自动垂直钻井中井斜动态测量理论与实验研究

井斜动态测量是指在钻井过程中对井眼的井斜角、工具面角等物理量的实时检测和信息的提取,比静态测量复杂,钻具的振动和转动均会导致相应的井斜测量信号严重失真,但其中的振动信号可用低通滤波器滤除,而钻具转动对加速度计所产生的离心力导致的测量信号的失真,则必须通过诸如转速补偿之类的修正才能去除.低通滤波器可选用一定阶数和转折频率的巴特沃斯滤波器,而加速度计输出的转速补偿则须预先对加速度计进行标定.利用专门的实验装置对井斜动态测量的方法及其具体实现进行了有效的验证.     

FG型防斜工具的设计研究

钟摆钻具、满眼钻具、偏心钻具等防斜钻具组合在特定的条件下起到了一定的防斜作用,但其防斜效果受钻井操作参数的影响较大,有时不得不降低钻进速度以求得到较小的井斜率。为了解决上述问题,设计了FG新型复合式高效防斜工具。FG型防斜工具的显著特点是其防斜效果受钻压、转速等钻井参数影响较小,钻头侧向力大小基本不随钻压改变,在旋转过程中钻头侧向力方向可以不断变化。FG型防斜工具可以在正常钻压及转速条件下钻进,并将井斜控制在较小的范围之内。理论研究和算例分析表明,FG型防斜工具具有良好的防斜效果。     

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。     

捷联式自动垂直钻井系统井斜方位动态测量算法研究与应用

捷联式自动垂直钻井系统是针对高陡构造及大倾角地层的防斜打快难题而提出的一种新型自动垂直钻井工具.在小井斜动态旋转条件下,提出一种新的捷联式自动垂直钻井井斜、方位角动态测量算法,并针对不同倾斜角、不同钻铤转速等因素对算法进行仿真研究.结果表明,未经误差补偿的动态解算结果可用于自动垂直钻井的方位角动态测量.只是其精度受倾斜...     

一种新型垂直钻井工具

井斜在石油钻井过程中经常发生，它的危害很大。文中介绍的垂直钻井工具的工作原理与常规的“钟摆”、“满眼”不同，它通过柱塞把侧向力直接施加在钻头上。由于侧向力大且与钻具组合和钻井工况无关，因此，防斜效果好。这种垂直钻井工具是纯机械结构，没有电子器件，所以结构简单、维护方便、工作时间长、成本低。文章介绍了该工具的结构、工作过程，通过理论分析证明原理可靠。该工具已获国家专利，专利号是2004200894716。     

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.      

多参数随钻测井系统问世——一网打尽电阻率、伽马、井斜、方位、工具面等参数测量

5月26日，记者从中国石油钻井技术研究院北京石油机械厂了解到，国内首套具有自主知识产权的多参数随钻测井系统（CGLWD）在四川成功应用。     

射流式冲击器在小井眼钻井中的应用前景

本文从射流式冲击器的工作原理及破岩机理入手，从理论上分析了射流式冲击器在小井眼钻井中的应用前景；认为利用冲击─回转联合钻进可以提高小井眼的钻井速度和防止井斜，对提高钻井质量、降低钻井成本有着重要的意义。     

普光气田防斜打快技术研究与应用

井斜问题是油气井生产中一个非常突出的难题，尤其是在高陡构造的深井钻井中，如何实现防斜打快一直是钻井界努力探索的课题。为此，介绍了普光气田防斜打快技术研究取得的新进展。实践表明，复合钻井、垂直钻井、空气钻井、空气冲击钻井在普光气田实现了防斜打快的预期目标，成为了加快普光气田勘探开发进程的重要技术。分析认为，垂直钻井技术、空气钻井技术和空气冲击钻井技术将会成为国内深井、特别是高陡构造深井、超深井防斜打快的核心技术之一。     

