CN110567623B - 确定水力振荡器在钻具上安装位置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种钻井过程中钻具扭力分析方法和确定水力振荡器安装位置方法。分析方法包括：在每个钻杆连接处设置扭力传感器；在钻井过程中实时收集扭矩值；钻井结束后得钻具各处扭矩数据组。确定安装位置方法包括：建立存有第一、第二类历史数据的数据库，第一类历史数据包括地质构造、钻井工艺参数等，第二类历史数据包括钻具各处扭矩数据组；从数据库查询与待钻井处最接近第一类历史数据，提取对应第二类历史数据；根据提取数据得钻具各处累积摩擦阻力并从大到小排序，在待作业井中，将与前n个累积摩擦阻力所对应位置最接近的钻杆接头作为水力振荡器安装位置。本发明有益效果包括：分析方法简便、效率高，能为水力振荡器安装提供技术支撑。

Description

确定水力振荡器在钻具上安装位置的方法

技术领域

本发明涉及钻探工程技术领域，特别地，涉及一种钻井过程中钻具扭力的分析方法和确定水力振荡器在钻具上安装位置的方法。

背景技术

无论是直井、定向井还是水平井，钻进过程中钻柱与井壁之间的摩阻都是影响钻速的重要因素。由于钻具组合与井壁摩擦所造成的额外扭矩与摩阻导致机械钻速低、工具面控制困难、单趟钻进尺很少、异常严重的钻柱和钻头磨损等，当累积摩擦力超过所施加钻压时就会出现托压现象，迫使管柱发生正旋弯曲或螺旋屈曲。对于定向井和水平井而言，高摩阻还会形成弯曲井眼，从而造成钻机钻达最大深度的能力降低，甚至会影响到油井产量。

实践表明，利用水力振荡器，可有效降低滑动钻进钻具组合与井壁的摩擦力并有效改善钻压传递，提高滑动钻进效果。应用水力振荡器，定向钻进效率能够得到大幅度提高，可以钻出更为平滑的井眼，而且单趟钻效率提高很多。

现有技术中，水力振荡器的安装位置均凭钻进经验分析和理论计算，缺乏实测安装数据的分析，虽具有一定参考性，但由于钻进经验难以实现定量分析、计算考虑条件单一、计算模型不完善、计算模型适用范围窄等因素，导致经验分析值和计算值与最佳安装位置存在较大误差，难以合理确定水力振荡器的实际安装位置，造成水力振荡器安装时无相应和固定参考依据，使得水力振荡器安装后难以实现最大减阻效果。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。例如，本发明的目的之一在于提供一种钻井过程中钻具扭力的分析方法和确定水力振荡器在钻具上安装位置的方法。

为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种钻井过程中钻具扭力的分析方法。

所述方法可包括以下步骤：在各个钻杆的连接处设置扭力传感器；在钻井过程中，实时收集每个扭力传感器检测到的扭矩值；钻井结束后，得到每个扭力传感器对应的扭矩数据组，进而得到钻具各处在钻井过程中的扭矩数据组，其中，钻具各处为各个钻杆的连接之处。

在本发明的一个示例性实施例中，所述方法还可包括步骤：根据所述钻具各处在钻井过程中的扭矩数据组，得到钻具各处在钻井过程中累积的扭矩。

在本发明的一个示例性实施例中，可通过在地面设置的数据收集器来收集每个扭力传感器检测到的扭矩值。

本发明另一方面提供了一种确定水力振荡器在钻具上安装位置的方法。

所述方法可包括以下步骤：建立储存有第一类历史数据和第二类历史数据的数据库，其中，第一类历史数据包括地质构造情况、区块情况和钻井工艺参数，第二类历史数据包括对应第一类历史数据的钻具各处在钻井过程中的扭矩数据组，其中，钻具各处为各个钻杆的连接之处，钻具各处在钻井过程中的扭矩数据组可根据上述的钻井过程中钻具扭力的分析方法来确定；从数据库中查询与待钻井处最接近的第一类历史数据，进而提取与所述最接近的第一类历史数据所对应的第二类历史数据；根据提取的第二类历史数据，得到钻具各处在钻井过程中的累积摩擦阻力，并按照从大至小的顺序从所述钻具各处累积摩擦阻力中选出n个，n为正整数；将所述选出的n个累积摩擦阻力对应的钻杆连接处作为参考位置，根据所述参考位置在待钻井处钻具上安装水力振荡器，例如，可将待作业井钻柱上最接近参考位置的钻杆接头处作为水力振荡器的安装位置。

