一種定向穿越導(dǎo)向（擴(kuò)孔）鉆柱疲勞預(yù)警方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種定向穿越導(dǎo)向（擴(kuò)孔）鉆柱疲勞預(yù)警方法，其適用于水平定向穿越導(dǎo)向鉆進(jìn)、擴(kuò)孔鉆井鉆柱壽命評(píng)價(jià)及預(yù)警。其技術(shù)方案為：采用鉆柱動(dòng)力學(xué)影響因子，將靜力學(xué)計(jì)算公式進(jìn)行修正，達(dá)到精確計(jì)算鉆具壽命并提出控制措施的目的。該方法立足于定向穿越鉆柱動(dòng)力學(xué)，分析了變截面，且處于高軸向力、高彎矩及扭矩等因素耦合作用下的鉆具受力狀態(tài)，獲得了動(dòng)力學(xué)影響因子庫(kù)。本發(fā)明可用于評(píng)價(jià)導(dǎo)向鉆井、擴(kuò)孔鉆進(jìn)鉆柱剩余壽命，并進(jìn)行預(yù)警，能夠?qū)崟r(shí)了解各段鉆柱的不同應(yīng)力狀態(tài)，有效減少鉆具因強(qiáng)交變應(yīng)力狀態(tài)導(dǎo)致的早期故障期失效，優(yōu)化鉆具組合，大大提高定向穿越施工效率；本方法操作簡(jiǎn)單，根據(jù)不同工況選擇參數(shù)，可用于現(xiàn)場(chǎng)手工計(jì)算，后方計(jì)算機(jī)編程。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
-種定向穿越導(dǎo)向（擴(kuò)孔)鉆柱疲勞預(yù)譬方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種定向穿越導(dǎo)向（擴(kuò)孔)鉆柱疲勞預(yù)警方法，其適用于水平定向穿越 導(dǎo)向鉆進(jìn)、擴(kuò)孔鉆進(jìn)鉆柱壽命評(píng)價(jià)及預(yù)警。
[0002] 背景內(nèi)容 水平定向鉆穿越技術(shù)作為油氣管道非開(kāi)挖施工技術(shù)的一個(gè)分支，是在油田定向鉆井工 藝的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，是傳統(tǒng)的管道鋪設(shè)技術(shù)與油田定向鉆井工藝結(jié)合形成的。
[0003] 通常，鉆駐壽命評(píng)價(jià)及預(yù)警多數(shù)是基于靜力學(xué)的"拉、壓、彎、扭、剪"等力學(xué)因素， 利用壽命計(jì)算公式來(lái)評(píng)價(jià)鉆柱壽命，并在此基礎(chǔ)上乘W安全系數(shù)，從而使應(yīng)力水平相對(duì)安 全，未引入動(dòng)力學(xué)的動(dòng)態(tài)應(yīng)力因素。
[0004] 本文的一種定向穿越導(dǎo)向（擴(kuò)孔)鉆柱疲勞預(yù)警方法，立足于定向穿越鉆柱動(dòng)力 學(xué)，分析了變截面，且處于高軸向力、高彎矩及扭矩等因素禪合作用下的鉆具受力狀態(tài)，獲 得了動(dòng)力學(xué)影響因子庫(kù)，對(duì)靜力學(xué)計(jì)算公式進(jìn)行修正，主要影響因素:巖±對(duì)鉆具的摩擦系 數(shù)、孔桐擴(kuò)大系數(shù)、不同鉆進(jìn)階段、變截面應(yīng)力集中，從而使鉆柱應(yīng)力狀態(tài)更接近實(shí)際。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] -種定向穿越導(dǎo)向（擴(kuò)孔)鉆柱疲勞預(yù)警方法，其特征在于立足于定向穿越鉆柱動(dòng) 力學(xué)，分析了變截面，且處于高軸向力、高彎矩及扭矩等因素禪合作用下的鉆具受力狀態(tài)， 獲得了動(dòng)力學(xué)影響因子庫(kù)，對(duì)靜力學(xué)計(jì)算公式進(jìn)行修正，主要影響因素:巖±對(duì)鉆具的摩擦 系數(shù)、孔桐擴(kuò)大系數(shù)、不同鉆進(jìn)階段、變截面應(yīng)力集中。動(dòng)力學(xué)影響因子庫(kù)具體數(shù)據(jù)如下：
