陀螺测井技术在吉林油田的应用及研究

陀螺测斜技术以动力调谐速率，陀螺测量地球自转角速率分量和石英加速计测量地球加速度分量为基础，经计算得出井筒的倾斜角、方位角、工具面角等参数。该技术可用于井身轨迹复测、钻井定向和侧钻井开窗定向等。在吉林油田利用该仪器成功地进行了老井复查、连续测斜仪数据验证。同时，对陀螺数据解释方法进行了研究，提出采用最小曲率法进行数据处理。     

随钻测斜仪角度参数运算及在套管开窗侧钻中的应用

本文对随钻测斜仪所测量的角度参数进行定义，分析了角度参数的背景，并在此基础上进行角度参数计算，为测斜仪在套管开窗侧钻中应用提供了理论依据。举例说明了效果，并认为井斜大于５°时用随钻测斜仪较理想，井斜小于５°时用陀螺仪。     

连续测斜仪校准算法及仿真研究

介绍了由三轴加速度计以及三轴磁通门传感器组成的测斜系统的输出数学模型.应用正交正弦函数基拟合各个传感器的输出曲线,提出由曲线函数系数计算传感器标定系数、零偏以及安装角误差的算法.该算法具有很强的实用价值,对标定转台的要求低,只需转台能够测量同一方位下相互垂直的2个井斜下的数据;对于工具面角的精度要求也较低,当工具面角的绝对误差在1°以内时,仍然可以达到很好的校准效果.     

井眼轨迹单根控制的新计算方法

井眼轨迹控制是定向井工程师的基本工作任务，以前常常凭经验估算控制参数。针对单根的“复合+滑动”钻进过程，使用恒工具面角曲线建立了数学模型；使用最优化思想给出了求解这个数学模型的两个算法，给出了施工参数设计的最优方案。使用理论模型数据对算法进行了大量验证，结果表明，该算法可以以非常高的数值精度(10?9)反算出理论模型参数；对于实际钻井数据，算法精度为10?2，满足工程精度要求。该方法可以应用于现场定向井工程师日常的控制参数设计工作中，结合MWD数据实时采集，在电控系统的钻井反馈实时控制中也有广泛的应用前景。     

高精度油井测斜系统及校正方法的研究

为提高旋转导向钻井姿态(井斜角、方位角和工具面角)的测量精度,研究了高精度油井测斜系统及校正方法。对该系统的下位机硬件数据采集系统和上位机软件进行设计,根据试验数据确定传感器的性能,设计传感器的标定流程。测试结果表明,传感器工作正常,其输出范围符合标示指标。为避免误差超过设计指标,建立传感器误差补偿模型,提出12参数自动校正算法,据此可以计算出传感器的零位偏差、标度因子和不同心度偏差,从而对传感器输出数据进行误差补偿。应用结果表明,井斜角绝对误差在±0.29°以内,工具面角绝对误差最大为0.484 01°,均满足工业标准要求。说明该校正算法能提高井眼测量精度,从而可以指导钻头钻出更优的井眼轨迹,更有利于旋转导向钻进。     

光纤陀螺随钻测斜仪井眼轨迹校正方法研究

光纤陀螺随钻测斜仪可测量出油井的井斜角和方位角,为提升井眼轨迹计算精度,从井眼轨迹关键参数出发,提出一种基于光纤陀螺随钻测斜仪的井眼轨迹校正方法。在分析测斜仪间断测量模式的基础上,结合惯性测量原理推导出传感器误差到姿态角误差的传递函数关系,分别利用轨迹发生器及系统级标定方法获得仿真和真实传感器误差,并应用于不同条件下井眼轨迹的校正。校正后的井眼轨迹精度提升一个数量级,井斜角波动范围明显减小,能够有效实现对测斜仪测量结果的事后校正,具有重要的工程应用价值。     

