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旋转导向和分支井技术介绍 概述国际上已经投入使用的旋转导向钻井系统在渤海油田使用的旋转导向钻井系统介绍旋转导向技术的应用分支井技术 20世纪90年代初期 多家公司形成了商业化的旋转导向技术 旋转导向钻井系统实质上是一个变径稳定器与测量传输仪器 MWD LWD 联合组成的井下闭环工具系统 非常适合目前开发特殊油藏的超深井 高难度定向井 水平井 大位移井 水平分支井等 旋转导向钻井技术概述 在钻柱旋转的情况下 具有导向能力 配有全系列标准的地层参数及钻井参数检测仪器 配有地面 井下双向通讯系统 工具设计制造模块化 集成化 定向钻井时不需要特殊的钻井参数 就可以保证最优的钻井过程导向自动控制 以保证准确光滑的井眼轨迹 旋转导向钻井技术概述 续 Sperry sun在1999年推出新一代的Geo Pilot旋转导向自动钻井系统BakerHughesInteq在1997年推出的AutoTrak 其63 4 系统创下了单次下井工作时间92h 进尺2986m的世界纪录 81 4 系统创下了单次下井工作时间167h 进尺3620m的世界纪录 Anadrill公司的PowerDrive 截至1999年底 该系统已下井138次 累计工作时间11610h 总进尺47780m 目前 世界上3口位移超过10000m的大位移井中 有2口应用了该系统 国际上已使用的旋转导向钻井系统 续 目前 旋转导向钻井系统形成了两大发展方向 不旋转外筒式闭环自动导向钻井系统 AUTOTRAK和GP全旋转自动导向钻井系统 PowerDriverSRD 2000年 PowerDriveSRD系统引入国内海上应用 在设计井深8800m 水平位移超过7500m的南海XJ24 3 A18井6871 8610m井段中成功应用 尽管该工具的日租金高达数万美元 仍直接节约了500万美元的钻井作业费用 国际上已使用的旋转导向钻井系统 续 在渤海油田使用的旋转导向钻井系统介绍 AutoTrak旋转闭环钻井系统 系统组成 地面与井下的双向通讯系统 地面监控计算机 解码系统及钻井液脉冲信号发生装置 导向系统 AutoTrak工具 MWD LWD AutoTrak旋转闭环钻井系统 续 井下偏置导向工具导向原理示意图 AutoTrak旋转闭环钻井系统 续 AutoTrak旋转闭环钻井系统 续 工作原理 AutoTrakRClS系统的井下偏置导向工具由不旋转外套和旋转心轴两大部分通过上下轴承连接形成一可相对转动的结构 旋转心轴上接钻柱 下接钻头 起传递钻压 扭矩和输送钻井液的作用 不旋转外套上设置有井下CPU 控制部分和支撑翼肋 图2AutoTrakRCLS结构示意图 系统的组成PowerDriverSRD系统由稳定平台和翼肋支出及控制机构组成 PowerDrive旋转导向钻井系统 图5PowerDrive系统主要组成部分 PowerDrive系统主要组成部分 PowerDrIverSRD系统的支撑翼肋的支出动力来源是钻井过程中钻柱内外的钻井液压差 控制轴从稳定平台延伸到下部的翼肋支出控制机构 底端固定上盘阀 由稳定平台控制上盘阀的转角 下盘阀固定于井下偏置工具内部 随钻柱一起转动 其上的液压孔分别与翼肋支撑液压腔相通 在井下工作时 由稳定平台控制上盘阀的相对稳定性 随钻柱一起旋转的下盘阀上的液压孔将依次与上盘阀上的高压孔接通 使钻柱内部的高压钻井液通过该临时接通的液压通道进入相关的翼肋支撑液压腔 在钻柱内外钻井液压差的作用下 将翼肋支出 PowerDrive旋转导向钻井系统 续 图6PowerDrive盘阀控制机构示意图 PowerDrive盘阀控制机构示意图 PowerDrive旋转导向钻井系统 续 PowerDrive把旋转钻井条件下测得的井斜角 方位角和工具面角等数据上传到地面 地面计算机监控系统根据实钻井眼与设计井眼的相对位置来产生改变工具面角等参数的下传指令 