[发明专利]顶驱钻机的模拟钻杆载荷的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种顶驱钻机的模拟钻杆载荷的方法，尤其涉及一种顶驱石油钻机的模拟钻杆载荷的方法。

背景技术

如图1所示，顶驱钻机在现场应用时，其驱动装置50通过钻杆60的顶部62带动钻杆60以一定转速运行，设置于钻杆底部64的钻具在如岩石80等上钻探，即钻杆底部64的钻具需克服摩擦力及切削阻力完成钻井工作。由于受到钻杆的长度、半径、钻探岩层等因素的影响，钻杆的底部64和顶部62可能出现转速不同步、扭矩不一致的情况，同时钻探过程中还可能会出现一些特殊工况，例如钻杆底部64的钻具在岩石80中会出现卡钻和解卡现象。

由于钻杆比较长，顶驱钻机出厂测试时，无法安装钻杆加以测试，即不能确定实际钻井过程中各种因素造成的影响，特别是无法了解出现各种特殊工况时钻杆的状况，进而无法地根据不同工况准确制定顶驱钻机的输出策略。

发明内容

本发明的目的是提供一种顶驱钻机的模拟钻杆载荷的方法，在不安装钻杆的情况下，模拟实际钻井过程中钻杆顶部扭矩的输出情况，并可模拟不同工况下钻杆顶部扭矩的输出情况，由此制定顶驱钻机的输出策略。

本发明提供了一种顶驱钻机的模拟钻杆载荷的方法，其中顶驱钻机可由一个驱动装置驱动一个钻杆，被模拟的钻杆具有一个连接于驱动装置的顶部和一个用于钻探的底部，模拟钻杆载荷的方法包括：

根据需模拟工况给定一个被模拟钻杆的底部模拟扭矩Mb、一个阻力模拟扭矩Mf和一个被模拟钻杆的模拟转动惯量J；

根据底部模拟扭矩Mb、阻力模拟扭矩Mf和模拟转动惯量J，计算被模拟钻杆的底部模拟转速Vb；

测量转动中的驱动装置的转速，并将测得的转速作为被模拟钻杆的顶部模拟转速Vt；

根据底部模拟转速Vb和顶部模拟转速Vt，计算被模拟钻杆的模拟形变角度Ф；

根据模拟形变角度Ф计算被模拟钻杆的模拟弹性力矩Ms；和

根据模拟弹性力矩Ms和底部模拟扭矩Mb，计算被模拟钻杆的顶部模拟扭矩Mt。

在顶驱钻机的模拟钻杆载荷的方法的一种示意性实施方式中，阻力模拟扭矩Mf藉由被模拟钻杆的底部阻力F给定。上述方法可以使模拟更真实，更准确。

在顶驱钻机的模拟钻杆载荷的方法的一种示意性实施方式中，根据底部模拟扭矩Mb、阻力模拟扭矩Mf和模拟转动惯量J，通过以下公式计算被模拟钻杆的底部模拟转速Vb，公式为：

M=Mb-Mf,

α=M/J,

ω=∫t0t1αdt,]]>

Vb=ω×602π,]]>

其中，M为加速扭矩，α为角加速度，ω为角速度。

在顶驱钻机的模拟钻杆载荷的方法的一种示意性实施方式中，根据底部模拟转速Vb和顶部模拟转速Vt，通过以下公式计算被模拟钻杆的模拟形变角度Ф，公式为：

Δω=(Vt-Vb)×2π60,]]>