自动垂直钻井工具地面试验分析及现场验证

纠斜、稳斜功能的实现是全旋转推靠式自动垂直钻井工具样机研制的关键问题。研制开发了全旋转推靠式自动垂直钻井工具样机。地面试验完成后进行了现场试验,以验证地面试验的准确性。详细介绍了全旋转推靠式自动垂直钻井工具的试验原理、试验方法、试验步骤、地面试验效果分析、现场试验等。试验结果表明:全旋转推靠式自动垂直钻井工具实现了井斜角1°范围内的纠斜、稳斜功能,达到了设计要求。     

全旋转推靠式自动垂直钻井工具现场试验分析

为了解决钻井过程中的防斜与打快技术难题,研制了全旋转推靠式自动垂直钻井工具。在介绍工具工作原理的基础上,对工具的纠斜和稳斜功能、提升机械钻速的能力及使用可靠性进行了试验,借助DJY-1井对工具的使用效果进行了现场验证。应用结果表明,全旋转推靠式自动垂直钻井工具在井下作业时实现了纠斜和稳斜功能,提高了机械钻速,释放了钻压,有效地解决了防斜与打快矛盾;工具下井后部分零件出现了磨损情况,可见零件的耐磨性有待提高。建议进一步检验工具的纠斜和稳斜能力,使工具防斜打快的优势在以后的钻井作业中能够充分体现出来。     

捷联式自动垂直钻井系统的研制及现场试验

为了有效解决钻井工程中高陡构造及大倾角地层防斜打快的技术难题,自主研发了捷联式自动垂直钻井系统。该系统采用动态推靠方式实现钻进过程中的主动防斜、纠斜,其中捷联式稳定平台是该系统的核心。该系统主要由基于旋转基座的测量短节、井下发电机、无刷力矩电机、旋转变压器和防斜纠斜执行机构等组成。在稳定平台的控制下,力矩电机驱动执行机构中的盘阀对过流的钻井液进行控制,利用活塞驱动翼肋推靠井壁,产生具有纠斜作用的侧向推靠力,以实现防斜、纠斜功能。宁深1井的现场试验证明,捷联式自动垂直钻井系统工作原理正确,结构可靠,能够在主动、适时防斜的同时,有效释放钻压,提高钻速。该系统的研制成功为直井的防斜打快提供了一种新的技术手段,具有广阔的应用前景。      

垂直钻井系统中央控制器设计

石油钻探中,在高陡构造、断层、盐层等地质情况下,容易出现井斜角过大问题。垂直钻井系统是一种具有主动防斜能力的自动化井斜控制系统,将井下测斜和纠偏技术结合在一起,实现钻进过程中井斜角自动测量和纠偏。垂直钻井系统中央控制器,是垂直钻井系统实现井下自动化控制的核心电子模块,主要功能包括读取测斜模块测量的井斜和高边工具面角信息,通过预先设定的控制策略,控制液压执行器的开启和关闭,从而实现系统的纠斜功能;同时中央控制器具有记录井下数据、同地面设备通信、系统自捡和现场调试等功能。下井实验证明了中控设计的合理性。     

捷联式自动垂直钻井系统

针对高陡构造及大倾角地层的防斜打快难题,成功研制了具有自主知识产权的捷联式自动垂直钻井系统。该系统采用动态推靠方式实现钻进中的主动防斜和纠斜,主要由捷联式稳定平台和防斜纠斜执行机构组成,其中由基于旋转基座的测控短节、电源短节、伺服短节组成的捷联式稳定平台是捷联式自动垂直钻井系统的核心。在稳定平台的控制下,伺服短节驱动防斜纠斜执行机构中的盘阀对过流的钻井液进行控制,利用活塞驱动翼肋推靠井壁,产生具有纠斜作用的侧向推靠力,以实现有效的防斜、纠斜功能。通过捷联式稳定平台地面联调试验和现场试验,初步验证了系统工具的可行性、稳定性和可靠性,为工具进一步改进和现场试验提供了技术支撑。     

