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旋转导向钻井技术方法研究


旋转导向钻井技术方法研究 【摘要】旋转导向钻井技术随着油气田开发过程中人们对于钻井 井眼轨迹的新要求应运而生。我国对该项技术的研究始于“九五” 期间,到“十一五” 期间便完成了旋转导向钻井系统工程化的研究, 最终形成了一套旋转导向钻井工具系统。2009—2012 年,进行了 20 余次不同类型的井眼轨迹控制实钻试验, 该系统已基本实现了地 层参数测量、工程参数测量、定向井井眼轨迹测量和控制、信号脉 冲反馈及收发等 4 个功能,试验最大造斜能力为 6.73°/30m,达到 了预期的目标和设计要求。在 3 大关键技术方面取得了突破:①从 井下工具的测控原理到方法上取得了突破;②在定位总成的设计原 理和技术上取得突破;③在偏心稳定器获得尽可能大的侧向力的研 究和设计上取得突破。今后还将把工具的长期稳定运行和轨迹控制 精度作为重点试验内容,以期尽快实现其在钻井工程中的实用化目 标。 【关键词】旋转导向 钻井技术 偏心稳定器 工具系统研制 钻井 试验 稳定运行 轨迹控制精度 实用化 油气田勘探和开发过程中,人们对于钻井的井眼轨迹提出了很多 新的要求,特别是水平井技术、大位移钻井技术、薄油层钻水平井 的技术、水平分支井技术,这些技术要求钻井工具去满足越来越复 杂的地层条件,同时还要为了暴露更多的储层,以期获得更大的产 能。因此提出了越来越复杂的井眼轨迹要求。同时为了能提高钻井 效率、降低昂贵的钻井成本和减少钻井井下作业的风险,旋转导向 技术应运而生了,它的出现立刻在钻井作业中得到了广泛的应用, 20 世纪 90 年代以来,以 bakerhughes 的 autotrak 系统、 schelumberger 公司的 powerdrive 系统、hullibuton 公司的 geo ‐pilot 系统为代表的旋转导向钻井技术,给井眼轨迹的测量到控 制掀起了一场革命,同时也在技术上和商业上展开了激烈的竞争。 围绕着旋转导向钻井技术,我国自“九五”以来就开始了研究, 并且在国家“十五” 期间研制出旋转导向的原理样机,在此基础上, “十一五”期间我们又开展了旋转导向钻井系统工程化的研究,并 且“十一五”期间在 3 个关键技术方面取得了重大突破:①从井下 工具测控原理到方法上取得了突破;②在定位总成的平台稳定性和 控制方法上取得了突破;③在偏心稳定器的造斜能力上从原理到结 构设计上取得突破。并且,该技术和工具在现场入井进行了钻井的 实钻检验,取得了很好的效果,为掌握旋转导向钻井关键技术奠定 了坚实的基础。 1 旋转导向钻井工具系统总体方案 目前,改进的旋转导向钻井系统已实现两大功能:测量和轨迹控 制。我们在“十五”期间的 mwd 井眼参数测量的基础上,在测量工 具单元上增加了环空压力测量、钻井钻压和扭矩等参数的测量,这 些测量的单元数据经过信号的通道来实现井下和地面的连通。 另一个重要的单元就是可控偏心稳定器,它是井眼轨迹参数控制 的工具,目前用的是钻井液液压推动偏心稳定器翼肋的伸缩,以此 来达到改变井斜和定位的目的。连接这两个单元的信息通道采用 rs232 总线连接,由地面计算机和编码解码器接收井下数据和下达 控制工具指令,一方面实现井下上传的数据解码还原成井下地层参 数测量数据(lwd) 、井眼参数测量数据(mwd) 、环空压力以及工程 参数测量数据;另一方面地面发出的井眼轨迹控制指令编码也是通 过数据总线传达给井下工具,由井下工具执行地面的指令实施轨迹 控制和导向。井下—地面数据流方案(图 1) 。 2 旋转导向钻井工具系统构成 旋转导向钻井工具系统井下部

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