定向井定向段用随钻测斜仪定向造斜效果好

本文对中原油田近几年随钻测斜仪的使用情况进行了分析，建议定向井钻井过程中定向段最好用随钻测斜仪来完成定向造斜。     

最小曲率法井眼轨迹控制技术研究与应用

为进一步完善最小曲率法井眼轨迹计算方法,采用数学分析的方法,推导出了一系列参数方程,可用解析方法直接计算任意井眼轨迹点的空间坐标、井斜角方位角、瞬时工具面角、井斜角变化率和方位角变化率等。其中对方位角和工具面角的计算进行了数学处理,克服了现有计算公式的缺陷。讨论了工具面角对井眼轨迹变动的影响,并对4种初始工具面角典型状态下井斜角、方位角的变化特点进行了分析。该计算方法不但可以对实钻井眼轨迹进行计算,而且还可以用于井眼轨迹设计、井眼轨迹预测和井眼轨迹控制,为设计结果的优化提供新的思路。     

基于重力加速度传感器与磁通门的测井测斜仪

文章介绍了测井测斜仪中的重力加速度传感器与磁通门的测量原理及测斜仪的结构设计,在此基础上推导出了井斜角、方位角、相对方位角的数学模型,并给出了信号处理电路。     

石油测井相关专利介绍（1）

已射孔单层地层测试,光电式12分度钻具面角随钻传感器,用于在水平的。垂直的和偏斜井中进行地质导向和岩层电阻率数据解释的多分量感应式仪器测量系统的方法和装置[编者按]     

三维定向井轨道设计和轨迹控制的新技术

目前三维定向井存在着设计井眼轨迹曲线与实钻扭方位方式相互脱节的问题，解决该问题的方法有：一是针对目前的恒装置角扭方位方式，将恒装置角曲线作为三维定向井轨迹设计曲线；二是针对目前现有的轨迹设计曲线(斜面圆弧、圆柱螺旋和自然参数曲线)，开发新的MWD显示技术，以便显示可表征这些曲线特征的参数。     

基于顶部驱动的滑动钻井导向控制技术

将北京石油机械厂顶驱的主轴旋转定位技术与MWP随钻测量仪相结合,设计并实现了基于顶部驱动钻井和井下动力钻具组合的顶驱滑动钻井导向控制系统。该系统由顶部驱动钻井装置、人机交互界面、井下动力钻具以及MWD随钻测量工具等4部分组成,将顶驱和井下动力钻具相结合,实现对旋转钻柱包括转速、转向、角度在内的完全控制,并可根据井下实时反馈的井眼轨迹信息,实现滑动钻井之前工具面的设置以及滑动钻进过程中工具面的实时监控和动态调整。内蒙SNO116-19H定向井项目的实际应用结果表明,该技术能够显著提升定向井钻进作业的整体时效和井眼质量,同时也为导向钻井的闭环控制和自动化控制奠定了基础。     

恒工具面角井眼轨道设计模型及求解方法

恒工具面角曲线是一种典型的井眼轨道设计模型组件,计算复杂,设计求解难度大。现有模型缺乏一般性,且求解模式单一,为此提出两种典型的恒工具面角井眼轨道设计模型,并寻求灵活、有效的求解方法。针对定向井和水平井一般设计问题,构建了单、双恒工具面角曲线与直线组合两种典型设计模型,探讨了多种设计变量求解方法。通过合理确定设计变量初值,采用拟牛顿数值求解方法,精确、快速、灵活地求解了这两种设计模型。算例应用结果表明,两种典型轨道设计模型及其求解方法合理、有效,可用于定向井和水平井轨道设计。     

