探討石油定向鉆井的旋轉導向技術

張達 高陽陽 胡林 翟利平

（航天深拓（北京）科技有限公司，北京 100176）

1.鉆井旋轉導向技術的工作原理

旋轉導向鉆井主要由地面監測系統、鉆具和隨鉆測量系統組成。每個系統負責不同的應用功能。地面監測系統的任務是監測和控制定向井的剖面設計、導向和定向鉆井的建模。鉆具系統包括非磁性模塊穩定器、導向裝置和雙向通信模塊，是旋轉導向鉆井的關鍵部件。鉆井過程中的測量系統傳感器主要負責通過旋轉密度計和動壓模塊等工具檢測鉆頭在鉆井環境中的應用狀態。導向裝置是旋轉導向鉆具的重要部分，其主要功能是根據表面和功率進行導向鉆削，由設備負責隨時下載路由指令，可以配備導向裝置。轉向裝置傳感器模塊是重要的組成部分，多頻電阻提供基本的鉆井參數，一些導向裝置還會配備磁流量計，其功能是計算井的方位角。還提供了正壓脈沖發生器和渦輪發電裝置，用于為轉向裝置的雙向電源和通信模塊供電。建立最適合油田實際工程的水力輸運模型，油管柱摩擦力矩和延伸極限預測模型，指導鉆井方案設計，提高井筒穩定性。合理水力振蕩器減摩工具，還可以有效降低鉆柱的摩擦力矩，避免井下復雜工況。鉆大直徑井時，鉆屑輸送困難，由于井眼長，在井底產生鉆屑。直接影響鉆井和電力勘探作業，嚴重時可能導致井下事故。巖屑床的長度和扣型與鉆桿相同，直接插入鉆孔工具中，不會產生額外的扭矩。可以有效地減少蹩泵現象，提高其實際的工作效率，并且需要保證鉆孔過程并確保連續性。同時，還可有效去除孔底的巖屑床，增加鉆屑返回量，確保井清潔，降低循環效密度并有助于提高工作效率。該工具的性能遠優于常規鉆桿，可確保井下作業安全。水力振蕩器是通過軸向振蕩克服鉆柱與井壁之間的摩擦阻力，適用于復合鉆孔作業，解決了背壓問題，可以使大位移井中的電機與液壓振蕩器一起使用，可有效降低定向背壓，提高機械鉆速，降低鉆井成本，并具有良好的控制效果。

2.旋轉導向技術在定向鉆井中的優勢與問題

2.1 旋轉導向技術增強軌跡控制能力

自第一次定向鉆探開發以來，石油技術的發展歷時半個多世紀。在旋轉導向技術之前，使用旋轉和滑動鉆孔，雖然指導生產，但缺點也很明顯。這兩種技術對鉆頭都沒有很好的控制，主要原因是速度和轉向能力很差。旋轉導向技術，彌補了前兩項技術的弱點，特別是在轉向能力和軌跡控制方面。為了彌補傳統技術應用中的不足，在實際鉆井作業中可以準確捕捉軌跡控制，提高了生產能力，保證相關機器的正常運行。

2.2 推動了環保和石油鉆井產業的不斷升級

旋轉導向技術的應用，大大提高軌道控制能力，其產生的效益還體現在保護環境和促進石油工業現代化的基礎上。具體表現是提高了鉆井速度，由于該技術的應用提高了鉆井速度，有效地提高了鉆井工作作業效率，提高生產能力和作業穩定性。從降低能耗、確保鉆頭磨損和降低成本等方面的改進可見其具有重要的應用優勢，還有有助于保護環境。旋轉導向技術促進了石油鉆井工業技術的改進，從而大大縮短了開采工作周期，對整個開采工作過程有促進作用，是通過旋轉技術促進工業改進過程[1]。

3.石油定向鉆井的旋轉導向技術較易出現的問題

3.1 定向儀問題

定向儀在采用旋轉導向技術的定向鉆井中至關重要，對測量精度發揮著重要的作用。在實際鉆井作業中，如果定向儀表出現偏差，將佳佳引發現場的生產事故，導致無法準確達到最測油目標。使用定向儀進行測量時，現場的生產效率將大大提高，可以確保操作人員的工作流程準確無誤。當定向儀出現故障時，生產計劃無法執行，測量結果的精度降低，大大降低了實際的生產效率。因此，必須高度重視定向儀的問題。并在逐步實施過程中改進，促進石油生產的健康發展[2]。

3.2 軌跡控制問題

石油定向鉆井工作是一個漫長的過程，旋轉導向控制技術對于鉆井中的路徑控制非常重要，對鉆井質量有著重大影響。定向井軌跡控制采用堆積控制技術。雖然該技術應用廣泛，具有高效安全的應用特點，但在特定的鉆井中，測量結果和實際結果會有誤差。如果鉆孔路徑與實際路徑的有誤差，會影響整體的測量結果。在此基礎上，鉆井成本將增加，從而降低了相關單位的經濟效益[3]。

4.旋轉導向技術在未來定向鉆井中的應用

4.1 斷層油藏的應用

由于斷裂帶的地質，目前的技術無法提取大量石油，但在未來將具有豐富的應用價值。由于旋轉定向技術的卓越性，對于此類復雜的斷層非常有用。針對復雜地質區域，可及時調整回轉導向技術，可以進行分析再利用，提升技術的應用優勢。旋轉轉向技術對于未來斷層沉積非常有用，雖然這項技術經歷了創新，但它的適應性比其他技術更有優勢[4]。

4.2 在邊際油田的應用

對于邊際油田的開采，由于其開發和使用不足，開發者對其關注度不高，主要原因是邊際油田處于偏遠的地理位置，對于運輸一些大型設備存在一定的困難。旋轉導向技術可以避免這個問題，它可以根據油田的情況進行調整，以保證油田的充分開發利用。在未來邊緣油田的開發中，主要的技術是旋轉技術，因為它可以規模化，將決定在未來石油開發中的應用地位。

4.3 進一步降低能耗和成本

旋轉導向技術的發展具有一定的應用優勢，在節約能耗和施工成本上更為突出。與過去投資高、難度大的技術相比，旋轉導向技術具有諸多的應用優勢。解決高投資和一些難以開采的油田工作。這項技術的使用提高了生產產量，對于投資的壓力也得到了改善。由于這項技術的改進，對于在實際的應用中也越來越多。與以往技術相比，旋轉導向技術克服了傳統開采技術難點和成本抽獎。在未來的石油鉆井中，旋轉導向技術將更加關注節約能耗和降低成本的提高。由于這項技術的出發點是增加石油產量，降低石油鉆進成本。因此它可以滿足未來的發展方向。未來，石油定向鉆井低能耗和盈利能力將是持續的方向發展。

5.結語

由于一些深層油田的開發難度較大，技術研究人員開發了這種高科技和低能耗的旋轉導向技術。旋轉導向技術是一種自動控制系統，是石油勘探開發的主要應用工具，也是最重要的技術應用環節。旋轉導向技術是現階段石油鉆井中的一項先進技術，目的是在旋轉條件下提供井道引導。隨著勘探工作規模擴大，難度也在不斷加大，未來旋轉導向技術的應用將進一步擴大，旋轉導向技術在軌跡控制和環境保護等方面都有一定的應用優勢，也是石油開采未來的發展發向，為石油開采做出了必要的技術貢獻。