内推指向式旋转导向工具及其导向力分析

旋转导向工具提供的导向力及工具结构决定了工具的实际造斜能力,是工具性能的重要评价指标之一。文章通过对内推指向式旋转导向工具导向执行机构力学建模,给出内推指向式旋转导向工具导向力的计算表达式,分析了工具结构参数、摩擦系数及钻井液压差对工具导向力的影响。研究表明,随摩擦系数增大,工具导向力小幅上升但工具稳定性显著降低,应通过封装和润滑设计减小工具摩擦系数;随工具导向执行机构调整楔块倾角增大,工具导向稳定性提高但导向力减小,在工具设计中应注意平衡二者关系;工具运动件质量和运动参数对工具 导向力几乎没有影响,主要通过增大钻具内外钻井液压差和伺服液缸活塞有效面积来提高工具导向力。     

旋转导向钻井工具执行机构推靠力分析

以旋转导向钻井工具导向能力关键参数———执行机构推靠力为研究对象,从单个“巴掌”在钻柱旋转1周内的作用力分析入手,在上盘阀高压孔圆心角θ=180°的条件下,给出了3个“巴掌”的作用力和作用合力(即执行机构的推靠力)的解析计算式,讨论了它们的变化规律,包括推靠力覆盖面角的变化规律、推靠力在导向方向分量及其垂直方向分量的变化规律。分析可知:推靠力在导向方向的分量连续且平稳,在导向的工况下,执行机构推靠力在导向方向的分量在(0.866~1.0)P0之间,波动较小,波动幅值为7.2%,而它在垂直于导向方向的分量不连续且幅值均在(-0.5~0.5)P0之间,占单个巴掌作用力的50%。     

旋转导向钻井工具导向力优化设计

以旋转导向钻井工具的导向工况为背景，从旋转导向钻井工具执行机构侧向力的规律分析入手，推导了侧向力和工具导向力的解析式，总结出了执行机构侧向力及其覆盖面角的变化规律、工具导向力及其覆盖面角的变化规律、工具导向力在导向方向及其垂直方向上两个分量的变化规律。从保持导向力平稳等目标出发，以上盘阀高压孔圆心角为基本变量，给出了最优的导向力及其产生的务件，为工具结构参数的设计提供了依据。     

调制式旋转导向钻井系统工作原理研究

旋转导向钻井技术是 2 0世纪 90年代发展起来的以旋转导向钻井系统为核心的钻井新技术 ,其中旋转导向钻井系统主要由井下旋转导向钻井工具系统、双向通讯系统和地面监控系统三大部分组成。在简述旋转导向钻井系统国内外发展概况和结构特点后 ,着重论述了调制式旋转导向钻井系统的总体方案设计 ;井下调制式旋转导向工具系统的结构设计和导向力的控制 ;井下随动稳定平台控制系统的结构设计和控制原理。对稳定平台的计算结果表明 ,稳定平台的摆动幅度在± 14°时 ,系统的控制力仅下降 1% ,这使随动控制简化并易于实现     

智能钻井工具导向执行机构注油检测台研制

为提高智能钻井工具工作性能及技术服务质量、缩短维修和测试时间,研制了一种对工具导向执行机构进行注油检测的装置。在分析智能钻井工具导向执行机构工作原理的基础上,设计了注油检测台。针对不同系列的工具,可完全模拟导向执行机构的工作过程。通过注油油路和回油油路上设置的注油嘴和回油嘴与导向执行机构连接,对其进行注油检测。用注油检测台对导向执行机构进行注油检测,结果表明,该注油检测台能够在导向执行机构液压部件装入工具前,对各部件的性能进行检测;液压部件装入工具后,对工具的导向执行机构进行注油、排气,确保导向执行机构产生稳定的液压推力,提高工具的稳定性。     

旋转导向钻井工具导向执行机构设计

旋转导向钻井工具可以根据井下工程、地质、几何参数的监测及实际需要，按已设定的程序或交互式给定的指令进行井身轨迹（包括井斜、方位）的控制和调整，有两种基本控制执行模式，一是导向执行模式，二是稳斜或不导向执行模式。导向执行机构是该工具功能实现的最终执行机构。文章介绍了导向执行机构的工作原理，给出了其三维CAD结构图，指出了设计时应注意的问题、设计难点和采取的主要措施。指出导向执行机构的设计需考虑的主要因素有：导向执行机构所产生的推靠力应均匀，避免对井壁产生过大的冲击力；保证导向执行机构本体中通往钻头的钻井液主通道的流畅，尽量降低压力损失；保证通往３个推力柱塞的钻井液流量与主流道流量的合适比例；提高推靠井壁的巴掌的耐摩性。初步计算了巴掌的推靠力。室内功能实验证明所设计的导向执行机构结构设计方案基本正确。     

