旋转导向钻井技术应用研究及其进展

刘丁丁

摘要：近几年来我国油气行业的发展取得了非常丰硕的成果，在钻井技术方面的研究也越来越深刻。旋转钻井技术是当前整个钻井领域具有一定技术先进性的自动化钻井技术，在大量的实践应用中表明，针对水平井、大斜度井实施钻井施工的过程中充分应用旋转导向钻井技术，能够实现钻井施工作业效率的全面提升，有效控制鉆井施工作业成本，而且整个作业过程具有较高的安全性和稳定性，本文主要针对旋转导向钻井技术的实践应用及研究进展进行了分析。

关键词：旋转导向钻井技术;钻井施工;研究进展

引言

在油气资源的勘探开发过程中钻井技术发挥着不可替代的作用，只有在钻井技术要求得到充分满足的情况下，可能有效提升油气资源的勘探开发效率，实现油气井产能的有效提升。在当前的钻井作业施工中，对井眼轨迹的要求越来越苛刻，在此情形下，旋转导向钻井技术实现了普及应用。

1 旋转导向钻井工具系统关键技术研究

1.1总体方案分析

在旋转导向钻井系统经过多年的发展改进后，目前已经基本具备了井下测量以及井眼轨迹控制等两项重要的功能[1]。在原有的MWD井眼参数测量基础上，进一步增加了针对环空压力、钻井压力以及钻具扭矩等相关参数的测量，在井下工具与地面控制部分之间通过设立良好的信号通道实现了单元数据的有效连通。另外，在整个旋转导向钻井系统中可控偏心稳定器同样发挥出了重要的作用，其可以实现对井眼轨迹参数的有效控制，而且在当前的旋转导向钻井系统中充分应用了液压推动偏心稳定器伸缩翼肋，这样就有效改善了传统钻井模式下的井斜以及定位状况。该钻井系统中针对两个单元之间的信息通道通常情况下采取的都是RS232总线形式进行连接，通过地面计算机等处理设备来实现井下生产作业数据的采集，并对井下工具查相应的执行指令，当井下采集的数据实现上传后，通过相应的解码方式能够将其还原成井眼、环空压力、工程等测量参数[2]。此外，充分利用RS232总线还能够将经过编码的井眼控制指令传达到井下作业工具上，在此基础上通过井下工具执行具体指令就能够实现对井眼轨迹的有效控制。

1.2旋转导向钻井系统关键部件及单元测试

在整个旋转钻井导向工具系统中，所有的工具单元必须要经过严格的测试，而且还要针对各个工具单元在钻井模拟实验室中进行严格的模拟实验，在相关实验中，通过设置120r/min的钻机转速条件进行连续测试，井下钻井工具在所有的三个翼肋伸出后达到了稳定运行状态。在严格的完成实验室模拟测试后，还必须要进行钻井实验，在大量的钻井实验中表明，旋转钻井工具系统完全能够符合当前油气田勘探开发的相关指标要求，并充分具备了实际钻探开发的整体水平。

2.典型井下闭环旋转导向钻井工具

在当前油气田勘探开发过程中调制式旋转导向钻井工具应用比较广泛，该钻进工具属于一种推靠式旋转导向钻井工具，该钻井工具在实际应用过程中钻柱与井壁之间严格的来讲并没有静止点，在整个钻井施工过程中就能够很好的发挥出旋转钻井的具体特征。在整个钻井工具系统中稳定平台能够对整个系统的导向力大小以及导向方向进行有效控制，如果在实际作业过程中需要的导向力比较大，稳定平台就会通过旋转来带动上盘阀运动，这样就能够为钻井作业提供更大的导向力，在此过程中，钻井工具上的每一个“巴掌”会沿着旋转方向对井壁进行拍打，在拍打过程中所形成的合力实际上就是整个导向机构在井壁上形成的作用力，而利用该作用力的反向力就能够在钻柱上形成有效的导向力;如果在实际钻井作业过程中如果不需要导向力，就可以通过稳定平台的作用，让上盘阀与钻柱之间保持不同步的转动，这样“巴掌”在拍打井壁的 时候形成的合力就为0，此时导向工具实际的工作状态为中性。

3.新型指向式旋转导向钻井工具

在大量的钻井实践中表明，通过被新型指向式旋转导向钻井工具的应用能够有效提升钻井过程中的井斜以及方向的控制，而且也能够有效延长工具实际的使用寿命。该钻井工具主要有水力偏置系统、枢轴稳定器、MWD总成和钻柱稳定器几个主要组成部分。该钻井工具系统中水力偏置系统以及枢轴稳定器是两个非常核心的部件，水力偏置系统在整个系统中属于一个相对比较特殊的“稳定器”，而枢轴稳定器主要是利用不锈钢材料进行制作，并通过四个螺旋形刀锋翼肋进行连接。通常情况下，在正常实施钻井作业过程中，MWD总成在采集到井斜以及具体的方位数据信号后将其传输到整个控制电路中，并充分利用螺线型电导管将相应的数据信号传输到电子马达中，随后，电子马达会将接收到的数据信号传输到放射状水力偏置系统中[3]。在此状态下，钻柱工具系统中的翼肋就会伸出来，与井壁进行接触。这样转头就会在翼肋以及钻头稳定器支点的共同作用下形成一个偏角。然后充分利用偏心环将中心轴固定出一个指定方向的偏置，在此情况下就能让钻头沿着固定的方向进行运动，从而实现的对井斜以及方位的及时纠正。在实际钻井过程中，钻头实际产生的偏移角度不仅可以实现及时的调整，而且也能够实现对钻杆扭矩以及钻压的及时传递。

4.新型指向式旋转导向钻井工具发展趋势

随着当前钻井技术的不断进步，未来的新型指向式旋转导向钻井工具研究会主要从以下几个方向开展。首先是针对钻井工具系统中的中心轴三维结构力学进行深入研究，并通过三维模型的建立来实现对中心轴强度以及刚度的动态分析;其次是通过建立三维仿真模型对钻井工具偏置结构的力学性能进行深入研究;最后是实现对新型指向式旋转导向钻井工具系统应用过程中的钻头配伍性进行优选。

5.结束语

总而言之，在当前油气田勘探开发规模不断扩大的前提下，对钻井技术的应用和研究在不断深入，作为一种具备较强先进性的钻井技术，旋转导向钻井技术在实践应用过程中极大的提升了钻井作业施工效率，实现了钻井施工作业成本的有效控制，其必然会是未来钻井技术主要的研究内容。

参考文献：

[1]李颖.指向式旋转导向钻井工具动力学分析与工作性能研究[D].中国地质大学（北京），2010.

[2]于津丰.旋转导向钻井工具姿态参数模拟解算电路改进与验证[D].西安石油大学，2016.

[3]肖仕红，梁政.旋转导向钻井技术发展现状及展望[J].石油机械，2006（04）：66-70.