自动垂直钻井工具分类及发展现状

从石油钻井和地质钻探两方面阐述了自动垂直钻井技术的原理及优点,按照不同结构及工作原理对自动垂直钻井工具做出分类,并简要分析了各类工具的优缺点。随后在上述分类基础上系统归纳了国内外现有垂直钻井工具及其技术特点,剖析了国内外自动垂直钻井工具之间的技术差距。最后总结出自动垂直钻井工具存在的问题,指出工具今后的发展趋势为小型化、可取心、高精度和长寿命,并对其未来的研究思路与方法提出建议:对执行机构零部件结构和布局进行优化,在减小工具外径的同时增大工具内部空间,使工具在小口径井眼垂直钻进的同时还能进行取心作业;对电控式垂直钻井工具的测控传感器及其密封系统进行优化改进,使工具整体耐温耐压性能得到提高;对机械式垂直钻井工具的偏重平台在井下复杂环境下的响应规律进行研究,并探索相应的误差抑制补偿方法,以提高工具的井斜控制精度。     

工具面动态控制钻井系统的室内研究

常规钻井作业中,造斜段一般使用弯角马达滑动钻进完成,易产生工具面漂移,传统方法对工具面调整时需要停钻,易引起作业效率低和卡钻等问题。为此,设计了工具面动态控制钻井系统,并完成软件控制和顶驱角度精确定位系统研制。钻井系统主要由现场监测系统、软件控制系统和顶驱精确定位系统组成。通过实时监测工具面,软件控制系统可自动判断工具面偏移情况并发送指令至顶驱精确定位系统,定位系统调整顶驱角度,从而实现滑动钻进过程中工具面的自动控制。室内试验结果表明,电机无论是在空载、带载还是正反转情况下,顶驱角度精确定位系统的定位精度都控制在2°以内,响应时间不超过4 s。     

动态指向式旋转导向钻井工具测控系统设计与性能分析

为了开发高性能的旋转导向钻井工具系统,进行了动态指向式旋转导向钻井工具测控系统设计与性能分析。在自行设计的动态指向式旋转导向钻井工具原理样机的基础上,设计了测控系统,分析了其关键技术;通过模拟实际钻井工况,测试分析了测控方案的可行性,检验了测量信号处理与控制算法的有效性。测试结果表明,应用互补滤波算法,能够将工具面角动态测量波动降低84%;采用永磁同步电机电流环、电机转速环、稳定平台对地转速环和稳定平台位置环的四环控制系统,除满足导向钻井的性能指标外,在粘滑度为200%工况下,还可以将系统工具面角波动控制在±5°范围内。研究结果表明,互补滤波算法能够有效提高工具面角的动态测量精度,四环控制系统能够实现工具面角的快速稳定控制,测控性能指标能够满足钻井工程技术要求。      

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。     

丛式井定向钻井造斜工具面的优化控制分析

丛式井钻进时直井段不能完全打直,造成造斜点处井斜方位角偏离较远。如果在造斜点处直接朝着目标方位定向造斜,受井眼惯性的影响,井底不能及时靠近设计线,从而使丛式井防碰问题更加严重。为此,从整个平台的安全角度出发,结合"三维绕障"方向计算模型,确定了初始定向工具面的安全范围,同时结合BZ34-4WP平台讨论了定向工具面不在确定的范围内时对井眼轨迹控制的影响。分析结果表明,考虑平台槽口整体安全情况和直井段轨迹数据以及目标井斜方位后,确定出初始定向工具面角的安全范围更为科学。     

连续管钻定向井工具面角调整方法研究

为了解决连续管钻井定向过程中存在的工具面角调整偏差问题,提出了两段式定向施工设计方法.以斜面扭方位计算模式为理论基础,根据工具面角的调整特点,建立了双圆弧定向轨道设计模型,利用数值迭代法对其轨道约束方程组进行求解,从而得到符合定向设计要求的井眼轨道方案.实例计算结果表明,工具面角调整符合定向调整特点,设计的井眼轨道光滑,满足各项井眼约束条件.研究结果表明,两段式定向施工方法理论设计切实可行,符合定向要求,解决了连续管定向偏差问题,具有现场实际应用价值.      

