[發(fā)明專(zhuān)利]多點(diǎn)激勵(lì)鉆柱減摩阻方法及裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410548764.4
• 申請(qǐng)日: 2014-10-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104499958A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-04-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 倪紅堅(jiān);王鵬;王瑞和;李木坤
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)石油大學(xué)（華東）
• 主分類(lèi)號(hào): E21B17/10
• 分類(lèi)號(hào): E21B17/10;E21B28/00
• 代理公司: 濰坊正信專(zhuān)利事務(wù)所37216
• 代理人: 王秀芝

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及石油天然氣鉆井技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于減小深直井和復(fù)雜結(jié)構(gòu)井鉆進(jìn)過(guò)程中鉆柱與井壁間的摩阻，將鉆壓平滑的傳遞給井底鉆頭的多點(diǎn)激勵(lì)鉆柱減摩阻方法及用于實(shí)施該方法的多點(diǎn)激勵(lì)鉆柱減摩阻裝置。

背景技術(shù)

發(fā)展深直井技術(shù)和復(fù)雜結(jié)構(gòu)井技術(shù)，高效開(kāi)發(fā)復(fù)雜油氣層、深部油氣藏和海洋油氣資源，符合我國(guó)對(duì)能源的巨大需求，也是我國(guó)能源儲(chǔ)備安全的重要保障。

石油鉆井中用到的鉆柱，由井底到井口依次主要由鉆頭、鉆鋌、鉆桿和方鉆桿等組成，下部鉆柱用于施加鉆壓，在鉆進(jìn)過(guò)程中承受著井底巖石對(duì)鉆頭的反力，處于壓縮狀態(tài)；上部鉆柱用于連接下部鉆柱和傳遞扭矩，鉆進(jìn)過(guò)程中由井口大鉤提拉，處于拉伸狀態(tài)。通過(guò)改變鉆桿和鉆鋌的組合形式及加入新的井下鉆具可實(shí)現(xiàn)不同的鉆具組合形式，目前主要有單鐘擺鉆具組合、塔式鉆具組合、滿(mǎn)眼鉆具組合及井下動(dòng)力鉆具組合，其中井下動(dòng)力鉆具組合應(yīng)用范圍最廣，同時(shí)摩阻產(chǎn)生的“拖壓”問(wèn)題也最突出。

在深直井的鉆探過(guò)程中，鉆遇的地層硬度大、巖性變化多樣、非均質(zhì)性強(qiáng)，導(dǎo)致井斜和方位控制難度增大。在這種情況下一般通過(guò)采用鐘擺鉆具組合輕壓吊打或使用帶有彎角的井下動(dòng)力鉆具組合反扣來(lái)控制井身質(zhì)量；輕壓吊打的方式在一定程度上保證了井身質(zhì)量，但是使機(jī)械鉆速急劇下降，使用井下動(dòng)力鉆具組合反扣雖然可有效控制井斜和方位，但是卻加劇了井眼“狗腿”(石油鉆井中，指井身局部段彎曲曲率半徑很小，即突然彎曲形似“狗腿”)的形成。因此，可以說(shuō)在現(xiàn)有鉆井技術(shù)條件下，直井只存在于設(shè)計(jì)階段，而鉆出的真實(shí)井眼均是帶有若干“狗腿”的螺旋彎曲井眼。在鉆進(jìn)過(guò)程中，當(dāng)局部狗腿度過(guò)大將不可避免的導(dǎo)致“拖壓”現(xiàn)象的發(fā)生，降低了機(jī)械鉆速，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致遇阻和卡鉆，使鉆壓無(wú)法加到鉆頭，鉆進(jìn)作業(yè)不得不停止。另一方面，深直井、超深直井鉆進(jìn)過(guò)程中存在大段的裸眼段，容易發(fā)生井漏和高滲透率地層的漏失，環(huán)空中的鉆井液與地層流體壓力的壓力差將鉆柱壓向井壁，產(chǎn)生“拖壓”現(xiàn)象，使機(jī)械鉆速降低，嚴(yán)重時(shí)將出現(xiàn)“壓差卡鉆”。

