近年来,油气勘探开发领域的重点不断扩大延伸到非常规油气资源上,大位移井、长水平段水平井已经得到了广泛的应用。随着水平段长度的增加,钻柱摩阻扭矩高的问题突出,尤其是在滑动钻进时,托压现象频发,使得传递到钻头上的有效钻压明显减小,进而降低机械钻速,影响长水平段水平井的钻进效率,严重制约水平段安全延伸。本文在调研国内外降摩减阻技术现状的基础上,开展了钻柱扭摆滑动钻井技术研究,取得的主要研究成果如下:(1)总结归纳了常规水平井摩阻扭矩预测模型,结合钻柱屈曲的判断,分析了旋转钻进和滑动钻进工况下两种模型的摩阻扭矩计算结果,并对不同井眼段的摩阻系数进行了反演分析,为钻组组合、钻井参数优化及钻柱扭摆分析提供参考。(2)结合钻柱与井壁滑动摩擦的特点,分析了钻柱旋转时的减阻机理。在此基础上分析了在滑动钻进过程中钻柱扭摆时上部钻柱及螺杆反扭矩传递对钻压的影响。开发了钻柱扭摆力学分析软件,具有数据管理、钻柱扭摆力学分析、扭摆实时监控等模块,为钻柱扭摆控制参数优化和确定提供帮助和分析。(3)采用智能从站原则破制了钻柱扭摆钻井系统,主要由顶驱控制器、触摸操作屏、控制信号切换部分、快速连接电缆组成,可与顶驱系统兼容实现对钻柱的扭摆运动的控制,并对样机的各项功能进行测试,扭矩控制及施加、系统归零等各项功能满足设计要求,设定扭矩与实际扭矩的误差<10%。(4)在川渝地区页岩气等开展了钻柱扭摆钻井系统的现场试验,结果表明在钻柱扭摆滑动钻进下,托压现象得到有效缓解,钻压传递平稳,滑动纯钻时效高于80%,机械钻速提高超过了 50%,工具面的波动范围稳定在±20°,配套形成钻柱扭摆钻井技术,为缓解大位移水平井滑动钻进托压提供技术支撑。