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。     

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...     

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。      

φ311mm自动垂直钻井系统在宣页1井的应用

宣页1井的地质构造具有地层倾角大、各向异性、可钻性差及自然造斜能力强等特点,采用多种传统防斜钻具组合钻进,依然无法较好地防止井斜。为此,研制了φ311 mm自动垂直钻井系统。该钻井系统包括稳定平台及防斜纠斜执行机构2部分,可以有效解决高陡构造及大倾角地层的防斜打快问题,能够完全释放钻压,在保证井斜精度的前提下,可大幅度提高机械钻速,缩短钻井周期,降低钻井成本。该系统在宣页1井的应用中总进尺210.88 m,纯钻时间64 h,机械钻速3.29 m/h,与传统钻具相比,钻速提高114%,并收到明显的纠斜效果。     

捷联式自动垂直钻井稳定平台控制系统仿真研究

自动垂直钻井系统是一种能够自动有效控制井斜、保证钻头始终沿垂直方向钻进的机电液一体化集成钻井装置,可有效解决高陡构造地层防斜打快问题。以胜利石油管理局钻井工艺研究院自主研发的捷联式自动垂直钻井系统为背景,对其稳定平台的结构和工作原理进行分析,在钻进和纠斜2种不同的工作模式下稳定平台采用不同的控制结构,并在Ansoft/Simplorer环境中建立了控制系统的仿真模型。仿真分析结果表明,所设计的控制方法动态跟踪特性良好,稳态偏差较小,具有较强的抗干扰特性,为捷联式稳定平台控制系统的进一步开发和优化提供了理论基础。      

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。     

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。     

φ311mm垂直钻井系统现场试验分析

油气井防斜、纠斜问题是钻井过程中普遍存在但一直未能彻底解决的经典性难题之一。经过数年攻关,开发出具有自主知识产权的φ311mm主动式垂直钻井系统,并分别于2009年9月及11月相继在T82066井、T82065井进行了首次试验,获得成功。从φ311mm垂直钻井系统自身结构特点出发,结合现场实际,对现场试验方案、试验难点及对策、现场试验步骤进行了分析探讨,并对现场试验过程、试验效果进行了阐述、分析。试验证明,φ311mm垂直钻井系统在陡构造地层、大倾角地层、断层、地应力异常地层的钻探中,纠斜、防斜效果显著,快速钻进能力强,可进一步推广应用。     

Φ311mm垂直钻井系统在T82066井的应用

油气井防斜、纠斜问题是钻井过程中普遍存在但一直未能彻底解决的经典性难题之一。西部钻探克拉玛依钻井工艺研究院历经数年攻关,终于开发出具有自主知识产权的Φ311mm主动式垂直钻井系统,并于2009年9月在T82066井进行了首次试验,喜获成功。从Φ311mm垂直钻井系统自身结构特点出发,结合现场实际,对试验难点及对策、现场试验步骤进行了分析探讨,并对现场试验过程、试验效果进行了阐述、分析。试验证明,Φ311mm垂直钻井系统在陡构造地层、大倾角地层、断层、地应力异常地层的钻探中,纠斜、防斜效果显著,快速钻进能力强。     

国产自动垂直钻井系统的改进与优化

高陡构造及岩性变化复杂条件下的井斜问题一直是困绕钻井工作者的一大技术难题。中国石化南方探区河坝、普光等构造的岩性变化频繁,地层倾角大,自然造斜力强,井斜控制十分困难,极易发生井斜,严重制约了钻井速度的提高。国外自动垂直钻井系统在该地区进行了多井次的应用,效果良好,在控制井斜的同时大幅度提高了钻井速度,较好地解决了钻速提高与井斜控制之间的矛盾。但国外自动垂直钻井系统服务价格昂贵,钻井成本居高不下。为了降低钻井成本,决定在该地区应用中国石化自主研发的捷联式自动垂直钻井系统。然而,该系统在之前的现场试验过程中暴露出降斜、提速效果不明显等问题;经过原因分析,对系统进行了进一步的改进与优化,之后又进行了2井次的现场试验,显示出非常好的防斜打快效果,为系统的推广应用打下了坚实的基础。     

自动垂直钻进系统的液压系统设计

研制的自动垂直钻进系统由随钻测量系统、信号传输系统、信号采集与处理系统、钻具纠斜系统等组成 ,其中具有 3个可伸缩支撑滑块的钻具纠斜系统的液压部分是设计的重点。根据液压系统的特点和纠斜工作要求 ,优选了主要由柱塞泵和电磁压力比例控制阀组成的压力调节回路 ,对纠斜系统 3个油缸的输出压力进行了测试 ,并对出现的压力不稳和高压泄漏问题做了调整和改进 ,结果表明 ,液压系统的设计是合理可行的。     

