柔性基准的井眼阻力与扭矩监测系统与方法

专利名称：柔性基准的井眼阻力与扭矩监测系统与方法
技术领域：
本发明是关于在油气井钻井台上来执行井下测量的方法。特别是，本发明涉及确定井眼阻力与扭矩的方法。本发明并涉及确定钻柱与井壁的接触点和接触力的方法。
油气工业在近十年来有急进的技术改良，尤其在MWD(随钻测井)、定向及水平钻进、各类钻井工具及设备、尤其是PDC钻头的改良、以及解析与侦测能力的推展。总合的效果，造成钻井费用的逐步降低，定向钻井，尤其是高倾角、长伸距、及水平钻井，更受采用，以后也会继续扩大使用。
在此同时，由於油气公司的精简措施，更多油气井将以“转钥”方式，以预定的标价，全部交给服务公司处理。服务公司如果能改进钻井的速度与质量，并且避免钻井事故，可获得巨大的利润。反之，如果因为钻井技术不好而遇到钻井事故及耽搁，则将付出巨大的赔偿。仅仅一次严重的钻井事故，如卡钻，遗失钻杆於井下，或封井，甚或需要旁侧钻井，将导致数十万，甚至数百万美元的损失。
预防卡钻的关键，在于改良对井壁阻抗力，即所谓的井眼阻力与扭矩的监测。进眼阻力与扭矩是因为钻柱与井壁接触而产生。
目前的井眼阻力与扭矩监测方法，只测量钻柱在钻台的地表载荷，也即大钩载荷与地表扭矩。大部分的钻架仍然依赖简单的地表测量，但有一些钻架装配比较进步的设备来测量钻柱的轴向力与扭矩。
此外，钻井界也以运用所谓“井眼阻力与扭矩模式”的数据模拟，作为地表测量的核查，及井迹设计的工具。这些井眼阻力与扭矩模拟程式是采用所谓的“软绳模式”，完全忽略了钻柱的弯曲强度。本发明人提倡了“刚绳模式”。在此模式的概念下，用井底结构分析程式来研讨井底结构变形所引起的井眼阻力，可看出“刚绳模式”与“软绳模式”的结果有相当重要的区别。这区别随著井底结构弯曲强度的增加，环空余隙的减小，以及井迹扭曲程度的加大而更显著。所有这些模拟程式都需要明确及详细的井迹与摩擦系数的资料。但是这些资料很难准确地获得。
在本发明的技术领域内，本发明人获得下列几个美国的专利。第4,848,144号专利(1989年7月18日颁发)、第4,972,702号专利(1990年11月27日颁发)、及第5,044,198号专利(1991年9月3日颁发)论述了预测定向井井眼阻力与扭矩的方法。上述这些专利描述一方法至少改良定向井钻柱中钻铤部分的井眼阻力与扭矩模式。用上述这些专利的技术，确定钻柱小截段的弯曲强度、及环控余隙及井眼轨迹，并考虑了小截段的运动及作用于小截段上的外来载荷及内在受力反应，就可确定钻柱与井壁的接触点。由这些专利所提倡的模式，有助于定向井迹的设计、预测与控制，以及钻井事故的避免。这方法有助于减低定向井的总费用。
本发明目标之一是提供一监测及计算定向井的井眼阻力与扭矩的方法。
本发明另一目标是提出较准确的确定井眼摩擦力的方法。
本发明另一目标是提出如何用更少井迹与摩擦系数资料来确定井眼摩擦力的方法。
本发明另一目标是提供确定钻柱与井壁的接触点，以及接触力与接触扭矩的方法。
本发明又一目标是提供确定钻柱与井眼的临界卡钻点的方法。
本发明再一目标是提出改善模拟定向井系统的方法。
本发明的这些目标与优点，将由下面的详细说明与权利要求来解释。
本发明是提倡一方法，来监测钻井时的井眼阻力与扭矩。此方法包括下列步骤(1)测量大钩载荷与钻柱的轴向微位移；(2)测量地表扭矩与钻柱的扭转角；(3)将大钩载荷与钻柱的轴向位移建立成一个相关曲线关系；(4)将地表扭矩与钻柱的轴向扭转角度建立成第二个相关曲线关系。(5)比较这两个相关曲线，以确定钻柱与井壁的接触点或接触面积，及接触力与接触扭矩的数值。
