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。     

旋转闭环钻井系统的力学分析

旋转闭环钻井系统是现代钻井最先进技术之一，它主要由电子控制系统和可变径稳定器组成。其工作原理是电子控制系统稳定器的3个柱塞产生不同的推力，其合力就是所需的侧向力。如何确定各个柱塞的推力大小是技术关键。文中介绍的计算公式较好地解决了这一问题，为电子控制系统的设计提供了理论依据。     

改进型旋转闭环钻井系统（待续）

由意大利ＡＧＩＰ公司和美国ＢａｋｅｒＨｕｇｈｅｓＩＮＴＥＱ公司联合研制的旋转闭环钻井系统,能够在钻柱继续旋转的同时控制井眼轨迹,因而不会影响滑动钻进时的钻速。     

旋转导向闭环钻井系统

通过对比研究国内外有代表性的旋转导向钻井系统的组成及特点,介绍了旋转导向闭环钻井系统的集成方式、井下定向控制单元、地面监测系统,论述了旋转导向钻井工具在旋转钻进时具有连续三维导向和增大延伸长度的能力,可提高钻速,缩短建井周期,降低钻井成本,并详细阐述了国内正在开发的旋转导向闭环钻井系统(MRSS)的定向控制原理、5个组成部分及主要技术特点。认为只有开发和集成钻井信息管理与决策软件,才能充分发挥旋转导向闭环钻井系统的效益     

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。      

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。     

旋转闭环钻井系统在文莱海上钻井中效果显著

文莱海上ｌｒｏｎＤｕｋｅ油田是由文莱壳牌石油公司经营的,迄今已钻了１４口井,获得了许多钻井经验,其中一个项就是进行有控制的定向钻井,在旋转闭环钻井系统于最近研究成功之后,便对该油田的邻件井数据进行了一次深入的研究,以便确定应用这项新技术是否能能够解决了该油田遇到的所有常见问题,研究结果表明,采用旋转闭环钻井系统能够解决在该油田已发现的所有问题,于是,选择了一口合适的井来试验该系统。并从欧洲运来适合     

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     

导向钻井技术在苏北地区的应用

介绍了无线导向钻井系统和有线导向钻井系统的工艺方法及其在苏北地区的应用情况。通过对比分析，认为两种导向钻井系统均能大幅度提高钻井效率和井眼轨迹的控制精度。     

旋转导向钻井技术及钻井工具应用研究

旋转导向钻井系统是由井下闭环变径稳定器与测量传输仪器(MWD/LWD)联合组成的工具系统,它完全抛开了滑动导向方式,以旋转导向钻进方式自动、灵活地调整井斜和方位,大幅提高了钻井速度、钻井安全性和轨迹控制精度。分析了旋转导向钻井系统的技术特点,介绍了典型旋转导向钻井系统的结构组成、工作原理及发展、应用情况。为超深井、高难度定向井、大位移井、水平分支井等特殊工艺井的导向钻井提供技术支持。     

导向钻井系统在大斜度井中的应用

介绍了导向钻井系统的设计及对导向钻具理论特性的分析，针对河南油田大斜度井的特点，在钻井液性能和钻井工艺方面采取了相应的技术措施，充分发挥导向系统的优越性，提高机械钻速，减少井下复杂等事故隐患，降低钻井成本。     

动态指向式旋转导向钻井工具设计探讨

旋转导向钻井技术在钻大位移井、分支井时具有独特的优越性。井下旋转导向工具是旋转导向钻井系统的核心部件。分析了国内外的旋转导向钻井系统的现有工作方式及优缺点,提出了动态指向式旋转导向钻井工具的设计新思想,介绍了其工作原理及结构,并详述了该工具的设计重点、难点及解决措施。     

旋转导向钻井系统控制井眼轨迹机理研究

分析了井眼轨迹的旋转导向机理及井眼轨迹旋转导向偏差矢量控制方法的原理，同时还对常规井眼轨迹控制方法与偏差矢量控制方法进行了比较。     

旋转导向钻井工具试验台加载控制系统的研究

为了测试在实际钻井过程中钻井工具的工作性能,研制了旋转导向钻井工具性能测试试验台,并开发了一种加载控制系统,应用于试验台模拟加载装置。该试验台主要用来模拟钻井工具在实际钻井过程中所受的扭矩和轴向力。根据其数学模型分别建立了模拟加载装置的液压缸、磁粉制动器和比例溢流阀的传递函数;运用模糊推理方法使用模糊自适应PID控制器计算出输入和输出之间的关系,进行PID参数的最佳调整;然后应用Matlab软件中Simulink模块将所设计的控制方法与常规PID控制方法的仿真结果比较。分析结果显示:模糊自适应PID控制方法具有更快的响应时间、更强的抗干扰能力;设计的模糊自适应PID控制方法提高了指向式旋转导向钻井工具试验台控制的灵敏度,满足对试验台较高控制精度的要求。所得结论可为旋转导向钻井工具的性能研究提供参考。     

旋转导向系统在彭页HF-1井的应用

由于彭页HF-1井在钻进过程中钻速仅在2.62 m/h左右,同时井眼轨迹难以控制,最大井斜角达到16°,采用螺杆钻具纠斜效果仍不明显,这些都给该井的施工带来困难,所以决定采用哈里伯顿旋转导向技术。为此介绍了EZ-Pilot旋转导向系统的结构、性能及其优点,基于其在彭页HF-1井的应用情况,分析了其应用效果。现场应用情况表明,采用EZ-Pilot旋转导向系统解决了传统导向造斜工具施工长水平段水平井时存在的摩阻大、井眼清洁度低的问题,满足该井钻完井施工作业要求。在机械钻速、井眼质量等方面,旋转导向系统都表现出良好的性能,其机械钻速要明显高于螺杆钻具,特别是在水平井段这种优势更明显,同时井眼的狗腿度每30 m仅在6°以内,保证了井眼的光滑。     

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井眼轨道闭环控制技术是当今国内外钻井技术领域的研究热点，而地面与井下的信息传输是这一高新技术中的重要环节。目前，地面与井下的无线信息传输系统主要是采用钻井液脉冲方式，而如何提高传输深度和传输速率一直都是钻井液脉冲传输系统的研究主题。文章基于多相流理论，研究了钻井液脉冲信号的传输速度及其影响因素，分析了信号的动态传输特性和衰减规律。研究表明：脉冲信号在井筒中的往复传播类似于阻尼振荡；信号频率和钻井液粘度是影响信号衰减的主要可控因素；给出了一些计算和分析实例。文章的研究对现有钻井液脉冲传输系统的改进以及新系统的开发都具有参考价值。     

智能旋转导向工具核心控制器的仿真研究

提出井眼轨迹智能导向工具——可控偏心器核心控制器的仿真研究方案,设计了可控偏心器翼片缸压合矢量控制的仿真硬件电路及相应软件。实验结果表明,在正常与扰动情况下,可控偏心器的井下控制系统能够自动将翼片缸压合矢量调整到给定值。