智能钻柱设计方案及其应用

用旋转导向钻井工具在复杂地质条件下钻复杂结构井、特殊工艺井以及建设智能油井是21世纪的重要课题和发展方向之一。分析了钻井液脉冲无线随钻传输以及电磁波传输所存在的问题,指出采用导线传输方式既能由地面向井下输送足够的电力以电控井下仪表传感器和专用硬件,同时又能建立10^～10^6b／s的超高速率传输多类参数的有线实时双向闭环钻井信息“高速公路”。提出了智能钻柱的设计思路及方案,并分析了智能钻柱的功能、优点。     

复杂地质条件下复杂结构井的钻井优化方案研究

在复杂地质条件下钻复杂结构井及特殊工艺井时,在地质和工程方面存在许多不确定性因素和复杂性问题.随钻导向、实时优化、井下动态诊断及其集成技术是解决这些难题的有效途径,基于智能钻柱,提出了把上述三项技术集成为一个整体的集成化的SOD系统;应用智能钻柱及其相关配套技术能提高双向闭环信息传输速率达10⁴～10⁶bps,同时能从地面向井下输送10～25kW的电力.给出了智能化钻井“导向—优化—诊断”集成系统总体结构设计方案.该系统能使地质条件透明化,使钻井过程简化并能提高钻井效率,有利于精确控制井身轨迹,可随钻分析钻柱(尤其是底部钻具组合、钻井工具)的力学行为,能优化钻井过程,实时识别和处理井下异常工况,能降低钻井成本约20%.     

智能钻柱信息及电力传输系统的研究

信息与电力传输是智能钻柱的重要组成部分。分析了地面与井下通信技术的发展概况,指出了目前常用的几种传输方案所存在的问题及其局限性。智能钻柱采用导线传输方式,既能由地面向井下输送足够的电力,同时,又能建立300-500kb／s传输速率的地面与井下双向信息“高速公路”,进行了地面模拟试验,并取得预期结果,从而说明了智能钻柱设计方案的可行性及优越性。     

应力波井筒数据传输技术综述

长期以来,油气勘探与钻井业对随钻数据传输技术进行了不懈的研究,产生了泥浆脉冲、电磁波、声波等无线数据传输技术及各类有线数据传输技术,各种传输技术都有自己的局限性,本文阐述了在钻井过程中使用应力波通过钻柱实时传输井下数据的关键技术,并介绍了应力波在钻柱传输特性,信号发送与接收,数字通讯及强噪声背景下微弱信号的混沌振子检测等方面的研究成果以及克拉玛依钻井工艺研究院研究的应力波MWD。     

沿钻柱测量技术及其发展方向

深层、超深层、复杂地层和深水油气藏存在钻井施工难度大、周期长和井下故障多等问题,为安全、高效、快速钻井,需要实时监控井内压力、温度等参数。为此,介绍了NOV公司沿钻柱测量系统的构成,分析了沿钻柱测量技术在井眼净化监测、卡钻位置判断、钻井液漏失位置判断、漏失试验与地层完整性试验、井涌探测、钻柱及钻头工况分析等场景中的应用情况,指出了沿钻柱测量技术的发展方向,包括：完善随钻测量解释模型和应用场景、数据深入挖掘以及多参数可视化智能展示技术;优化传感器网络布局,开发替代有缆钻杆的高速信息传输网络,以提高其经济性;结合当前的技术需求和技术发展趋势扩展应用,以实现更多应用场景。在此基础上,对我国发展该技术提出了具体建议,建议持续完善井下工程参数测量系统、促进有缆钻杆商业化应用,在二者相对成熟后,逐步实现分布式测量传输。分析认为,采用常规钻柱和改进的分布式钻柱测量工具,利用智能微球分时传输技术实现分布式测量传输,是值得进一步研究的低成本沿钻柱测量路径。     

自动化智能化钻井技术进展

在介绍旋转导向钻井技术和地质导向钻井技术等近几年来钻井新技术发展的基础上,阐述了下一步钻井技术的发展方向,构建了自动化智能化钻井新技术的发展框架;通过开展随钻地震技术、近钻头测量技术等钻井新技术的研究攻关,实现钻井过程的随钻预测及自动控制;通过开展智能钻杆技术实现井下数据与地面数据及控制指令的高速率传输,最终形成闭环钻井系统,实现自动化智能化钻井。     

一种智能钻杆的现场试验显示了其技术实用性

新研发的智能钻柱组成部件每秒可以传输数据2Mbit,并且经过测试成功应用于商业钻井.本文详细叙述了智能钻柱在钻井现场的试验过程,试验主要针对钻井操作过程中整个网络的运行特性以及机械拆卸和组装井下各种测量仪器并使之兼容到智能钻柱网络中.这项新技术可以提高井的产能、减少钻井周期和钻井成本、强化井控安全.该智能钻柱系统包括一条由耐高压管线保护的高速数据电缆.电缆的终端是感应线圈,安装在每个接头的双台肩母扣里的二次扭矩台肩的键槽内.系统设计支持高速、高容量、数以百计的坚固的测量节点之间的双向数据传送,能使我们不只是在钻头上而是在整个钻柱上捕捉关键数据.另外,它还支持高可靠性的随钻测量工具并且可以同步控制井下工具.与普通钻机程序相比系统提供了更加稳固、可靠的操作.     

