[發明專利]一種超深井鉆柱粘滑振動抑制方法

有效

• 申請號: 202110897577.7
• 申請日: 2021-08-05
• 公開（公告）號: CN113638728B
• 公開（公告）日: 2023-08-15
• 發明（設計）人: 毛良杰;甘倫科;聶榮國;王國榮
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: E21B44/00
• 分類號: E21B44/00
• 代理公司: 四川力久律師事務所 51221
• 代理人: 劉雪蓮

本發明公開了一種超深井鉆柱粘滑振動抑制方法，包括：將超深井鉆柱等效為轉盤、鉆桿、BHA和鉆頭組成的四自由度扭轉振動物理模型；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振動物理模型，建立超深井鉆柱扭轉振動動力學模型；求解所述超深井鉆柱扭轉振動動力學模型，獲得所述超深井鉆柱扭轉振動特性；根據所述超深井鉆柱扭轉振動特性，調整所述超深井鉆柱的結構或鉆進參數，抑制所述超深井鉆柱的粘滑振動。本發明建立超深井鉆柱扭轉振動動力學模型，求解模型獲得了超深井鉆柱扭轉振動特性，根據鉆柱扭轉振動特性調整超深井鉆柱的結構或鉆進參數，可以抑制超深井鉆柱的粘滑振動，保證超深井鉆井作業的安全和高效。

技術領域

本發明涉及石油鉆井技術領域，特別是涉及一種超深井鉆柱粘滑振動抑制方法。

背景技術

隨著油氣資源日益枯竭，油氣勘探開發逐漸向深部地層發展，深井/超深井逐漸成為主體井型。深度在6000-9000米的井定義為超深井，井深在4500-6000米的井定義為深井。超深井鉆柱的鉆桿更長，扭轉剛度更低，所以超深井鉆柱更容易發生粘滑振動且振動程度更劇烈、危害更大，這就導致深層/超深層的機械鉆速相較于淺層顯著降低。此外鉆柱發生粘滑振動時，鉆柱上存在劇烈的周期性交變應力，導致井下鉆具過早疲勞失效。因此為了有效避免粘滑振動，提升深層/超深層的機械鉆速，保證超深井鉆井作業的安全和高效，有必要抑制深井鉆柱粘滑振動。

現有技術中主要通過實際測量和理論分析來研究鉆柱的粘滑振動并抑制粘滑振動。實際測量法是通過測量鉆柱運動較準確地獲得鉆柱的振動狀態，并借助信號處理技術研究鉆柱粘滑振動的誘發機理及影響因素。實際測量對測量傳感器要求極高，所以用測量方法研究鉆柱粘滑振動的成本極高。理論分析法主要采用基于摩擦效應的單、多自由度扭轉擺模型和集中參數模型模擬粘滑振動，并對相關參數進行影響分析。目前分析超深井粘滑振動特性，大多采用由轉盤、鉆柱和鉆頭組成的兩自由度扭轉振動模型，而事實上超深井鉆柱的鉆桿與鉆鋌長度比很大、扭轉剛度也有很大的差異，簡單地將鉆柱看成一個整體，不能準確獲得超深井粘滑振動特性，因此不能根據超深井粘滑振動特性，調整超深井鉆柱的結構或鉆進參數，抑制所述超深井鉆柱的粘滑振動。

發明內容

本發明的目的在于針對：采用兩自由度扭轉振動模型不能準確獲得超深井粘滑振動特性的問題，提供一種超深井鉆柱粘滑振動抑制方法，通過建立超深井鉆柱四自由度扭轉振動動力學模型，求解模型得到準確的超深井鉆柱扭轉振動特性，根據鉆柱扭轉振動特性調整超深井鉆柱的結構或鉆進參數，抑制超深井鉆柱的粘滑振動。

為了實現上述目的，本發明提供了一種超深井鉆柱粘滑振動抑制方法，包括以下步驟：

S1：將超深井鉆柱等效為轉盤、鉆桿、BHA(Bottom?Hole?Assembly，底部鉆具組合)，和鉆頭組成的四自由度扭轉振動物理模型；

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振動物理模型，建立超深井鉆柱扭轉振動動力學模型；

S3：求解所述超深井鉆柱扭轉振動動力學模型，獲得所述超深井鉆柱扭轉振動特性，所述超深井鉆柱扭轉振動特性包括鉆柱的角位移隨時間的變化關系；

S4：根據所述超深井鉆柱扭轉振動特性，調整所述超深井鉆柱的結構或鉆進參數，抑制所述超深井鉆柱的粘滑振動。

本發明將超深井鉆柱等效為轉盤、鉆桿、BHA和鉆頭組成的四自由度扭轉振動物理模型，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振動物理模型，建立超深井鉆柱扭轉振動動力學模型，求解模型獲得了超深井鉆柱扭轉振動特性，所述超深井鉆柱扭轉振動特性包括鉆柱的角位移隨時間的變化關系，其能夠反映粘滑振動的劇烈程度。根據鉆柱扭轉振動特性調整超深井鉆柱的結構或鉆進參數，根據粘滑振動的變化可以確定應該如何調整超深井鉆柱的結構或鉆進參數，從而可以抑制超深井鉆柱的粘滑振動。

可選的，所述超深井鉆柱扭轉振動動力學模型為：