井下微处理器分析脉冲信号加以识别 与储存在仪器里的指令对比后 由井下旋转导向工具执行指令 PowerDrive675 Padout Padin PowerDriveBHA 整个钻具对井眼没有静止点 能减小摩阻 利于井眼清洗 优化井身质量 内部故障诊断和工具维护指示 减小了井下故障发生的几率 同步发送和接收MWD LWD等数据 一体化的设计特色和6 12bit s的数据传输速度 地面监控系统能改善对钻压 钻井泵的控制 通过改变泥浆的流量 可改编数据传输速度 通过改变数据帧 它能随钻井和地质条件的改变而选择哪个数据实时传输和哪个数据存贮起来 可配套特制的PDC钻头 大幅度提高钻速 旋转控制阀在垂直井段随钻柱一起旋转 导向块产生的导向力也不断变化 会造成井眼扩径和井下钻具的横向冲击与振动 同时由于活塞伸缩频繁和液压控制系统的工作介质的影响 工具的耐磨损与密封是关键技术 PowerDrive的特点 Geo Pilot系统也是一种不旋转外筒式导向工具 Geo Pilot旋转导向是靠不旋转外筒与旋转心轴之间的一套偏置机构使旋转心轴偏置 从而为钻头提供了一个与井眼轴线不一致的倾角 其偏置机构是一套由几个可控制的偏心圆环组合形成的偏心机构 当井下自动控制完成之后 该机构将相对于不旋转外套固定 从而始终将旋转心轴向固定方向偏置 提供方向固定的倾角 Geo Pilot系统 Geo Pilot System 旋转导向技术的应用 以Geo Pilot为例介绍旋转导向工具的应用 五 旋转导向技术的应用 2005年 我公司与Halliburton公司合作 在渤海的NB35 2油田水平分支井8 1 2 井眼作业中 使用该公司的旋转导向工具和我公司的FELWD测井工具联合作业 取得了预期的效果 使用该工具共作业12口井 NB35 2油田水平分支井8 1 2 井眼作业时 轨迹的控制是定向井工作的重中之重 为了控制好轨迹 作业中我们严格按照设计钻进 如果油层走向同设计对比存在少许偏差 那我们严格按照陆地项目组的要求作业 勤跟踪 预测轨迹变化趋势 确保GP能够正常工作 同时避免轨迹控制上 大起大落 根据已钻井的作业情况 我们控制轨迹主要使用以下钻井参数 另外 在保护好油层的条件下 同时确保GP能够发挥更好的效果 根据不同的地层情况 可使用的泥浆性能为 1 地层特别松软 可钻性好 机械钻速高于120米 小时 其漏斗粘度90 100sec qt 密度1 16g cm3 2 可钻性相对来说较差的地层 其ROP 100米 小时 其漏斗粘度75 85sec qt 密度1 15g cm3 增斜钻进 F R 950 1000l min RPM 40 80 WOB 10 16tTF 0deg Deflection 100 在增斜钻进过程中 使用高钻压 低转速 低排量 其目的是为了减少钻头对地层的水力冲蚀 增加井眼轨迹的规则性 确保井眼扩大率小 只有这样 GP才能够很好地确保侧向力在高钻压 低转速时能够很好的发挥出来 从而达到在油层中的增斜效果 Geo Pilot井眼轨迹控制理念 降斜钻进 F R 1500 1700l min RPM 120 WOB 0 5tTF 180deg Deflection 100 在降斜钻进过程中 使用低钻压 高转速 高排量 其目的充分依靠钻具自身重力和GP向下的侧向力 达到降斜效果 Geo Pilot井眼轨迹控制理念 续 稳斜钻进 F R 1500 1600l min RPM 120 WOB 3 12tTF 0deg Deflection 100 使用以上参数钻进时 一个是底部钻具在松软的地层中有降斜趋势 另一个是底部钻具在GP向上的侧向力作用下 有增斜趋势 两者矢量上的叠加 能够较好的起到稳斜作用 Geo Pilot井眼轨迹控制理念 续 分支井技术 NB35 2B平台基本概况 分枝井的悬空钻进 F R 1100 1300l min RPM 140 WOB 0 2tROP 1 5m hr确保该井段井