利用動(dòng)力學(xué)計(jì)算軟件獲得動(dòng)力學(xué)影響因子，其對(duì)導(dǎo)向鉆進(jìn)時(shí)靜力學(xué)公式的修正范圍為 0.85-1.7;孔桐較短時(shí)，采用較小修正值;孔桐較長(zhǎng)、扭矩較大時(shí)，采用較大修正值。
[0006] 利用動(dòng)力學(xué)計(jì)算軟件獲得巖±摩擦系數(shù)影響因子，其對(duì)導(dǎo)向鉆進(jìn)時(shí)靜力學(xué)公式的 修正范圍為0.73-1.49; W摩擦系數(shù)為0.2為基準(zhǔn)，當(dāng)摩擦系數(shù)〉0.2時(shí)，取較小值;摩擦系數(shù)< 0.2時(shí)，取較大值。
[0007] 利用動(dòng)力學(xué)計(jì)算軟件獲得孔桐擴(kuò)大率影響因子，其對(duì)導(dǎo)向鉆進(jìn)時(shí)靜力學(xué)公式的修 正范圍為0.56-1.60; W孔周巖±較硬時(shí)或經(jīng)探測(cè)孔桐擴(kuò)大率小于15%時(shí)，取小值;反之取大 值。
[000引定向穿越擴(kuò)孔鉆進(jìn)階段，利用動(dòng)力學(xué)計(jì)算軟件獲得了動(dòng)力學(xué)影響因子，其對(duì)靜力 學(xué)公式的修正范圍為1-1.45;擴(kuò)孔鉆進(jìn)到水平段后，取較大值。
[0009] 定向穿越擴(kuò)孔鉆進(jìn)階段，利用動(dòng)力學(xué)計(jì)算軟件獲得了巖±摩擦系數(shù)影響因子，其 對(duì)靜力學(xué)公式的修正范圍為0.82-1.27;當(dāng)摩擦系數(shù)〉0.2時(shí)，取較小值;摩擦系數(shù)<0.2時(shí)，取 較大值。
[0010] 定向穿越擴(kuò)孔鉆進(jìn)階段，利用動(dòng)力學(xué)計(jì)算軟件獲得了孔桐擴(kuò)大率影響因子，其對(duì) 靜力學(xué)公式的修正范圍為0.89-1.73。擴(kuò)孔率越大，取大值。
【附圖說(shuō)明】
[0011] 圖1是本發(fā)明一種定向穿越導(dǎo)向（擴(kuò)孔)鉆柱疲勞預(yù)警方法的定向穿越導(dǎo)向（擴(kuò)孔） 鉆進(jìn)示意圖； 圖2是本發(fā)明一種定向穿越導(dǎo)向（擴(kuò)孔)鉆柱疲勞預(yù)警方法的導(dǎo)向孔鉆進(jìn)整個(gè)鉆柱靜應(yīng) 力曲線； 圖3是本發(fā)明一種定向穿越導(dǎo)向（擴(kuò)孔)鉆柱疲勞預(yù)警方法的導(dǎo)向鉆進(jìn)整個(gè)鉆柱動(dòng)力學(xué) 應(yīng)力狀態(tài)； 圖4是本發(fā)明一種定向穿越導(dǎo)向（擴(kuò)孔)鉆柱疲勞預(yù)警方法的摩擦系數(shù)(0.1-0.3)對(duì)鉆 具單元等效應(yīng)力的影響； 圖5是本發(fā)明一種定向穿越導(dǎo)向（擴(kuò)孔)鉆柱疲勞預(yù)警方法的孔桐擴(kuò)大(0%-50%)對(duì)von Mises等效應(yīng)力的影響。 具體實(shí)施例
