[发明专利]一种基于机械解耦的井下降摩减阻工具及方法

说明书

本发明涉及一种基于机械解耦的井下降摩减阻工具及方法，属于油气资源钻井工具技术领域。本发明公开一种基于机械解耦的井下降摩减阻工具及方法，包括上壳体、下壳体、下接头、钻井液回流管；下壳体内依次设有卸载连接组件Ⅰ、扭矩轴向反向组件、卸载连接组件Ⅱ；上壳体内依次设有分动定位装置Ⅰ、动力输入装置、增矩装置Ⅰ、分动定位装置Ⅱ、动力分离装置Ⅰ、增矩装置Ⅱ、分动定位装置Ⅲ、动力分离装置Ⅱ、增矩装置Ⅲ以及传动轴Ⅰ、传动轴Ⅱ。本发明通过地面操作人员直接调节钻柱钻速来控制井下降摩减阻工具的工作扭矩，以实现钻柱旋转情况下的滑动导向钻进，解决钻柱摩阻高、托压严重、机械钻速低、水平段延伸困难等复杂结构井钻井技术难题。

技术领域

本发明涉及一种基于机械解耦的井下降摩减阻工具及方法，属于油气资源钻井工具技术领域。

背景技术

与常规直井相比，水平井水平段能够大面积接触储层，极大程度的提高原油采收率，是页岩油气、致密油气、煤层气等非常规油气开发的关键技术。但是，水平井钻井技术普遍面临钻柱摩阻高、托压严重、机械钻速低、水平段延伸能力有限等一系列挑战。水平井钻井主要采用滑动导向钻井和旋转钻井两种钻井方式。采用滑动导向钻井方式时，螺杆钻具在钻井液驱动下带动钻头旋转，螺杆钻具及上部钻柱在地面钻压作用下相对于井壁缓慢向前滑动推进。这种方式存在的最大问题是，一方面，由于钻杆自重的影响，弯曲井段及水平段钻柱几乎平躺在下井壁上，导致钻柱滑动摩阻急剧增加，进而使钻柱滑动推进需要消耗的钻压非常大；另一方面，工具面难以稳定，定向的需求很难满足。现有的钻柱降摩减阻技术种类多、减阻效果良莠不齐，较为有效的包括水力振荡器、钻柱扭摆钻井系统、旋转导向工具等，但水力振荡器和扭摆系统效果不够理想，旋转导向工具成本高昂、卡/埋钻风险高，迫切需要开发一种低成本高效的水平井降摩减阻技术。

使用水力振荡器是一种较为有效且成本低廉的降摩减阻方式，但受地面泵压、自身振动能量等限制，使其在长水平段水平井中的减阻效果欠佳；且当多个轴向振荡器连接时，又会带来较大的循环压耗，得不偿失；在定向过程中对工具面的调整程度有限，无法适应复杂钻井需求。

钻柱扭摆钻井系统也是现阶段使用的一种水平井降摩减阻方法，其局限性在于，钻柱扭摆钻井系统作用下，滑动钻井井下钻柱轴向摩擦力分布分为3个区域：地面扭摆作用波及区、保持导向马达工具面不改变的静态摩擦区、以及钻头和动力钻具反扭矩的传播距离的反扭矩作用区。静态摩擦区域的摩阻依然很高，且工具面必须保持稳定；对于深部长水平段水平井，由于井深和水平段长不断增加，导致钻柱摩阻/扭矩持续加大，扭摆减阻效果欠佳、工具面调控能力减弱等问题愈来愈突出，即使通过强化扭摆钻井参数也难以有效改善减阻效果。

因此，有必要设计一种更为高效的、适用于长水平段水平井的降摩减阻工具。

发明内容

为了克服现有技术中的问题，本发明提供一种基于机械解耦的井下降摩减阻工具及方法，本发明是以螺杆钻具+随钻测量系统（MWD）组成的常规导向钻具组合为基础，通过在距离钻头100m~150m处安装所述降摩减阻工具，并通过调节钻柱钻速的大小，进一步的控制工具以实现对井下钻柱扭矩的分离；该工具可以替代旋转导向钻井系统，实现钻柱旋转状态下的滑动导向钻进，用于定向井、水平井、大位移井等复杂结构井的定向钻井。

本发明解决上述技术问题所提供的技术方案是：一种井下降摩减阻工具，包括上壳体、下壳体、下接头以及轴向设置在所述上壳体、下壳体、下接头的钻井液回流杆；

所述下壳体内依次设有卸载连接组件Ⅰ、扭矩轴向反向组件、卸载连接组件Ⅱ；所述下接头的一端安装在所述卸载连接组件Ⅱ内并与扭矩轴向反向组件连接，其下接头内还设有套设在钻井液回流管上的输出轴，所述上壳体的一端安装在所述卸载连接组件Ⅰ内；