[发明专利]一种超深井钻柱粘滑振动抑制方法

权利要求书

1.一种超深井钻柱粘滑振动抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将超深井钻柱等效为转盘、钻杆、BHA和钻头组成的四自由度扭转振动物理模型；

S2：采用基于哈密顿原理的拉格朗日方程描述所述四自由度扭转振动物理模型，建立超深井钻柱扭转振动动力学模型；

S3：求解所述超深井钻柱扭转振动动力学模型，获得超深井钻柱扭转振动特性，所述超深井钻柱扭转振动特性包括钻柱的角位移随时间的变化关系；

S4：根据所述超深井钻柱扭转振动特性，调整所述超深井钻柱的结构或钻进参数，抑制所述超深井钻柱的粘滑振动；

所述超深井钻柱扭转振动动力学模型为：

式中，和分别为转盘、钻杆、BHA和钻头的角位移，和分别为转盘、钻杆、BHA和钻头的角速度，和分别为转盘、钻杆、BHA和钻头的角加速度，J₁、J₂、J₃和J₄分别为转盘、钻杆、BHA和钻头的转动惯量，k₁、k₂、k₃和k₄分别为转盘、钻杆、BHA和钻头的刚度，c₁、c₂、c₃和c₄分别为转盘、钻杆、BHA和钻头上阻尼器的阻尼系数，ω为转盘角速度，T_f为地层对钻头的摩擦扭矩。

2.根据权利要求1所述超深井钻柱粘滑振动抑制方法，其特征在于，地层对钻头的摩擦扭矩为：

式中，D_b为钻头直径，WOB为钻压，T_smax为钻头与地层间的最大静摩擦扭矩，为与钻头扭转角速度有关的等效摩擦系数，T_i1为钻柱的动力扭矩。

3.根据权利要求1所述超深井钻柱粘滑振动抑制方法，其特征在于，与钻头扭转角速度有关的等效摩擦系数为：

式中，μ_s为钻头与地层之间的静摩擦系数，μ_c为钻头与地层之间的动摩擦系数，v_b和v_f为与摩擦有关的常数，e为自然常数。

4.根据权利要求1所述超深井钻柱粘滑振动抑制方法，其特征在于，维持转盘角速度不变的转盘扭矩为：

式中，k为等效扭转刚度。

5.根据权利要求1所述超深井钻柱粘滑振动抑制方法，其特征在于，建立所述四自由度扭转振动物理模型时，将所述超深井钻柱的转盘、钻杆、BHA和钻头均等效为扭转摆，相邻两个所述扭转摆之间通过弹簧相连，在所述扭转摆上设置有用于等效钻井液阻尼的阻尼器。

6.根据权利要求1所述超深井钻柱粘滑振动抑制方法，其特征在于，调整所述超深井钻柱的结构包括安装井下动力钻具。

7.根据权利要求1所述超深井钻柱粘滑振动抑制方法，其特征在于，调整所述超深井钻柱的结构包括钻头选型，增加钻头与井底的动摩擦系数。

8.根据权利要求1所述超深井钻柱粘滑振动抑制方法，其特征在于，调整所述超深井钻柱钻进参数包括减小钻压。

9.根据权利要求1所述超深井钻柱粘滑振动抑制方法，其特征在于，调整所述超深井钻柱钻进参数包括提高钻柱转速。