[0012] 如圖1所示，非開(kāi)挖定向穿越鉆具所受載荷包括： (1) 鉆柱惟線巧重； (2) 鉆機(jī)在井口施加的軸向拉(壓)力； (3) 鉆機(jī)在井口施加的扭矩； (4) 井壁支撐反力； 巧)巖±軸向庫(kù)侖摩擦力； (6) 巖±環(huán)向摩擦阻力矩。巖±與鉆柱之間的庫(kù)侖摩擦系數(shù)與巖(±)性、鉆井液性能有 關(guān)； (7) 鉆壓：與常規(guī)鉆進(jìn)不同，非開(kāi)挖定向鉆穿越鉆具的鉆壓由鉆機(jī)在井口 "推"鉆柱或 "拉"鉆柱形成。根據(jù)巖石切削原理，鉆進(jìn)速度越快、巖±越致密，鉆壓越大； (8) 巖±對(duì)鉆頭(切割刀）的切削阻力矩。與鉆壓一樣，切削阻力矩與鉆進(jìn)速度、巖±致 密度及鉆壓成正比； (9) 鉆井液浮力； (10) 鉆井液的內(nèi)外壓力； (11) 鉆井液對(duì)鉆柱的粘滯摩擦扭矩。
[0013] 如圖2-5所示，根據(jù)整個(gè)導(dǎo)向鉆進(jìn)鉆柱(6-5/8"規(guī)格)的靜態(tài)受力情況，可W獲得渭 河穿越工程全孔段鉆柱的靜應(yīng)力曲線。經(jīng)過(guò)與鉆具動(dòng)力學(xué)仿真模擬結(jié)果對(duì)比，可W獲得不 同鉆柱段的應(yīng)力修正系數(shù)。
[0014] 利用動(dòng)力學(xué)計(jì)算軟件獲得動(dòng)力學(xué)影響因子，其對(duì)導(dǎo)向鉆進(jìn)時(shí)靜力學(xué)公式的修正范 圍為0.85-1.7;孔桐較短時(shí)，采用較小修正值;孔桐較長(zhǎng)、扭矩較大時(shí)，采用較大修正值。
[0015] 利用動(dòng)力學(xué)計(jì)算軟件獲得巖±摩擦系數(shù)影響因子，其對(duì)導(dǎo)向鉆進(jìn)時(shí)靜力學(xué)公式的 修正范圍為0.73-1.49; W摩擦系數(shù)為0.2為基準(zhǔn)，當(dāng)摩擦系數(shù)〉0.2時(shí)，取較小值;摩擦系數(shù)< 0.2時(shí)，取較大值。
[0016] 利用動(dòng)力學(xué)計(jì)算軟件獲得孔桐擴(kuò)大率影響因子，其對(duì)導(dǎo)向鉆進(jìn)時(shí)靜力學(xué)公式的修 正范圍為0.56-1.60; W孔周巖±較硬時(shí)或經(jīng)探測(cè)孔桐擴(kuò)大率小于15%時(shí)，取小值;反之取大 值。
[0017] 定向穿越擴(kuò)孔鉆進(jìn)階段，利用動(dòng)力學(xué)計(jì)算軟件獲得了動(dòng)力學(xué)影響因子，其對(duì)靜力 學(xué)公式的修正范圍為1-1.45;擴(kuò)孔鉆進(jìn)到水平段后，取較大值。
[0018] 定向穿越擴(kuò)孔鉆進(jìn)階段，利用動(dòng)力學(xué)計(jì)算軟件獲得了巖±摩擦系數(shù)影響因子，其 對(duì)靜力學(xué)公式的修正范圍為0.82-1.27;當(dāng)摩擦系數(shù)〉0.2時(shí)，取較小值;摩擦系數(shù)<0.2時(shí)，取 較大值。
[0019] 定向穿越擴(kuò)孔鉆進(jìn)階段，利用動(dòng)力學(xué)計(jì)算軟件獲得了孔桐擴(kuò)大率影響因子，其對(duì) 靜力學(xué)公式的修正范圍為0.89-1.73。擴(kuò)孔率越大，取大值。
[0020] 通過(guò)分析導(dǎo)向鉆進(jìn)不同參數(shù)對(duì)鉆柱應(yīng)力水平的影響，從而獲得了動(dòng)力學(xué)影響因子 庫(kù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種定向穿越導(dǎo)向（擴(kuò)孔)鉆柱疲勞預(yù)警方法，其特征在于立足于定向穿越鉆柱動(dòng)力 學(xué)，分析了變截面，且處于高軸向力、高彎矩及扭矩等因素耦合作用下的鉆具受力狀態(tài)，獲 得了動(dòng)力學(xué)影響因子庫(kù)，對(duì)靜力學(xué)計(jì)算公式進(jìn)行修正，主要影響因素:巖土對(duì)鉆具的摩擦系 數(shù)、孔洞擴(kuò)大系數(shù)、不同鉆進(jìn)階段、變截面應(yīng)力集中。