Verti Trak自動垂直鉆井系統(tǒng)技術研究

張全善 許開杰

摘要：復雜多變的地層構造為鉆井施工中井斜控制帶來了極大的難題，嚴重的井斜情況不光降低了機械鉆速，還拉長了鉆井周期，使得鉆井成本變高，嚴重的甚至直接決定鉆探施工是否成功。為有效解決井斜問題，開發(fā)研究出自動垂直鉆井技術便成為鉆井迫在眉睫的問題。本文主要通過幾個方面介紹了Verti Trak自動垂直鉆井系統(tǒng)。研究該系統(tǒng)的結構組成與各自的作用，分析其工作原理，根據(jù)其特點做出國內(nèi)適應性評價。

關鍵詞：Verti Trak自動垂直鉆井系統(tǒng);構造;鉆井

二十一世紀以來，運用在油氣田勘探開發(fā)方面技術一直不斷進步，所遇到的地層構造也變得愈加復雜。復雜多變的地層構造為鉆井施工中井斜控制帶來了極大的難題，嚴重的井斜情況不光降低了機械鉆速，還拉長了鉆井周期，使得鉆井成本變高，嚴重的甚至直接決定鉆探施工是否成功。為了防止井斜，之前曾才用過諸多鉆井技術，比如鐘擺、滿眼鉆具等常規(guī)組合鉆具技術。這些常規(guī)技術可以有效的克服前兩方面要素。但是這些技術并不能有效的克服大傾角構造以及高陡構造地層的高造斜力對井斜的影響。綜上所述，為有效解決井斜問題，開發(fā)研究出自動垂直鉆井技術便成為鉆井迫在眉睫的問題。

1 Verti Trak自動垂直鉆井系統(tǒng)結構組成

Verti Trak自動垂直鉆井系統(tǒng)是在VDS系統(tǒng)的原理基礎上由Baker Hughes INTEQ公司與一家日本公司合作共同開發(fā)出來的。該系統(tǒng)綜合運用了可靠的隨鉆測試技術（MWD系統(tǒng)）、閉環(huán)旋轉導向系統(tǒng)（AUTOTRAK）以及高性能X-TREME馬達，能夠?qū)崿F(xiàn)隨鉆糾斜，鉆出筆直的井眼。

Verti Trak自動垂直鉆井系統(tǒng)主要由MWD系統(tǒng)、閉環(huán)旋轉導向系統(tǒng)井下和高性能X-TREME馬達組成。

（1）MWD系統(tǒng)

MWD系統(tǒng)主要由重力傳感器、渦輪發(fā)電機、脈沖發(fā)生器和液壓控制系統(tǒng)組成。其各組成作用如下：

重力傳感器：能夠?qū)崟r監(jiān)測井斜;

渦輪發(fā)電機：能夠給整個系統(tǒng)提供電能，并能夠驅(qū)動液壓泵;

液壓控制系統(tǒng)：通過控制閥將液壓傳遞到導向穩(wěn)定器的導向肋板上，并提供合適的推力，對鉆頭進行糾斜。

（2）AUTOTRAK系統(tǒng)

閉環(huán)旋轉導向系統(tǒng)主要是由導向穩(wěn)定器組成，導向穩(wěn)定器模塊化設計3個可伸縮的具有高推力的導向肋板，3個導向肋板都位于同一圓周平面上，相互之間的夾角呈現(xiàn)120°。每個導向肋板推力的大小是由可靠的獨立液壓驅(qū)動提供和控制的，推力最高可達3噸。

（3）高性能X-TREME馬達

高性能X-TREME馬達能夠一方面給鉆頭鉆進提供動力，另一方面與導向穩(wěn)定器相配合給鉆頭提供穩(wěn)定的糾斜力。高性能X-TREME馬達較常規(guī)泥漿馬達而言，具有更加強大的功率和扭矩輸出能力，具有更高的效率。同時獨有的預成型定子技術降低了90%的橡膠使用量，因此使用高性能X-TREME馬達磨阻更低，形變量更小，使用壽命更長。