大钩载荷与轴向位移是在相似的钻柱轴向位置测量的。同样地，地表扭矩与钻柱的轴向转角也是在相似的钻柱轴向位置测量的。测量点最好在钻井台上。
在本发明中，比较相关曲线关系的步骤包括以下几个步骤(1)计算大钩载荷与钻柱轴向位移关系曲线上任何一点的斜率；(2)确定在曲线上有该斜率的点的瞬时轴向柔性；(3)用此瞬时柔性与相应的地表载荷，来计算钻柱与井壁的接触点。在本发明中，所有沿曲线的斜率突变都加以识别。如果斜率突变发生在曲线上某一点，这代表点性接触。如果曲线的斜率变化是经过一段曲线，识别的步骤包括计算该段曲线的曲率，而这曲率也代表相应分配接触段的分配接触抗阻力的大小。
在本发明中，比较相关曲线的步骤还包括以下几个步骤(1)计算地表扭矩与钻柱的轴向扭转角度关系曲线的斜率；(2)确定在曲线斜率上任何一点的瞬时扭转柔性；(3)用此瞬时扭转柔性与相应的地表扭矩，来计算钻柱与井壁的接触点。在本发明中，所有沿曲线的斜率突变都加以识别。如果斜率突变发生在曲线上某一点，这代表点性接触。如果曲线的斜率变化是经过一段曲线，识别的步骤包括计算该段曲线的曲率。这曲率代表相对分配接触段的分配抗阻扭矩的大小。
本发明的方法，可单独测量大钩载荷与钻柱的轴向位移，或单独测量地表扭矩与钻柱的轴向位移，来推断钻柱与井壁的接触情况。这些测量资料也可联合起来以检查摩擦系数的变化，从而改进对岩层的模拟，以及增加资料的准确性。
这里需要确认本发明中的一些用词。“钻柱”一词包括成卷管道(coiled Tubing)。“关系曲线”或“相关曲线”与“曲线斜率”涉及具体曲线图的描绘，也包括用两坐标来代表受力与位移而建立似图形的相应关系。这些表示，可以是具体曲线图，也可以用电脑程式处理。“曲线图”一词包括上述具体数量之间直线或非直线的关系表现。“大钩载荷”一词涉及也包括钻柱在地表的轴向受力。


图1是定向井的纵向切面图，说明定向钻井典型的操作情况，包括钻柱。
图2是钻柱代表性的受力图，显示垂直钻柱在点状接触下的受力状况。
图3是一个位移与载荷关系曲线的柔性图。
图4是钻柱的载荷图，显示钻柱在点性接触下所受的扭矩状况。
图5是钻柱的受力图，显示钻柱在分布性接触下的受力状况。
图6是相对于图5受力状况下位移与受力关系曲线的柔性图。
在图1中，10显示一个本发明可适用的定向井。定向井10包括从地表14以即定的曲线延伸入地下的井眼12。钻柱16延伸在井眼12内。在钻柱16底下装有钻头18用来钻削。装设于地表14的钻架20是用来操作钻柱16及其它钻进作业。
重要的是，在地表14可以执行钻柱16的轴向受力与轴向位移的测量22。同时，在此点22或其附近也可以执行钻柱16的地表扭矩与地表扭转角度的测量。本发明很重要的一个课题，就是从地表测量来确定钻柱16的柔性，包括轴向柔性与扭转柔性。人们也可采用与柔性成反比的轴向刚性与扭转刚性。同时测量轴向受力与轴向位移允许这两个数值之间相应图形关系的建立。同样地也可以建立地表扭矩与地表扭转角度的相应图形关系。在这些图形上任何一点的斜率是钻柱的轴向柔性与扭转柔性。这些柔性图将在下面说明。
本发明采用一个完全不同的方法来测量与监测钻柱16在井眼12内所受的阻抗。除了测量地表扭矩与大钩载荷外，本发明还测量地表扭转角度与轴向位移。这些测量尽可能在同一个地表位置，如钻架20的回转接头(swivel)实施。这些测量可用来确定钻柱的柔性。钻柱的轴向柔性代表钻柱在增加单位轴向力下增加的轴向位移。因此，本发明是以柔性为基准的井眼阻力与扭矩监测系统与方法。
