[發(fā)明專利]一種超深井鉆柱粘滑振動(dòng)抑制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110897577.7
• 申請(qǐng)日: 2021-08-05
• 公開（公告）號(hào): CN113638728B
• 公開（公告）日: 2023-08-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 毛良杰;甘倫科;聶榮國;王國榮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西南石油大學(xué)
• 主分類號(hào): E21B44/00
• 分類號(hào): E21B44/00
• 代理公司: 四川力久律師事務(wù)所 51221
• 代理人: 劉雪蓮

1.一種超深井鉆柱粘滑振動(dòng)抑制方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：將超深井鉆柱等效為轉(zhuǎn)盤、鉆桿、BHA和鉆頭組成的四自由度扭轉(zhuǎn)振動(dòng)物理模型；

S2：采用基于哈密頓原理的拉格朗日方程描述所述四自由度扭轉(zhuǎn)振動(dòng)物理模型，建立超深井鉆柱扭轉(zhuǎn)振動(dòng)動(dòng)力學(xué)模型；

S3：求解所述超深井鉆柱扭轉(zhuǎn)振動(dòng)動(dòng)力學(xué)模型，獲得超深井鉆柱扭轉(zhuǎn)振動(dòng)特性，所述超深井鉆柱扭轉(zhuǎn)振動(dòng)特性包括鉆柱的角位移隨時(shí)間的變化關(guān)系；

S4：根據(jù)所述超深井鉆柱扭轉(zhuǎn)振動(dòng)特性，調(diào)整所述超深井鉆柱的結(jié)構(gòu)或鉆進(jìn)參數(shù)，抑制所述超深井鉆柱的粘滑振動(dòng)；

所述超深井鉆柱扭轉(zhuǎn)振動(dòng)動(dòng)力學(xué)模型為：

式中，和分別為轉(zhuǎn)盤、鉆桿、BHA和鉆頭的角位移，和分別為轉(zhuǎn)盤、鉆桿、BHA和鉆頭的角速度，和分別為轉(zhuǎn)盤、鉆桿、BHA和鉆頭的角加速度，J₁、J₂、J₃和J₄分別為轉(zhuǎn)盤、鉆桿、BHA和鉆頭的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，k₁、k₂、k₃和k₄分別為轉(zhuǎn)盤、鉆桿、BHA和鉆頭的剛度，c₁、c₂、c₃和c₄分別為轉(zhuǎn)盤、鉆桿、BHA和鉆頭上阻尼器的阻尼系數(shù)，ω為轉(zhuǎn)盤角速度，T_f為地層對(duì)鉆頭的摩擦扭矩。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述超深井鉆柱粘滑振動(dòng)抑制方法，其特征在于，地層對(duì)鉆頭的摩擦扭矩為：

式中，D_b為鉆頭直徑，WOB為鉆壓，T_smax為鉆頭與地層間的最大靜摩擦扭矩，為與鉆頭扭轉(zhuǎn)角速度有關(guān)的等效摩擦系數(shù)，T_i1為鉆柱的動(dòng)力扭矩。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述超深井鉆柱粘滑振動(dòng)抑制方法，其特征在于，與鉆頭扭轉(zhuǎn)角速度有關(guān)的等效摩擦系數(shù)為：

式中，μ_s為鉆頭與地層之間的靜摩擦系數(shù)，μ_c為鉆頭與地層之間的動(dòng)摩擦系數(shù)，v_b和v_f為與摩擦有關(guān)的常數(shù)，e為自然常數(shù)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述超深井鉆柱粘滑振動(dòng)抑制方法，其特征在于，維持轉(zhuǎn)盤角速度不變的轉(zhuǎn)盤扭矩為：

式中，k為等效扭轉(zhuǎn)剛度。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述超深井鉆柱粘滑振動(dòng)抑制方法，其特征在于，建立所述四自由度扭轉(zhuǎn)振動(dòng)物理模型時(shí)，將所述超深井鉆柱的轉(zhuǎn)盤、鉆桿、BHA和鉆頭均等效為扭轉(zhuǎn)擺，相鄰兩個(gè)所述扭轉(zhuǎn)擺之間通過彈簧相連，在所述扭轉(zhuǎn)擺上設(shè)置有用于等效鉆井液阻尼的阻尼器。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述超深井鉆柱粘滑振動(dòng)抑制方法，其特征在于，調(diào)整所述超深井鉆柱的結(jié)構(gòu)包括安裝井下動(dòng)力鉆具。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述超深井鉆柱粘滑振動(dòng)抑制方法，其特征在于，調(diào)整所述超深井鉆柱的結(jié)構(gòu)包括鉆頭選型，增加鉆頭與井底的動(dòng)摩擦系數(shù)。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述超深井鉆柱粘滑振動(dòng)抑制方法，其特征在于，調(diào)整所述超深井鉆柱鉆進(jìn)參數(shù)包括減小鉆壓。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述超深井鉆柱粘滑振動(dòng)抑制方法，其特征在于，調(diào)整所述超深井鉆柱鉆進(jìn)參數(shù)包括提高鉆柱轉(zhuǎn)速。