三维定向井轨道设计新方法─恒装置角法

由于在恒装置角曲线井眼轨道的坐标增量计算中使用了定积分,致使相应的井眼轨道设计问题的求解非常困难,不仅计算时间长,且算法收敛性差。在假设弯曲井段为恒装置角曲线条件下,建立了新的三维定向井和侧钻井井眼轨道设计数学模型;使用幂级数展开方法计算井段坐标增量公式中的定积分,将井眼轨道设计模型中的多元非线性方程组求解问题降维转化为二元非线性优化问题,极大地降低了数值计算的复杂度。使用数值优化算法对恒装置角井眼轨道设计问题进行求解,不仅减少了计算时间,增强了算法稳定性,而且具有全局收敛性质。实际算例表明,新方法能够快速、有效地求解恒装置角型井眼轨道设计问题,所使用的幂级数展开方法适用于解决恒装置角井眼轨道计算的一系列问题,是一种有效的数学简化方法。     

塔深1井超深井段弯螺杆钻具MWD定向纠斜技术

塔深1井五开从6800 m钻进到完钻井深8408 m,所钻油藏岩性以白云岩为主,岩性复杂,给井斜控制带来了极大困难,曾多次采用各种常规的防斜打直技术,都没有取得成功。后使用弯螺杆动力钻具MWD随钻测斜纠斜技术,通过控制钻压、螺杆弯度、工具面,定向与复合钻进来对井斜进行控制,用正确方法精心调整反扭角、选用抗高温高压MWD和动力钻具、下钻分段循环降温等措施克服了超深井段给工具使用带来的问题,有效地控制住了井斜,优质高效地完成了钻井任务。应用结果表明,MWD加弯螺杆动力钻具纠斜是一种高效、安全、简单实用的纠斜方法,不仅在井斜控制困难时有使用价值,在常规钻井中推广使用也能有效提高效率和控制井斜。     

水力脉冲轴向振荡减摩钻井技术分析

水力脉冲轴向振荡减阻钻井技术可降低滑动钻进摩阻,改善钻压传递和工具面的控制,提高机械钻速。介绍了水力脉冲轴向振荡减阻钻井技术的减阻原理、水力脉冲轴向振荡减阻工具的结构原理。对轴向振荡减阻钻井工具进行了量化分析。现场实际应用及量化分析表明,在钻柱中加入轴向振荡减阻工具,减少了托压现象及摆工具面的时间,工具面更稳定,对常规PDC钻头具有良好的适应性,可改善钻压传递效果。该工具对MWD、LWD信号传输不会产生干扰。     

超深超高温潜山气井AT-6X井小井眼侧钻技术

为解决华北油田首口超深、超高温潜山内小井眼侧钻井AT-6X井在施工过程中遇到的地层岩石可钻性差、新老井眼分离困难、摩阻扭矩大及井温高等技术难题,进行了侧钻工具优选、送钻方式选择、抗高温低固相钻井液体系设计及抗高温MWD仪器优选等方面的研究。通过建立侧钻工具力学模型对不同条件下钻具侧向力进行分析,选用PDC钻头+直螺杆+2.5°弯接头作为侧钻的最优工具;以间接方位角校正法为基础设计了方位角校正系统,提高井眼轨迹的精度;采用半主动半自动送钻方式提升侧钻效率;优选抗高温低固相钻井液体系提高高温条件下的稳定性。上述技术在超深超高温潜山小井眼侧钻井AT-6X井进行了应用,将工具面调整为140°并结合半自动送钻方式成功完成了该井的侧钻施工,完钻井深6 059 m。该井采取的技术措施有效解决了侧钻难题,为高温工况下超深井侧钻提供了经验和借鉴。     

可调式防脱键顶杆的研制与应用

座键式MWD仪器在大斜度定向井和水平井随钻测量施工中,时常出现脱键现象,导致无法形成正常的钻井液脉冲信号,影响钻井时效.为了解决这一问题,针对仪器脱键的原因展开了研究,研制出可调式防脱键项杆.现场应用表明,新研制的可调式顶杆能解决海蓝MWD、QDT-MWD等座键式随钻测量仪器施工中的脱键问题,提高了仪器入井成功率,为顺利进行随钻测量施工提供了保障,具有较大的实用价值和广阔的应用前景.