在復(fù)雜結(jié)構(gòu)井的鉆探過(guò)程中，隨著井眼的延伸和井斜的增加，大部分鉆柱躺在井壁巖石上，使鉆鋌施加的鉆壓大部分消耗在克服井壁對(duì)鉆柱的摩阻上，鉆壓無(wú)法有效的傳遞給鉆頭，機(jī)械鉆速顯著降低；尤其是滑動(dòng)定向鉆進(jìn)過(guò)程中，井底動(dòng)力鉆具以上的鉆柱不旋轉(zhuǎn)使鉆柱與井壁之間的摩阻系數(shù)較旋轉(zhuǎn)時(shí)增加，產(chǎn)生“拖壓”現(xiàn)象，當(dāng)鉆柱與井壁巖石之間的摩阻等于鉆壓時(shí)，井眼無(wú)法繼續(xù)延伸。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的第一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是：針對(duì)深直井和復(fù)雜結(jié)構(gòu)井鉆進(jìn)過(guò)程中存在的“拖壓”和“粘滑”現(xiàn)象，提供一種多點(diǎn)激勵(lì)鉆柱減摩阻方法，該方法能使全井鉆柱沿鉆柱軸向振動(dòng)起來(lái)，最大程度的減小鉆柱與井壁巖石之間的摩阻，使鉆壓和扭矩能夠平滑有效的傳遞給鉆頭，以提高機(jī)械鉆速和井眼的極限延伸距離。

本發(fā)明所要解決的第二個(gè)技術(shù)問(wèn)題是：提供一種專(zhuān)用于實(shí)施本發(fā)明的多點(diǎn)激勵(lì)鉆柱減摩阻方法的多點(diǎn)激勵(lì)鉆柱減摩阻裝置。

為解決上述第一個(gè)技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種多點(diǎn)激勵(lì)鉆柱減摩阻方法，所述多點(diǎn)激勵(lì)鉆柱減摩阻方法如下：

S1、在鉆柱上確定一個(gè)分界面，所述分界面將所述鉆柱分為上部鉆柱段和下部鉆柱段；

S2、在所述下部鉆柱段的下端并位于井下鉆具的上方設(shè)置一個(gè)脈沖發(fā)生器，當(dāng)鉆井流體流過(guò)所述脈沖發(fā)生器時(shí)，產(chǎn)生高頻連續(xù)波正壓力脈沖并沿所述鉆柱內(nèi)部向上傳播；

S3、在所述下部鉆柱段上并位于所述脈沖發(fā)生器的上方，間隔設(shè)置若干個(gè)受壓段激振器，所述高頻連續(xù)波正壓力脈沖自下而上依次經(jīng)過(guò)若干所述受壓段激振器，激發(fā)每個(gè)所述受壓段激振器產(chǎn)生軸向伸長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)；

S4、在所述上部鉆柱段上，間隔設(shè)置若干個(gè)受拉段激振器，所述高頻連續(xù)波正壓力脈沖經(jīng)過(guò)所述分界面后繼續(xù)向上傳播，自下而上依次經(jīng)過(guò)若干所述受拉段激振器，激發(fā)每個(gè)所述受拉段激振器產(chǎn)生軸向收縮運(yùn)動(dòng)。

為解決上述第二個(gè)技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種多點(diǎn)激勵(lì)鉆柱減摩阻裝置，包括：

鉆柱，所述鉆柱包括上部鉆柱段和下部鉆柱段；

一個(gè)脈沖發(fā)生器，所述脈沖發(fā)生器設(shè)置于所述下部鉆柱段的下端并位于井下鉆具的上方，用于產(chǎn)生高頻連續(xù)波正壓力脈沖并沿所述鉆柱內(nèi)部向上傳播；

若干個(gè)受壓段激振器，若干個(gè)所述受壓段激振器間隔設(shè)置于所述下部鉆柱段上并位于所述脈沖發(fā)生器的上方，所述高頻連續(xù)波正壓力脈沖自下而上依次經(jīng)過(guò)若干所述受壓段激振器時(shí)，每個(gè)所述受壓段激振器產(chǎn)生軸向伸長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)；以及