[实用新型]一种多点激励钻柱减摩阻装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及石油天然气钻井技术领域，尤其涉及一种用于减小深直井和复杂结构井钻进过程中钻柱与井壁间的摩阻，将钻压平滑的传递给井底钻头的多点激励钻柱减摩阻方法及用于实施该方法的多点激励钻柱减摩阻装置。

背景技术

发展深直井技术和复杂结构井技术，高效开发复杂油气层、深部油气藏和海洋油气资源，符合我国对能源的巨大需求，也是我国能源储备安全的重要保障。

石油钻井中用到的钻柱，由井底到井口依次主要由钻头、钻铤、钻杆和方钻杆等组成，下部钻柱用于施加钻压，在钻进过程中承受着井底岩石对钻头的反力，处于压缩状态；上部钻柱用于连接下部钻柱和传递扭矩，钻进过程中由井口大钩提拉，处于拉伸状态。通过改变钻杆和钻铤的组合形式及加入新的井下钻具可实现不同的钻具组合形式，目前主要有单钟摆钻具组合、塔式钻具组合、满眼钻具组合及井下动力钻具组合，其中井下动力钻具组合应用范围最广，同时摩阻产生的“拖压”问题也最突出。

在深直井的钻探过程中，钻遇的地层硬度大、岩性变化多样、非均质性强，导致井斜和方位控制难度增大。在这种情况下一般通过采用钟摆钻具组合轻压吊打或使用带有弯角的井下动力钻具组合反扣来控制井身质量；轻压吊打的方式在一定程度上保证了井身质量，但是使机械钻速急剧下降，使用井下动力钻具组合反扣虽然可有效控制井斜和方位，但是却加剧了井眼“狗腿”(石油钻井中，指井身局部段弯曲曲率半径很小，即突然弯曲形似“狗腿”)的形成。因此，可以说在现有钻井技术条件下，直井只存在于设计阶段，而钻出的真实井眼均是带有若干“狗腿”的螺旋弯曲井眼。在钻进过程中，当局部狗腿度过大将不可避免的导致“拖压”现象的发生，降低了机械钻速，严重时将导致遇阻和卡钻，使钻压无法加到钻头，钻进作业不得不停止。另一方面，深直井、超深直井钻进过程中存在大段的裸眼段，容易发生井漏和高渗透率地层的漏失，环空中的钻井液与地层流体压力的压力差将钻柱压向井壁，产生“拖压”现象，使机械钻速降低，严重时将出现“压差卡钻”。

在复杂结构井的钻探过程中，随着井眼的延伸和井斜的增加，大部分钻柱躺在井壁岩石上，使钻铤施加的钻压大部分消耗在克服井壁对钻柱的摩阻上，钻压无法有效的传递给钻头，机械钻速显著降低；尤其是滑动定向钻进过程中，井底动力钻具以上的钻柱不旋转使钻柱与井壁之间的摩阻系数较旋转时增加，产生“拖压”现象，当钻柱与井壁岩石之间的摩阻等于钻压时，井眼无法继续延伸。

发明内容

本实用新型所要解决的第一个技术问题是：针对深直井和复杂结构井钻进过程中存在的“拖压”和“粘滑”现象，提供一种多点激励钻柱减摩阻方法，该方法能使全井钻柱沿钻柱轴向振动起来，最大程度的减小钻柱与井壁岩石之间的摩阻，使钻压和扭矩能够平滑有效的传递给钻头，以提高机械钻速和井眼的极限延伸距离。

本实用新型所要解决的第二个技术问题是：提供一种专用于实施本实用新型的多点激励钻柱减摩阻方法的多点激励钻柱减摩阻装置。

为解决上述第一个技术问题，本实用新型的技术方案是：一种多点激励钻柱减摩阻方法，所述多点激励钻柱减摩阻方法如下：

S1、在钻柱上确定一个分界面，所述分界面将所述钻柱分为上部钻柱段和下部钻柱段；

S2、在所述下部钻柱段的下端并位于井下钻具的上方设置一个脉冲发生器，当钻井流体流过所述脉冲发生器时，产生高频连续波正压力脉冲并沿所述钻柱内部向上传播；

S3、在所述下部钻柱段上并位于所述脉冲发生器的上方，间隔设置若干个受压段激振器，所述高频连续波正压力脉冲自下而上依次经过若干所述受压段激振器，激发每个所述受压段激振器产生轴向伸长运动；

S4、在所述上部钻柱段上，间隔设置若干个受拉段激振器，所述高频连续波正压力脉冲经过所述分界面后继续向上传播，自下而上依次经过若干所述受拉段激振器，激发每个所述受拉段激振器产生轴向收缩运动。

为解决上述第二个技术问题，本实用新型的技术方案是：一种多点激励钻柱减摩阻装置，包括：

钻柱，所述钻柱包括上部钻柱段和下部钻柱段；

一个脉冲发生器，所述脉冲发生器设置于所述下部钻柱段的下端并位于井下钻具的上方，用于产生高频连续波正压力脉冲并沿所述钻柱内部向上传播；

若干个受压段激振器，若干个所述受压段激振器间隔设置于所述下部钻柱段上并位于所述脉冲发生器的上方，所述高频连续波正压力脉冲自下而上依次经过若干所述受压段激振器时，每个所述受压段激振器产生轴向伸长运动；以及