旋转导向钻井系统

导向泥浆马达已在定向井和水平井钻井得到了广泛的应用，但它们存在作业效率低、机械钻速慢、钻头选型难、泥浆马达－钻头组合性能差等局限性。为克服这些局限性，满足大位称井的钻井需要，Ｃａｍｃｏ公司、ＢａｋｅｒＨｕｇｈｅｓＩＮＴＥＱ公司、Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ钻井自动化中心等都在研制旋转导向钻井系统。介绍旋转导向钻井系统的工作原理和发展前景。     

旋转导向钻井的导向动力系统研究

旋转导向钻井技术彻底扭转了传统滑动钻井的各种弊端：井眼螺旋、扩径、岩屑堆积、轴向冲击等,同时也将减少卡钻和钻井液漏失等严重事故的发生,提高钻井效率和进尺率,从而提高钻井的经济效益。旋转导向钻井工具的导向力来源目前来说有两种方式：一为利用钻柱内外的压差直接作为导向动力;二为利用钻井液的流动推动涡轮发电,再利用电能产生导向动力,但归根到底,还是利用钻井液的能量。旋转导向钻井技术是目前最先进的钻井技术。其内部的导向动力系统是实现智能钻井的关键所在。将无位置无刷直流电动机应用到井下工具中,到目前为止,在国内还没有相关的报道。文章利用电机和泵构建了旋转导向钻井的导向动力系统,并进行了相关测试,得出了相应的技术指标。     

APS RSM旋转导向钻井系统

<正>美国APS公司研制开发的RSM旋转导向钻井系统包括旋转导向和动力钻井2部分。该系统综合了旋转导向系统的导向能力和动力钻具的技术优势,可用于垂直、增斜和稳斜钻进。APS RSM旋转导向钻井系统具有以下技术特点:1)集成了动力钻具的功能;2)旋转导向工具的所有部件都随钻具一起转动;3)兼容各种型号的动力钻具;4)定向测定传感器距离钻头仅1.2m;5)旋转导向工具     

旋转导向钻井工具的研制原理

介绍了旋转导向钻井工具的工作原理及结构,指出了研制该工具的主要技术特点。旋转导向钻井工具主要由稳定平台单元、工作液控制分配单元和偏置执行机构单元3部分组成,其测试元件将测得的井眼参数通过短程通讯传输到随钻测量仪,再由随钻测量仪将信息传输到地面。同时,旋转导向钻井工具接收由地面发出的指令,并通过稳定平台单元调控工作液来控制分配单元中的上盘阀高压孔的位置。工作液控制分配单元将过滤后的泥浆依次分配到3个柱塞,给推板提供推靠动力,并使该推靠力的合力方向始终保持在上盘阀高压孔所对应的位置,在近钻头处形成拍打井壁的侧向力。通过对侧向力的大小、方向和拍打频率的调整,可直接控制该工具的导向状态。     

新型旋转导向井下闭环钻井工具

近年来大位移井和复要轨迹井眼的需求不断增加,对井下钻井工具的研制提出了新的要求,利用现有的动力导向技术,钻压旗加困难,难以发挥高效钻头的作用,“滑动”方式下大摩阻的存在使井底工具面的控制难度加在,井眼水平延伸受到限制,为减小摩阻,使钻柱具有更大的延伸能力,实现对井眼轨迹的精确控制,国内外纷纷致车于井下可控工具和旋转导向闭环钻井系统的研究,本文介绍了2类可实现井下全方位控制的偏置机构及目前国内外已有的几种旋转导向闭环钻井系统。     

孔雀亭气田深井、超深井优快钻井技术实践

针对孔雀亭区块探井钻井过程中出现的技术难题,后期开发井钻井施工中采用"PDC+电动机",配合海水/海水聚合物泥浆体系的"开放式"钻井技术快速钻穿上部地层,避免了井漏、井壁失稳;优选油基泥浆、EZFLOW储层钻开液体系,有效解决了井壁失稳导致的起下钻遇阻的难题,提高了储层保护效果,缩短了完井工期;优选的旋转导向工具和PDC钻头克服了常规旋转导向及电动机造斜率低的缺点;在常规钻具组合中增加了vorteX工具,降低了钻井扭矩,同时提高了机械钻速。该优快钻井技术在7口井的应用结果表明,平均机械钻速大幅度提高,钻井周期大大缩短,明显降低了钻井成本。     

静态偏置推靠钻头式旋转导向钻井系统介绍

文章简单介绍了旋转导向钻井技术的发展现状。对旋转导向钻井井下工具系统进行了新的分类。在此基础上。较详细地介绍了静态偏置推靠钻头式旋转导向钻井系统的发展情况及工作原理。为国内引进、应用、研究、开发先进的旋转导向钻井技术提供了依据。     