套管磨损防护技术应用研究

在大斜度井及大位移井钻井过程中,钻柱摩阻过大,常常导致送钻困难、顶驱能力超限、钻柱和套管磨损严重等复杂情况,给正常的钻井作业和完井作业带来很大困难。从套管磨损机理分析入手,研究了造成钻柱摩阻增大的主要因素。对各种方案和工具进行对比分析,重点阐述了几种用于减少钻柱摩阻的井下工具的工作原理及其使用条件,指出在大斜度井施工过程中使用减磨接头,能够大大降低钻柱的摩阻和扭矩。现场应用表明,在大斜度试验井施工作业过程中,使用井下减磨工具在钻井过程中可将钻柱扭矩降低10%~30%,减磨效果良好。井下防磨工具在防治大斜度井和大位移井套管磨损方面具有很好的效果和广阔的应用前景。     

智能钻井发展现状研究

鉴于海洋钻井平台上严峻的生存环境以及智能钻井在安全、质量、成本、时间等方面具有相对于传统钻井的优势,智能化成为了钻井设备发展的必然趋势。智能钻井主要分为井下工具的智能化、井上智能钻井系统和高速大容量的信息传输通道。学科综合和信息的高效传递是智能钻井的显著特征。在海洋钻井和复杂地质情况下,智能钻井必将得到极大的应用。总结了近年来石油钻井行业在智能化方面取得的进展。认为信息的高效传递、工具小型化、井下机器人和智能钻井系统与智能井下工具的结合是智能钻井的发展方向。     

钻柱振动录井的研究现状及发展趋势

钻进过程中钻头破岩会引起钻柱的轴向、横向和扭转振动,这种振动携带了井下钻头、所钻地层和钻柱的信息.利用在钻柱顶部测量的振动信号,监测井下钻具的工作状态,获取钻头下方地层特性的技术称之为钻柱振动录井.对钻柱振动录井技术的基本原理、钻柱振动特征、测量仪器、数据处理方法和存在的主要问题及发展趋势作了系统分析,认为:钻柱振动录井可用于井下工况监测、地层评价与钻前预测,具有很好的发展前景;钻柱的传播效应使井下振动信号发生了强烈畸变,发展钻柱振动录井的关键是引入新型信号分析方法,分离钻头、钻柱、地层信息,有前景的方法包括反褶积、小波分析、独立成分分析等;无线传输、多参数、多分量钻柱振动测量手段的应用将有助于信号分析和井下信息提取.     

南海西江大位移井钻完井工艺分析研究

南海西江大位移井工程是国内海洋石油开发方案中的一个成功模式,为高效开发海洋边际油田闯出了一条新路。以南海西江已钻6口大位移井的工程资料为基础,结合有关的理论分析与科学计算结果,深入分析和总结了南海西江大位移井钻井与完井工艺的技术特点和成功经验,主要研究内容:井身剖面及井身结构设计,井下扭矩/摩扭预测与控制,井眼轨迹导向控制,井壁稳定与井眼清洁,下套管作业,钻头选型以及相应的完井与诱喷等工艺。这套钻完井工艺,不仅具有科学的理论依据,而且经过现场应用,验证了其具有重要的参考价值。     

ZTS电磁波随钻测量系统及其现场试验

俄罗斯定向钻井主要采用的是电磁波随钻测量方式,相关研究较早,技术也比较成熟。经中国石化集团总公司科技部安排,在胜利油田对俄罗斯ZTS - 172M电磁波无线随钻测量系统进行了性能测试。通过现场应用,对俄制电磁波随钻测量仪器的基本结构、工作原理、系统优点以及待改进问题等有了基本了解。并对俄罗斯EM -MWD电磁波无线随钻测量系统进行基本介绍和现场试验情况总结。     

