旋轉導向鉆井技術的應用研究與進展

楊勇

摘 要：近年來，我國油氣行業發展迅速，對鉆井技術提出了更高要求，鉆井技術的研究也日漸深入。旋轉導向鉆井技術作為自動化的鉆井技術具有明顯的優勢，能夠適用于多種類型的鉆井作業，極大提高了鉆井作業的速度與質量。基于上述背景，本文檢討研究了旋轉導向鉆井工具系統關鍵技術及旋轉導向技術的具體應用，并探究了新型指向式旋轉導向鉆井工具的發展方向，以期能推動旋轉導向鉆井技術的進一步完善。

關鍵詞：旋轉導向；鉆井技術；應用研究；進展

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.02.101

0 前言

鉆井技術在油田勘探中發揮著重要的作用，科學的開采技術能夠提高油田的產能和開采效率。現階段，隨著油氣行業的迅速發展，開采作業中對井眼軌跡的要求日漸提升，進而推動了旋轉導向鉆井技術的發展，我國對該項技術的研究主要集中在“九五”至“十一五”期間，并取得了較為突出的成就，本文基于上述背景對旋轉導向鉆井技術的具體應用與進展進行了探討。

1 旋轉導向鉆井工具系統關鍵技術

我國對旋轉導向鉆井工具系統關鍵技術的研究主要集中在如下三個方面：①總體方案，在研究中，我國對旋轉導向鉆井系統進行有效改善，目前該系統已經具備了軌道控制與測量兩項關鍵功能。其中將MWD井眼參數測量設定為基礎，將環空壓力、扭矩和鉆井鉆壓增設至測量工具單元，并在信號通道的作用下實現了單元數據與地面的連通。同時可控偏心穩定器能夠有效控制井眼軌跡參數，在具體應用中通過液壓作用實現偏心穩定器翼肋伸縮。此外，在控制工作指令下達中，將兩個單元間的信息通道利用RS232總線進行連接，幫助地面設備接受井下數據，進而下達具體指令，完成數據解碼工作，并將解碼后的數據還原為井下的測量參數，并且RS232總線也可向井下傳遞井眼軌跡控制指令，保證井下軌跡控制的規范性；②旋轉導向鉆井工具系統概述，其中井下部分為該系統的主要組成部分，包括鉆頭、伽馬短接、工程參數短接、鉆柱穩定器和電阻率短接等構成元件；③測試關鍵部件和單元，在旋轉導向鉆井工具系統具體研究中，除進行了大量常規測試，還在模擬實驗室中開展了相應的測試實驗，實驗中將轉速設置為120r/min，在此條件下開展連續實驗，最終得出結論為當系統處于三個翼肋伸出狀態時達到的工作狀態最為穩定。

2 旋轉導向技術的具體應用

在某油田特殊工藝井中應用推靠式旋轉導向系統，共選取三口井應用該系統：①第一口井在井深986m處放入旋轉導向工具，并將井的斜能控制在0.2°～0.3°之間，以此控制上層地面井斜問題；②第二口井在井深1324m處放入旋轉導向工具，總共下入4次，并且每次的鉆具組合和相應的鉆井參數相同；③第三口井使用的鉆井系統鉆速達到23.13m/h，比相同區域及井段常規鉆井工具速度高出90%左右。在本次應用中，在垂直模式中旋轉導向鉆井工具連續鉆進了超過1000m的深度，并且井的斜率并未超過0.3°，在穩定模式下旋轉導向鉆井工具連續鉆進深度同樣超過了1000m，井斜達到0.4°左右，并且較好地控制了防斜軌跡和穩斜軌跡。同時，作業中分別在距離鉆頭0.4m和4m處放置井斜傳感器和伽馬儀，以此保證井下數據的實時傳輸，有效地避免了“零長”問題的出現。此外，推靠式旋轉導向工具對鉆壓、鉆井液和泵壓等標準無特殊性要求，作業中相關設備處于正常運轉狀態即可，進而減少了設備調整與檢修的時間，極大地提高了鉆井作業效率。同時為了提高鉆井速度，具體應用中工具底部鉆具設置了低速直螺桿，以此進一步優化了鉆井速度。

3 新型指向式旋轉導向鉆井工具的發展方向

新型指向式旋轉導向鉆井工具主要包括MWD總成、水力偏置系統、鉆柱穩定器和樞軸穩定器，其中MWD總成又具體包含了CPU、傳感器、隨鉆測量儀、控制電路和存儲器等。在鉆井作業中，該工具的控制電路主要接收MWD總成傳輸的方位信號等信息，再經由電導管和電子馬達等設備傳輸至水力偏置系統中。同時，在鉆頭穩定器的作用下，鉆頭會出現一定的偏斜，工作人員再利用偏心環的作用，使得中心軸朝向某個固定位置進行移動，進而對鉆頭設定固定方向的傾角，最終對井斜和相關方位進行有效調整。此外，該系統中鉆頭還可以接收到鉆桿傳遞的鉆壓等信號，以此保證鉆頭作業的安全性和實效性。基于上述優勢，新型指向式旋轉導向鉆井工具應用前景廣闊，其具體研究和進展方向如下：①在研究中，相關人員應進一步對該鉆井工具中心軸的三維結構力學進行分析，在分析結果及相關數據的基礎上建立三維力學模型；②對該工具的偏置機構進行研究與分析，并結合相關力學理論建立偏置機構力學模型；③注重分析該工具中控制軸的剛度與強度，其中主要采取有限元分析和震動模態分析兩種形式；④對鉆井工具結構進行優化設計，并選擇合適的鉆頭，同時通過力學理論分析下部鉆井工具的組合情況，以此提高鉆井作業的科學性。

4 結束語

綜上所述，隨著科技進步和油氣行業的發展，我國自動化鉆井技術得到快速發展，其中旋轉導向鉆井技術優勢尤為突出，在降低鉆井成本的同時，提高了鉆井效率，因此在油氣田勘探工作開展過程中，相關人員必須進一步研究旋轉導向鉆井技術，明確其發展方向，為油氣田勘探工作的發展奠定堅實的技術基礎。

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