻进起点对应井斜角αbs和稳斜段复合钻进末点对应井斜角αbe；随钻监控井斜角α及复合钻进井斜变化率Kr，井斜角α接近稳斜段复合钻进末点对应井斜角αbe，转为滑动钻进方式，将井斜角α调整至稳斜段复合钻进起点对应井斜角αbs，直至稳斜段钻进结束；井斜角α远离稳斜段复合钻进末点对应井斜角αbe，继续监控井斜角α及复合钻进井斜变化率Kr，直至稳斜段钻进结束。2.根据权利要求1所述的长稳斜段复合钻进提速方法，其特征在于，预测全力增斜造斜率K0和全力降斜造斜率K180的方法如下：初步给定井眼曲率K，进行BHA受力分析，获取钻头侧向力及钻头转角，根据钻头侧向力及钻头转角获取井斜趋势角；若井斜趋势角为0，则给定井眼曲率K为造斜率；若井斜趋势角不为0，则重新给定井眼曲率K，重新获取钻头侧向力及钻头转角，直至井斜趋势角为0。3.根据权利要求2所述的长稳斜段复合钻进提速方法，其特征在于，所述钻头侧向力N
b
和钻头转角A
b
的表达式如公式(1)所示：其中，M1为近钻头稳定器处对应弯矩；P
b
为钻压；L1、q1、u1分别为下部钻具组合第1跨梁的长度、横向均布载荷、稳定系数；y1为近钻头稳定器对应的支座高度；X(u1)、Z(u1)为第1跨梁的载荷放大系数；E为钻具的弹性模量。4.根据权利要求3所述的长稳斜段复合钻进提速方法，其特征在于，所述井斜趋势角A
r
的数学表达式如公式(2)所示：其中，I
b...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊超，霍进，楚恒智，路宗羽，石建刚，席传明，郭勇，孙晓瑞，赵廷峰，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：