一種套管柱下入方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鉆完井技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種套管柱下入方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 在邊際油田或薄油層油田的開發(fā)中，大位移井和水平井起到了十分重要的作用。 成功完成一口大位移井、水平井所涉及的關(guān)鍵技術(shù)很多，其中套管順利下入是大位移井、水 平井成功的關(guān)鍵技術(shù)之一。
[0003] 大位移井、水平井由于水平段長、垂深淺、套管下入過程中摩阻力大，應(yīng)用常規(guī)下 套管工藝往往不能將套管下到位，無法滿足施工要求，漂浮下套管技術(shù)可以解決這一技術(shù) 難題，是下套管作業(yè)的有力保障。
[0004] 漂浮下套管技術(shù)主要是通過在套管串結(jié)構(gòu)中加入漂浮接箍，利用套管柱下部封閉 的一段空氣或低密度的鉆井液的浮力作用，使套管處于"漂浮狀態(tài)"，使套管下入過程中不 會緊貼井壁，來減小套管下入過程中井壁對套管的摩阻，提高套管的下入深度，以達(dá)到套管 安全下入的目的。
[0005]在漂浮下套管過程中，合理的確定漂浮長度是漂浮下套管技術(shù)的關(guān)鍵，漂浮長度 就是盲板浮鞋與漂浮接箍之間的套管長度，不同的漂浮長度使下套管的難易程度不同：1) 如果漂浮段過長，一方面會因為浮力太大，當(dāng)套管下入到一定的深度后，大鉤載荷降為零， 造成套管下入困難;另一方面，套管與井壁的正壓力得不到應(yīng)有的改善，反而會增大套管與 井壁的正壓力，造成套管與井壁的摩阻力增大，不利于套管的下入;2)如果漂浮段過短，則 由于降低摩阻力不是很顯著，不能起到應(yīng)有的漂浮效果，套管仍然無法下下去。
[0006] 目前，對于如何確定套管漂浮長度，才能最大限度地發(fā)揮漂浮下套管技術(shù)的優(yōu)勢， 國內(nèi)外研究甚少，該項技術(shù)研究一直是漂浮下套管技術(shù)未解決的技術(shù)難點問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明提供了一種套管柱下入方法及裝置，以至少解決相關(guān)技術(shù)中套管柱漂浮長 度無法準(zhǔn)確計算的問題。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了 一種套管柱下入方法，其中，該方法包括:對套管 柱進(jìn)行受力分析，得到套管柱摩阻計算方程;基于所述套管柱摩阻計算方程，計算不同的漂 浮長度所對應(yīng)的大鉤載荷;在滿足預(yù)設(shè)載荷條件的基礎(chǔ)上，取數(shù)值最大的大鉤載荷所對應(yīng) 的漂浮長度為最佳漂浮長度;在所述套管柱的所述最佳漂浮長度對應(yīng)位置設(shè)置漂浮接箍， 執(zhí)行套管柱下入操作。
[0009] 優(yōu)選地，對套管柱進(jìn)行受力分析，得到套管柱摩阻計算方程，包括:將套管柱自下 而上均分為多個微單元段;計算每個微單元段兩端的節(jié)點處的集中力、每個微單元段的均 布接觸力、每個微單元段的線密度;將每個微單元段的所述集中力、所述均布接觸力和所述 線密度分別代入受力平衡公式，再結(jié)合弗朗內(nèi)-塞雷公式、力矩平衡公式，得到套管柱摩阻 計算方程。
[0010] 優(yōu)選地，所述方法還包括:對所述套管柱摩阻計算方程進(jìn)行有限差分化和離散化 操作，得到差分形式的套管柱摩阻計算方程。
[0011] 優(yōu)選地，差分形式的套管柱摩阻計算方稈是：
[0012]
[0013] 其中，i為自井底至井口的節(jié)點數(shù)，i=〇~n，n為微單元段的個數(shù)，s為測深，F(xiàn) t為大 鉤載荷，K為井眼軸線的曲率
Κα為井斜角變化率，
心為方
位角變化率， 為井斜角，Ρ為方位角，Nn、Nb為均布接觸力，Mb為彎矩，q為線密度， μ為摩擦系數(shù)，&與井壁的接觸正壓力。
[0014] 優(yōu)選地，基于所述套管柱摩阻計算方程，計算不同的漂浮長度所對應(yīng)的大鉤載荷， 包括:基于漂浮長度的不同取值，分別計算位于漂浮長度以上的每個微單元段的線密度，以 及位于漂浮長度以下的每個微單元段的線密度;將每個微單元段的線密度代入所述套管柱 摩阻計算方程，計算得到與漂浮長度對應(yīng)的大鉤載荷。
[0015] 優(yōu)選地，位于漂浮長度以上的套管柱灌入鉆井液，每個微單元段的線密度由以下 公式計算得到：
位于漂浮長度以下的套管柱掏空，每個微單元段的線密度 由以下公式計算得到：
;其中，9?為套管柱在空氣中的線重量， Pm為鉆井液的密度，PS為套管柱的材料密度，D為套管柱的外徑，d為套管柱的內(nèi)徑。