测量大钩载荷与轴向位移，如回转接头的位移，就可建立钻柱16在井眼12内的轴向柔性。同样地，测量地表扭矩与地表扭转角度，就可建立钻柱16的扭转柔性。这两个柔性图可用来引导出许多有关钻柱16与井眼12接触的情报，如接触点的井深，接触的分布状况，及接触力的大小。这些情报是目前的井眼阻力与扭矩监测系统，甚至再加以软件模式的数据模拟所无法得到的。图2显示一长为L的垂直钻柱，假设其下端Qb被箝紧，并与井壁在中间两点，L1深的Q1与L2深的Q2，作点状接触。图中所有位置皆由上端(地表)0量起。由於接触而产生的轴向抗阻力分别为Fc1、Fc2、与Fcb。它们是正接触力N1、N2、Nb与摩擦系数μ1、μ2、μb的乘积。也即Fc1＝μ1N1等。在均质岩层中，这些摩擦系数应是相等的。
图3显示轴向柔性图，关连了轴向位移D与轴向受力F。图中显示三个受力区间低、中、高区间，在图中由1、2、3区间分别表示。
在区间1内，图形的原点代表钻柱在原始状态，也即轴向力正好抵消悬浮静重。其上界限点(D1，F1)代表轴向力正好可以克服在Q1接触点的摩擦阻力。在此区间内，整个钻柱的反应与只有0Q1这段的钻柱相同。此时D(F)曲线是如下的直线D＝FL1/(AE)(1)式中A是钻柱的截面积，E是杨氏系数。钻柱系统的轴向柔性C1是这直线的斜率C1＝D/F＝L1/(AE)(2)在上界限点F1，轴向伸长为D1＝Fc1L1/(AE)；Fc1＝F1(3)当轴向力超过F1时，剩余的轴向力将向下延伸作用至接触点Q2。这状况维持到当在该点的摩擦阻力Fc2被克服为止。图3中区间2的D(F)图形仍是一直线D=FL1AE+(F-Fc1)(L2-L1)AE--(4)]]>这公式可改写如下D-D1=(F-Fc1)L2AE--(5)]]>钻柱系统的轴向柔性C2，是这直线的斜率，也代表0Q2段钻柱的柔性C2=dD|dF=L2AE--(6)]]>在上界限点F2＝Fc1+Fc2，轴向伸长为D2=Fc1L1AE+Fc2L2AE--(7)]]>在高区间内，正如区间2的情形样，当轴向力超过F2＝Fc1+Fc2时，剩余的轴向力将向下延伸作用至底端Qb。图3中区间3的D(F)图形仍是一直线D=FL1AE+(F-Fc1)(L2-L1)AE+(F-Fc1-Fc2)(L-L2)AE--(8)]]>这公式可改写如下D-D2=(F-Fc1-Fc2)LAE--(9)]]>钻柱系统的轴向柔性C3是这直线的斜率。它代表0Qb也即整个钻柱的柔性C3=dD|dF=LAE--(10)]]>最后，当轴向力克服在底端的钳制力Fcb时，Fb＝Fc1+Fc2+Fcb。此时的轴向伸长为D3D3=Fc1L1AE+Fc2L2AE+FcbLAE--(11)]]>轴向力不能超过Fb。过此点后，轴向伸长可以无限大，也即钻柱会起钻。这时的轴向柔性是无限大。
上述讨论假设当轴向力增加时，抗阻力Fc1、Fc2和Fcb保持不变。这假设在直井情况下是正确的。
本发明也可用来确定扭转柔性。图4显示当钻柱受到扭矩载荷时的抗阻扭矩。图中假设抗阻扭矩Tc1、Tc2、及Tcb作用于接触点Q1、Q2、和Qb。这些抗阻扭矩是正接触力N1、N2、Nb与摩擦系数及钻柱半径的乘积，也即Tcb＝μbNbrb等。
