[发明专利]钻具的减震方法

说明书

技术领域

本发明涉及石油钻井领域，尤其涉及一种钻具的减震方法。

背景技术

在石油、天然气和地质钻井过程中经常会钻遇一些硬岩层、砾石岩层和软硬交错地层。井底不平、钻头牙齿间歇压入岩石及岩石间歇破碎、钻柱绕井眼中心的涡动等情况都会使钻柱发生周向震动、横向震动和周向震动。

对于轴向震动，当钻头的纵向震动频率与钻具纵向震动的固有频率相匹配时，就会产生跳钻现象即共振现象。钻柱共振将引起工程事故，使钻柱过早失效，甚至最终导致油井报废。有关文献报告每年因井下钻具震动导致的事故损失达3亿美元。钻柱的震动问题是造成井下工具和其他底部钻具损害并导致各种井下事故发生的主要原因之一，严重地影响钻具寿命，导致钻头提前失效，严重影响钻头寿命和钻井效率。

对于周向震动，钻头正常钻进过程中，PDC钻头在钻压的作用下不断吃入岩石，依靠钻柱提供的扭力不断旋转剪切破碎岩石。当地层岩石硬度高或钻头切入地层过深，钻头切削片处的扭矩不足以破岩时，钻头会暂时停止转动，而此时地表钻盘还在持续转动，此时上、下部钻杆出现不同转速。由于钻杆具有刚性，钻杆开始积聚扭矩能量。当钻杆积聚的扭矩能量大于钻头破岩能量时，钻头破碎岩石，此时钻柱上的扭矩能量突然释放，钻头会高速旋转。当钻柱的旋转速度降到静态摩阻起作用的临界值以下时停止旋转，上述这种持续周期约1～40s(秒)的“卡－滑”现象就是粘滑振动现象。由于上述粘滑振动过程也是一个能量积累和释放的过程，粘滑振动过程中扭矩的波动很大，这不仅会严重影响钻井效率，也威胁着钻井安全。例如，当实际的扭矩过大，甚至超过设备所能承受的扭矩极限时，会致使钻井无法进行。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种钻具的减震方法，用于解决上述问题中的至少一个。

为了实现上述目的，本发明提供的一种钻具的减震方法，包括以下步骤：

通过振动测量传感器获取钻具的振动数据；

对获取的所述振动数据进行分析，从而由所述振动数据获取当前的振动类型；

当所述振动类型为轴向振动时，将获取的所述振动数据与预设的第一阀值进行比较，当所述振动数据大于所述第一阀值时启动轴向减震系统；

当所述振动类型为周向震动时，将获取的所述振动数据与预设的第二阀值进行比较，当所述振动数据大于所述第二阀值时启动周向减震系统；

当所述振动类型为复合震动时，将获取的所述振动数据与预设的所述第一阀值进行比较，当振动数据大于第一阀值时启动轴向减震系统，将获取的所述振动数据与预设的所述第二阀值进行比较，当所述振动数据大于所述第二阀值时启动周向减震系统。

优选的，所述通过振动测量传感器获取钻具的振动数据的步骤中，所述振动测量传感器设置在所述钻具的外周壁上。

优选的，当所述振动类型为轴向振动时，将获取的所述振动数据与预设的第一阀值进行比较，当所述振动数据大于所述第一阀值时启动轴向减震系统的步骤还包括：

当所述轴向减震系统启动后，通过所述振动测量传感器获取钻具的振动数据；将最新获取到的所述振动数据与预设的第一阀值进行比较，当最新获取到的所述振动数据小于所述第一阀值时关闭所述轴向减震系统。

优选的，当所述振动类型为周向震动时，将获取的所述振动数据与预设的第二阀值进行比较，当所述振动数据大于所述第二阀值时启动周向减震系统的步骤还包括：

当周向减震系统启动后，通过振动测量传感器获取钻具的振动数据；

将最新获取到的所述振动数据与预设的所述第二阀值进行比较，当最新获取到的所述振动数据小于所述第一阀值时关闭所述周向减震系统。

优选的，所述通过振动测量传感器获取钻具的振动数据的步骤中，所述振动测量传感器每隔1秒或2秒对所述钻具进行振动数据的获取。

优选的，所述周向减震系统和所述轴向减震系统为液压装置。

优选的，所述周向减震系统包括：

第一外管；

设置在所述第一外管内的往复转动机构，其中，所述往复转动机构包括往返冲击装置和套设在所述往返冲击装置外的往返运动缸；

所述往返冲击装置与所述往返运动缸之间形成有至少两个相互隔离的压力腔室，各所述压力腔室的体积随所述压力腔室内的液体的体积的改变而改变；

所述往返冲击装置上设置有进液通孔，所述进液通孔能分别与各所述压力腔室相连通；