基于电磁波强化钻井井壁围岩强度的方法及装置

1.本发明属于油气井工程技术领域，尤其涉及一种基于电磁波强化钻井井壁围岩强度的方法及装置。


背景技术：

2.在钻井过程中，时常钻遇破碎性或裂缝性等复杂地层，钻井液容易沿着层理、裂缝等通道进入地层，使得部分地层的矿物质吸水膨胀，裂缝扩展，造成井壁围岩强度降低，发生垮塌，引起钻井遇阻、卡钻等井下复杂情况，延误钻井速度、增加钻井周期，严重时易导致工程报废。
3.当前，针对破碎性或裂缝性地层井壁垮塌问题，常规的方法是通过优选钻井液的类型与配方提高钻井液的抑制性与封堵性，其主要机理为减少渗入地层的水分，抑制粘土等水化膨胀，但是这种方法无法完全隔绝钻井液的侵入，甚至部分会造成井壁围岩的强度越来越低，坍塌频率越来越高；此外，还可以采用物理化学类方法提升钻井液密度，钻井液中添加封堵材料，如膨胀水泥、纤维、果壳、聚合物等，封堵裂缝，这种封堵方法受裂缝大小的影响，填充材料无法充分封堵裂缝，成功率低，且钻井液密度越大，对地层的压力越大，裂缝扩展越大，形成“越提越漏，越提越塌”的局面。


技术实现要素：

4.针对现有技术的上述缺陷或不足，本发明提供了一种基于电磁波强化钻井井壁围岩强度的方法及装置，旨在解决现有的解决破碎性或裂缝性地层井壁垮塌的方法成功机率低的技术问题。
5.为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种基于电磁波强化钻井井壁围岩强度的方法，其中，基于电磁波强化钻井井壁围岩强度的方法包括：
6.在确定当前钻井地层为破碎性或裂缝性地层的情况下，泵入强化钻井液，其中，强化钻井液包括固化剂、引发剂和钻井液；
7.向当前钻井地层发射电磁波激活引发剂，以使引发剂与固化剂产生交联固化反应。
8.在本发明实施例中，固化剂为自由基聚合物，引发剂为过氧化物或偶氮化合物。
9.在本发明实施例中，固化剂在强化钻井液中的质量分数为1％～20％，引发剂为固化剂质量的0.1％～5％。
10.在本发明实施例中，向当前钻井地层发射电磁波激活引发剂，以使引发剂与固化剂产生交联固化反应包括：
11.将电磁波发射装置下入当前钻井地层；
12.控制电磁波发射装置以预设频率发射电磁波激活引发剂，以使引发剂与固化剂产生交联固化反应。
13.在本发明实施例中，基于电磁波强化钻井井壁围岩强度的方法还包括：
14.根据实时钻井数据确定当前钻井地层是否为破碎性或裂缝性地层。
15.在本发明实施例中，实时钻井数据为泵压变化数据、返回岩屑的大小、随钻测井数据以及放射性示踪剂测井数据中的至少一种。
16.为了实现上述目的，本发明第二方面提供一种基于电磁波强化钻井井壁围岩强度的装置，其中，基于电磁波强化钻井井壁围岩强度的装置应用于根据以上所述的基于电磁波强化钻井井壁围岩强度的方法中，并包括：
17.钻杆本体，包括第一钻杆和第二钻杆；
18.电磁波发射装置，包括形成有容置空间的发射钻杆短节以及密封于容置空间内的电磁波发射组件，发射钻杆短节的两端分别与第一钻杆和第二钻杆一一对应地连接，电磁波发射组件用于定向发射电磁波。
19.在本发明实施例中，发射钻杆短节包括第一接头、连接杆体和第二接头，连接杆体上开设容置空间，第一接头和第二接头分设于连接杆体的两端并对容置空间进行密封，第一接头、连接杆体和第二接头依次贯通形成有供钻井液流过的中空流道，第一接头和第二接头远离连接杆体的一端分别与第一钻杆和第二钻杆一一对应地连接。
20.在本发明实施例中，电磁波发射组件包括电磁波振荡器、定向发射天线和储能电源，定向发射天线和储能电源分别与电磁波振荡器电连接。
21.为了实现上述目的，本发明第三方面提供一种钻井设备，其中，钻井设备包括根据以上所述的基于电磁波强化钻井井壁围岩强度的装置。
22.通过上述技术方案，本发明实施例所提供的基于电磁波强化钻井井壁围岩强度的方法具有如下的有益效果：
23.上述技术方案中，在确定当前钻井地层为破碎性或裂缝性地层的情况下，可以先向当前钻井地层泵入强化钻井液，并在强化钻井液吸附于当前钻井地层的破碎带里和裂缝表面后，然后可以向当前钻井地层发射电磁波，以激活强化钻井液中的引发剂，促使引发剂与固化剂发生交联固化反应，粘结、固化地层中的破碎带与裂缝，达到强化井壁围岩的强度的目的，从力学机理的本质上解决破碎性或裂缝性地层的危害，提升了解决破碎性或裂缝性地层井壁垮塌的成功机率。
24.本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
25.附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：
26.图1是根据本发明一实施例的基于电磁波强化钻井井壁围岩强度的方法的流程图；