扭转柔性的演导，只要用T取代F、Tc取代Fc、θ取代D、GJ取代AE、Cr取代C，就与轴向柔性完全相似。这时J是极性坐标惯性矩，G是剪切弹性系数。只要用T取代F、Θ取代D，扭转柔性图也与轴向柔性图3完全相似。
上述程式可用来引导许多有关钻柱与井壁接触的情报。柔性图3或4中的任何一载荷点具体地代表钻柱(图2)上的某一点。这点随著载荷的增加而沿钻柱下移。当柔性图以直线连接两点时，在那两个相应的钻柱点之间就没有与井壁接触。柔性图的斜率，代表钻柱系统在该载荷区间内的柔性。此柔性代表钻柱的“有效承载长度”。在该区间内载荷的作用，不会向下延伸超过此有效承载长度。图形中直线的长度与点性接触抗阻力成正比。图中每一临界载荷点，如起点与直线交点，代表钻柱与井壁发生点性接触的具体点。临界载荷点的具体点是从载荷点，用斜率柔性来确定较高载荷点的具体点。如果钻柱没有被卡住，载荷有一最高极限。否则，柔性图将以最后的同一斜率无止境的延伸。
上述对柔性图的注解，对于钻柱与井壁接触的详细资料，有强有力的引导性。建立这柔性图的方法，一是当钻柱仍触底时升起(Pick up)钻柱，一是停钻时减轻大钩载荷，并同时记录地表载荷与地表位移。
在实际情况下，钻柱是由不均等截面的分段组成，包括钻铤、井底工具、及钻杆。这时轴向刚性AE与扭转刚性JG随分段而变，因而使上述模式的演导变为较复杂。不过这些是已知的资料，对本技术没有实质的影向。
当接触不是点状而是分布状，也即接触点是无限小地邻近分布时，柔性图内相对的位移与载荷相关曲线就不再是直线。在接触区内，相关曲线的斜率将随载荷的增加而持续地加大。
为显示此现象，假设图1中钻柱在Q1与Q2两点之间受到由均值摩擦阻力，并假设其它点性接触仍存在。此时f是均等的接触抗阻分布力(尺度是单位长度的受力)。这时图6的柔性曲线中，Fc1点不变。现在需要检查Fc1与Fc2两点之间的情况。
图5代表抗阻力正好与轴向载荷平衡时钻柱在Q1与Q2两点之间与Q1相距dL的自由体受力图，也就是说，其底端没有轴向力。这距离dL可由下列公式确定dL＝(F-Fc1)/f(12)地表位移的计算，是以下两部分伸长的总和(1)在0F1段内，轴向力是均等的，因此伸长为D1＝FL1/(AE)(13)(2)在dL段内，轴向力由底端的零值增加到在Q1点的Fc1。如果l代表与下端的距离，伸长是应变ε(l)的积分ε(l)＝fl/(AE)，0≤l≤dL(14)积分的结果是D2＝fdL2/(2AE)(15)因此，总伸长为D＝FL1/(AE)+fdL2/(2AE)＝FL1/(AE)+(F-Fc1)2/(2fAE)(16)轴向柔性将随载荷的增加作如下线性的增加C21＝dD/dF＝L1/(AE)+(F-Fc1)/(fAE)(17)当dL达到Q2点时，轴向载荷是F21F21＝Fc1+f(L2-L1)(18)此时的轴向柔性是C21＝L2/(AE)(19)要克服在Q2点的点性摩擦抗阻，必需增加轴向载荷。这时在柔性图内以斜率C21从(D21，F21)点延伸到(D2，F2)。
可见每当抗阻力是分布性时，柔性图以平稳变化斜率的曲线来连接不同斜率的两端，斜率完全没有突变。钻柱下端额外的点性阻力，在图中会以与上端相同斜率的直线延伸。
在定向井中，钻柱是被井壁接触迫成弯曲的。在曲形井眼轨迹内，正分布接触力是n(L)，L是由地表算起的测量井深。