旋转导向钻井技术研究新进展

井下旋转导向钻井工具是旋转导向钻井系统的核心部件,从应用情况来看,指向式旋转导向钻井工具是发展的趋势。为解决在钻大位移井、水平分支井等复杂结构井时出现的种种难题以及国内指向式旋转导向钻井技术的"瓶颈"问题,将理论与实践相结合,对旋转导向钻井技术的国内外研究现状做了分析;介绍了目前国内外运用比较广泛且典型的推靠式MRST和指向式Geo-Pilot井下闭环旋转导向钻井工具。在大量调研和文献分析的基础上,提出了研制与Geo-Pilot有所不同的新型指向式旋转导向钻井工具的思路,并着重论述了其结构与导向原理,总结出该指向式旋转导向钻井工具的特性与优点,提出了下一步的研究重点、难点与方向。     

可旋转导向钻井系统

在定向井钻井中为钻出较为平滑的井眼,并提高钻速、降低成本,哈里伯顿、贝壳休斯、斯伦贝谢和精密钻井公司都推出了用于钻定向井的可旋转导向钻井系统。 哈里伯顿公司的可旋转导向钻井系统名为地下导向器(Geo—pilot)。该系统采用电池作动力,不依赖井底涡轮,可靠性高,钻头使用寿命长。电气元件与井眼中的液体绝缘,井底诊断工具能判断工具情况和提供作业     

现代导向钻井技术的新进展及发展方向

总结了导向钻井技术的进展历程,并指出现代导向钻井先进技术正在高速发展,近年又有许多新进展.中国应迎接挑战,加大投入,加速发展.指出了滑动导向钻井和所谓“复合钻进”存在许多弊端.旋转导向钻井时的摩阻与扭阻小、钻速高、钻头进尺多、钻井时效高、钻井周期短、井身轨迹平滑、极限井深可达15km,每米进尺成本低,是现代导向钻井的发展方向.现代导向钻井的关键技术是旋转导向钻井、几何导向和地质导向钻井.文章强调了地质导向的功能.着重阐述了旋转导向钻井的原理与控制理论,旋转导向钻井系统的5大组成部分,旋转导向钻井工具的工作原理、结构类型及其进展现状和发展方向,并对加速发展我国的现代导向钻井技术提出了若干建议.     

旋转导向钻井工具外壳的优化设计

在导向钻井中,导向钻井工具处于核心地位。旋转导向钻井工具的核心是在旋转状态下能按控制指令使伸缩块改变作用在钻头上的合力或钻具偏心度,从而进行导向。它在钻井作业中始终保持旋转状态,克服了滑动导向作业中出现的摩阻过大、井眼清洗不完善两大问题。     

水平井钻井技术的新进展

水平井钻井新技术包括分支井、地质导向、先进的钻头、泥浆马达、新型短曲率半径工具和小井眼水平井钻井系统，应用这些新技术能降低水平井钻井成本，增加油井的产能。     

旋转导向井下工具控制系统设计及室内试验

旋转导向钻井系统在长水平段水平井、大位移井、分支井等复杂结构井的钻井过程中,可以消除粘滑卡钻,携岩效果好,具有显著提高机械钻速、减少井下故障、降低钻井成本的优势。中国石化胜利油田钻井工艺研究院与美国AGP公司合作开发了旋转导向井下工具系统,该系统由井下专用螺杆和地面转盘双动力驱动,通过控制导向翼肋的定向支出来控制井眼轨迹。其导向和非导向状态及每个导向翼肋的支出均采用独立电磁阀控制,既保证了系统的可靠性,又保证了控制精度,并且简化了控制方法。井下专用螺杆驱动内部心轴不仅给钻头提供动力,还给液压系统提供动力。室内测试证明,该系统控制方法简单可靠,可实现性强,为以后的实际应用推广提供了依据。介绍了旋转导向井下工具系统的整体设计方案,对其控制系统及各部分的结构、工作原理进行了详细研究。      

反扭矩定向系统研制及试验

现有旋转滑动钻井工具无法同时实现隔离上部钻具旋转和钻头破岩产生的反扭矩,且工具面角不可控。基于此,设计了分时动态隔离上部钻具旋转和承载下部钻具扭矩的反扭矩定向钻井系统;研制了反扭矩定向系统样机;利用该样机开展了实钻测试,实钻总进尺57 m,工具面角控制精度小于±5°、造斜率达23.0°/100 m,平均机械钻速约为6.5 m/h(泥岩)。研究表明：研制的反扭矩定向系统可同时隔离上部钻具旋转和下部钻具扭矩;能精确控制工具面角,实现了下部钻具自动精确导向钻井的功能,验证了反扭矩定向系统结构设计理论的正确性。相关成果有望解决滑动钻进钻柱“托压”和井眼轨迹控制难题,提高弯螺杆滑动导向钻井时效。     