27.图2是根据本发明一实施例的基于电磁波强化钻井井壁围岩强度的方法中的步骤200的流程图；
28.图3是根据本发明一实施例的基于电磁波强化钻井井壁围岩强度的装置下入当前钻井地层的结构示意图；
29.图4是根据本发明一实施例的电磁波发射装置的结构示意图。
30.附图标记说明
[0031]1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第一钻杆
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第二钻杆
[0032]3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电磁波发射装置
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31
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发射钻杆短节
[0033]
311
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第一接头
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312
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连接杆体
[0034]
313
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第二接头
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314
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容置空间
[0035]
315
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中空流道
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32
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电磁波发射组件
[0036]
321
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电磁波振荡器
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322
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定向发射天线
[0037]
323
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储能电源
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33
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第一密封圈
[0038]
34
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第二密封圈
具体实施方式
[0039]
以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
[0040]
需要说明，若本技术实施方式中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0041]
另外，若本技术实施方式中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施方式之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本技术要求的保护范围之内。
[0042]
破碎性或裂缝性地层易发生井漏、坍塌等本质上是力学问题。破碎性或裂缝性地层其层理、裂缝发育，在钻井液的作用下，井壁围岩的强度降低，坍塌压力升高，地层容易发生坍塌。因此，从其力学机理出发，提升井壁围岩强度是解决破碎性或裂缝性地层造成钻井安全事故的最佳办法。
[0043]
图1示意性示出了根据本发明一实施例的基于电磁波强化钻井井壁围岩强度的方法的流程图。如图1所示，在本发明提供了一种基于电磁波强化钻井井壁围岩强度的方法，其中，基于电磁波强化钻井井壁围岩强度的方法包括以下步骤：
[0044]
步骤100，在确定当前钻井地层为破碎性或裂缝性地层的情况下，泵入强化钻井液，其中，强化钻井液包括固化剂、引发剂和钻井液。