在本发明的一个示例性实施例中，所述数据库可包括能够通过互联网进行远程访问的云数据库。

在本发明的一个示例性实施例中，所述查询第一类历史数据和提取第二类历史数据的方式可包括：利用能够连接互联网的移动终端或者有线设备来访问所述数据库。

在本发明的一个示例性实施例中，所述地质构造情况可包括：地层倾角与走向、地层深度和地层层位中的至少一种。

在本发明的一个示例性实施例中，所述第一类历史数据还可包括所钻井的地理位置、井口位置坐标和设计深度中的至少一种。

在本发明的一个示例性实施例中，钻井工艺参数可包括以下参数中的至少一种：钻具的组合结构、钻头类型、钻压、转速、钻井液性能、水力因素、机械钻速、钻井液比重、温度和井眼轨迹。

在本发明的一个示例性实施例中，所述数据库还可包括第三类历史数据，所述第三类历史数据包括钻井过程中所遇到的技术问题、解决技术问题的技术方法和技术效果。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：分析方法简便、效率高，能够为水力振荡器的安装位置提供技术支撑，能够有效降低钻进的钻杆摩擦阻力，改善水平井托压严重问题，提升机械钻速，延长钻具寿命，提升钻井效率，降低钻井成本。

附图说明

通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1示出了本发明的确定水力振荡器在钻具上安装位置方法的一个流程示意图；

图2示出了本发明的专家数据库数据提取的一个流程图。

具体实施方式

在下文中，将结合附图和示例性实施例详细地描述本发明的钻井过程中钻具扭力的分析方法和确定水力振荡器在钻具上安装位置的方法。

本发明一方面提供了一种钻井过程中钻具扭力的分析方法。所述分析方法可包括以下步骤：

在钻井所要使用的每个钻杆连接处设置一个扭力传感器，即扭力传感器设置在钻杆的接头处，这是考虑到水力振荡器只能安装在钻杆接头处，而扭力传感器检测到的摩擦大小决定水力振荡器的安装位置。

在钻井过程中，实时收集每个扭力传感器检测到的扭矩值(也可称为扭力值)。扭矩可通过地面设置的数据收集器来收集。

钻井结束后，收集得到每个扭力传感器对应的扭矩数据组(每个扭力传感器在钻井过程中检测得到的所有的扭矩值)，进而得到钻具各处在钻井过程中的扭矩数据组，其中，钻具各处为各个钻杆的连接之处。

其中，所述方法还可包括步骤：根据每个扭力传感器对应的扭矩数据组，得到钻具各处钻井过程中的摩擦阻力数据组。

进一步地，所述方法还包括步骤：根据所述钻井过程中钻具各处的摩擦阻力数据组，得到钻井过程中钻具各处的累积的摩擦阻力。

本发明另一方面提供了一种确定水力振荡器在钻具上安装位置的方法。所述方法是以实测水力振荡器的安装位置数据为基础，建立专家数据库，专家数据库收集多口井的安装位置数据、地质数据以及其他施工数据，新安装水力振荡器时可以参考之前类似地质、相近区块和相同施工条件下的安装位置，为其他类似井的水力振荡器安装提供经验数据支持和参考依据，保证安装位置合理，实现最大限度地减小摩擦阻力。

在本发明的一个示例性实施例中，所述确定水力振荡器在钻具上安装位置的方法可包括以下步骤：

建立储存有钻井历史数据的数据库。所述数据库可包括第一类历史数据和第二类历史数据。其中，第一类历史数据包括地质构造情况、区块情况和钻井工艺参数，第二类历史数据包括对应第一类历史数据的钻具各处在钻井过程中的扭矩数据组，其中，钻具各处在钻井过程中的扭矩数据组可根据上述的钻井过程中钻具扭力的分析方法来确定。

从数据库中查询与待钻井处最接近的第一类历史数据，进而提取与所述最接近的第一类历史数据所对应的第二类历史数据。

根据提取的第二类历史数据，得到钻具上的位置A_i在整个钻井过程中的累积摩擦阻力，并按照从大至小的顺序从钻具各处对应的累积摩擦阻力中选出m个，m为大于等于1的整数。其中，A_i指第i个扭力传感器的位置，即一个钻杆连接之处的位置，i为整数且1≤i≤n，n为扭力传感器的数量。