自动垂直钻井系统BHA力学分析的二维模型

为了指导自动垂直钻井工具的研究开发和现场应用,并且为自动垂直钻井系统底部钻具组合的优化设计提供理论依据,在充分调研自动垂直钻井系统的结构特征、工作原理的基础上,结合自动垂直钻井工具的BHA的一维力学模型,用纵横弯曲法建立了加装自动垂直钻井工具的BHA的二维力学模型,得到了自动垂直钻井系统的BHA的二维力学方程。确定了钻头和上切点处的边界条件,推导出了钻头侧向力和钻头转角的计算公式,应用建立的力学模型能准确地计算出稳定器支点的内弯矩和梁柱各点处的挠度。同时,也可计算出一定工作条件下的钻头侧向力和钻头转角,通过研究钻头侧向力和钻头转角随钻进参数的变化规律可以分析钻进参数对自动垂直钻井工具造斜能力的影响规律,为自动垂直钻井工具的现场使用提供理论依据。     

自动垂直钻井系统大功率开关电源的研制

针对以泥浆发电机为供电方式的自动垂直钻井系统,需要大功率电源系统来驱动随钻测量仪器与液压动力组件,为了适应较宽的泥浆发电机电压输入范围,并在提供大功率、高稳定性的基础上满足井下高温环境工作要求,研制出了一种额定功率为200W的移相全桥（ZVS）软开关电源,性能稳定可靠、电能效率达到92％。     

机械式自动垂直钻井工具的研制

为了有效地提高直井的钻井速度和质量,根据现有技术研制了机械式自动垂直钻井工具。这种钻具能适时感应井斜的重力信号,并由重力驱动执行机构,利用钻井液循环在钻柱内外形成的压差,在钻柱旋转的情况下推动活塞靠向高边井壁,对钻头施加指向井眼低边的周期性侧向力,在钻进过程中实现对井斜的适时修正。现场试验结果表明,机械式自动垂直钻井工具的工作原理正确,结构可靠,能够在主动、适时防斜的同时,有效地释放钻压,提高钻速。该工具的研制成功为直井的防斜打快工艺提供了一种新的技术手段,具有广阔的应用前景。     

自动垂直钻井系统BHA力学分析的一维模型

为了指导自动垂直钻井工具的研发和现场应用,并且为自动垂直钻井系统底部钻具组合的优化设计提供理论依据,在充分调研自动垂直钻井系统的结构特征、工作原理的基础上,用纵横弯曲法建立了加装自动垂直钻井工具的BHA的一维力学分析模型,建立了自动垂直钻井系统的BHA的普遍力学方程。确定了钻头和上切点处的边界条件,推导出钻头侧向力和钻头转角的计算公式。应用所建立的力学模型能准确地计算出稳定器支点的内弯矩和梁柱各点处的挠度,同时也可以计算出一定工作条件下的钻头侧向力和钻头转角,通过分析钻头侧向力和钻头转角随钻进参数的变化规律可以分析钻进参数对自动垂直钻井工具造斜能力的影响规律,为指导自动垂直钻井工具的现场使用提供理论依据。     

UPC-VDS垂直钻井系统在顺南地区的应用

顺南地区是中国石化塔里木盆地增储上产的主要区块,钻井地质环境复杂,其中桑塔木组埋藏深、厚度大,且井斜控制困难。在充分调研国内外井斜精细控制技术的基础上,优选UPC-VDS自动垂直钻井系统,在顺南3井和顺南2井开展了探索试验。结果表明,该系统能将井斜角控制在3.0°以内,但井斜控制能力对钻头压降的依赖程度较高。为此对系统结构进行了改进,大幅度降低推靠力对钻头压降的依赖程度,并在顺南4井和顺南5井进行了试验。结果表明,该系统能将井斜角控制在1.0°以内,且使用寿命长（纯钻时间高于213 h）、性能稳定,为中国石化在西北地区的提速提效提供了技术支撑。     

宽电压输入范围的自动垂直钻井系统电源模块设计

针对石油行业井下自动垂直钻井系统三相钻杆式发电机电压输出范围较大的问题,给出了一种优化垂钻系统电源模块的设计方法,使电源模块既能适应较宽的电压输入范围,又能基本满足井下高温环境工作要求。     

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.