[0045]
在钻井过程中，如果监测到当前钻井地层为破碎性或裂缝性地层时，可以通过钻井设备向当前钻井地层内泵入强化钻井液，强化钻井液包括固化剂、引发剂和钻井液，由于破碎性或裂缝性地层的漏失性，固化剂和引发剂随钻井液一起进入到当前钻井地层中，并吸附在当前钻井地层的破碎带里和裂缝表面。具体地，固化剂可以为含有不饱和双键结构的分子聚合物，引发剂是一种能在电磁波刺激下经过化学变化产生具有引发交联聚合能力的活性中间体。
[0046]
步骤200，向当前钻井地层发射电磁波激活引发剂，以使引发剂与固化剂产生交联固化反应。
[0047]
具体地，可以使用电磁波发射装置定向朝当前钻井地层发射电磁波激活引发剂，引发剂在电磁波刺激下产生自由基，所产生的自由基与固化剂产生交联聚合，缓慢固化凝固。
[0048]
上述技术方案中，在确定当前钻井地层为破碎性或裂缝性地层的情况下，可以先向当前钻井地层泵入强化钻井液，并在强化钻井液吸附于当前钻井地层的破碎带里和裂缝表面后，然后可以向当前钻井地层发射电磁波，以激活强化钻井液中的引发剂，促使引发剂与固化剂发生交联固化反应，粘结、固化地层中的破碎带与裂缝，达到强化井壁围岩的强度的目的，从力学机理的本质上解决破碎性或裂缝性地层的危害，提升了解决破碎性或裂缝性地层井壁垮塌的成功机率。
[0049]
在本发明实施例中，固化剂可以为自由基聚合物，具体可以为丙烯酸酯类聚合物、不饱和聚酯或苯乙烯聚合物中的一种，引发剂可以为过氧化物或偶氮化合物，过氧化物引发剂具体可以为过氧化二苯甲酰(bpo)或过氧化十二酰，偶氮化合物引发剂具体可以为偶氮二异丁腈或偶氮二异庚腈。具体地，钻井液可以为常用的膨润土钻井液或kcl聚合物钻井液，可以将固化剂、引发剂和钻井液按一定比例配制成强化钻井液。
[0050]
在本发明实施例中，固化剂在强化钻井液中的质量分数可以为1％～20％，引发剂为固化剂质量的0.1％～5％。具体地，固化剂在强化钻井液中的质量分数优选为5％，引发剂为固化剂质量的1％。
[0051]
图2示意性示出了根据本发明一实施例的基于电磁波强化钻井井壁围岩强度的方法中的步骤200的流程图。如图2所示，在本发明实施例中，步骤200，向当前钻井地层发射电磁波激活引发剂，以使引发剂与固化剂产生交联固化反应包括：
[0052]
步骤210，将电磁波发射装置下入当前钻井地层。
[0053]
进一步地，可以将电磁波发射装置安装于钻杆上，并将其下入当前钻井地层内。当然也可以是将电磁波发射装置利用其它的方式下入当前钻井地层内。
[0054]
步骤220，控制电磁波发射装置以预设频率发射电磁波激活引发剂，以使引发剂与固化剂产生交联固化反应。
[0055]
更进一步地，电磁波发射装置的发射方向指定为当前钻井地层，控制电磁波发射装置3以预设频率发射电磁波，以使得电磁波向当前钻井地层传播并激活当前钻井地层里的引发剂，引发剂与固化剂产生交联固化反应，粘结、固化地层中的破碎带与裂缝，强化井壁围岩的强度。
[0056]
在本发明实施例中，基于电磁波强化钻井井壁围岩强度的方法还包括：
[0057]
步骤300，根据实时钻井数据确定当前钻井地层是否为破碎性或裂缝性地层。
[0058]
具体地，可以根据实时钻井数据对当前钻井地层的地质条件进行监测，当确定当前钻井地层为破碎性或裂缝性地层后，则可以执行步骤100和步骤200，以对当前钻井地层为围岩进行加固和强化。
[0059]
更具体地，实时钻井数据可以为泵压变化数据、返回岩屑的大小、随钻测井数据以及放射性示踪剂测井数据中的至少一种。根据泵压变化数据、返回岩屑的大小、随钻测井数据以及放射性示踪剂测井数据中间的一种均可以确定破碎性或裂缝性地层的目标位置。
[0060]
为了实现上述目的，如图3和图4所示，本发明第二方面提供一种基于电磁波强化钻井井壁围岩强度的装置，其中，基于电磁波强化钻井井壁围岩强度的装置应用于根据以
上所述的基于电磁波强化钻井井壁围岩强度的方法中，并包括：
[0061]
钻杆本体，包括第一钻杆1和第二钻杆2；
[0062]
电磁波发射装置3，包括形成有容置空间314的发射钻杆短节31以及密封于容置空间314内的电磁波发射组件32，发射钻杆短节31的两端分别与第一钻杆1和第二钻杆2一一对应地连接，电磁波发射组件32用于定向发射电磁波。
[0063]
即电磁波发射装置3可以直接增设于钻杆上，并在确定当前钻井地层为破碎性或裂缝性地层后，可以将发射钻杆短节31下入至当前钻井地层，然后控制电磁波发射组件32定向向当前钻井地层发射电磁波。
[0064]