指向式旋转导向系统内外环转速对PDC钻头破岩效率的影响

为了提高指向式旋转导向钻井工具的破岩效率,在钻头运动学研究的基础上,利用Matlab软件建立了数字化PDC钻头模型和数字化岩石模型,结合岩石模型的离散化处理,模拟了旋转导向钻进条件下,PDC钻头与岩石的相互作用过程,并给出了破岩效率的定量计算方法;分析了指向式旋转导向系统内外偏心环转速对PDC钻头破岩效率的影响,得到了不同时间步长下的破岩规律。研究结果表明,抗剪强度为11 MPa、内摩擦角为22°、摩擦系数为0.2的岩石,其最佳破岩转速比在1.0左右,且指向式旋转导向系统在钻进过程中均存在稳态切削,其破岩效率与内外偏心环的转速比密切相关,随着内外偏心环转速比增大,破岩效率也相应增大,但最终趋于稳定。研究结果对提高指向式旋转导向系统的钻井效率具有一定的理论指导作用。      

推靠式和指向式旋转导向工具的造斜性能研究

旋转导向工具是目前最先进的定向工具,对旋转导向工具造斜性能的研究有助于旋转导向的研制和应用。通过分析钻头在侧向力和转角作用下的导向机理,结合钻头的性质和旋转导向的原理,对两种工具的导向性能进行了分析。分析结果表明:推靠式旋转导向系统需要侧向攻击性能强的钻头与之匹配,可以准确快速地调节井眼轨迹,在软地层和小钻压条件下可以达到较高的造斜率;指向式旋转导向系统适合于长保径钻头以引导钻压指向钻头转角方向,其造斜效果受其他因素影响较小,造斜率稳定,井眼轨迹可预测性好。实际旋转导向工具的使用证实了上述分析结果。     

vorteX型动力导向钻井系统在渤海油田的应用

为解决渤海油田深井和大位移井钻井中机械钻速慢、井下故障频发等问题,优选并试验应用了vorteX型动力导向钻井系统。该钻井系统由MWD/LWD、大扭矩井下动力总成、Filter+Flex总成、旋转导向系统等部件组成,由顶驱系统与动力总成复合驱动下的钻头高速旋转来实现破岩,由C-Link以电磁短程通讯方式完成旋转导向系统与MWD之间的信号双向传输,再经MWD完成电信号与钻井液脉冲信号间的转换后,实现与地面收发装置间的信号双向传输。现场应用表明,该系统的总动力达到133~257 kW,机械钻速可提高30.34%~205.06%;最大工作负荷由45 kN·m降至36 kN·m,理论磨损值降至原来的1/4;日平均进尺由74 m提高至160 m,节省工期153 d,折算费用1亿5 300万元。由此可知,vorteX动力导向钻井系统是旋转导向工具与大扭矩井下动力总成的有效结合,适用于深井与大位移井钻井,能显著提高机械钻速,减少井下故障的发生。      

可控偏心器旋转导向钻井工具偏心位移控制分析

介绍了所研制的可控偏心器旋转导向钻井工具的工作原理。可控偏心器旋转导向钻井工具主要是通过导向机构的合成偏心位移矢量来控制井眼轨迹,这与国内外目前研究的旋转导向钻井工具在导向控制原理方面有着本质的区别。分析了可控偏心器旋转导向钻井工具合成偏心位移的形成与分解原理,以及导向机构位置状态发生改变时偏心位移矢量的控制过程。     

水平井钻井技术的新进展

本文阐述了水平井钻井技术的新进展，包括分支井、地质导向、先进的钻头，泥浆马达，新型短曲率半径工具和小井眼水平井钻系统，应用这些新技术，能降低水平井钻井费用，增加井的产能。     

中石油钻井工程技术现状、挑战及发展趋势

中国石油天然气集团公司（以下简称中石油）近年来自主研制了万米钻机及配套装备、近钻头地质导向、欠平衡/气体钻井/控压钻井、连续管作业机、21 MPa/35 MPa带压作业机等核心装备,发展完善了以水平井、欠平衡钻井、钻井提速、储层改造、带压作业为核心的配套技术,有力地支撑了水平井、欠平衡钻井、钻井提速、水平井分段压裂等重点工程的实施。但与国外同行相比,在自动化钻机、海洋钻完井装备、旋转导向系统、抗高温随钻测量仪器、抗高温螺杆、高效钻头、高温高密度油基钻井液、高压气井带压作业装备、低成本高效压裂液、无限制选择性压裂工具、完井技术等方面差距明显。研究结果认为：我国深层、海洋、非常规油气藏领域钻完井面临高温高压、高研磨性地层钻速低、钻井周期长、旋转导向等技术储备不足的挑战,建议在高效起下钻机、高效破岩钻头和辅助工具、旋转导向系统、井筒完整性、井下宽带信息传输技术、海洋钻井成套装备和技术、工厂化钻完井与体积压裂一体化技术等方面开展技术攻关。