旋转导向钻井技术的应用研究与进展

摘 要：近年来，我国油气行业发展迅速，对钻井技术提出了更高要求，钻井技术的研究也日渐深入。旋转导向钻井技术作为自动化的钻井技术具有明显的优势，能够适用于多种类型的钻井作业，极大提高了钻井作业的速度与质量。基于上述背景，本文检讨研究了旋转导向钻井工具系统关键技术及旋转导向技术的具体应用，并探究了新型指向式旋转导向钻井工具的发展方向，以期能推动旋转导向钻井技术的进一步完善。
　　关键词：旋转导向；钻井技术；应用研究；进展
　　0 前言
　　钻井技术在油田勘探中发挥着重要的作用，科学的开采技术能够提高油田的产能和开采效率。现阶段，随着油气行业的迅速发展，开采作业中对井眼轨迹的要求日渐提升，进而推动了旋转导向钻井技术的发展，我国对该项技术的研究主要集中在“九五”至“十一五”期间，并取得了较为突出的成就，本文基于上述背景对旋转导向钻井技术的具体应用与进展进行了探讨。
　　1 旋转导向钻井工具系统关键技术
　　我国对旋转导向钻井工具系统关键技术的研究主要集中在如下三个方面：①总体方案，在研究中，我国对旋转导向钻井系统进行有效改善，目前该系统已经具备了轨道控制与测量两项关键功能。其中将MWD井眼参数测量设定为基础，将环空压力、扭矩和钻井钻压增设至测量工具单元，并在信号通道的作用下实现了单元数据与地面的连通。同时可控偏心稳定器能够有效控制井眼轨迹参数，在具体应用中通过液压作用实现偏心稳定器翼肋伸缩。此外，在控制工作指令下达中，将两个单元间的信息通道利用RS232总线进行连接，帮助地面设备接受井下数据，进而下达具体指令，完成数据解码工作，并将解码后的数据还原为井下的测量参数，并且RS232总线也可向井下传递井眼轨迹控制指令，保证井下轨迹控制的规范性；②旋转导向钻井工具系统概述，其中井下部分为该系统的主要组成部分，包括钻头、伽马短接、工程参数短接、钻柱稳定器和电阻率短接等构成元件；③测试关键部件和单元，在旋转导向钻井工具系统具体研究中，除进行了大量常规测试，还在模拟实验室中开展了相应的测试实验，实验中将转速设置为120r/min，在此条件下开展连续实验，最终得出结论为当系统处于三个翼肋伸出状态时达到的工作状态最为稳定。
　　2 旋转导向技术的具体应用
　　在某油田特殊工艺井中应用推靠式旋转导向系统，共选取三口井应用该系统：①第一口井在井深986m处放入旋转导向工具，并将井的斜能控制在0.2°～0.3°之间，以此控制上层地面井斜问题；②第二口井在井深1324m处放入旋转导向工具，总共下入4次，并且每次的钻具组合和相应的钻井参数相同；③第三口井使用的钻井系统钻速达到23.13m/h，比相同区域及井段常规钻井工具速度高出90%左右。在本次应用中，在垂直模式中旋转导向钻井工具连续钻进了超过1000m的深度，并且井的斜率并未超过0.3°，在稳定模式下旋转导向钻井工具连续钻进深度同样超过了1000m，井斜达到0.4°左右，并且较好地控制了防斜轨迹和稳斜轨迹。同时，作业中分别在距离钻头0.4m和4m处放置井斜传感器和伽马仪，以此保证井下数据的实时传输，有效地避免了“零长”问题的出现。此外，推靠式旋转导向工具对钻压、钻井液和泵压等标准无特殊性要求，作业中相关设备处于正常运转状态即可，进而减少了设备调整与检修的时间，极大地提高了钻井作业效率。同时为了提高钻井速度，具体应用中工具底部钻具设置了低速直螺杆，以此进一步优化了钻井速度。
　　3 新型指向式旋转导向钻井工具的发展方向
　　新型指向式旋转导向钻井工具主要包括MWD总成、水力偏置系统、钻柱稳定器和枢轴稳定器，其中MWD总成又具体包含了CPU、传感器、随钻测量仪、控制电路和存储器等。在钻井作业中，该工具的控制电路主要接收MWD总成传输的方位信号等信息，再经由电导管和电子马达等设备传输至水力偏置系统中。同时，在钻头稳定器的作用下，钻头会出现一定的偏斜，工作人员再利用偏心环的作用，使得中心轴朝向某个固定位置进行移动，进而对钻头设定固定方向的倾角，最终对井斜和相关方位进行有效调整。此外，该系统中钻头还可以接收到钻杆传递的钻压等信号，以此保证钻头作业的安全性和实效性。基于上述优势，新型指向式旋转导向钻井工具应用前景广阔，其具体研究和进展方向如下：①在研究中，相关人员应进一步对该钻井工具中心轴的三维结构力学进行分析，在分析结果及相关数据的基础上建立三维力学模型；②对该工具的偏置机构进行研究与分析，并结合相关力学理论建立偏置机构力学模型；③注重分析该工具中控制轴的刚度与强度，其中主要采取有限元分析和震动模态分析两种形式；④对钻井工具结构进行优化设计，并选择合适的钻头，同时通过力学理论分析下部钻井工具的组合情况，以此提高钻井作业的科学性。
　　4 结束语
　　综上所述，随着科技进步和油气行业的发展，我国自动化钻井技术得到快速发展，其中旋转导向钻井技术优势尤为突出，在降低钻井成本的同时，提高了钻井效率，因此在油气田勘探工作开展过程中，相关人员必须进一步研究旋转导向钻井技术，明确其发展方向，为油气田勘探工作的发展奠定坚实的技术基础。
　　参考文献：
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