旋轉導向鉆井技術應用研究及其進展

劉丁丁

摘要：近幾年來我國油氣行業的發展取得了非常豐碩的成果，在鉆井技術方面的研究也越來越深刻。旋轉鉆井技術是當前整個鉆井領域具有一定技術先進性的自動化鉆井技術，在大量的實踐應用中表明，針對水平井、大斜度井實施鉆井施工的過程中充分應用旋轉導向鉆井技術，能夠實現鉆井施工作業效率的全面提升，有效控制鉆井施工作業成本，而且整個作業過程具有較高的安全性和穩定性，本文主要針對旋轉導向鉆井技術的實踐應用及研究進展進行了分析。

關鍵詞：旋轉導向鉆井技術;鉆井施工;研究進展

引言

在油氣資源的勘探開發過程中鉆井技術發揮著不可替代的作用，只有在鉆井技術要求得到充分滿足的情況下，可能有效提升油氣資源的勘探開發效率，實現油氣井產能的有效提升。在當前的鉆井作業施工中，對井眼軌跡的要求越來越苛刻，在此情形下，旋轉導向鉆井技術實現了普及應用。

1 旋轉導向鉆井工具系統關鍵技術研究

1.1總體方案分析

在旋轉導向鉆井系統經過多年的發展改進后，目前已經基本具備了井下測量以及井眼軌跡控制等兩項重要的功能[1]。在原有的MWD井眼參數測量基礎上，進一步增加了針對環空壓力、鉆井壓力以及鉆具扭矩等相關參數的測量，在井下工具與地面控制部分之間通過設立良好的信號通道實現了單元數據的有效連通。另外，在整個旋轉導向鉆井系統中可控偏心穩定器同樣發揮出了重要的作用，其可以實現對井眼軌跡參數的有效控制，而且在當前的旋轉導向鉆井系統中充分應用了液壓推動偏心穩定器伸縮翼肋，這樣就有效改善了傳統鉆井模式下的井斜以及定位狀況。該鉆井系統中針對兩個單元之間的信息通道通常情況下采取的都是RS232總線形式進行連接，通過地面計算機等處理設備來實現井下生產作業數據的采集，并對井下工具查相應的執行指令，當井下采集的數據實現上傳后，通過相應的解碼方式能夠將其還原成井眼、環空壓力、工程等測量參數[2]。此外，充分利用RS232總線還能夠將經過編碼的井眼控制指令傳達到井下作業工具上，在此基礎上通過井下工具執行具體指令就能夠實現對井眼軌跡的有效控制。

1.2旋轉導向鉆井系統關鍵部件及單元測試

在整個旋轉鉆井導向工具系統中，所有的工具單元必須要經過嚴格的測試，而且還要針對各個工具單元在鉆井模擬實驗室中進行嚴格的模擬實驗，在相關實驗中，通過設置120r/min的鉆機轉速條件進行連續測試，井下鉆井工具在所有的三個翼肋伸出后達到了穩定運行狀態。在嚴格的完成實驗室模擬測試后，還必須要進行鉆井實驗，在大量的鉆井實驗中表明，旋轉鉆井工具系統完全能夠符合當前油氣田勘探開發的相關指標要求，并充分具備了實際鉆探開發的整體水平。

2.典型井下閉環旋轉導向鉆井工具

在當前油氣田勘探開發過程中調制式旋轉導向鉆井工具應用比較廣泛，該鉆進工具屬于一種推靠式旋轉導向鉆井工具，該鉆井工具在實際應用過程中鉆柱與井壁之間嚴格的來講并沒有靜止點，在整個鉆井施工過程中就能夠很好的發揮出旋轉鉆井的具體特征。在整個鉆井工具系統中穩定平臺能夠對整個系統的導向力大小以及導向方向進行有效控制，如果在實際作業過程中需要的導向力比較大，穩定平臺就會通過旋轉來帶動上盤閥運動，這樣就能夠為鉆井作業提供更大的導向力，在此過程中，鉆井工具上的每一個“巴掌”會沿著旋轉方向對井壁進行拍打，在拍打過程中所形成的合力實際上就是整個導向機構在井壁上形成的作用力，而利用該作用力的反向力就能夠在鉆柱上形成有效的導向力;如果在實際鉆井作業過程中如果不需要導向力，就可以通過穩定平臺的作用，讓上盤閥與鉆柱之間保持不同步的轉動，這樣“巴掌”在拍打井壁的 時候形成的合力就為0，此時導向工具實際的工作狀態為中性。

3.新型指向式旋轉導向鉆井工具

在大量的鉆井實踐中表明，通過被新型指向式旋轉導向鉆井工具的應用能夠有效提升鉆井過程中的井斜以及方向的控制，而且也能夠有效延長工具實際的使用壽命。該鉆井工具主要有水力偏置系統、樞軸穩定器、MWD總成和鉆柱穩定器幾個主要組成部分。該鉆井工具系統中水力偏置系統以及樞軸穩定器是兩個非常核心的部件，水力偏置系統在整個系統中屬于一個相對比較特殊的“穩定器”，而樞軸穩定器主要是利用不銹鋼材料進行制作，并通過四個螺旋形刀鋒翼肋進行連接。通常情況下，在正常實施鉆井作業過程中，MWD總成在采集到井斜以及具體的方位數據信號后將其傳輸到整個控制電路中，并充分利用螺線型電導管將相應的數據信號傳輸到電子馬達中，隨后，電子馬達會將接收到的數據信號傳輸到放射狀水力偏置系統中[3]。在此狀態下，鉆柱工具系統中的翼肋就會伸出來，與井壁進行接觸。這樣轉頭就會在翼肋以及鉆頭穩定器支點的共同作用下形成一個偏角。然后充分利用偏心環將中心軸固定出一個指定方向的偏置，在此情況下就能讓鉆頭沿著固定的方向進行運動，從而實現的對井斜以及方位的及時糾正。在實際鉆井過程中，鉆頭實際產生的偏移角度不僅可以實現及時的調整，而且也能夠實現對鉆桿扭矩以及鉆壓的及時傳遞。

4.新型指向式旋轉導向鉆井工具發展趨勢

隨著當前鉆井技術的不斷進步，未來的新型指向式旋轉導向鉆井工具研究會主要從以下幾個方向開展。首先是針對鉆井工具系統中的中心軸三維結構力學進行深入研究，并通過三維模型的建立來實現對中心軸強度以及剛度的動態分析;其次是通過建立三維仿真模型對鉆井工具偏置結構的力學性能進行深入研究;最后是實現對新型指向式旋轉導向鉆井工具系統應用過程中的鉆頭配伍性進行優選。

5.結束語

總而言之，在當前油氣田勘探開發規模不斷擴大的前提下，對鉆井技術的應用和研究在不斷深入，作為一種具備較強先進性的鉆井技術，旋轉導向鉆井技術在實踐應用過程中極大的提升了鉆井作業施工效率，實現了鉆井施工作業成本的有效控制，其必然會是未來鉆井技術主要的研究內容。

參考文獻：

[1]李穎.指向式旋轉導向鉆井工具動力學分析與工作性能研究[D].中國地質大學（北京），2010.

[2]于津豐.旋轉導向鉆井工具姿態參數模擬解算電路改進與驗證[D].西安石油大學，2016.

[3]肖仕紅，梁政.旋轉導向鉆井技術發展現狀及展望[J].石油機械，2006（04）：66-70.