扭转柔性图在定向井中的应用是直截了当的。这是因为分布性扭转抗阻力直接传送为钻柱的扭转力。沿著钻柱在L点弯曲部分，钻柱扭转力T(L)的变化率，只受分布性扭转抗阻力t(L)如下的影向dT(L)/dL＝t(L)＝μrn(L)(20)本式不受钻柱受力及弯矩、以及井眼轨迹曲率的影响。再者，正分布接触力n(L)也不受扭转载荷变化的影响。因此，扭转柔性图的特性与注解在定向井内，完全与在直井内相同。
在定向井内对轴向抗阻力的注解，需要稍作修改。轴向力的变化公式如下dF(L)/dL＝μn(L)-γcosθdn2(L)＝[F(L)kb+γdθd/(kbdL)sinθd]2+[γdθa/(kbdL)sin2θd]2(21)这些公式显示正分布接触力n(L)是受轴向载荷的影响。当轴向载荷增加时(如起钻时)，n(L)也会增加，因此，从轴向柔性图推算n(L)的方法，也会不同。但是，基本的技术是一样。
本发明一重要的特点，就是我们可比较从轴向柔性图与扭转柔性图推算得到的不同的n(L)。从扭转柔性图所得的n(L)，是在没有附加轴向力时所得，而从轴向柔性图所得的n(L)，是在附加轴向力时所得。两值的差，可用来确定在采用补救措施以克服卡钻时很重要的“超拉因子(Overpull Factor)”。
防止钻井时卡钻的关键，在于改善对由于钻柱与井壁接触摩擦而产生的井眼抗阻力的监测。这井眼抗阻力在定向井(包括水平井和长距井)中因重力而会自然发生。它也在钻井扭曲时发生，并可能造成扶正器悬空(Key Seating and Stabilizer Hanging)。如果卡钻情形严重，就会造成耗费巨大的钻井事故，如遗留钻柱在井下、回封、旁侧重钻、甚至于废井。钻井轨迹如果扭曲，对下列作业也有不良的影响下套管、水泥固井、完井，及井壁的长程稳定性、及油藏的长程产油绩效。因此，有效地早期警告过大的井眼阻力与扭矩，是非常重要的。
本发明提供一新的系统来监测与计算任何井眼的阻力与扭矩。此系统使用钻柱轴向柔性与扭转柔性的测量，异于目前一般仅有的地表载荷(包括大钩载荷与地表扭矩)测量。本发明一方面大大增加确定井眼阻力与扭矩的精确度，一方面又只需要比较粗略的井眼轨迹与摩擦系数的资料。本发明可用来确定接触点与接触抗阻力及接触抗阻扭矩的大小。它也可用为确定临界卡钻点，以及真的卡钻时的所谓“卡住点(Free Point)”。因此，本发明可提供更精确预防卡钻的早期警报，也可促成更有效的补救措施。
在本发明中，在大约同一轴向位置测量钻柱或成卷管道的大钩载荷或其它地表轴向载荷与轴向位移。此外，又在大约同一轴向位置测量其地表扭矩与扭转角度。轴向测量资料，可关连成轴向柔性图。用另一个方法，可将轴向测量资料关连成轴向刚性图。扭转测量资料，可关连成扭转柔性图。用另一个方法，可将扭转测量资料关连成扭转刚性图。这些图表，可单独地或联合地用来推断接触点及接触抗阻力或接触阻扭矩的大小。
将地表位移表示成地表轴向载荷的函数，就可导出轴向柔性图。将地表扭转角度表示成地表扭矩的函数，就可导出扭转柔性图。从另一角度来看，将地表轴向载荷表示成地表位移的函数就可导出轴向刚性图。将地表扭矩表示成地表扭转角度的函数，就可导出扭转刚性图。
人们可计算出轴向柔性图的斜率，以取得在任何地表轴向力下钻柱的瞬间轴向柔性。此柔性可用来计算地表轴向力所作用的有效承载深度。图中任何斜率的突变，可用来推算轴向接触抗阻力的存在。柔性图的曲率，也可用来推算分布性轴向接触抗阻力的大小。
用另一个方法，计算轴向刚性图的斜率可取得在任何地表轴向力下钻柱的瞬间轴向刚性。此刚性可用来计算地表轴向力所作用的有效承载深度。图中任何斜率的突变，可用来推算轴向接触抗阻力的存在。刚性图的曲率，也可用来推算分布性轴向接触抗阻扭矩的大小。
