CN110397431A - 一种钻具接头防断预警方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种钻具接头防断预警方法，本方法基于实际井眼轨迹和录井仪实时显示的大钩载荷、地面扭矩信息确定全井钻柱的受力特征，得到各井段钻具接头承受的轴向力、扭矩等信息，结合复杂载荷条件下钻具接头极限工作扭矩图版，快速确定并实时显示各井段钻具接头的工作状态（安全、警报、不安全），其中任何一个接头工作状态处于警报或不安全状态时，系统都将高亮预警，提示操作人员调整钻井参数。本发明可以根据钻进过程中钻柱的真实受力特征实时确定各井段钻具接头的工作状态，其对判断钻具接头所处工作状态是否安全，钻井作业参数是否需要调整有重要指导价值，对确保钻井作业安全具有十分重要的意义。
Description
技术领域
本发明涉及油田钻井技术领域，特别是一种钻具接头防断预警方法。
背景技术
钻具接头是钻柱的薄弱环节，在实际钻井过程中常发生各种形式的失效事故。特别是深井、超深井、大位移水平井数量的逐年增加，钻具接头所面临的载荷工况越来越复杂，大轴向力条件下扭矩选择不当将会导致钻具接头丝扣失效或断裂事故。为此，迫切需要一种钻具接头防断预警方法。
设计人员在钻井设计中根据设计井眼轨迹校验钻柱的承载能力，没有考虑真实井眼轨迹的复杂状态，不能准确评价钻柱的真实受力状态，钻具接头断裂失效事故时有发生。特别是在解卡作业时，常使用大轴向力上提钻柱，顶驱设备的出现使得上提过程中旋转钻柱成为可能，大轴向力条件下如何选择安全扭矩对作业安全至关重要。目前现场作业中尚缺乏有效的钻具接头评价预警方法，本发明根据钻柱在实际井眼轨迹中的真实受力状态，实时评价钻具接头的工作状态（安全、警报、不安全），为现场作业提供指导。
发明内容
针对当前钻具接头抗扭性能评价方法中存在的问题，本发明的目的是提供一种钻具接头防断预警方法，根据钻柱在实际井眼轨迹中的真实受力特征评价各井段钻具接头的工作状态（安全、警报、不安全），其对指导钻井作业参数的选择，确保钻井作业安全具有十分重要的意义。
为了达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种钻具接头防断预警方法，其特征在于：采用专用测量工具——测斜仪、泥浆密度计、泥浆粘度计、钻具卡规和钻头卡规，测量井眼轨迹参数、钻井液密度和粘度和钻柱结构参数，利用综合录井仪测量井口扭矩、大钩载荷，在确定钻柱各截面受力特征基础上，判断各钻具接头位置所受扭矩是否超过极限工作扭矩，一旦超过，给出警示，以确保全井钻柱安全。具体步骤如下：
1）利用专用测斜装置（单点、多点测斜仪、随钻测量仪MWD等）测量井斜角、方位角和工具面角等参数，基于曲率半径法构建真实三维井眼轨迹；
2）利用泥浆密度计、泥浆粘度计测量钻井液密度和粘度，利用钻具卡规、钻头卡规测量钻具的内外径、钻头的内外径参数，根据现场测量的结果确定钻柱长度；
3）基于现有录井仪装置终端显示的数据实时获取钻进过程中大钩载荷、地面扭矩等信息，确定管柱受力的边界条件；
4）基于真实井眼轨迹和钻具组合特征，利用有限元节点迭代法确定全井管柱的受力特征，得到不同深度管柱的轴向力、扭矩等载荷信息；
5）根据三维弹塑性有限元方法确定不同扣型钻具接头在复杂载荷条件下的极限工作扭矩图版，将钻具接头的工作状态分为安全、警报和不安全；
6）利用步骤4确定的钻柱受力特征，得到不同井段钻具接头承受的轴向力、扭矩信息，根据步骤5中的钻具接头极限工作扭矩图版，确定真实载荷条件下钻具接头的工作状态（安全、警报或不安全）；
7）在终端实时显示全井所有钻具接头的工作状态，其中任何一个接头工作状态处于警报或不安全状态时，系统都将高亮预警，提示操作人员调整钻井参数。
8）预警信号通过无线或有线传输到钻台上的司钻工作室，通过蜂鸣器及时报警。
2、根据权利要求1所述的钻具接头防断预警方法，其特征在于，所述的钻具接头为任何一种目前使用的钻具接头，所述的预警方法适合所有的钻井工程。
本发明与现有技术相比较，具有以下突出的实质性特点和显著的技术进步：