2 Verti Trak自動垂直鉆井系統(tǒng)工作原理

Verti Track自動垂直鉆井系統(tǒng)工作原理：在鉆進過程中，當MWD重力傳感器監(jiān)控到井斜時，井下微處理器再分析判斷到井斜趨勢后，便立即啟動液壓導向控制系統(tǒng)。在液壓力的驅(qū)使下，導向穩(wěn)定器靠近井眼高邊方向的一至兩個肋板將伸出，推靠井壁，從而產(chǎn)生橫向方向的力，這個橫向方向的力便使鉆頭產(chǎn)生糾斜力，使鉆頭逐漸回到垂直方向上，糾正井斜。同時鉆井的相關參數(shù)會由MWD系統(tǒng)實時傳送到地面監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)實時跟蹤和分析?當鉆頭回到垂直方向上，井眼實現(xiàn)完全垂直的情況后，三個肋板將全部伸出，并施加同樣大小的力，使鉆頭保持居中的狀態(tài)，保持井眼實現(xiàn)垂直鉆進?這一糾斜的過程，Verti Track自動垂直鉆井系統(tǒng)能夠獨立自主完成，不需要人為的進行操作干預。

Verti Track自動垂直鉆井系統(tǒng)可以調(diào)節(jié)穩(wěn)定器欠尺寸穩(wěn)定器外徑的大小和其在鉆具組合中的位置，將預期降斜率在（0.8～1.5）°/30m之間進行設定。如果在鉆進時需要微調(diào)降斜率，則需要調(diào)整鉆壓、排量等技術參數(shù)。

3 Verti Trak自動垂直鉆井系統(tǒng)特點

3.1 Vert iTrak自動垂直鉆井系統(tǒng)適用性

Vert iTrak自動垂直鉆井系統(tǒng)適用于大傾角地層、斷層帶（山前構造、硬地層）、鹽層、使用PDC鉆頭井斜傾向的情況等。要求井身結構“瘦”時也可以使用該系統(tǒng)，但是此時井眼位置需要十分準確，同時要求套管層數(shù)減少。

3.2 Verti Trak自動垂直鉆井系統(tǒng)的優(yōu)點

Vert iTrak自動垂直鉆井系統(tǒng)是斯倫貝謝公司最為先進的鉆井技術，相較于常規(guī)的防斜糾斜鉆井技術而言具有以下諸多優(yōu)點：

（1）降低了扭矩振動，減少了脫扣掉鉆具的風險，降低了扭矩和摩擦阻力，減少了沾滑運動，避免了憋鉆，同時大幅度減小了鉆具和套管的磨損。

（2）釋放了鉆壓，提高了機械鉆速，降低了井眼狗腿度，提高了井壁穩(wěn)定性。

（3）降低鉆井成本?？s短了鉆井時間，降低了時間成本;減少了井場面積，使用較小的站地面積，降低了地面建設的成本，同時對環(huán)境的影響也能降低到最小;井身結構比較“瘦”。因此在鉆井時破巖量大大降低，同時泥漿費用、環(huán)保費用和鉆頭費用都能夠大大減少。同時比較少的套管層數(shù)能夠大大提高固井效率。

3.3 Verti Trak自動垂直鉆井系統(tǒng)的局限性

Vert iTrak自動垂直鉆井系統(tǒng)雖然具有很多的優(yōu)點，但是其依舊有很多局限性，具體表現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）對設備要求比較高，在深度鉆井時需要較高泵壓，需要較為頻繁的修泵，刺鉆具發(fā)生概率偏高;又因泵壓比較高，一定程度上限制了其排量，較低了泥漿上返速度，導致其攜砂性不能充分發(fā)揮，起鉆時比較困難。

（2）在軟硬交錯地層滑動鉆進時，該系統(tǒng)修正井壁會有所不及，井壁容易不規(guī)則，導致下鉆時比較困難。

（3）為了使起下鉆時所用時間減少，該系統(tǒng)X-treme動力節(jié)需要恰當?shù)你@頭來配合使用。

（4）該系統(tǒng)鉆速受鉆井液密度影響嚴重，為了提高鉆速可以降低其密度;同時該系統(tǒng)容易被大固相顆粒損壞。

4 結論

（1）該系統(tǒng)能在高陡構造?斷層?鹽層?井壁穩(wěn)定性差的井段等工況中鉆出高質(zhì)量的井眼?其主要在斷層（山前和硬地層）、大傾角地層、鹽層以及使用PDC 鉆頭有井斜的傾向等情況時使用。

（2）該系統(tǒng)在大傾角地層紅1井和山前井秋南1井的應用中充分說明了其不光具有良好的糾斜防斜性能，同時能夠起到釋放鉆壓、提高機械鉆速、縮短鉆井周期、降低成本等優(yōu)點，但任對設備要求高、下起鉆較難、對鉆井液要求高等局限性。

參考文獻：

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