将所述选出的m个累积摩擦阻力对应的钻杆连接处作为参考位置，根据参考位置在待钻井处钻具上安装水力振荡器，以降低钻井过程中钻具的摩擦阻力。例如，可将待作业井钻柱上最接近参考位置的钻杆接头处作为水力振荡器的安装位置。

在本实施例中，钻具各处的摩擦阻力可通过理论扭矩值和实测扭矩值来得到，即理论扭矩值减去实际扭矩值即为摩擦阻力。

其中，实际扭矩值可通过设置的扭力传感器检测得到。

结合地面输出的扭矩和井下螺杆输出的反扭矩，采用管柱力学模型可计算出钻杆任意处的理论扭矩值。

在得到钻具各处的摩擦阻力的情况下，进而可以得到钻具各处累计的摩擦阻力。

在本实施例中，所述地质构造情况为在地球的内、外应力作用下，岩层或岩体发生变形或位移而遗留下来的形态，可包括地层倾角与走向、地层深度、倾斜构造地层层位等。

在本实施例中，所述第一类历史数据还可包括所钻井的地理位置、井口位置坐标、设计深度中的至少一种。

在本实施例中，钻井工艺参数可包括以下参数中的至少一种：

钻具的组合结构、钻头类型、钻压、转速(即钻头转速)、钻井液性能、水力因素、机械钻速(即单位时间内钻井进尺)、钻井液比重、温度(即井筒温度)和井眼轨迹。

在本实施例中，所述数据库还包括第三类历史数据，所述第三类历史数据包括钻井过程中所遇到的技术问题、解决技术问题的技术方法和技术效果。

在本发明的另一个示例性实施例中，所述确定水力振荡器在钻具上安装位置的方法可包括以下内容：

如图1所示，为了取得实测经验数据需要在钻具的每个连接位置均设置扭力传感器，利用扭力传感器来检测扭力变化，通过检测扭力变化来反应钻具在该处所受的摩擦阻力状况。

如图1所示，为了获取扭力传感器的实测数据，需要在地面设置数据收集器，数据收集器主要用于实时接收钻具上各个扭力传感器的检测数据，并实现传感器数据转换。

建立专家数据库，专家数据库内容包含地下的地质构造、区块情况、钻井工艺参数、钻井过程中所遇到的技术问题、解决钻井问题的技术方法和技术效果。如图1所示，专家数据库分为数据接收和数据处理两个模块，数据接收模块首先获取数据收集器转换后的数据，并对数据进行存储和管理，形成水力振荡器安装位置、地质条件、施工条件和施工区块的经验数据，然后根据数据处理模块的需要将数据传入，为数据处理模块的计算和分析提供基础数据。进一步地，数据处理模块获取数据收集模块里面的经验数据，将每个扭力传感器的所测出的值累加之后求出钻具各点的累积摩擦阻力，并形成钻具各扭力传感器安装点的累积摩擦阻力曲线，将此曲线称为“实测累积摩擦阻力曲线”，在实测累积摩擦阻力曲线中存在一条最大实测累积摩擦阻力，此曲线表示整个钻进过程中钻具某一位置所产生的累积摩擦阻力最大，此位置即为水力振荡器最佳安装位置，可实现有效减小摩擦阻力。

新安装水力振荡器时，基于已建立的实测经验数据，将本井的地质、区块、和实际工艺等参数与经验数据进行类比，寻找与本井最接近的井眼条件和施工条件，以经验井的水力振荡器安装位置为参照进行本井安装位置确认，实现为类似井的水力振荡器安装提供经验数据支持和参考依据，保证安装位置合理。即，将专家数据库里面与待钻井处的地质状况相同的历史数据挑选出来，专家数据库中的数据包括：钻具的组合结构、钻头类型、钻压、转速、钻井液性能、水力因素、机械钻速、页岩密度、钻井液比重、温度、井眼轨迹等，在挑选出的历史数据中筛选出钻具与井壁的摩擦阻力大而出现压托现象的钻具位置，在靠近压托位置的钻杆连接处设置水力振荡器，同时以不损坏和影响定向仪器的使用为参考。

