[发明专利]一种用于减少井壁掉块导致钻头埋钻发生几率的方法

说明书

本发明公开了一种用于减少井壁掉块导致钻头埋钻发生几率的方法，从钻柱振动和井壁平整度这一较为新颖的视角出发，提出通过安装专用减振吸振工具减少下部钻具振动强度以及使用井壁修整扩孔器减小井径扩大率获得较为均匀的井径。通过这两种手段相结合的方法能有效降低由钻柱振动导致的钻柱碰击井壁给井壁稳定性造成的致命影响，缓解因井壁掉块而导致的钻头埋钻难题和降低其发生几率，同时还能降低摩阻、促进钻压传递和套管下入等。该方法是一个一举多得的有效举措，能为油气藏的安全、高效开采提供重要保障。

技术领域

本发明涉及石油天然气钻井技术领域，特别涉及一种用于针对钻柱的振动达到中等或强烈的等级的钻井工况下，减少井壁掉块导致钻头埋钻发生几率的方法。

背景技术

钻具在井眼内被岩屑沉埋或被井壁坍塌物、流砂等埋住不能转动、提升，钻井液不能循环的情况叫埋钻。埋钻是钻井工程中的严重事故之一，发生埋钻事故会给钻井工程带来较大经济损失，如果处理不当，还有损失钻具和报废井眼的风险；因此，应该尽量避免发生埋钻事故。

埋钻事故主要是由井壁坍塌造成，而造成井壁坍塌的原因主要可以归纳为两个方面：一是水化反应，特别是泥页岩与钻井液之间的物理化学反应；二是力学因素，包括钻柱对井壁的碰击、岩石力学性质的差异以及井眼周围应力的再分布等。岩石的水化反应是井壁稳定性问题研究长期关注的重点，大多数学者认为岩石吸水膨胀是导致井壁失稳坍塌的主要因素，并且在这方面做了大量的相关研究，主要通过调节钻井液的密度以及组成成分来控制井壁的失稳问题。

由于钻井过程中，钻柱的振动都是会达到中等或强烈的等级，因此，钻柱振动引起的钻柱碰击井壁是造成井壁失稳或井径扩大不可忽略的重要因素，但目前还没有针对因钻柱振动引起的钻柱碰击井壁造成井壁失稳的有效防治方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种用于减少井壁掉块导致钻头埋钻发生几率的方法，从钻柱振动和井壁平整度这一较为新颖的视角出发，针对钻柱的振动达到中等或强烈的等级的情况，提出通过井下钻柱的优化设计，安装专用减振吸振器减少下部钻具振动强度以及使用井壁修整扩孔器减小获得较为均匀的井径，缓解因井壁掉块而导致的钻头埋钻难题。

为了达到上述的目的，本发明所采用的技术方案是：

一种用于减少井壁掉块导致钻头埋钻发生几率的方法，该方法包括以下几个步骤：

步骤一：根据待钻井的钻井参数、钻具组合、钻头结构参数和岩石参数，建立待钻井的全井钻柱系统动力学仿真模型；

步骤二：在所述仿真模型的钻具组合中加入减振吸振工具；

步骤三：在仿真模型中，调整减振吸振工具的安装位置和工作参数，并分别针对不同安装位置和工作参数进行仿真计算，以下部钻具的振动强度为指标，进行计算结果的比选，当振动强度最小时，对应的减振吸振工具的安装位置和工作参数为最佳安装位置和最佳工作参数；

步骤四：按照步骤三计算得出的减振吸振工具的最佳安装位置和工作参数进行实际钻具组合安装，同时在钻头上方连接扩孔器，获得实际钻具组合；

步骤五：按照实际钻具组合对待钻井进行钻进操作，完成钻井。

由于扩孔器的作用是对井壁进行修整，因此将其直接连接并安装在钻头之上，并且安装位置固定，以最及时的方式对裸眼井壁进行修整。因为假如扩孔器与钻头之间还连接有钻柱，则这段钻柱会一直处于未修整井壁段，其发生井壁碰击的风险相对大。此外，在仿真模拟计算中，比选减振吸振工具时，其对振动本身的直接影响不大，因此，在仿真模拟中，可以不加入扩孔器。

进一步的是，所述步骤一中采用CAD软件建立包括钻柱、钻头和岩石的几何模型，再采用CAE软件建立仿真模型。

进一步的是，所述仿真计算采用Abaqus/Explicit软件。