21世纪中国钻井技术发展与创新

阐述了自动化钻井的理论与优点并重点介绍了自动化钻井的10项主要技术。建议21世纪初期重点发展复杂结构井的产业化技术、钻井信息技术、绿色钻井液及其精细化学品、深井超深井技术、现代平衡钻井技术、油气层保护技术、柔管钻井和小井眼产业化技术、钻井理论研究等8个方面。钻井既是一项地下工程,就需要发展井下控制技术并将目前地面遥控的闭环钻井信息流的主要部分移到井下,逐步使钻井信息的采集和处理以井下为主,并使钻井的决策与控制主要在井下直接进行。提出了研制井下钻井微软、井下地质微软和井下油藏微软的意义,提出了井下随钻信息集成系统的原理和研究随钻闭环自动导向钻井技术创新工程的思路和技术路线。     

用于全过程欠平衡钻井施工的井下封井器

针对常规的欠平衡钻井工艺不能解决起下钻、完井等作业过程中井底欠平衡压差的连续保持,无法实施全过程的欠平衡作业问题,研制了可用于全过程欠平衡钻井作业的井下控制工具——井下封井器。室内试验与现场应用情况表明(1)采用井下封井器实现了全过程的欠平衡钻井,显著提高了欠平衡钻井工艺水平和作业水平,起下钻过程中不需预先加入重钻井液,因此可有效地保护和发现油气层;(2)井下封井器与使用不压井强行起下钻设备相比,大大减少钻井作业时间,其适应性和使用性能更好,完全可以取代不压井强行起下钻设备。     

留西地区防塌钻井液技术

留西地区在钻井过程中因井壁严重失稳极易导致大段划眼,甚至卡钻等井下复杂事故的发生。为解决这一问题,对该地区地层特点、典型井易塌段地层黏土矿物组分以及地层压力系统和地层水进行了分析,找出了发生井壁不稳定的原因,建立了有针对性的技术研究路线。在室内试验的基础上,优选出了适应于该地区地层特点的KPAM-NPAN-SMP-BYL聚合物防塌钻井液体系。6口井的现场应用表明,所选择的钻井液技术较好地满足了留西地区的钻井要求,解决了因井壁失稳导致的井下复杂事故的发生,易塌层的平均井径扩大率小于15%,井下复杂事故明显减少,钻井周期缩短近一半,完井电测成功率提高了33个百分点。该技术的应用,不但能解决留西地区的防塌难题,而且操作简单、维护方便、费用较低,具有广阔的应用前景。     

井下隔离法全过程欠平衡钻井技术及应用

全过程欠平衡技术是指在不压井的条件下实现欠平衡钻进、不压井起下钻具、电测仪器、完井管具等。井下隔离技术是利用套管阀将井下的油气和压力封隔在阀板以下，是目前最实用的一种不压井作业技术。因此,决定在胜利油田渤深6-13井采用该技术。在详细分析全过程欠平衡技术特点和技术关键的基础上，根据渤深6潜山的地质情况，结合该区块欠平衡作业的经验，针对该井制定了不压井作业施工方案，配套完善了欠平衡装备和工具，对施工人员进行了技术培训，最终利用井下套管阀成功地实施了从钻进到下筛管的全过程欠平衡作业。     

智能完井技术与装备的研究和现场试验

智能完井技术是一项集动态监测、实时控制与生产优化为一体的系统技术,在复杂结构井、油气藏复杂井和海上油气井的优化生产、控制开采、减少修井作业及提高采收率等方面具有显著的优势。在介绍智能完井技术的工作原理、装备结构和特点基础上,重点就研制的关键技术装备,包括井下多级液控遥控阀、穿越式封隔器、动态监测系统等进行了阐述。现场试验结果表明,研制的智能完井系统可以实现井下动态实时监测及各层段流量控制,井下液控阀可以实现遥控功能,多级调节流量的效果明显;光纤动态监测系统读取数据准确、稳定、可靠,满足现场要求;智能完井管柱顺利下井并投产,完井工艺通过了现场检验。     

沙特阿美公司KHRS区块完井工艺技术

沙特阿拉伯KHRS区块(以下简称KHRS区块)的油藏压力只有12.5MPa左右,无法满足自喷采油的要求。在2007年7月份开始的第一轮生产井的完井作业中,阿美公司主要使用全油基泥浆完井液,采用了Zenith电潜泵(ESP)举升完井。油基钻井液密度低、润滑性能好,且不和岩石发生反应,有利于水平井水平段钻具钻压、扭矩的输送,不易和引起低压油藏的漏失,降低油藏污染。KHRS区块采用的ESP可以实现可变驱动速度、实时井下监测,可用于高含水量、高气油比、高PI指数的油井开采,提高开采产量。阿美公司在沙特阿拉伯KHRS区块制定了严格的完井工艺。通过连续几口井作业,总结了阿美公司KHRS区块完井作业程序,分析了ZENITH电潜泵的下入特点及注意事项,对电潜泵完井工艺的设计及实施作业有一定的参考价值。