本发明提供一种钻具接头防断预警方法，基于实际井眼轨迹确定全井钻柱的轴向力、扭矩等载荷信息，结合复杂载荷条件下钻具接头极限工作扭矩图版，评价并在终端实时显示全井所有钻具接头的工作状态（安全、警报或不安全），并在井场录井仪工作室和钻台司钻室给出警报。相比钻井设计中根据设计井眼轨迹校验钻柱受力的方法，本发明基于实际井眼轨迹中全井钻柱的真实受力状态，能实时评价钻具接头的井下工作状态。
附图说明
图1是本发明的操作程序框图。
图2是某井的实际井眼轨迹。
图3是基于实际井眼轨迹的全井钻柱轴向力、扭矩计算结果。
图4是常用钻具接头在复杂载荷条件下的极限工作扭矩图版。
图5是某实际井钻具接头（NC35）断裂失效图。
图6是某实际井的井身结构和钻具组合。
图7是NC35钻具接头在复杂载荷条件下的极限工作扭矩图版。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明专利进一步说明。
实施例一：
参见图1~图7，本钻具接头防断预警方法，根据实际井眼轨迹和录井仪显示的大钩载荷、地面扭矩等信息计算确定全井钻柱的真实受力状态，计算各井段钻具接头所受的轴向力、扭矩等信息，结合复杂载荷条件下钻具接头极限工作扭矩图版，确定钻具接头所处工作状态（安全、警报、不安全），指导现场操作人员安全作业。包括如下过程：
1）利用专用测斜装置测量井斜角、方位角和工具面角等参数，基于曲率半径法构建真实三维挠曲井眼轨迹，如图2所示；
2）利用泥浆密度计、泥浆粘度计测量钻井液密度和粘度，利用钻具卡规、钻头卡规测量钻具的内外径、钻头的内外径参数，根据现场测量的结果确定钻柱长度；
3）基于现有录井仪装置终端显示的数据实时获取钻井过程中大钩载荷、地面扭矩等信息，确定管柱受力的边界条件；
4）基于真实井眼轨迹和钻具组合特征，利用有限元方法确定全井管柱的受力特征，得到不同深度管柱的轴向力、扭矩等载荷信息，如图3所示；
5）根据三维弹塑性有限元方法确定的不同扣型钻具接头在复杂载荷条件下的极限工作扭矩图版，将钻具接头的工作状态分为安全、警报和不安全，如图4所示；
6）利用步骤4）确定的钻柱受力特征，得到不同井段钻具接头承受的轴向力、弯矩、扭矩信息，根据步骤5）中的钻具接头极限工作扭矩图版，确定真实载荷条件下钻具接头的工作状态（安全、警报或不安全）；
7）在终端实时显示全井所有钻具接头的工作状态，其中任何一个接头工作状态处于警报或不安全状态时，系统都将高亮预警，提示操作人员调整钻井参数。
8）预警信号通过无线或有线传输到钻台上的司钻工作室，通过蜂鸣器及时报警。
实施例二：
利用实施例一给出的方法对某井在钻进时钻柱各井段钻具接头进行评价，钻具组合如下：
Φ152.4PDC（0.21m）+330/310双母（0.4m）+Φ121浮阀（0.47m）+311/310接头（0.60m）+Φ101.6钻具*30（285.19m）+Φ101.6加重×15（141.96m）+311/310接头（0.51m）+Φ121随钻震击器（5.26m）+311/310接头（0.61m）+Φ101.6加重×15（142.44m）+Φ101.6钻具（1283.54m）+311/410接头（0.37m）+411/520接头（0.50m）+Φ139.7钻具（3638.94m）
根据上述钻具组合信息，可知0m~3638.94m井段钻具接头扣型为5 1/2″FH，3638.94m~3639.44m井段钻具接头扣型为NC50，3639.44m~5501.00m井段钻具接头扣型为NC38。
利用测斜装置测得实际井眼轨迹如图2所示，录井仪终端实时显示大钩载荷为1121.0kN、地面扭矩为11.4kN·m。据此利用有限元节点迭代法计算得到全井钻柱的轴向力、扭矩如图3所示。本趟钻钻具组合涉及的钻具接头扣型包括NC38、NC50和5 1/2″FH，其在复杂载荷条件下的极限工作扭矩图版如图4所示。根据图3中各井段钻具接头的受力特征，可知0m~3638.94m井段最大轴向力为1121.0kN，最大扭矩为11.4kN·m；3638.94m~3639.44m井段最大轴向力为130.8kN，最大扭矩为11.0 kN·m；3639.44m~5501.00m井段最大轴向力为130.4kN，最大扭矩为10.9 kN·m。将上述载荷信息代入图4所示的极限工作扭矩图版，可知此时全井钻柱的钻具接头均处于安全状态。
实施例三：