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種定向穿越導(dǎo)向（擴(kuò)孔)鉆柱疲勞預(yù)警方法，其特征在于利 用動(dòng)力學(xué)計(jì)算軟件獲得動(dòng)力學(xué)影響因子，其對(duì)導(dǎo)向鉆進(jìn)時(shí)靜力學(xué)公式的修正范圍為0.85-1.7;孔洞較短時(shí)，采用較小修正值;孔洞較長(zhǎng)、扭矩較大時(shí)，采用較大修正值。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種定向穿越導(dǎo)向（擴(kuò)孔)鉆柱疲勞預(yù)警方法，其特征在于利 用動(dòng)力學(xué)計(jì)算軟件獲得巖土摩擦系數(shù)影響因子，其對(duì)導(dǎo)向鉆進(jìn)時(shí)靜力學(xué)公式的修正范圍為 0.73-1.49;以摩擦系數(shù)為0.2為基準(zhǔn)，當(dāng)摩擦系數(shù)>0.2時(shí)，取較小值;摩擦系數(shù)〈0.2時(shí)，取較 大值。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種定向穿越導(dǎo)向（擴(kuò)孔)鉆柱疲勞預(yù)警方法，其特征在于利 用動(dòng)力學(xué)計(jì)算軟件獲得孔洞擴(kuò)大率影響因子，其對(duì)導(dǎo)向鉆進(jìn)時(shí)靜力學(xué)公式的修正范圍為 0.56-1.60;以孔周巖土較硬時(shí)或經(jīng)探測(cè)孔洞擴(kuò)大率小于15%時(shí)，取小值;反之取大值。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種定向穿越導(dǎo)向（擴(kuò)孔)鉆柱疲勞預(yù)警方法，其特征在于定 向穿越擴(kuò)孔鉆進(jìn)階段，利用動(dòng)力學(xué)計(jì)算軟件獲得了動(dòng)力學(xué)影響因子，其對(duì)靜力學(xué)公式的修 正范圍為1-1.45;擴(kuò)孔鉆進(jìn)到水平段后，取較大值。6. 根據(jù)權(quán)利要求1、4所述的一種定向穿越導(dǎo)向（擴(kuò)孔)鉆柱疲勞預(yù)警方法，其特征在于 定向穿越擴(kuò)孔鉆進(jìn)階段，利用動(dòng)力學(xué)計(jì)算軟件獲得了巖土摩擦系數(shù)影響因子，其對(duì)靜力學(xué) 公式的修正范圍為〇. 82-1.27;當(dāng)摩擦系數(shù)>0.2時(shí)，取較小值;摩擦系數(shù)〈0.2時(shí)，取較大值。7. 根據(jù)權(quán)利要求1、4、5所述的一種定向穿越導(dǎo)向（擴(kuò)孔)鉆柱疲勞預(yù)警方法，其特征在 于定向穿越擴(kuò)孔鉆進(jìn)階段，利用動(dòng)力學(xué)計(jì)算軟件獲得了孔洞擴(kuò)大率影響因子，其對(duì)靜力學(xué) 公式的修正范圍為〇. 89-1.73，擴(kuò)孔率越大，取大值。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK105825031SQ201610205995
【公開(kāi)日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2016年4月6日
【發(fā)明人】祝效華, 賈彥杰
【申請(qǐng)人】西南石油大學(xué)