[0016] 優(yōu)選地，所述預(yù)設(shè)載荷條件是:大鉤載荷+游動系統(tǒng)重量2 0。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種套管柱下入裝置，其中，該裝置包括:模型 搭建模塊，用于對套管柱進(jìn)行受力分析，得到套管柱摩阻計算方程;模型計算模塊，用于基 于所述套管柱摩阻計算方程，計算不同的漂浮長度所對應(yīng)的大鉤載荷;漂浮長度確定模塊， 用于在滿足預(yù)設(shè)載荷條件的基礎(chǔ)上，取數(shù)值最大的大鉤載荷所對應(yīng)的漂浮長度為最佳漂浮 長度;套管下入模塊，用于在所述套管柱的所述最佳漂浮長度對應(yīng)位置設(shè)置漂浮接箍，執(zhí)行 套管柱下入操作。
[0018] 優(yōu)選地，所述模型搭建模塊包括:受力分析單元，用于將套管柱自下而上均分為多 個微單元段;計算每個微單元段兩端的節(jié)點處的集中力、每個微單元段的均布接觸力、每個 微單元段的線密度;其中，每兩個相鄰微單元段之間為一節(jié)點；模型搭建單元，用于將每個 微單元段的所述集中力、所述均布接觸力和所述線密度分別代入受力平衡公式，再結(jié)合弗 朗內(nèi)-塞雷公式、力矩平衡公式，得到套管柱摩阻計算方程。
[0019] 優(yōu)選地，所述裝置還包括:差分處理模塊，用于對所述套管柱摩阻計算方程進(jìn)行有 限差分化和離散化操作，得到差分形式的套管柱摩阻計算方程。
[0020] 優(yōu)選地，差分形式的套管柱摩阻計算方程是：
[0021]
[0022] 其中，i為自井底至井口的節(jié)點數(shù)，i=0~η，n為微單元段的個數(shù)，s為測深，F(xiàn)t為大 鉤載荷，K為井眼軸線的曲率
Κα為井斜角變化率，
為方 位角變化率，
α為井斜角，ρ為方位角，Nn、Nb為均布接觸力，M b為彎矩，q為線密度， μ為摩擦系數(shù)，N為套管柱與井壁的接觸正壓力。
[0023] 優(yōu)選地，所述模型計算模塊包括：線密度計算單元，用于基于漂浮長度的不同取 值，分別計算位于漂浮長度以上的每個微單元段的線密度，以及位于漂浮長度以下的每個 微單元段的線密度;大鉤載荷計算單元，用于將每個微單元段的線密度代入所述套管柱摩阻計 算方程，計算得到與漂浮長度對應(yīng)的大鉤載荷;其中，份干漂浮長度以上的套管柱灌入鉆井 液，的每個微單元段的線密度由以下公式計算得到
位于漂浮長度以下的 套管柱掏空，每個微單元段的線密度由以下公式計算得到：
其中，qm為套管柱在空氣中的線重量，Pm為鉆井液的密度，PS為套管柱的材料密度，D為套管 柱的外徑，d為套管柱的內(nèi)徑。
[0024] 優(yōu)選地，所述預(yù)設(shè)載荷條件是:大鉤載荷+游動系統(tǒng)重量2 0。
[0025] 本發(fā)明通過對漂浮下套管技術(shù)進(jìn)行研究，應(yīng)用漂浮下套管原理，對套管柱進(jìn)行力 學(xué)分析，建立漂浮下套管力學(xué)模型，形成一種計算套管漂浮長度的優(yōu)化方案，從而確定最佳 漂浮段長度，使漂浮接箍安放在最優(yōu)化的井深處，使剩余下入載荷達(dá)到最佳，從而解決了相 關(guān)技術(shù)中套管柱漂浮長度無法準(zhǔn)確計算的問題，保證套管柱順利下到位，為漂浮下套管提 供技術(shù)支持，從而順利完成完井施工作業(yè)。
【附圖說明】
[0026] 此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本發(fā) 明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限定。在附圖中：
[0027] 圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的套管柱下入方法的流程圖；
[0028] 圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的空間坐標(biāo)系示意圖；
[0029]圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的套管柱分段受力分析示意圖；
[0030]圖4是根據(jù)本發(fā)明實施例的套管柱漂浮長度的優(yōu)化流程圖；
[0031 ]圖5是根據(jù)本發(fā)明實施例的套管柱下入裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032] 圖6是根據(jù)本發(fā)明實施例的套管柱下入裝置的具體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033] 圖7是根據(jù)本發(fā)明實施例的套管柱下入裝置的另一具體結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0034] 下面結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、