旋转导向钻井技术发展现状及展望

旋转导向钻井技术是现代导向钻井技术的发展方向。为了适应国内旋转导向钻井技术发展的需要,在简要叙述了滑动导向钻井的缺点和不足的基础上,对旋转导向钻井技术进行了系统归纳。特别是详细地对信号传输方式、信号测量系统和导向机构的技术发展现状进行了系统分析,最后提出了旋转导向钻井技术的技术难点和攻关方向。     

国外典型的旋转导向钻井系统

旋转自动导向闭环钻井技术代表了当今世界钻井技术发展的最高水平。本文概述了国外闭环自动旋转导向钻井系统的发展 ,列举了国际上已经商业化的旋转导向钻井系统的特点 ,详细描述了三种最具有代表性的旋转导向钻井系统的原理和主要技术特性。本文根据调研情况将这些旋转导向钻井系统的导向方式分为指向式和推靠式 ,并描述了这两种旋转导向方式的特点。本文可以为旋转导向钻井系统研究提供参考 ,也可以为油公司引进工具或服务提供线索     

旋转导向钻井技术向综合应用方向发展

旋转导向钻井系统是20世纪90年代问世的一项钻井技术,目前正在向着综合应用方向发展。HydroE＆P公司应用过油管旋转导向钻井技术和过油管钻井技术在Njord油田成功钻成一口井,这是世界上第一口采用过油管旋转导向钻井技术完成的油井。康菲公司在得克萨斯州南部的Lobo走向带利用套管钻井技术配合旋转导向马达钻成两口试验井,为在套管钻井中应用旋转导向系统开辟了先例。     

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。     

煤层气欠平衡钻井专用旋转控制头在郑试平4H井的应用

为了完善煤层气欠平衡钻井国产配套设备,缩短钻井周期,降低移运成本,设计并试制了煤层气钻井专用低压小型旋转控制头,并在沁水盆地郑庄区块郑试平4 H井进行了现场试验。检验了旋转控制头与欠平衡钻井工艺的匹配性能,测试了旋转控制头的整体使用性能,证明了产品结构设计的合理性。该设备可有效密封井口环空压力,轴承组、动密封件以及润滑冷却系统在连续运转479 h情况下无任何异常状况,顺利地将钻井液导入泥浆罐。理论与现场试验结果表明:旋转控制头的结构设计合理,冷却润滑系统可以有效保护动密封件及轴承组,胶芯寿命满足现场使用要求,可进一步推广应用。     

可控偏心器旋转导向钻井工具研制与现场试验

研制的可控偏心器旋转导向钻井工具主要由驱动轴,导向机构、定位总成、测控单元、轴承支撑系统等部分组成。该工具通过偏心执行机构——导向机构来实现井眼轨迹的控制。导向机构由3个互成120°角的翼肋及液缸组成,3个翼肋的伸出量在钻具的相应位置形成1个偏心位移矢量,使可控偏心器偏离井眼中心线,形成1个等效弯接头,通过调整3个翼肋的偏心位移矢量,可形成不同的工具面角和弯接头弯角。现场试验证明,该工具的工作原理可行,满足旋转导向钻井井眼轨迹的控制要求。     

石油旋冲钻井技术研究及应用

介绍了旋冲钻井技术的基本原理,对液动冲击钻具的结构设计、工作原理、性能测试、参数匹配进行了详细论述。实践证明,冲击和旋转联合作用的砂岩效果同纯旋转钻井相比,效率可提高40%~49.8%,中硬以上地层使用效果更加明显,同时可降低钻井成本,提高井身质量,减少井下事故。在软地层中,可通过调节冲击钻具的性能参数,适当提高转数、冲击频率,同样可提高机械钻速。     

旋转井壁取心工具及其在渤海油田勘探中的应用

中海油服技术中心机电研究所研发的新型旋转井壁取心工具在渤海油田探井作业的成功应用已使此项技术逐步转化为常规勘探技术。文章阐述了该取心工具的技术特点、井下工作参教及其相对火药壁心和钻井取心的优势,总结了其适应的井况及地层条件,同时结合应用实例说明旋转壁心在复杂岩性识别、储层评价、储层含油气性分析等方面所发挥的作用。以岩心试验数据为基准,旋转壁心与岩心的试验数据误差量极小,说明旋转壁心在一定条件下能够代替常规钻井取心。     

