自动垂直钻井工具系统整体性能试验台架设计

为了验证自动垂直钻井工具系统的整体性能是否满足设计要求,研制了自动垂直钻井工具系统整体性能多功能试验台架。试验台架采用多级耐腐蚀离心泵为主的清水循环系统,通过变频来模拟实际钻井中钻井液流量的变化,确定工具对排量的适应范围;采用模拟转盘旋转装置有效模拟实际钻井中工具旋转的工况。地面试验结果表明:该台架设计合理,功能齐全,满足了自动垂直钻井工具系统的功能试验要求,缩短了工具研发周期。所得结论可为自动直钻井工具系统的现场应用提供参考。     

全旋转推靠式自动垂直钻井工具的研制

为了打破国外公司在自动垂直钻井工具方面的技术封锁,实现在高陡地层的防斜打快,研制了全旋转推靠式自动垂直钻井工具。该工具在旋转的情况下,通过测量模块完成井身轨迹的井斜角和方位角等信息测量。井下微处理器将其与预置的井眼轨迹参数进行比较,当井斜角超过规定范围,通过井下小闭环自动控制系统限定工具内部控制轴的方向,从而使执行矩形推力板旋转到高边时张开并推靠上井壁,实现工具的纠斜功能。在执行机构矩形推力板交替推出时,则实现了工具的稳斜功能。试验验证工具性能达到设计要求,工具在井斜角小于等于1°的情况下实现了纠斜和稳斜功能。     

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。     

自动垂直钻井执行系统试验研究

在自动垂直钻井系统中,要求执行系统能够对控制系统的指令做出迅速、准确的响应。由于执行系统的结构复杂,通过理论模型研究的方法很难得到其准确的性能参数。建立了室内模拟试验系统,完成了执行系统工作性能的试验研究,得出了其压力-上盘阀驱动扭矩、流量-压力、压力-纠斜力拟合曲线和关系式,并证明了研制的执行系统的工作性能符合自动垂直钻井系统的控制要求。     

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。     

自动垂直钻井系统执行机构性能模拟试验

为了实现自动垂直钻井功能,要求执行机构能够对控制系统的指令做出迅速、准确的响应。由于执行机构的结构复杂,通过理论模型研究的方法很难得到其准确的性能参数。因此,建立了室内模拟研究系统,完成了对执行机构工作性能的试验研究,得出了其压力-上盘阀驱动扭矩、流量-压力、压力-纠斜力的拟合曲线方程,为自动垂直钻井系统现场试验提供了选择技术参数的依据。试验结果还表明,研制的执行机构的工作性能符合自动垂直钻井系统的控制要求。     

Φ311mm垂直钻井系统的工作原理及现场应用

Φ311mm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钻井系统。该工具可实现在高陡地层,特别是在山前构造带地层的防斜打快技术。目前,该系统已在新疆油田试验两口井次,并获成功。试验结果表明,该系统各项指标均达到设计要求,满足了闭环控制的设计要求,具有广阔的应用前景。     

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。     

Φ311垂直钻井系统原理及应用

传统的高陡地层钻井防斜纠斜方法无法经济、高效地解决在大倾角、陡构造、断层、地应力异常等地层的防斜打快问题。通过对垂直钻井系统的结构、工作原理及现场应用等情况分析,认为311垂直钻井系统是一种集机电液一体化的井下智能自动垂直钻井系统。应用结果表明,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。