旋轉導向工具現場應用分析

李旭杰

摘 要：旋轉導向鉆井技術在國內外已經得到了廣泛的運用，為了適應旋轉導向鉆井技術現場應用的需要，在簡要介紹了旋轉導向系統的基礎上，詳細分析了斯倫貝謝旋轉導向工具PD 675 Orbit和貝克休斯旋轉導向工具ATC在瀘203H56-3井的現場應用情況，并總結出了這兩類旋轉導向工具現場應用的優缺點，最后提出了旋轉導向工具現場應用的一些建議。

關鍵詞：旋轉導向;瀘203H56-3井

1 概述

旋轉導向鉆井技術是井下導向工具根據地面指令在鉆柱旋轉狀態下實現自動導向的一項鉆井技術[2]，其結構主要包括導向裝置、隨鉆測量裝置、雙向通訊及動力模塊、地面監測系統[3]。目前旋轉導向鉆井技術因其施工井眼軌跡規則平滑、水平段延伸能力強等優勢[4]，在國內外水平井、大位移井、叢式井油氣開發中得到了廣泛應用[1]。

2 旋轉導向工具的現場應用

目前四川威遠區塊、瀘州區塊正在大力開發頁巖氣，在頁巖氣鉆井的施工過程中廣泛使用了旋轉導向工具。已完鉆的瀘203H56-3井在施工過程中，先后使用了斯倫貝謝旋轉導向工具Archer 675、PD 675 Orbit和貝克休斯旋轉導向工具ATC。

瀘203H56-3井造斜點3380m，A點3850m，B點5515m。本井自造斜點3380m開始使用旋轉導向工具，其中3380m-3956m使用斯倫貝謝旋轉導向工具Archer 675，3956m-5160m使用斯倫貝謝旋轉導向工具PD 675 Orbit，5160m-5447m使用貝克休斯旋轉導向工具ATC。因斯倫貝謝旋轉導向工具Archer 675在本井只使用了一趟鉆，所以本文主要將斯倫貝謝旋轉導向工具PD 675 Orbit與貝克休斯旋轉導向工具ATC進行比較分析。瀘203H56-3井旋轉導向工具入井14 趟次， 各趟次施工情況見表1。

2.1旋轉導向工具對鉆井設備的要求

2.1.1對鉆頭壓降的要求不同

瀘203H56-3井旋轉導向施工過程中斯倫貝謝旋轉導向工具PD 675 Orbit和貝克休斯旋轉導向工具ATC所用的鉆具組合基本上是一致的，但兩者對鉆頭壓降的要求卻截然不同;在表1中可以看出在水平段垂深差別不大（在水平段鉆進中泥漿密度基本保持恒定），在鉆具組合中均不帶螺桿且排量一致的情況下，使用斯倫貝謝旋導PD 675 Orbit鉆進時的泵壓明顯要比貝克休斯旋導ATC鉆進時的泵壓高3MPa-4MPa。這是由于兩種旋導對鉆頭壓降的要求不同而導致的。斯倫貝謝旋導PD 675 Orbit在工作時對鉆頭壓降和排量有明確的要求，鉆頭壓降要求在4.1MPa-5.5MPa，最合適的壓降為4.5MPa-5.2MPa，如果鉆頭壓降達不到要求將直接影響到旋導工作時的信號;而貝克休斯旋導ATC工作時對鉆頭壓降沒有明確的要求，只對排量有要求，只要排量達到工作排量，工具就能正常工作。

因這兩種旋導工具對鉆頭壓降的要求不同，所以這兩種旋導工具工作時會對泥漿動力及循環設備產生不同的影響。鉆井設計中要求水平段鉆進排量不低于30L/S，在實際施工過程中使用斯倫貝謝旋導PD 675 Orbit鉆進時，進入水平段1200m后排量為30L/S的情況下，泵壓就達到了32-34MPa，而此時的泵壓幾乎達到了當時所用循環設備的極限，泥漿泵和沖管的故障率明顯提高，檢修設備的時間明顯增加，降低了鉆井效率;而采用貝克休斯旋導ATC鉆進時，因其對鉆頭壓降沒有明顯要求，因此所用鉆頭盡量選用了較大的水眼，減少了鉆頭壓降，進而降低了泵壓，維持泵壓不超過30MPa，泥漿泵和沖管的故障率明顯降低。

2.1.2兩種工具對泥漿泵的性能要求不同

施工瀘203H56-3井的井隊，所用的鉆井設備為70L機械鉆機，井隊共配有3臺泥漿泵，2臺機械泥漿泵和1臺電動泥漿泵，其中1號、2號泥漿泵為機械泥漿泵，它們通過并車與動力端連接，另外鉆機絞車也是通過這個并車與動力端連接，動力端可以同時給這2臺機械泥漿泵和絞車提供動力，但是動力分配無法同時兼顧絞車和泥漿泵的要求，比如1個立柱打完后需要上提劃眼，上提時需要控制上提的速度，必須將動力端的轉速降下來才能實現，動力端轉速降下來也就必然使泥漿泵的泵沖降低，排量下降。3號泥漿泵為獨立的電動泵，可以隨意控制泵沖。

在使用斯倫貝謝旋導工具PD 675 Orbit施工過程中，經常出現因泵噪大而信號差或無信號的現象，檢查發現這些情況有的是泥漿泵故障導致的，但也有很多是在泥漿泵沒有發生故障的情況下出現的。而且總結發現只要同時使用2臺機械泥漿泵，泵噪就很大，信號就會很差甚至無信號，無法正常鉆進。但使用1臺機械泥漿泵和電動泵信號質量就會好很多。因此分析泵噪的產生與并車有關。在后續的施工中基本上都是采用1臺機械泥漿泵和電動泵相配合進行鉆進的。