转盘与单弯螺杆钻具联合钻进的力学分析及其应用

对转盘与螺杆钻具联合作业进行了运动学分析,给出了钻头在不同条件下的绝对速度和加速度,以及给实际钻井工作带来的影响;给出了转盘与螺杆钻具联合作业时新井眼直径的理论值。本文首次提出了井下钻具自转与反向公转的K-H-V运动模型,据此论证了转盘与单弯螺杆联合作业时,弯接头上将产生反向卸扣力矩及其所带来的危害。所得出的转盘与螺杆联合钻进作业时的有关结论,将有利于现场技术人员指导水平井和丛式井的钻井工作。     

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针对大位移井眼轨迹控制技术难点,文章分析了西江24－3油田4口大位移井的井眼轨迹控制技术,探讨了大位移井井眼轨迹控制技术的机理,并对大位移井井眼轨迹的控制方案进行了优化。结果表明,西江24－3油田大位移井的井眼轨迹控制技术实际上是可调和不可调滑动导向钻具组合连续导向和旋转导向工具连续导向钻井技术的综合。旋转导向工具进行连续导向钻井具有随时可控性,轨迹控制质量高,但使用成本很高。在充分掌握滑动导向钻具组合导向力变化规律的基础上,在一定范围内,这种钻具组合仍然具有很好的应用效果。技术和经济方面的因素决定了小位移时采用滑动导向钻具组合连续导向钻井技术,而在较大位移时采用旋转导向工具的控制方法是最优的轨迹控制方案。     

旋转导向钻井工具系统的研究及应用

总结了国家863课题“旋转导向三维可控钻井技术研究”的研究工作进展及其在现场试验情况，根据旋转导向钻井技术方面的技术特点，开展了旋转导向偏心工具及导向机构、钻井液脉冲器，井下测量数据传输技术，随钻地质参数测量技术，井下钻井工程参数测量技术4个方面的关键技术研究，研制出了旋转导向钻井工具系统。通过室内模拟试验，验证了该工具系统设计原理的合理性。陆地和海上油田的钻井试验表明，在井斜约60°的大斜度稳斜井段，井斜控制和方位控制都满足控制要求；采用旋转导向钻具组合提高了钻压，最高钻压可达240 kN。为“十一五”期间旋转导向钻井工具系统的进一步完善和应用奠定了坚实的工程化基础。     

旋转导向钻井技术应用研究及其进展

旋转导向钻井技术随着油气田开发过程中人们对于钻井井眼轨迹的新要求应运而生。中国对该项技术的研究始于“九五”期间,到“十一五”期间便完成了旋转导向钻井系统工程化的研究,最终形成了一套旋转导向钻井工具系统。2009-2012年,在甘肃、四川、渤海油田等区域进行了20余次不同类型的井眼轨迹控制实钻试验,该系统已基本实现了地层参数测量、工程参数测量、定向井井眼轨迹测量和控制、信号脉冲反馈及收发等4项功能,试验最大造斜能力为6.73°/30 m,达到了预期的目标和设计要求。在3大关键技术方面取得了突破：①从井下工具的测控原理到方法上取得了突破;②在定位总成的设计原理和技术上取得了突破;③在偏心稳定器获得尽可能大的侧向力的研究和设计上取得了突破。今后还将把工具的长期稳定运行和轨迹控制精度作为重点试验内容,以期尽快实现其在钻井工程中的实用化目标。     

推靠式旋转导向钻具力学性能研究

旋转导向钻井系统在大位移井中得到广泛的应用,该项技术国内正处于研究阶段。结合国家863项目"旋转导向钻井系统整体方案设计及关键技术研究",对设计出的偏置式旋转导向钻具组合进行了力学性能的理论研究,介绍了理论模型的建立和力学性能研究的部分结果,给出了推靠式旋转导向钻具的受力状态分析、井眼曲率预测、导向稳定器运行参数、井眼曲率和方向与导向稳定器偏心距和偏心方向的关系。可以为旋转导向稳定器的设计提供理论依据。     

转盘独立电驱动方案及优越性

介绍了3种转盘独立电驱动方案,其优点是实现转盘单独无级变速,满足了钻井工艺的需要;容易实现转盘、转盘传动部分及其支撑结构的模块化设计;交流变频和电控技术的应用,提高了钻机的自动化水平;使钻机结构设计整体化;故障检修方便。指出了存在的问题。