在本实施例中，如图2所示，所述专家数据库为能够通过互联网进行远程访问的云数据库。云数据库是指被优化或部署到一个虚拟计算环境中的数据库，可以实现按需付费、按需扩展、高可用性以及存储整合等优势。

用户通过Web浏览器、移动终端、应用程序对专家数据库进行访问，可以获得水力振荡器安装的经验数据，还能够将实际工艺数据、地质参数等写入专家数据库中进行存储。

综上所述，本发明的钻井过程中钻具扭力分析方法和确定水力振荡器在钻具上安装位置方法的优点可包括：

(1)在每个钻杆接头处设置扭力传感器，利用扭力传感器检测扭力变化，通过检测扭力变化来反应钻具在该处所受的摩擦阻力状况，最后通过将各处的传感器检测的扭力值累加求最大值，从而将水力振荡器设置在摩擦阻力最大的钻具处，解决了水平井托压的技术问题，减少不必要的水力振荡器，提高经济性。

(2)通过将专家数据库设置为可以通过互联网访问的云数据库，让用户在专家数据库里面提取相应的数据的时候能够通过移动终端或者有线设备通过互联网来访问专家数据库，让专家数据库实现共享，为其他用户的水力振荡器安装提供经验指导。同时可以将专家数据库作为有偿知识数据来进行商业运营，可以为企业带了营收，还能为今后的钻井提供经验指导。

(3)客户不仅可以通过互联网访问专家数据库，还在专家数据库提供的经验指导下，开发出适用于用户的水力振荡器安装工艺，最后将实际钻井工艺编制成专家数据存储进专家数据库。专家数据库平台将按照用户提供的专家经验数据为用户支付一定的报酬，这样用户和专家数据库平台能够实现互利共赢的情况。

尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明的示例性实施例进行各种修改和改变。

Claims (7)

1.一种确定水力振荡器在钻具上安装位置的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

建立储存有第一类历史数据和第二类历史数据的数据库，其中，第一类历史数据包括地质构造情况、区块情况和钻井工艺参数，第二类历史数据包括对应第一类历史数据的钻具各处在钻井过程中的扭矩数据组，其中，钻具各处为各个钻杆的连接之处；

从数据库中查询与待钻井处最接近的第一类历史数据，进而提取与所述最接近的第一类历史数据所对应的第二类历史数据；

根据提取的第二类历史数据，得到钻具各处在钻井过程中的累积摩擦阻力，并按照从大至小的顺序从所述钻具各处累积摩擦阻力中选出n个，n为正整数；

将所述选出的n个累积摩擦阻力对应的钻杆连接处作为参考位置，根据所述参考位置在待钻井处钻具上安装水力振荡器；

其中，钻具各处在钻井过程中的扭矩数据组根据以下方法来确定：

在各个钻杆的连接处设置扭力传感器；

在钻井过程中，实时收集每个扭力传感器检测到的扭矩值；

钻井结束后，得到每个扭力传感器对应的扭矩数据组，进而得到钻具各处在钻井过程中的扭矩数据组，其中，钻具各处为各个钻杆的连接之处。

2.根据权利要求1所述的确定水力振荡器在钻具上安装位置的方法，其特征在于，所述数据库包括能够通过互联网进行远程访问的云数据库。

3.根据权利要求2所述的确定水力振荡器在钻具上安装位置的方法，其特征在于，所述查询第一类历史数据和提取第二类历史数据的方式包括：

利用能够连接互联网的移动终端或者有线设备来访问所述数据库。

4.根据权利要求1所述的确定水力振荡器在钻具上安装位置的方法，其特征在于，所述地质构造情况包括：地层倾角与走向、地层深度、地层层位中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的确定水力振荡器在钻具上安装位置的方法，其特征在于，所述第一类历史数据还包括所钻井的地理位置、井口位置坐标和设计深度中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的确定水力振荡器在钻具上安装位置的方法，其特征在于，钻井工艺参数包括以下参数中的至少一种：

钻具的组合结构、钻头类型、钻压、转速、钻井液性能、水力因素、机械钻速、钻井液比重、温度和井眼轨迹。

7.根据权利要求1所述的确定水力振荡器在钻具上安装位置的方法，其特征在于，所述数据库还包括第三类历史数据，所述第三类历史数据包括钻井过程中所遇到的技术问题、解决技术问题的技术方法和技术效果。

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