旋转导向钻井技术应用研究及其进展
2016-03-14邓元洲四川川庆石油钻采科技有限公司四川德阳618300
邓元洲（四川川庆石油钻采科技有限公司， 四川 德阳 618300）
旋转导向钻井技术应用研究及其进展
邓元洲（四川川庆石油钻采科技有限公司， 四川 德阳 618300）
摘要：近年来，随着我国油气业的发展，对钻井技术的研究也越来越深入。旋转导向钻井技术是一项先进的自动化钻井技术，经实践研究证明，在水平井、大斜度井、大位移井以及三维多目标井的钻井作业中应用旋转导向钻井技术可以大大提高作业效率和速度、降低作业成本，同时也十分安全可靠，能够减少钻井安全事故的发生。本文主要探讨了旋转导向钻井技术的应用及其进展。
关键词：旋转导向钻井技术；钻井；应用；进展
在油气田勘探开发过程中，钻井技术非常重要，只有满足了相应的钻井技术要求，才能够提高油气开采效率，获得更大的产能。目前的钻井作业对井眼轨迹的要求越来越高，在此背景下，旋转导向钻井技术的应用越来越广泛。我国对旋转导向钻井技术的研究起于“九五”期间，直至“十一五”期间顺利完成了这项研究。以下笔者就根据相关文献资料及实际应用经验来谈谈旋转导向钻井技术的应用及其进展。
1 旋转导向钻井工具系统关键技术的研究
（1）总体方案 经改进后的旋转导向钻井系统目前已经实现了测量和轨迹控制这两大功能。以MWD井眼参数测量为基础，在测量工具单元上增加了环空压力、钻井钻压以及扭矩等的测量，单元数据通过信号通道实现了井下与地面之间的连通。可控偏心稳定器也是一个重要单元，它可以用来控制井眼轨迹参数，为了改变井斜和定位，目前其采用的是液压推动偏心稳定器翼肋的伸缩。一般采用RS232总线来连接两个单元之间的信息通道，由地面计算机等设备来接收井下数据并下达控制工具指令，将井下上传的数据解码还原成井下地层和井眼参数测量数据、环空压力参数测量数据以及工程参数测量数据。另外，RS232总线还负责将地面发出的井眼轨迹控制指令编码传达给井下工具，再由井下工具根据指令实施轨迹控制及导向。
（2）旋转导向钻井工具系统 旋转导向钻井工具系统的井下部分主要是由钻头、旋转导向工具、滚轮稳定器、伽玛短接、电阻率短接、工程参数短接、柔性短接、MWD以及钻柱稳定器等机构部分构成的。
（3）关键部件及单元的测试 旋转导向钻井工具系统的各单元经过大量测试后，又专门在钻井模拟实验室进行了模拟测试实验，在120r/min的转速条件下进行连续测试证明，三个翼肋伸出状态下工具可达到稳定工作状态。室内测试完毕后再进行钻井测试，测试结果达到了油气田测试的指标要求，并且具备实钻水平。
2 典型井下闭环旋转导向钻井工具
调制式旋转导向钻井工具是一种推靠式旋转导向钻井工具，其钻柱与井壁之间无静止点，在钻井过程中能够发挥出更好的旋转钻井特点。该系统导向力的大小及方向受稳定平台的控制，若需要最大导向力则稳定平台会带动上盘阀旋转，此时每个“巴掌”依次拍打井壁，其拍打的合力就是导向机构对井壁的作用力，而合力的反力则是钻柱受到的导向力；若不需要导向力则稳定平台会带动上盘阀以区别于钻柱的转速匀速转动，此时每个“巴掌”均匀拍打井壁四周，合力为零，导向工具呈中性工作状态。Geo-Pilot是一种不旋转套式导向工具，其导向并非依靠偏心稳定器的翼肋，而是依靠不旋转套与万向短节之间的偏心机构，该机构是由多个可控制的偏心环组合而成的，当偏心环组合完成后机构将相对于不旋转套固定，以为钻头提供方向固定的倾角。
3 新型指向式旋转导向钻井工具
根据实践结果显示，采用新型指向式旋转导向钻井工具可以实现对井斜和方位的更有力控制，并且其寿命更长。新型指向式旋转导向钻井工具是由水力偏置系统、枢轴稳定器、MWD总成以及钻柱稳定器这四个部分组成的，其中MWD总成又包括存储器、CPU、螺线型电导管、传感器、随钻测量仪以及控制电路等。该工具中最重要的两个部分当属水力偏置系统和枢轴稳定器，前者可以看做是一个特殊的“稳定器”，后者则是一个由不锈钢材料制成的拥有四个螺旋形刀锋翼肋的连接。一般情况下，在正常钻井过程中，新型指向式旋转导向钻井工具中的控制电路在接收到MWD总成中的井斜和方位等信号后会经由螺线形电导管传输给电子马达，然后再由电子马达传输给放射状水力偏置系统。而“巴掌”则会伸出与井壁接触。在“巴掌”及近钻头稳定器支点两方的作用下，钻头会形成一偏角。在偏心环的作用下，将中心轴向某个固定方向偏置，可以为钻头提供一个固定方向的倾角，以达到纠正井斜和方位的目的。钻头偏移角度不但可以调整，并且还可以将钻杆传递的扭矩及钻压实时传递给钻头。
4 新型指向式旋转导向钻井工具的未来发展方向
新型指向式旋转导向钻井工具的未来发展方向主要集中在：进一步分析钻井工具的中心轴三维结构动力学，并建立三维力学模型；对钻井工具控制轴的强度和刚度进行有限元分析及振动模态分析；建立及仿真分析钻井工具的偏置机构力学模型；对钻井工具的下部钻具进行组合力学分析；对钻井工具结构进行优化设计；优选与钻井工具配伍的钻头。
5 结语
综上所述，油气田的勘探开发离不开钻井技术，旋转导向钻井技术作为一种先进的钻井技术，其能够大大提高钻井作业效率、降低成本，因此未来仍需进一步加强对该技术的研究，以使其发挥出更大的作用。
参考文献：
［1］姜伟，蒋世全，付鑫生，陈平.旋转导向钻井技术应用研究及其进展［J］. 天然气工业，2013，04：75-79.
［2］薛启龙，丁青山，黄蕾蕾.旋转导向钻井技术最新进展及发展趋势［J］.石油机械，2013，07：1-6.
［3］熊继有，温杰文，荣继光，李宬晓.旋转导向钻井技术研究新进展［J］.天然气工业，2010，04：87-90+147.
作者简介：邓元洲（1979- ），男 ，四川苍溪人，工程师，硕士，主要从事钻井工作。