捷联式自动垂直钻井系统现场试验研究

研制的捷联式自动垂直钻井工具由稳定平台及防斜纠斜执行机构2部分组成,采用动态推靠方式实现钻进过程中的主动防斜、纠斜,释放钻压。在安顺1井的2 436.00～2 610.79m井段试验,井斜由6.25°成功纠斜到了0.25°;平均机械钻速1.02m/h,比常规钻进方式提高25.9%;平均钻头进尺87.4m,比常规钻进方式提高18.3%。该工具的可靠性及使用寿命符合设计要求,降低了钻井成本。     

垂直导向钻井工具姿态测量方法研究

自动垂直导向钻井工具是复杂结构井的钻井新工具,它通过自动控制作用在井壁的推靠力以控制钻进方向,实现纠斜稳直的目的。因此,导向钻井工具姿态测量方法研究是实现自动垂直导向钻井的重要基础。基于对垂直导向钻井工具姿态测量原理的分析,研究了近垂直条件下采用重力加速度计测量工具姿态时不可测和测不准的问题,为解决以上问题,提出了重力加速度计的非正交测量方法,并对典型姿态角度进行理论分析与计算推导。解算结果表明,与常规方法相比,非正交测量方法的姿态测量误差大幅减小,改进效果显著,满足了垂直导向钻井工具的测量精度要求。通过水力驱动测试试验,验证了重力加速度计非正交测量方法的有效性。     

Φ311自动垂直钻井系统技术探讨

在钻井过程中,有效实现高陡地层的防斜打快是一个普遍存在的技术性难题。传统的防斜纠斜方法,大多以牺牲钻压、降低机械钻速为代价,防纠斜效果不明显,因此具有较多弊端。Φ311垂直钻井系统是克拉玛依钻井工艺研究院历时多年研制成功的井下工具,是机、电、液一体化的井下智能自动垂直钻井系统。该系统已在新疆油田成功应用两井次。试验结果表明,该系统各项指标均达到设计要求,满足了高陡易斜难钻地层防斜打快的技术要求。本文主要对该垂直钻井系统的结构、工作原理、配套技术及现场应用等情况进行论述。     

自动垂直钻井工具纠斜控制实验研究

为了探讨井下纠斜控制的客观规律，基于自动垂直钻井工具原理样机，开展了井斜自动控制的实验研究。通过分析基于重力加速度计的井斜测量?理，并结合样机纠斜机构的工作原理，提出了对各纠斜机构的工作区域进行合理划分的实施方法，并根据该方法以及借助虚拟仪器技术实现了在原理样机上的井斜实时控制系统的开发。借助该套系统，目前已可实现不小于0.15°的井斜控制精度。     

垂直钻井系统纠斜机构脉宽调制控制研究

为解决自动防斜垂直钻井系统在井下纠斜时纠斜方位难以准确控制的问题,开展了垂直钻井系统井下纠斜力连续控制的研究.在不改变钻具组合、元件和参数的前提下,建立了钻具导向纠斜机构机电液系统的动力学模型,推导出控制元件二位二通电磁阀在钻杆一个旋转周期内的通断时间与机构输出纠斜力的幅值及钻杆转速之间的函数关系;根据钻杆转速确定脉宽周期T,再根据目标纠斜力计算出电磁阀的断电持续时间Δt,在脉宽周期T内让电磁阀断电Δt,即可使纠斜机构输出预期的纠斜力.结果表明,试验模拟钻杆转速为65 r/min,在1个脉宽周期内对电磁阀分别断电50,60或70 ms时,液压缸目标控制压力(即纠斜力)分别稳定在7.0,5.0和3.5 MPa左右.研究结果表明,采用脉宽调制控制方法调节自动垂直钻具的井下纠斜力,能将纠斜力控制在稳定的目标值.