人们可计算出轴向扭转柔性图的斜率，以取得在任何地表扭矩下钻柱的瞬间扭转柔性。此柔性可用来计算地表轴向扭矩所作用的有效承载深度。图中任何斜率的突度，可用来推算接触抗阻扭矩的存在。柔性图的曲率，也可用来推算分布性接触抗阻扭矩的大小。
用另一个方法，计算轴向扭转刚性图的斜率可取得在任何地表扭矩下钻柱的瞬间扭转刚性。此刚性可用来计算地表扭矩所作用的有效承载深度。图中任何斜率的突变，可用来推算接触抗阻扭矩的存在。刚性图的曲率，也可用来推算分布性接触抗阻扭矩的大小。
本发明又提供一方法，来侦查钻柱(或成卷管道)与井壁最近地表的接触点。此点可以是当钻柱，尤其是成卷管道，在受压时开始与井壁作连续性接触的“螺形翘曲”(Helical Buckling)的起点。
本发明又提供一方法，来侦查钻井卡钻时钻柱的卡住点。此方法包括建立轴向柔性图，寻求其最大的斜率，再用此极限柔性与钻柱组合来确定卡住点。此法可避免使用卡住点指示器(Free Point In-dicator)的有线测量。
本发明又提供一方法，来侦查井眼轨迹的扭曲程度。此方法包括建立轴向与扭转柔性或刚性图，确定所有的接触点与接触抗阻力与抗阻扭矩以推断正接触力与摩擦系数。在此同时，在由井迹测量站插值而得知的井眼轨迹下，用井眼阻力与扭矩的数据模拟程式来推断正接触力。利用这两组正接触力的数据，反复修改井眼轨迹，直到这两组正接触力的数据相符为止。这样就可以推断出井迹测量站之间的井迹资料。
上述的揭示与描述只是对本发明的一般解释与说明。细节上可以变动或修改。据此，应该明确本发明不仅限于前面图解与说明的具体特点与构造，而本发明的概念应包括所附各项权利要求。专用术语F地表轴向载荷(大钩载荷)，张力为正T地表扭矩r钻柱半径L沿钻柱的测量井深E钻柱的杨氏系数G钻柱的剪切弹性系数A钻柱的截面积J钻柱的极性坐标惯性矩D地表轴向位移C轴向柔性0地表扭转角度Cr扭转柔性N正接触力μ摩擦系数Fc轴向抗阻力＝μNTc抗阻扭矩＝μrNn(L)分布性正接触力f(L)分布性轴向抗阻力t(L)分布性抗阻扭矩kb(L)钻柱的变形曲平γ(L)钻柱的浮悬单位重量θa(L)井迹的方位角θd(L)井迹的倾斜角
权利要求
1.一个监测钻柱在井眼内所受井眼阻力与扭矩的方法；包括下列步骤测量大钩载荷与钻柱的轴向位移，测量钻柱的地表扭矩与扭转角度，关连大钩载荷与钻住的轴向位移，以建立第一个图形关系，关键钻柱的地表扭矩与扭转角度，以建立第二个图形关系，比较这两个图形关系，以确定钻柱与井壁的接触点或面积。
2.权利要求1中所述方法，其特征在于在相似的钻柱轴向位置来测量大钩载荷与钻柱的轴向位移。
3.权利要求1中所述方法，其特征在于在相似的钻柱轴向位置来测量钻柱的地表扭矩与扭转角度。
4.权利要求3中所述方法，其特征在于在相似的钻柱轴向位置来测量大钩载荷与钻柱的轴向位移。
5.权利要求1中所述方法，其特征在于测量的步骤是在井眼之上某一位置执行。
6.权利要求1中所述方法，其特征在于所述比较的步骤，包括以下几个步骤计算上述大钩载荷与轴向位移关系曲线的斜率，确定沿该曲线某一点的瞬间轴向柔性，用上述的瞬间轴向柔性，计算在已知地表轴向载荷下钻柱的接触点。
7.权利要求1中所述方法，其特征在于所述比较的步骤，包括以下几个步骤建立大钩载荷与钻柱轴向位移的图形关系，识别在该图形曲线的斜率突变，该斜率突变乃标示钻柱与井壁的接触点或面积。
