水平井旋转导向技术现状与现场应用.ppt

二 一六年一月 水平井旋转导向技术现状与现场应用 王万庆 前言 一 旋转导向钻井系统组成与工作原理二 旋转导向钻井系统分类三 典型的旋转导向钻井系统四 旋转导向钻井技术在长庆油田的应用五 认识与建议 汇报内容 旋转导向钻井系统组成 地面监控系统 双向通讯系统 井下旋转导向钻井工具系统 井下测量系统及短程通讯系统5部分组成 1 地面监控系统随钻检测旋转导向工具的工作状态实时监控井眼轨迹 调整待钻轨迹设计发送新的井眼轨迹控制指令 2 双向通讯系统通过脉冲信号上传井下测量参数从地面下传发送控制指令 3 井下旋转导向钻井工具系统 核心系统 1 偏置机构 通过翼片伸出以和井壁接触时受到井壁反作用的方式给钻头施加侧向力或偏移机构使传动轴产生偏移 将扭矩和载荷传递至钻头 指引 钻头向既定方向钻进 2 偏置控制机构 主要控制偏置机构对钻头产生侧向力的大小和方向 4 井下测量系统 1 随钻测量系统 主要用于随钻测量井眼轨迹几何参数和地层参数 2 工具测控系统 是通过自身的稳定平台在旋转钻柱内与大地保持相对静止 从而实现对井下工具的实时空间姿态测量 5 短程通讯系统井下工具测控系统与MWD LWD 随钻测量系统数据之间的交换 旋转导向工具利用偏置机构 BiasUnits 偏置钻头或控制钻柱弯曲产生一个偏心效果 从而给钻头施加一个侧向力来实现轨迹的偏转控制 通过偏置控制机构对钻头产生侧向力的大小和方向进行控制 从而实现井眼轨迹全方位的控制 旋转导向钻井系统的工作原理 一 旋转导向钻井系统组成与工作原理二 旋转导向钻井系统分类三 典型的旋转导向钻井系统四 旋转导向钻井技术在长庆油田的应用五 认识与建议 汇报内容 二 旋转导向钻井系统分类 按导向方式分为推靠式和指向式两种类型 推靠式 在钻头附近直接给钻头提供侧向力 指向式 通过近钻头处钻柱的弯曲使钻头指向井眼轨迹控制方向 按偏置机构的工作方式分为静态偏置式和动态偏置式两种类型静态偏置式 在钻进过程中不与钻柱一起旋转 某一固定方向上提供侧向力 动态偏置式 即调制式 配置导向机构在钻进过程中与钻柱一起旋转 依靠控制系统使其在某一位置定向支出提供侧向力 综合考虑导向方式和偏置方式分为三种类型静态偏置推靠式 BakerHughesInteq公司AtoTrakRCLS动态偏置推靠式 调制式 Schlumberger公司PowerDriveSRD静态偏置指向式 HailburtonSperry sun公司Geo Pilot 一 旋转导向钻井系统组成与工作原理二 旋转导向钻井系统分类三 典型的旋转导向钻井系统四 旋转导向钻井技术在长庆油田的应用五 认识与建议 汇报内容 核心工具 非旋转可调扶正器滑套近钻头井斜传感器电子控制元件液压控制阀和活塞 三 典型的旋转导向钻井系统 特点 侧向力大 造斜率高井眼狗腿大 轨迹波动大 不平滑钻头和钻头轴承的磨损较严重 1 静态偏置推靠式 AtoTrakRCLS 导向原理 静态偏置式工作方式采用液压推动活塞分别对3个稳定块施加不同的压力合力使钻具沿某一特定方向偏移 使钻头产生一个侧向力保证钻头沿一方向定向钻进 核心工具 稳定平台控制总成钻井液控制分配总成偏置执行总成测量传感器井下CPU和控制电路涡轮 液压驱动支撑座 2 动态偏置推靠式 调制式 PowerDriveSRD 优点 钻具转动摩阻减小利于井眼清洗井身质量优卡钻风险小利于延长位移 缺点 钻柱旋转产生的导向力会造成井眼扩径和井下钻具的横向冲击与振动 工具的耐磨与密封受损大 导向原理 上盘阀靠控制两端的涡轮在钻井液中的转速使该部分形成一个不随钻柱旋转的 相对稳定的稳定控制平台 下盘阀固定于井下偏置执行机构内部 其上的液压孔分别与翼肋支撑液压腔相通 在钻柱内外钻井液压差的作用下 将翼肋支出 为钻头提供一个侧向力 产生导向作用 核心工具 