[发明专利]一种套管柱下入方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及钻完井技术领域，尤其涉及一种套管柱下入方法及装置。

背景技术

在边际油田或薄油层油田的开发中，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、水平井所涉及的关键技术很多，其中套管顺利下入是大位移井、水 平井成功的关键技术之一。

大位移井、水平井由于水平段长、垂深浅、套管下入过程中摩阻力大，应用常规下 套管工艺往往不能将套管下到位，无法满足施工要求，漂浮下套管技术可以解决这一技术 难题，是下套管作业的有力保障。

漂浮下套管技术主要是通过在套管串结构中加入漂浮接箍，利用套管柱下部封闭 的一段空气或低密度的钻井液的浮力作用，使套管处于“漂浮状态”，使套管下入过程中不 会紧贴井壁，来减小套管下入过程中井壁对套管的摩阻，提高套管的下入深度，以达到套管 安全下入的目的。

在漂浮下套管过程中，合理的确定漂浮长度是漂浮下套管技术的关键，漂浮长度 就是盲板浮鞋与漂浮接箍之间的套管长度，不同的漂浮长度使下套管的难易程度不同：1) 如果漂浮段过长，一方面会因为浮力太大，当套管下入到一定的深度后，大钩载荷降为零， 造成套管下入困难；另一方面，套管与井壁的正压力得不到应有的改善，反而会增大套管与 井壁的正压力，造成套管与井壁的摩阻力增大，不利于套管的下入；2)如果漂浮段过短，则 由于降低摩阻力不是很显著，不能起到应有的漂浮效果，套管仍然无法下下去。

目前，对于如何确定套管漂浮长度，才能最大限度地发挥漂浮下套管技术的优势， 国内外研究甚少，该项技术研究一直是漂浮下套管技术未解决的技术难点问题。

发明内容

本发明提供了一种套管柱下入方法及装置，以至少解决相关技术中套管柱漂浮长 度无法准确计算的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种套管柱下入方法，其中，该方法包括：对套管 柱进行受力分析，得到套管柱摩阻计算方程；基于所述套管柱摩阻计算方程，计算不同的漂 浮长度所对应的大钩载荷；在满足预设载荷条件的基础上，取数值最大的大钩载荷所对应 的漂浮长度为最佳漂浮长度；在所述套管柱的所述最佳漂浮长度对应位置设置漂浮接箍， 执行套管柱下入操作。

优选地，对套管柱进行受力分析，得到套管柱摩阻计算方程，包括：将套管柱自下 而上均分为多个微单元段；计算每个微单元段两端的节点处的集中力、每个微单元段的均 布接触力、每个微单元段的线密度；将每个微单元段的所述集中力、所述均布接触力和所述 线密度分别代入受力平衡公式，再结合弗朗内-塞雷公式、力矩平衡公式，得到套管柱摩阻 计算方程。

优选地，所述方法还包括：对所述套管柱摩阻计算方程进行有限差分化和离散化 操作，得到差分形式的套管柱摩阻计算方程。

优选地，差分形式的套管柱摩阻计算方程是：

其中，i为自井底至井口的节点数，i＝0～n，n为微单元段的个数，s为测深，F_t为大钩载荷，K为井眼轴线的曲率，K_α为井斜角变化率，为方位角变化率，α为井斜角，为方位角，N_n、N_b为均布接触力，M_b为弯矩，q为线密度，μ为摩擦系数，N为套管柱与井壁的接触正压力。

优选地，基于所述套管柱摩阻计算方程，计算不同的漂浮长度所对应的大钩载荷， 包括：基于漂浮长度的不同取值，分别计算位于漂浮长度以上的每个微单元段的线密度，以 及位于漂浮长度以下的每个微单元段的线密度；将每个微单元段的线密度代入所述套管柱 摩阻计算方程，计算得到与漂浮长度对应的大钩载荷。

优选地，位于漂浮长度以上的套管柱灌入钻井液，每个微单元段的线密度由以下公式计算得到：位于漂浮长度以下的套管柱掏空，每个微单元段的线密度由以下公式计算得到：其中，q_m为套管柱在空气中的线重量，ρ_m为钻井液的密度，ρ_s为套管柱的材料密度，D为套管柱的外径，d为套管柱的内径。

优选地，所述预设载荷条件是：大钩载荷+游动系统重量≥0。