[发明专利]无立管条件下的预测振动模型

说明书

技术领域

本发明一般涉及与钻井和采油结构的测量和分析有关的设备和方法。

背景

无立管钻井带来众多操作挑战，所述挑战表现在许多方面，所有这些方面皆不利 地影响钻井过程的效率。问题包括增加的扭矩和阻力、增加的振动、不良的井眼净化、管故 障、不良的固井作业以及起下钻操作期间的相关联问题。在深水和超深水中钻井像在无立 管环境中将范围延伸至较大深度一样需要改进的模型与全面的分析，尤其是在放入并粘结 较大直径的套管时。

附图简述

图1示出了根据各种实施方案的井段的模型，用以确定侧向力、力矩和井段末端处 的力。

图2示出了根据各种实施方案的钻井操作的不同情形。

图3示出了根据各种实施方案的用以分析无立管结构的示例性过程流程的特征。

图4示出了根据各种实施方案的用以分析无立管结构的示例性方法的特征。

图5描绘了根据各种实施方案的可操作以控制无立管条件下的预测振动模型的示 例性系统的特征的框图。

具体实施方式

以下具体实施方式涉及附图，所述附图以说明而非限制的方式示出了其中可以实 践本发明的各种实施方案。非常详细地描述这些实施方案以使本领域的技术人员能够实践 这些和其它实施方案。可以利用其它实施方案，并且可以对这些实施方案进行结构、逻辑和 电气的改变。各种实施方案未必是互斥的，因为一些实施方案可以与一个或多个其它实施 方案组合而形成新的实施方案。因此，以下具体实施方式不应以限制性意义来理解。

当在深水情形中放下套管柱时，在未恰当建模的情况下进行计算可能会极大地低 估大钩负荷值。在各种实施方案中，除了扭矩和阻力计算之外，建模方法还使用在不同操作 条件下针对钻柱/套管柱在露天水体中以及在裸眼井中的情形来达到适当大钩负荷值。软 和刚柱模型的组合可以用于张力估计以及井口侧向负荷计算。对于套管和内柱是在钻井泥 浆在内柱内部、海水在外柱中以及垫泥浆在泥线以下的井眼中的情况下放下的情形，根据 本文中的教导的研究已经提供了呈现大钩负荷计算的结果。研究的结论是，各种参数会影 响结果，例如井口相对于钻塔中心的偏移、井筒倾度、曲率、井筒挠率、进入井口的角度，此 外还有由于风、波浪力以及海洋环流所致的复杂性。为了阐释建模方法的实施的严密性，对 预测的数学模拟结果与来自不同井的实际井数据进行比较。

在各种实施方案中，模型可以包括多个操作，其中所述操作可以包括钻井(井底旋 转)、离底旋转、下钻、起钻、倒划眼和滑动。下钻是将钻柱放置于井孔中，而起钻是将钻柱从 井孔拉出。倒划眼是指在进行泵抽和旋转钻柱的同时将钻柱从井眼拉出。滑动是指在未使 钻柱从地面向下旋转的情况下通过泥浆马达使钻头向井下旋转。相关的操作参数包括各种 参数，例如钻压、钻头或管旋转、起下钻速度、流体流量、流体位置、管速度的加速度/减速度 以及其它参数。

图1示出了井段103的模型，用以确定侧向力、力矩和井段103末端处的力。可以关 于三个节点来考虑井段103：n-1、n和n+1，其中完整的结构可以被视为按区段分类的多节点 结构。节点n被取为在井段103的弯曲部的附近，对于所示的坐标，此处存在侧向力Fx_n和Fx_y以及力矩Mx_n和Mx_y。节点n-1和n+1被取为在区段103的相应末端处。在节点n-1处，存在轴向 力Tn₁和剪切力Ts₁，并且在节点n+1处，存在轴向力Tn₂和剪切力Ts₂。图1所示的模型可以用 于分析无立管结构。可以得到解决的不同情形包括但不限于单管以及管中管、连续油管、套 管衬管和其它布置。

图2示出了不同的情形201、202、204、206和207。情形201和206是已对其进行传统 分析的结构。情形204示出了管内的管。情形202和207示出了在无立管条件下从泥线209延 伸穿过水的结构。在各种实施方案中，使用井筒分析来预测和量化针对无立管条件的振动， 例如但不限于情形202和207。应用于本文所讨论的无立管条件的各种分析提供了对设计和 操作此类无立管结构的能力的增强。