8.权利要求7中所述方法，其特征在于当斜率突变经过一曲线时识别的步骤计算该曲线的曲率，该曲率代表在钻柱与井壁接触面积上的分布性接触抗阻力的数值。
9.权利要求1中所述方法，其特征在于比较的步骤，包括以下几个步骤建立地表扭矩与扭转角度的图形关系及计算其斜率，确定沿该图形曲线某一点的瞬间扭转柔性，用该瞬间扭转柔性，计算在某地表扭矩下钻柱的接触点。
10.权利要求1中所述方法，其特征在于比较的步骤，包括以下几个步骤建立地表扭矩与扭转角度的图形关系，识别在该图形上曲线的斜率突变，该斜率突变乃标示钻柱的接触点或面积。
11.权利要求10中所述方法，其特征在于当斜率突变经过一曲线时识别的步骤计算该曲线的曲率，该曲率代表在钻柱与井壁接触面积上的分布性接触抗阻扭矩的数值。
12.一个确定钻柱在井眼内阻力与扭矩的方法；包括下列步骤测量大钩载荷与钻柱的轴向位移，关链大钩载荷与轴向位移，以建立图形关系，识别在该图形上的斜率突变，该斜率突变乃标示钻柱与井壁的接触点或面积。
13.权利要求12中所述方法，其特征在于当斜率突变经过一曲线时识别的步骤计算该曲线的曲率，该曲率代表在钻柱与井壁接触面积上的分布性接触抗阻力的数值。
14.权利要求12中所述方法，其特征在于再包括以下步骤计算大钩载荷与轴向位移关系曲线的斜率，确定沿曲线某一点的瞬间轴向柔性，用上述的瞬间轴向柔性，计算在已知地表轴向载荷下钻柱的接触点。
15.权利要求12中所述方法，其特征在于在相似的钻柱轴向位置来测量大钩载荷与钻柱的轴向位移。
16.权利要求12中所述方法，其特征在于再包括以下步骤测量钻柱的地表扭矩与扭转角度，关链钻柱的地表扭矩与扭转角度，以建立第二个图形关系，识别在该图形上的斜率突变，该斜率突变乃标示钻柱与井壁的接触点或面积，比较大钩载荷与轴向位移关系曲线的斜率突变与地表扭矩与扭转角度关系曲线的斜率突变。
17.一个确定钻柱与井壁接触产生的抗阻力与扭矩的情况的方法；包括下列步骤测量钻住的地表扭矩与扭转角度，关连钻柱的地表扭矩与扭转角度，以建立图形关系，识别在该图形上的斜率突变，用以推断钻柱与井壁的接触情况。
18.权利要求17中所述方法，其特征在于当斜率突变经过一曲线时识别的步骤计算该曲线的曲率，该曲率代表在钻柱与井壁接触面积上的分布性接触抗阻扭矩的数值。
19.权利要求17中所述方法，其特征在于再包括以下步骤计算地表扭矩与扭转角度关系曲线的斜率，确定沿曲浅某一点的瞬间扭转柔性，用上述的瞬间扭转柔性，计算在已知地表扭矩下钻柱的接触点。
20.权利要求17中所述方法，其特征在于在相似的钻柱轴向位置来测量地表扭矩与扭转角度。
21.权利要求17中所述方法，其特征在于再包括以下步骤测量大钩载荷与钻柱的轴向位移，关连大钩载荷与钻柱的轴向位移，以建立第二个图形关系，识别在该图形上的斜率突变，该斜率突变乃标示钻柱与井壁的接触点或面积，比较大钩载荷与轴向位移关系曲线与地表扭矩与扭转角度关系曲线的斜率突变。
全文摘要
一个用于监测钻井时作用于钻柱的井眼阻力与扭矩的方法，包括下列步骤测量大钩载荷与钻柱的轴向位移、测量钻柱的地表扭矩与扭转角度、串连大钩载荷与轴向位移以建立第一个图形关系、串连地表扭矩与热转角度以建立第二个图形关系，比较这两个图形关系以确定钻柱与井壁的接触抗阻。
文档编号E21B7/06GK1145446SQ9511686
公开日1997年3月19日 申请日期1995年9月13日 优先权日1995年9月13日
发明者霍华山 申请人:霍华山