但在使用貝克休斯旋導ATC的施工過程中從來沒有出現過因泥漿泵泵噪大或泥漿泵的其它方面原因而影響旋導儀器信號的現象。

綜上所述，斯倫貝謝旋導工具PD 675 Orbit對泥漿泵的性能要求較高。因此在選擇這兩種旋導工具時，可以根據井隊所配備的設備進行參考，若井隊配備的是機械鉆機則盡量選擇貝克休斯旋導ATC，若井隊配備的是電動鉆機則這兩種旋導工具都可以選用。

2.2兩種旋導工具的抗高溫能力不同

斯倫貝謝PD 675 Orbit和貝克休斯ATC這兩種旋轉導向工具設計抗高溫能力均為150℃，但在實際應用中這兩者所表現出來的抗高溫能力卻有著明顯的差距。

在使用斯倫貝謝旋導Archer 675鉆進的過程中，儀器顯示的最高溫度為143℃，在溫度達到140℃后就必須進行循環降溫，否則儀器的故障率就會明顯提高。另外隨著水平段增長，每趟鉆起下鉆時間也越來越長，靜止時間越長，井底溫度會越來越接近地層溫度，為了避免旋導儀器高溫，在進入水平段600m-800m后會根據井底溫度進行分段循環降溫下鉆，一般溫度達到135℃左右時就需要循環降溫，溫度降下來后在繼續下鉆。本井在使用斯倫貝謝旋導PD 675 Orbit的施工過程中，共進行了4次循環降溫，共計用時2.25個小時。

在使用貝克休斯旋導ATC施工的過程中，旋導方要求下鉆時溫度超高115℃就要間斷循環降溫下鉆，溫度超過125℃后，要求采用沖劃降溫的方式沖劃到井底，每趟鉆光下鉆就要花費大概20個小時的時間。鉆進期間儀器顯示最高溫度為136℃，當溫度達到134℃就必須停止鉆進，進行循環降溫，否則儀器信號就會受到嚴重影響，甚至導致儀器故障。本井在使用貝克休斯旋導ATC的施工過程中，共進行了66次循環降溫，共用時42.67小時。

通過以上對比分析可以看出斯倫貝謝旋導PD 675 Orbit的抗高溫能力要好于貝克休斯旋導ATC。

2.3提高旋轉導向工具穩定性的措施

從表1中可以看出在本井使用旋轉導向工具的14趟鉆中，有7趟鉆的起鉆原因是旋導儀器無信號或解碼異常，這說明旋轉導向工具的穩定性和適應性還是比較差的。統計表明造成旋導儀器失效的原因主要有井底溫度過高、泥漿清潔度差堵塞旋導儀器和工具自身適應性原因等。下面主要就井底溫度過高和泥漿清潔度差這兩個因素給出改善措施。

解決井底溫度高的一個有效措施就是使用泥漿冷卻裝置。泥漿冷卻裝置是針對鉆井液在鉆進過程中的持續高溫， 導致鉆井液出現高溫降解 、高溫交聯、高溫解吸附等現象， 在地面對井下返回的高溫鉆井液進行快速降溫的鉆井液冷卻裝置 。這種裝置能夠快速有效的降低泥漿溫度，進而降低井底溫度，為旋導儀器提供一個適宜的溫度環境，提高旋導儀器的可靠性。

泥漿的清潔度差也是造成旋導儀器失效的一個重要原因。而堵塞旋導儀器的往往是泥漿中沒有過濾掉的巖屑。這就需要現場泥漿工作人員使用好固控設備，尤其是要加大對振動篩的檢查頻次，一旦發現振動篩篩布有破損的應立即進行更換，防止巖屑進入循環系統。另外在旋導鉆進的過程中必須使用孔徑合適的鉆桿濾子，鉆桿濾子是大顆粒物質進入旋導儀器的最后一道防線，同時也能對固控系統的工作狀態進行預警，當鉆桿濾子里的大顆粒物質較多時，說明固控系統某個地方出現了問題，應立即進行檢修。同時要嚴格按設計維護好泥漿性能，控制好固相含量。

3 結論

（1）斯倫貝謝旋導PD 675 Orbit對鉆頭壓降的要求較高，在選擇相同鉆具組合的情況下，使用斯倫貝謝旋導PD 675 Orbit的泵壓會明顯高于貝克休斯旋導ATC。

（2）斯倫貝謝旋導PD 675 Orbit對鉆井設備性能的要求較高比較適合配備電動鉆機的井隊使用。貝克休斯旋導ATC則具有普遍適用性。

（3）當設計抗高溫能力相同時，斯倫貝謝旋導PD 675 Orbit的抗高溫能力要強于貝克休斯旋導ATC。

在選用這兩種旋導工具時應綜合考慮井隊所配備的鉆井設備、鉆具組合、井深、地層溫度等信息，同時要配備泥漿冷卻裝置，使用好固控設備及鉆桿濾子，提高旋導工具的穩定性。

參考文獻：

[1]肖仕紅，梁政.旋轉導向鉆井技術發展現狀及展望[J].石油機械，2014，34（4）：66-69.

[2]李增科，趙哲.旋轉導向鉆井技術的應用與探討[J].江漢石油職工大學學報，2015，28（2）：26-27.

[3]雷靜，楊甘生，梁濤.國內外旋轉導向鉆井系統導向原理[J]. 探礦工程，2012，39（9）：53-58.

[4]李才良.旋轉導向鉆井技術及鉆井工具應用研究[J].石油礦場機械，2014，43（9）：69-73.

（中石化華北石油工程有限公司西部分公司，河南 鄭州 450000）