某井在解卡作业时发生钻具接头断裂事故，起出钻具发现钻具从旁通阀公扣（NC35）距台肩25mm处断落入井，如图5所示，落鱼总长87.15m，鱼顶井深4749.39m。利用发明可以说明该钻具接头的安全性。井身结构和钻具组合如图6所示。
解卡作业时钻柱悬重为1644 kN，大钩载荷为2788 kN，据此可确定出失效位置钻柱承受的轴向拉力为1144kN。将该轴向拉力代入本发明专利提供的NC35钻具接头极限工作扭矩图版（图7），可知此时工作扭矩小于19.83 kN•m时钻具接头的工作状态为安全，当工作扭矩介于19.83 kN•m和23.79kN•m时钻具接头的工作状态为警报，当工作扭矩大于23.79kN•m时钻具接头的工作状态为不安全。
实际解卡作业中，工作扭矩达到了25.2 kN•m，使得钻具接头处于不安全的工作状态，发生了钻具断裂落井事故。可见，在钻井过程中使用本发明专利提供的钻具接头防断裂预警方法实时监控所有钻具接头的工作状态十分必要。
Claims (2)
1.一种钻具接头防断预警方法，其特征在于：采用专用测量工具——测斜仪、泥浆密度计、泥浆粘度计、钻具卡规和钻头卡规，测量井眼轨迹参数、钻井液密度和粘度和钻柱结构参数，利用综合录井仪测量井口扭矩、大钩载荷，在确定钻柱各截面受力特征基础上，判断各钻具接头位置所受扭矩是否超过极限工作扭矩，一旦超过，给出警示，以确保全井钻柱安全；具体步骤如下：
1）利用专用测斜装置——单点、多点测斜仪和随钻测量仪MWD测量井斜角、方位角和工具面角等参数，基于曲率半径法构建真实三维井眼轨迹；
2）利用泥浆密度计、泥浆粘度计测量钻井液密度和粘度，利用钻具卡规、钻头卡规测量钻具的内外径、钻头的内外径参数，根据现场测量的结果确定钻柱长度；
3）基于现有录井仪装置终端显示的数据实时获取钻进过程中大钩载荷、地面扭矩等信息，确定管柱受力的边界条件；
4）基于真实井眼轨迹和钻具组合特征，利用有限元节点迭代法确定全井管柱的受力特征，得到不同深度管柱的轴向力、扭矩等载荷信息；
5）根据三维弹塑性有限元方法确定不同扣型钻具接头在复杂载荷条件下的极限工作扭矩图版，将钻具接头的工作状态分为安全、警报和不安全；
6）利用步骤4）确定的钻柱受力特征，得到不同井段钻具接头承受的轴向力、扭矩信息，根据步骤5）中的钻具接头极限工作扭矩图版，确定真实载荷条件下钻具接头的工作状态——安全、警报或不安全；
7）在终端实时显示全井所有钻具接头的工作状态，其中任何一个接头工作状态处于警报或不安全状态时，系统都将高亮预警，提示操作人员调整钻井参数；
8）预警信号通过无线或有线传输到钻台上的司钻工作室，通过蜂鸣器及时报警。
2.根据权利要求1所述的钻具接头防断预警方法，其特征在于：所述的钻具接头为任何一种目前使用的钻具接头，所述的预警方法适合所有的钻井工程。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113047775A (zh) * | 2021-03-26 | 2021-06-29 | 中国地质大学（武汉） | 一种井壁稳定性约束下的钻进轨迹多目标优化方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1401880A (zh) * | 2001-08-16 | 2003-03-12 | 中海油田服务有限公司 | 水平井钻头前进方向的预测方法、控制方法及其控制系统 |
| CN103967428A (zh) * | 2014-04-18 | 2014-08-06 | 上海大学 | 一种钻柱疲劳失效风险的评价方法 |
| US20150083492A1 (en) * | 2013-09-25 | 2015-03-26 | Mark Ellsworth Wassell | Drilling System and Associated System and Method for Monitoring, Controlling, and Predicting Vibration in an Underground Drilling Operation |