易变形的驱动轴偏心环控制偏心环机构 特点 井眼平滑 摩扭小钻头侧向载荷较小钻进时可强化钻井参数可发挥PDC优势 3 静态偏置指向式 Geo Pilot 缺点 钻柱承受高交变应力 易疲劳破坏 导向原理 采用控制钻柱弯曲特征来实现钻头轴线的有效导控 控制一根易发生弯曲的连续旋转的驱动轴处于一个非旋转套筒内在套筒的中间有一组可控制的偏心环组成的偏心机构 迫使驱动轴发生弯曲 导致钻头轴线偏心倾斜 提供侧向力 产生导向作用 三种工作方式旋转导向工具系统性能对比 一 旋转导向钻井系统组成与工作原理二 旋转导向钻井系统分类三 典型的旋转导向钻井系统四 旋转导向钻井技术在长庆油田的应用五 认识与建议 汇报内容 苏5 2 42H水平井 2011年 BakerHughesInteq公司Ato TrakRCLS旋转导向钻井系统苏里格气田二开水平井试验井 盒8 设计水平段长786m 使用井段 造斜点2750m至完钻 共4趟钻 第一趟随仪器故障起钻第二趟定向 造斜效果不明显控时 单根 3h 钻进79m 井斜2度耗时27小时 共钻进278米机械钻速 6 48m h 第三趟 进尺315米 机械钻速8 95m h第四趟钻下钻遇阻严重 无进尺起钻 水平段1趟 进尺350米机械钻速11 44米 小时 周期1 75天钻遇灰黑色泥岩后完钻 应用效果斜井段增斜井段 30 60 钻进速度较高井眼质量控制效果好 7 技术套管顺利下入81 2 井眼水平段钻进速度高于6 井眼24 48 初始定向造斜的效果较差 分段技术指标如表所示 宁平9水平井 2014年 1482m 井斜41 4 至2398m井下仪器无信号起钻入井工作时间132小时一趟钻完成增斜井段至水平井段入窗井段垂深调整5次钻进进尺916m机械钻速11 48m h SchlumbergerAnadrill公司PowerDriveArcher三维水平井旋转导向钻井配套技术试验目的层长7 靶前位移328m 偏移距132 4m 应用效果增斜能力强 6 30m 最大造斜率12 30m斜井段施工效率较高 整体机械钻速较宁平7提高46 12 发送指令一次约10 12分钟 耗时长 宁平8水平井 2015年 BakerHughesInteq公司Ato TrakRCLS LithoTrak旋转导向 随钻测井钻井系统三维水平井旋转导向钻井配套技术试验目的层长7 靶前位移300m 偏移距126 7m 水平段长1800m915m至3625m 入井227小时 完成钻井进尺2710米机械钻速14 97m h 水平段长1835m 机械钻速15m h 应用效果分析 在钻井过程中全程跟踪层位预算油顶 在垂深下调7m情况下精确入窗 水平段应用方位伽马成像 实时判断实钻轨迹与储层的位置根据钻遇的储层岩性变化 及时做出调整薄储层 起伏变化大储层 优势明显 实时测量井底环空压力 为计算压井泥浆密度提供数据支持测量ECD当量循环密度 判断井底泥浆密度是否达到要求根据实时测量电阻率形态可准确识别漏点深度 三种导向工具应用效果比较 一 旋转导向钻井系统组成与工作原理二 旋转导向钻井系统分类三 典型的旋转导向钻井系统四 旋转导向钻井技术在长庆油田的应用五 认识与建议 汇报内容 1 旋转导向钻井工具能有效地将钻压传递到钻头 从而消除常规导向工具滑动钻进时的托压问题 增加了施工效率 提高了钻井速度 2 旋转导向工具造斜率由工具本身确定 受地层非均质影响较小 在三维水平井 复杂地层水平井施工中能够有效控制井眼轨迹 使井眼更平滑 降低扭矩及摩阻 有利于降低钻井作业风险 3 旋转导向钻井全过程由于保持了钻柱的旋转 加强了环空钻屑的搅动 有利于钻屑运移 使井眼更清洁 4 由于旋转导向工具调整方向的计算是参考重力高边 对于井斜小于3 的井眼 很难精确计算出高边位置 不能有效从垂直井眼按指定的方向定向或侧钻 5 由于旋转导