探討微小井眼技術井下工具最新進展和思考

張亮

摘要：隨著鉆井技術的不斷研發，形成了很多新的技術和工藝，有效的提升了整體鉆井施工的質量水平。微小井眼技術的研發，具有成本低、智能化、環保效果突出的使用優勢，在最近幾年的實踐中也得到了不斷的應用。本文結合國外先進的微小井眼技術井下工具的最新進展進行研究和思考，對國內該技術的發展提出了相對應的策略和發展建議。

關鍵詞：微小井眼技術;井下工具;發展思考

前言：

隨著社會的不斷發展，環保理念、信息技術、能源需求等各種意識的增強，在鉆井技術的應用中，微小井眼鉆井技術的研發得到了重視和開發。該技術在實踐應用的過程中，需要使用專業的鉆井工具，隨著機械化的發展，井下工具也變得更先進，更智能，從而也更好地保障了該項技術的高效率應用。

一、微小井眼技術井下工具的最新進展

國外某實驗室，在1994年提出了連續油管鉆微小井眼的鉆井新概念，之后，該項理念被不斷的深化發展，發展形成了微小井眼技術的鉆井技術，更好的提升了鉆井的質量，有效的降低了成本。通過近幾年來不斷的研究，微小井眼技術中的井下工具也得到了有效的發展。主要表現在以下幾個方面。

（一）微小井眼智能轉向系統

為更好的保證在鉆井過程中，井眼軌跡的光滑性，減少在連續的鉆井過程中油管與井壁之間的摩擦力，國外某公司開發研究了一款智能的可轉向螺桿和LWD底層電阻率傳感器。其中，該轉向螺桿設計過程中，外徑為60mm，長度5m，可以實現最大15°/30.5m的造斜率。使用這款智能的可轉向螺桿，在進行施工的過程中，螺桿上方的轉向脊通過不斷的收縮和擴張，可以對鉆頭產生一個外力，從而實現調節轉向脊來控制不同的側向力方向和大小，更好的保障下鉆過程中，鉆頭按照既定的方向和深度進行鉆井的施工過程。另外，該公司還專門研發設計了一款利用多種頻率作用下電磁波傳播電阻率的測量工具，這種工具的外徑設計60mm左右，可以在400KHz和2MHz的頻率下開展有效的測量，并對地層中的電阻率和伽瑪射線產生的作用進行測量，然后結合測量的結果轉動調節轉向螺桿，利用這樣的連續操作過程產生的作用力更好的開展鉆井施工作業。

（二）串聯對轉式螺桿鉆井系統

在鉆井作業中，機械鉆速越高，下鉆的效率越高。在正常的情況下，會通過增加鉆壓、提高扭矩，加速鉆頭的轉速來達到提高機械鉆速的效果，但是在微小井眼鉆井的施工過程中，使用常規的方法存在一定的難度，鉆壓和扭矩都不能很好的進行改變，為此，國外某公司專門研發設計了一款串聯對轉式螺桿鉆井系統，有效的實現了在較低的鉆壓變化和較低的扭矩變化中實現提升機械鉆速的實用效果。在該系統的設計中，左旋容積式螺桿的運動，驅動小直徑的鉆頭進行定向的鉆進施工，右旋容積式螺桿的運動，在穩定器的作用下，與鉆頭進行串聯使用，保障鉆頭的下鉆施工。其中，在整個系統中，鉆頭的材質要選用高質量的硬質合金技術，能夠在高速的運轉過程中正常使用。通過對該系統的實踐應用進行實驗數據的收集，發現平均鉆速可以達到25m/h左右，常規技術中心平均鉆速只有

3-9 m/h，有效的實現了鉆速的提升。

（三）連續油管鉆井用大功率渦輪鉆具和鉆頭

在高速鉆井的過程中，一些高硬度高碾磨性巖層在進行施工的時候，需要使用更大功率的鉆具和更高剛性的鉆頭，為此，國外某公司聯合開發研制了一種新型的可以在連續油管鉆井的過程中，使用的大功率渦輪鉆具和鉆頭。根據切削溫度熱力學模型和熱反應的程序使用，對井下施工的環境進行了模型建立。模擬井下TSP切削齒和PDC切削齒的熱反應過程，并根據不同巖層的特性，設計了不同型號的固定齒鉆頭類型，在實踐的應用中發揮出良好的使用效果。通過實踐應用數據的分析，使用73mm渦輪鉆具和鉆頭，液力效率有效的提高了13%左右。

（四）小型機械輔助式高壓水力噴射鉆井工具

微小井眼鉆井施工作業中，高壓液體噴射能更有效的開發利用井底的壓力，對于提升機械鉆速和側鉆深度，都有積極的意義。其中，將噴射鉆井技術中鉆速有效的提升到超過24.4m/h的情況下，馬達的運行壽命將可以實現超過100h的提升。國外某公司研發的一種小型機械輔助式高壓水力噴射鉆井工具，其中井下馬達的工作壓力是30MPa，氣體分離器將流體從氣體中股份李，井下增壓器的最大輸出壓力可以達到100MPa，壓力的增大，更好的提升了噴射鉆井的需要，在進行金剛石切削齒和高壓噴射聯合施工的作業過程中，大大提升了機械鉆速。經過數據的對比分析，可以發現使用這種方式進行鉆井施工比常規的施工機械鉆速提升了3-5倍。

（五）微小井眼鉆井牽引器

微小井眼連續油管在進行施工的作業中，很容易受到硬性發生屈曲，進而增大與井壁之間的摩擦，鉆頭上的鉆壓壓力不夠。鉆井牽引器的開發使用，可以更好的保證連續油管的前進和深入地層。根據常規的牽引器進行創新與改造，針對不同的施工環境設置不同的操作參數，其中牽引器的使用中，中心控制組件和首尾軸組件的組成中，前者主要負責對鉆井液產生的拉力和推理進行作用，后者負責通過一定的擴張器，提升下鉆過程中的整個機器設備的可靠性，并在不同的軟硬質地的地層中實現有效的操作。通過實踐的數據分析，發現使用微小井眼牽引器的情況下，最大牽引力可以達到15.6kN，柔性軸可以再各個方向上進行轉動，并實現15°/30.5m的造斜率，通過55°/30.5m的井眼。

二、我國微小井眼技術的發展與思考

隨著我國鉆井技術的不斷研發，水平也在不斷的進步與發展，與國外先進技術之間的差距越來越小。在各種關鍵技術被國外壟斷的環境中，更要加強自主創新，積極研發。第一，要不斷的關注國外先進技術的研究成果，并與主要的科研團隊加強技術性交流活動，提高技術水平。第二，要根據我國的實際國情，制定適應于微小井眼技術研發的規劃。第三，要在國家相關部門的牽頭下，組織大型的石化企業開展有效的科研攻關，保障經費資金。第四，結合當前研究中的優勢進行擴大化的發展，并著重研發井下MWD和LWD的微型化工作。

結語：

文章對國外先進的微小井眼鉆井技術應用中，智能轉向系統、螺桿鉆井系統、鉆具和鉆頭、鉆井工具、牽引器等井下工具的最新使用進展進行了分析，提出了國內該項技術發展思考的策略，堅持自主創新發展，不斷提升我國鉆井作業的施工技術水平。

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