[發明專利]一種基于機械解耦的井下降摩減阻工具及方法

有效

• 申請號: 202210235725.3
• 申請日: 2022-03-11
• 公開（公告）號: CN114293913B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 劉陽;陳聰睿;馬天壽;黃金;席陽;鄒家焱;陳平
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: E21B7/04
• 分類號: E21B7/04;E21B17/10;E21B17/04;E21B21/00;E21B47/00
• 代理公司: 成都其知創新專利代理事務所(普通合伙) 51326
• 代理人: 王沙沙

本發明涉及一種基于機械解耦的井下降摩減阻工具及方法，屬于油氣資源鉆井工具技術領域。本發明公開一種基于機械解耦的井下降摩減阻工具及方法，包括上殼體、下殼體、下接頭、鉆井液回流管；下殼體內依次設有卸載連接組件Ⅰ、扭矩軸向反向組件、卸載連接組件Ⅱ；上殼體內依次設有分動定位裝置Ⅰ、動力輸入裝置、增矩裝置Ⅰ、分動定位裝置Ⅱ、動力分離裝置Ⅰ、增矩裝置Ⅱ、分動定位裝置Ⅲ、動力分離裝置Ⅱ、增矩裝置Ⅲ以及傳動軸Ⅰ、傳動軸Ⅱ。本發明通過地面操作人員直接調節鉆柱鉆速來控制井下降摩減阻工具的工作扭矩，以實現鉆柱旋轉情況下的滑動導向鉆進，解決鉆柱摩阻高、托壓嚴重、機械鉆速低、水平段延伸困難等復雜結構井鉆井技術難題。

技術領域

本發明涉及一種基于機械解耦的井下降摩減阻工具及方法，屬于油氣資源鉆井工具技術領域。

背景技術

與常規直井相比，水平井水平段能夠大面積接觸儲層，極大程度的提高原油采收率，是頁巖油氣、致密油氣、煤層氣等非常規油氣開發的關鍵技術。但是，水平井鉆井技術普遍面臨鉆柱摩阻高、托壓嚴重、機械鉆速低、水平段延伸能力有限等一系列挑戰。水平井鉆井主要采用滑動導向鉆井和旋轉鉆井兩種鉆井方式。采用滑動導向鉆井方式時，螺桿鉆具在鉆井液驅動下帶動鉆頭旋轉，螺桿鉆具及上部鉆柱在地面鉆壓作用下相對于井壁緩慢向前滑動推進。這種方式存在的最大問題是，一方面，由于鉆桿自重的影響，彎曲井段及水平段鉆柱幾乎平躺在下井壁上，導致鉆柱滑動摩阻急劇增加，進而使鉆柱滑動推進需要消耗的鉆壓非常大；另一方面，工具面難以穩定，定向的需求很難滿足。現有的鉆柱降摩減阻技術種類多、減阻效果良莠不齊，較為有效的包括水力振蕩器、鉆柱扭擺鉆井系統、旋轉導向工具等，但水力振蕩器和扭擺系統效果不夠理想，旋轉導向工具成本高昂、卡/埋鉆風險高，迫切需要開發一種低成本高效的水平井降摩減阻技術。

使用水力振蕩器是一種較為有效且成本低廉的降摩減阻方式，但受地面泵壓、自身振動能量等限制，使其在長水平段水平井中的減阻效果欠佳；且當多個軸向振蕩器連接時，又會帶來較大的循環壓耗，得不償失；在定向過程中對工具面的調整程度有限，無法適應復雜鉆井需求。

鉆柱扭擺鉆井系統也是現階段使用的一種水平井降摩減阻方法，其局限性在于，鉆柱扭擺鉆井系統作用下，滑動鉆井井下鉆柱軸向摩擦力分布分為3個區域：地面扭擺作用波及區、保持導向馬達工具面不改變的靜態摩擦區、以及鉆頭和動力鉆具反扭矩的傳播距離的反扭矩作用區。靜態摩擦區域的摩阻依然很高，且工具面必須保持穩定；對于深部長水平段水平井，由于井深和水平段長不斷增加，導致鉆柱摩阻/扭矩持續加大，扭擺減阻效果欠佳、工具面調控能力減弱等問題愈來愈突出，即使通過強化扭擺鉆井參數也難以有效改善減阻效果。

因此，有必要設計一種更為高效的、適用于長水平段水平井的降摩減阻工具。

發明內容

為了克服現有技術中的問題，本發明提供一種基于機械解耦的井下降摩減阻工具及方法，本發明是以螺桿鉆具+隨鉆測量系統（MWD）組成的常規導向鉆具組合為基礎，通過在距離鉆頭100m~150m處安裝所述降摩減阻工具，并通過調節鉆柱鉆速的大小，進一步的控制工具以實現對井下鉆柱扭矩的分離；該工具可以替代旋轉導向鉆井系統，實現鉆柱旋轉狀態下的滑動導向鉆進，用于定向井、水平井、大位移井等復雜結構井的定向鉆井。

本發明解決上述技術問題所提供的技術方案是：一種井下降摩減阻工具，包括上殼體、下殼體、下接頭以及軸向設置在所述上殼體、下殼體、下接頭的鉆井液回流桿；

所述下殼體內依次設有卸載連接組件Ⅰ、扭矩軸向反向組件、卸載連接組件Ⅱ；所述下接頭的一端安裝在所述卸載連接組件Ⅱ內并與扭矩軸向反向組件連接，其下接頭內還設有套設在鉆井液回流管上的輸出軸，所述上殼體的一端安裝在所述卸載連接組件Ⅰ內；