在本发明实施例中，发射钻杆短节31包括第一接头311、连接杆体312和第二接头313，连接杆体312上开设容置空间314，第一接头311和第二接头313分设于连接杆体312的两端并对容置空间314进行密封，第一接头311、连接杆体312和第二接头313依次贯通形成有供钻井液流过的中空流道315，第一接头311和第二接头313远离连接杆体312的一端分别与第一钻杆1和第二钻杆2一一对应地连接。即电磁波发射组件32可以置于容置空间314内，第一接头311和第二接头313可以从连接杆体312的两端对容置空间314进行密封，以保证电磁波发射组件32能够在当前钻井地层正常工作。
[0065]
具体地，第一接头311远离连接杆体312的一端可以与第一杆体的下端可拆卸连接，第二接头313远离连接杆体312的一端可以与第二杆体的上端可拆卸连接，以便于对电磁波发射装置3进行维修和更换。更具体地，第一接头311的上端和第二接头313的下端可以形成有外螺纹或者内螺纹，以实现分别与第一杆体和第二杆体的可拆卸连接。
[0066]
更具体地，容置空间314为环绕中空流道315开设的环状空间，并在连接杆体312上两端贯通设置，第一接头311的下端自连接杆体312的上端伸入容置空间314内并螺纹连接，第二接头313的上端自连接杆体312的下端伸入容置空间314内并螺纹连接，同时第一接头311伸入容置空间314的部分包括第一螺纹段和第一密封段，第一螺纹段上形成有外螺纹，与第一螺纹段对应设置的容置空间314的内壁上形成有内螺纹，第一密封段上套设有第一密封圈33，第二接头313伸入容置空间314的部分包括第二螺纹段和第二密封段，第二螺纹段上形成有外螺纹，与第二螺纹段对应设置的容置空间314的内壁上形成有内螺纹，第二密封段上套设有第二密封圈34。
[0067]
在本发明实施例中，电磁波发射组件32包括电磁波振荡器321、定向发射天线322和储能电源323，定向发射天线322和储能电源323分别与电磁波振荡器321电连接。储能电源323为电磁波振荡器321提供能量来源，电磁波振荡器321产生一定频率与强度的高频电流，定向发射天线322将高频电流转化为电磁波，并指定发射的方向，使得电磁波传播更远的距离。
[0068]
具体地，储能电源323、电磁波振荡器321和定向发射天线322依次从下至上设置在容置空间314内，并且为了对定向发射天线322进行固定，位于连接杆体312的上端的第一接头311开设有供定向发射天线322伸入的限位孔。
[0069]
为了实现上述目的，本发明第三方面提供一种钻井设备，其中，钻井设备包括根据以上所述的基于电磁波强化钻井井壁围岩强度的装置。由于钻井设备采用了上述实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
[0070]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0071]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0072]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0073]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0074]
在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(cpu)、输入/输出接口、网络接口和内存。
[0075]
存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(ram)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(rom)或闪存(flashram)。存储器是计算机可读介质的示例。
[0076]
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(pram)、静态随机存取存储器(sram)、动态随机存取存储器(dram)、其他类型的随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(cd-rom)、数字多功能光盘(dvd)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitorymedia)，如调制的数据信号和载波。
[0077]
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0078]
以上仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术。对于本领域技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、
改进等，均应包含在本技术的权利要求范围之内。