[實用新型]一種多點激勵鉆柱減摩阻裝置

有效

• 申請號: 201420599583.X
• 申請日: 2014-10-16
• 公開（公告）號: CN204200107U
• 公開（公告）日: 2015-03-11
• 發明（設計）人: 倪紅堅;王鵬;王瑞和;李木坤
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: E21B17/10
• 分類號: E21B17/10;E21B28/00
• 代理公司: 濰坊正信專利事務所 37216
• 代理人: 王秀芝

技術領域

本實用新型涉及石油天然氣鉆井技術領域，尤其涉及一種用于減小深直井和復雜結構井鉆進過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激勵鉆柱減摩阻方法及用于實施該方法的多點激勵鉆柱減摩阻裝置。

背景技術

發展深直井技術和復雜結構井技術，高效開發復雜油氣層、深部油氣藏和海洋油氣資源，符合我國對能源的巨大需求，也是我國能源儲備安全的重要保障。

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，在鉆進過程中承受著井底巖石對鉆頭的反力，處于壓縮狀態；上部鉆柱用于連接下部鉆柱和傳遞扭矩，鉆進過程中由井口大鉤提拉，處于拉伸狀態。通過改變鉆桿和鉆鋌的組合形式及加入新的井下鉆具可實現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、滿眼鉆具組合及井下動力鉆具組合，其中井下動力鉆具組合應用范圍最廣，同時摩阻產生的“拖壓”問題也最突出。

在深直井的鉆探過程中，鉆遇的地層硬度大、巖性變化多樣、非均質性強，導致井斜和方位控制難度增大。在這種情況下一般通過采用鐘擺鉆具組合輕壓吊打或使用帶有彎角的井下動力鉆具組合反扣來控制井身質量；輕壓吊打的方式在一定程度上保證了井身質量，但是使機械鉆速急劇下降，使用井下動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，可以說在現有鉆井技術條件下，直井只存在于設計階段，而鉆出的真實井眼均是帶有若干“狗腿”的螺旋彎曲井眼。在鉆進過程中，當局部狗腿度過大將不可避免的導致“拖壓”現象的發生，降低了機械鉆速，嚴重時將導致遇阻和卡鉆，使鉆壓無法加到鉆頭，鉆進作業不得不停止。另一方面，深直井、超深直井鉆進過程中存在大段的裸眼段，容易發生井漏和高滲透率地層的漏失，環空中的鉆井液與地層流體壓力的壓力差將鉆柱壓向井壁，產生“拖壓”現象，使機械鉆速降低，嚴重時將出現“壓差卡鉆”。

在復雜結構井的鉆探過程中，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鉆柱的摩阻上，鉆壓無法有效的傳遞給鉆頭，機械鉆速顯著降低；尤其是滑動定向鉆進過程中，井底動力鉆具以上的鉆柱不旋轉使鉆柱與井壁之間的摩阻系數較旋轉時增加，產生“拖壓”現象，當鉆柱與井壁巖石之間的摩阻等于鉆壓時，井眼無法繼續延伸。

發明內容

本實用新型所要解決的第一個技術問題是：針對深直井和復雜結構井鉆進過程中存在的“拖壓”和“粘滑”現象，提供一種多點激勵鉆柱減摩阻方法，該方法能使全井鉆柱沿鉆柱軸向振動起來，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，以提高機械鉆速和井眼的極限延伸距離。

本實用新型所要解決的第二個技術問題是：提供一種專用于實施本實用新型的多點激勵鉆柱減摩阻方法的多點激勵鉆柱減摩阻裝置。

為解決上述第一個技術問題，本實用新型的技術方案是：一種多點激勵鉆柱減摩阻方法，所述多點激勵鉆柱減摩阻方法如下：

S1、在鉆柱上確定一個分界面，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置一個脈沖發生器，當鉆井流體流過所述脈沖發生器時，產生高頻連續波正壓力脈沖并沿所述鉆柱內部向上傳播；

S3、在所述下部鉆柱段上并位于所述脈沖發生器的上方，間隔設置若干個受壓段激振器，所述高頻連續波正壓力脈沖自下而上依次經過若干所述受壓段激振器，激發每個所述受壓段激振器產生軸向伸長運動；

S4、在所述上部鉆柱段上，間隔設置若干個受拉段激振器，所述高頻連續波正壓力脈沖經過所述分界面后繼續向上傳播，自下而上依次經過若干所述受拉段激振器，激發每個所述受拉段激振器產生軸向收縮運動。

為解決上述第二個技術問題，本實用新型的技術方案是：一種多點激勵鉆柱減摩阻裝置，包括：

鉆柱，所述鉆柱包括上部鉆柱段和下部鉆柱段；

一個脈沖發生器，所述脈沖發生器設置于所述下部鉆柱段的下端并位于井下鉆具的上方，用于產生高頻連續波正壓力脈沖并沿所述鉆柱內部向上傳播；

若干個受壓段激振器，若干個所述受壓段激振器間隔設置于所述下部鉆柱段上并位于所述脈沖發生器的上方，所述高頻連續波正壓力脈沖自下而上依次經過若干所述受壓段激振器時，每個所述受壓段激振器產生軸向伸長運動；以及