旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)的應(yīng)用研究與進(jìn)展

楊勇

摘 要：近年來，我國油氣行業(yè)發(fā)展迅速，對鉆井技術(shù)提出了更高要求，鉆井技術(shù)的研究也日漸深入。旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)作為自動(dòng)化的鉆井技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢，能夠適用于多種類型的鉆井作業(yè)，極大提高了鉆井作業(yè)的速度與質(zhì)量。基于上述背景，本文檢討研究了旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)的具體應(yīng)用，并探究了新型指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的發(fā)展方向，以期能推動(dòng)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)的進(jìn)一步完善。

關(guān)鍵詞：旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向；鉆井技術(shù)；應(yīng)用研究；進(jìn)展

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.02.101

0 前言

鉆井技術(shù)在油田勘探中發(fā)揮著重要的作用，科學(xué)的開采技術(shù)能夠提高油田的產(chǎn)能和開采效率。現(xiàn)階段，隨著油氣行業(yè)的迅速發(fā)展，開采作業(yè)中對井眼軌跡的要求日漸提升，進(jìn)而推動(dòng)了旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)的發(fā)展，我國對該項(xiàng)技術(shù)的研究主要集中在“九五”至“十一五”期間，并取得了較為突出的成就，本文基于上述背景對旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)的具體應(yīng)用與進(jìn)展進(jìn)行了探討。

1 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

我國對旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究主要集中在如下三個(gè)方面：①總體方案，在研究中，我國對旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)進(jìn)行有效改善，目前該系統(tǒng)已經(jīng)具備了軌道控制與測量兩項(xiàng)關(guān)鍵功能。其中將MWD井眼參數(shù)測量設(shè)定為基礎(chǔ)，將環(huán)空壓力、扭矩和鉆井鉆壓增設(shè)至測量工具單元，并在信號通道的作用下實(shí)現(xiàn)了單元數(shù)據(jù)與地面的連通。同時(shí)可控偏心穩(wěn)定器能夠有效控制井眼軌跡參數(shù)，在具體應(yīng)用中通過液壓作用實(shí)現(xiàn)偏心穩(wěn)定器翼肋伸縮。此外，在控制工作指令下達(dá)中，將兩個(gè)單元間的信息通道利用RS232總線進(jìn)行連接，幫助地面設(shè)備接受井下數(shù)據(jù)，進(jìn)而下達(dá)具體指令，完成數(shù)據(jù)解碼工作，并將解碼后的數(shù)據(jù)還原為井下的測量參數(shù)，并且RS232總線也可向井下傳遞井眼軌跡控制指令，保證井下軌跡控制的規(guī)范性；②旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具系統(tǒng)概述，其中井下部分為該系統(tǒng)的主要組成部分，包括鉆頭、伽馬短接、工程參數(shù)短接、鉆柱穩(wěn)定器和電阻率短接等構(gòu)成元件；③測試關(guān)鍵部件和單元，在旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具系統(tǒng)具體研究中，除進(jìn)行了大量常規(guī)測試，還在模擬實(shí)驗(yàn)室中開展了相應(yīng)的測試實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中將轉(zhuǎn)速設(shè)置為120r/min，在此條件下開展連續(xù)實(shí)驗(yàn)，最終得出結(jié)論為當(dāng)系統(tǒng)處于三個(gè)翼肋伸出狀態(tài)時(shí)達(dá)到的工作狀態(tài)最為穩(wěn)定。

2 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)的具體應(yīng)用

在某油田特殊工藝井中應(yīng)用推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)，共選取三口井應(yīng)用該系統(tǒng)：①第一口井在井深986m處放入旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具，并將井的斜能控制在0.2°～0.3°之間，以此控制上層地面井斜問題；②第二口井在井深1324m處放入旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具，總共下入4次，并且每次的鉆具組合和相應(yīng)的鉆井參數(shù)相同；③第三口井使用的鉆井系統(tǒng)鉆速達(dá)到23.13m/h，比相同區(qū)域及井段常規(guī)鉆井工具速度高出90%左右。在本次應(yīng)用中，在垂直模式中旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具連續(xù)鉆進(jìn)了超過1000m的深度，并且井的斜率并未超過0.3°，在穩(wěn)定模式下旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具連續(xù)鉆進(jìn)深度同樣超過了1000m，井斜達(dá)到0.4°左右，并且較好地控制了防斜軌跡和穩(wěn)斜軌跡。同時(shí)，作業(yè)中分別在距離鉆頭0.4m和4m處放置井斜傳感器和伽馬儀，以此保證井下數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，有效地避免了“零長”問題的出現(xiàn)。此外，推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具對鉆壓、鉆井液和泵壓等標(biāo)準(zhǔn)無特殊性要求，作業(yè)中相關(guān)設(shè)備處于正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)即可，進(jìn)而減少了設(shè)備調(diào)整與檢修的時(shí)間，極大地提高了鉆井作業(yè)效率。同時(shí)為了提高鉆井速度，具體應(yīng)用中工具底部鉆具設(shè)置了低速直螺桿，以此進(jìn)一步優(yōu)化了鉆井速度。

3 新型指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的發(fā)展方向

新型指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具主要包括MWD總成、水力偏置系統(tǒng)、鉆柱穩(wěn)定器和樞軸穩(wěn)定器，其中MWD總成又具體包含了CPU、傳感器、隨鉆測量儀、控制電路和存儲器等。在鉆井作業(yè)中，該工具的控制電路主要接收MWD總成傳輸?shù)姆轿恍盘柕刃畔ⅲ俳?jīng)由電導(dǎo)管和電子馬達(dá)等設(shè)備傳輸至水力偏置系統(tǒng)中。同時(shí)，在鉆頭穩(wěn)定器的作用下，鉆頭會出現(xiàn)一定的偏斜，工作人員再利用偏心環(huán)的作用，使得中心軸朝向某個(gè)固定位置進(jìn)行移動(dòng)，進(jìn)而對鉆頭設(shè)定固定方向的傾角，最終對井斜和相關(guān)方位進(jìn)行有效調(diào)整。此外，該系統(tǒng)中鉆頭還可以接收到鉆桿傳遞的鉆壓等信號，以此保證鉆頭作業(yè)的安全性和實(shí)效性。基于上述優(yōu)勢，新型指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具應(yīng)用前景廣闊，其具體研究和進(jìn)展方向如下：①在研究中，相關(guān)人員應(yīng)進(jìn)一步對該鉆井工具中心軸的三維結(jié)構(gòu)力學(xué)進(jìn)行分析，在分析結(jié)果及相關(guān)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上建立三維力學(xué)模型；②對該工具的偏置機(jī)構(gòu)進(jìn)行研究與分析，并結(jié)合相關(guān)力學(xué)理論建立偏置機(jī)構(gòu)力學(xué)模型；③注重分析該工具中控制軸的剛度與強(qiáng)度，其中主要采取有限元分析和震動(dòng)模態(tài)分析兩種形式；④對鉆井工具結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并選擇合適的鉆頭，同時(shí)通過力學(xué)理論分析下部鉆井工具的組合情況，以此提高鉆井作業(yè)的科學(xué)性。

4 結(jié)束語

綜上所述，隨著科技進(jìn)步和油氣行業(yè)的發(fā)展，我國自動(dòng)化鉆井技術(shù)得到快速發(fā)展，其中旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)優(yōu)勢尤為突出，在降低鉆井成本的同時(shí)，提高了鉆井效率，因此在油氣田勘探工作開展過程中，相關(guān)人員必須進(jìn)一步研究旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)，明確其發(fā)展方向，為油氣田勘探工作的發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

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