[发明专利]一种预弯底部钻具组合工作状态的快速评价方法

摘要

本发明提供一种预弯底部钻具组合(BHA)工作状态的快速评价方法，其利用专用测量工具测定预弯BHA的结构参数，通过材料拉伸实验确定预弯BHA所用材料的力学参数，结合加权余量法和有限元法，在得到预弯BHA横向振动的稳态动力学响应的基础上，建立预弯BHA的工作状态图版，从而可以快速评价实际钻井作业中预弯BHA的工作状态。利用该方法可以获得实际钻井过程中用到的预弯BHA的横向振动特性，得到其临界转速及工作状态图版，据此可以快速判断预弯BHA的工作状态。该方法可用于钻前分析以合理地设计预弯BHA的结构和优选钻井参数，也可用于钻后分析找出预弯BHA失效（如发生失效）的初步原因，因此具有较强的工程应用意义。

主权项

1.一种预弯底部钻具组合工作状态的快速评价方法，采用实验、测量、数值模拟方法，得到预弯底部钻具组合，即预弯BHA的横向动态位移、动态弯曲应力特征，在此基础上对不同钻压和转速下的预弯BHA工作状态进行快速评价，其特征在于，具体步骤如下：1)利用内径表、盘型千分尺、测厚仪、影像测量仪专用测量工具，测定预弯BHA的结构参数；2)利用MTS万能试验机、密度测量仪专用材料性能试验设备和方法，实验确定预弯BHA所用材料的力学性能参数；3)利用加权余量法计算预弯BHA在三维空间中的静态变形，得到其与井壁接触的上切点位置；4)在预弯BHA静态变形的基础上，建立预弯BHA的动力学模型，利用有限元方法求解预弯BHA横向振动的模态特征，并在此基础上利用振型迭加法求解其稳态动力学响应和动态弯曲应力；5)计算不同钻井参数下BHA的危险系数：式中，S_sw为给定钻井参数下BHA的危险系数，σ_sw为给定钻井参数下BHA的动态弯曲应力值，σ_max为所取工作参数范围内的最大动态弯曲应力值；根据S_sw的取值，将预弯BHA的工作状态分为三个类型：安全：0≤S_sw<0.33、警告：0.33≤S_sw<0.67、危险：0.68≤S_sw≤1.0；S_sw的值越小，预弯BHA的工作状态越安全；6)根据预弯BHA的危险系数，生成预弯BHA工作状态图版，图中用不同颜色表示预弯BHA的工作状态：浅色表示安全的工作状态，预弯BHA在此钻井参数下钻进比较安全；灰色表示警告的工作状态，预弯BHA在此钻井参数下钻进时，存在一定的失效风险，应得到重视；深黑色表示危险的工作状态，预弯BHA应避免在此钻井参数下钻进；7)根据预弯BHA的工作状态图版，快速评价实际钻井作业中预弯BHA的工作状态。