连续管钻井电液定向装置工具面调整方法

针对连续管钻井过程中工具面难以及时摆正的问题,研究了连续管钻井电液定向装置工具面调整方法。在设计连续管钻井电液定向装置结构的基础上,应用空间圆弧轨迹矢量描述方法,按照工具面调整方式及该电液定向装置的结构特点,提出了适合该装置调整工具面的方法,并建立了滑动螺母运动位移与工具面调整角度的函数模型。研究发现,控制滑动螺母在一个行程（0~110 mm）内往复轴向移动,可带动定向装置中的螺旋芯轴双向旋转工具面;工具面角在0°~360°范围内变化时,滑动螺母运动位移与工具面角调整量呈“折线”关系,且在每条“折线”的两斜直线段上,滑动螺母运动位移随工具面角调整量均呈线性增加关系。研究结果表明,该新型连续管钻井电液定向装置的工具面调整方法切实可行,有助于提高连续管钻井效率,有利于推动国内连续管钻井技术的研究与应用。      

井底钻压测量数据校正方法研究与应用

钻压测量工具都是基于轴向应变来测量测点处的轴向力,受安放位置、井底压力和井底温度等环境的影响,测量值并非钻头处实际钻压。为此,研制了近钻头钻井多参数测量工具,开展了测量轴向力校正为真实钻压的研究。钻压测量工具测点处的轴向力是各种作用力的综合结果,通过对钻压测量工具测点处轴向力的影响因素及受力分析,得到了获取实际钻压的计算方法。所研究的钻压校正计算方法适用于所有利用应变原理测量钻压的工具。现场试验数据验证结果表明,该方法解决了提取实际钻压的问题,为有效利用井底测量钻压提供了支持。     

陀螺测斜与测固井质量一体化技术研究与应用

为了解决水平井段或大斜度井段无法实现陀螺复测和深层防碰风险高的问题,同时为上返补孔和侧钻创造条件,研究了陀螺测斜与测固井质量一体化技术。设计了专用陀螺挂接筒,实现了陀螺测斜仪器与测固井质量仪器的有效挂接,通过缆芯分配与信号传输方案设计,实现了两套系统独立工作。研究形成了陀螺测斜和测固井质量一体化技术方案。陀螺测斜与测固井质量一体化技术在现场应用中测井过程顺利,复测井段60~1 400 m,作业耗时14 h,比传统两趟作业节省12 h;测井效果良好,所测数据满足陀螺复测和固井质量评价技术要求;串联工具串比单独陀螺作业增加了电缆头张力及CCL等辅助信号,能够准确地判断井下仪器状态,降低施工风险,满足了大斜度井作业要求。该技术的开发成功为海上丛式井深层防碰提供了资料录取手段。     

连续管钻井电液定向器工具面角度调整分析

针对连续管钻井(CTD)过程中无法实时摆正工具面的问题,在设计CTD电液定向工具(EHO)的基础之上,分析了该工具实时调整工具面的方法。以连续管钻水平多目标井为例,在建立大地坐标系与EHO局部坐标系的空间位置变换关系基础上,根据工具面角度调整特点及电液定向工具的结构参数,得到了适合EHO控制工具面角度的调整方法,即控制活塞的往复轴向移动,使工具面角度能够在-180°~+180°范围内精确调整,并得出工具面角度变化与活塞位移的关系。现场试验结果表明,在该调整方法的指导下,新型EHO满足实时精确双向摆正工具面的要求,解决了传统定向工具定向效率低下的问题。研究结果有助于国内连续管钻井技术的发展。     

原油动态计量和标定

原油动态计量就是通过高精度的流量计,对流动状态下的原油进行连续的计量。用于贸易结算的流量计在使用前后,应分别进行在线实液标定,确定流量计系数及精度,使流量计满足贸易结算的使用要求。在原油中转码头及油库,对卸油和装油的计量通常由计量站完成,计量站一般包括计量系统、标定系统和辅助系统。介绍了原油动态计量和标定的原理、详细阐述了原油计量系统和标定系统的基本构成和主要设备及功能,给出了原油动态计量和标定的工程设计方法。