| US20150134257A1 (en) * | 2013-11-13 | 2015-05-14 | Schlumberger Technology Corporation | Automatic Wellbore Condition Indicator and Manager |
| CN105631177A (zh) * | 2014-10-29 | 2016-06-01 | 中国石油天然气股份有限公司 | 单台肩钻具接头的极限工作扭矩的确定方法 |
| US20160281490A1 (en) * | 2013-12-17 | 2016-09-29 | Halliburton Energy Services, Inc. | Drilling modeling calibration, including estimation of drill string stretch and twist |
| CN109642455A (zh) * | 2016-05-30 | 2019-04-16 | Engie电气工程有限公司 | 用于估算钻井时井眼钻进设备的井下速度和井下转矩的方法和装置、井眼钻进设备和计算机程序产品 |
-
2019
- 2019-05-15 CN CN201910401044.8A patent/CN110397431A/zh active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1401880A (zh) * | 2001-08-16 | 2003-03-12 | 中海油田服务有限公司 | 水平井钻头前进方向的预测方法、控制方法及其控制系统 |
| US20150083492A1 (en) * | 2013-09-25 | 2015-03-26 | Mark Ellsworth Wassell | Drilling System and Associated System and Method for Monitoring, Controlling, and Predicting Vibration in an Underground Drilling Operation |
| US20150134257A1 (en) * | 2013-11-13 | 2015-05-14 | Schlumberger Technology Corporation | Automatic Wellbore Condition Indicator and Manager |
| US20160281490A1 (en) * | 2013-12-17 | 2016-09-29 | Halliburton Energy Services, Inc. | Drilling modeling calibration, including estimation of drill string stretch and twist |
| CN103967428A (zh) * | 2014-04-18 | 2014-08-06 | 上海大学 | 一种钻柱疲劳失效风险的评价方法 |
| CN105631177A (zh) * | 2014-10-29 | 2016-06-01 | 中国石油天然气股份有限公司 | 单台肩钻具接头的极限工作扭矩的确定方法 |
| CN109642455A (zh) * | 2016-05-30 | 2019-04-16 | Engie电气工程有限公司 | 用于估算钻井时井眼钻进设备的井下速度和井下转矩的方法和装置、井眼钻进设备和计算机程序产品 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 陈锋: "复杂载荷条件下钻具接头三维应力特征分析", 《中国博士学位论文全文数据库（工程科技Ⅰ辑）》 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113047775A (zh) * | 2021-03-26 | 2021-06-29 | 中国地质大学（武汉） | 一种井壁稳定性约束下的钻进轨迹多目标优化方法 |
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