[01186368]井下钻柱减振增压提高钻井速度技术及应用

深部地层是未来能源获取的最重要接替领域（含有剩余石油的39%及剩余天然气的57%）,深井超深井钻井是获取深地能源的必要技术手段,强研磨极硬地层钻速低、超深井钻井周期长是目前深井超深井钻井面临的最重要难题之一。该项目依托国家973计划、国家科技重大专项及多个油田横向课题,基于井眼底部钻柱运动及动力学规律及水力机械联合破岩提速理论研究,提出了转换钻柱振动能提升井底钻井液射流能量的理念,研制了配套装置,形成了配套技术,为深井钻井提速提供了新的技术手段,填补了国内外空白。主要科技发明内容包括： （1）研制了钻柱运动学及动力学仿真实验装置,基于该装置揭示出了井底钻柱振动特征,获得了钻柱振动能量变化规律,掌握了弹性特征参数、钻进参数及安装位置对井底钻压波动特性及钻头稳定性的影响,在此基础上,原创性的提出了转换钻柱振动能量提升井底钻井液射流能量的理念。 （2）发明了井下减振增压装置,实现了钻柱振动能量到井底局部钻井液压能的转化,该装置可使井底局部钻井液（排量约1.5-3.0L/s）增加喷射压力120MPa以上,从而水力辅助破岩提高钻井速度,装置可以提高钻井速度30%-925%,装置寿命可达237小时,远高于国际水平（国际井下增压装置寿命低于57小时）。 （3）发明了吸振式井下液压脉冲发生装置,实现了钻柱振动能量到井底全部钻井液压能的转化,该装置可调制出高过井低普通钻井液压力的、幅值达2MPa-8MPa的脉冲射流,并且调制效果随井深的增加更佳,该装置提速效果为30%-92%,装置寿命可达268小时,填补了国内外无法实现井下高压喷射钻井的技术空白。 （4）发明了适用于井下钻柱减振增压提高钻井速度技术的配套防斜打直技术,首次实现了将钻头指向作用与钻头侧向力作用共同作用进行防斜打直,该打直技术应用井段井斜角在1°以内,全角变化率在0.6°/25m以内,防斜打直效果与自动垂直钻井系统相当,成本远低于自动垂直钻井系统。 （5）以发明专利集群为核心,开发了基于钻柱振动的井下扭转冲击钻井装置、基于钻柱振动的井下增压增排量钻井装置、基于钻柱振动的吸振冲击钻井装置设计理念,丰富了基于钻柱振动的深井超深井提速技术。 该项目研究成果对深井超深井钻井速度提高、尤其是深井复杂地层安全高效破岩钻进具有重要指导意义。2001年-2017年,在胜利油田、克拉玛依油田、华北油田等国内多个油田,总计完成进尺达792739米,提高钻进速度、降低钻柱振动危害和钻井成本效果显著,累计节约钻井成本约2.37亿元,提升了装置制造单位的技术水平,创造加工利润2673万元,取得显著经济社会效益。 依托该项目培养博士、硕士研究生30余名;授权美国、加拿大、俄罗斯发明专利各1项,中国发明专利12项,实用新型专利8项,受理发明专利2项,发表高水平研究论文20余篇。由中国工程院院士李根生等组成的973项目验收组评价“研究出了钻柱减振增压高效破岩提高钻速技术,并取得显著现场应用效果,为深层钻井设计和风险控制提供了科学决策依据,为项目总体目标的完成做出了突出贡献。”