旋转导向钻井技术应用于水平定向钻进中

本文介绍了一种导向钻井新技术——旋转导向钻进在水平定向钻进中的应用情况。

旋转导向系统在水平定向钻进中试验成功

旋转导向系统（RSS）能在钻杆回转状态下改变钻孔倾角和方位角，从而能够在定向钻进中始终保持钻压和钻进效率，这种钻具早已在石油和天然气定向钻进中成功应用，此次在非开挖水平定向钻进中试验成功，显示出其具有广阔的应用前景。

坑内始钻式水平定向钻进设备解决能力、导向问题

本文介绍了采用坑内始钻式水平定向钻机进行铺管施工的技术问题及其优点。

定向钻井电控式扭矩离合控制工具研制与应用

旋转导向工具由于尺寸大,在钻井过程中井壁不稳定时容易发生卡钻、埋钻等复杂故障,处理难度大,现场应用受到一定限制。针对这种情况,文章研究了一种适用于定向钻进过程中的电控式扭矩离合控制工具。该工具在定向过程中可以将下部钻具与上部钻具的扭矩进行分离,实现上部钻具随钻盘低转速旋转送钻,下部钻具与螺杆工具配合滑动定向钻进。该工具由两部分组成:地面信号下传单元和井下信号接收及离合控制单元。井下信号接收及离合控制单元安放在近钻头位置,地面信号下传单元通过钻井液将信号传递到井下,离合控制单元接收指令后,用电液控制方式执行钻柱扭矩分离与结合动作。该工具使用的关键点是安放位置和反扭矩的控制,通过对下部钻具摩阻扭矩的分析,运用Landmark软件计算工具安放位置,抗反扭矩工具可抵抗并吸收螺杆钻具的反扭矩。现场应用表明,该系统可有效缓解托压,降摩减阻,稳定工具面,提高钻压传递效率,较大幅度提高机械钻速,实现低成本代替旋转导向工具,具有广阔应用前景。

旋转导向工具稳斜钻进井眼轨迹控制方法设计

提出了一种旋转导向工具在稳斜钻进作业时井眼轨迹控制方法。稳斜钻进作业中需要控制井斜和方位两个参数。控制方法由井下闭环和井上闭环两部分组成。井下闭环利用井下近钻头设备实时测量的井斜角信息,并通过液压控制系统闭环控制井斜,保证井眼轨迹在井斜方向按照井眼轨迹设计方向前进。井上闭环利用随钻测量设备向地面提供的井斜角、方位角信息,经过地面软件处理得到实钻轨迹并同设计轨迹进行比较,得出方位调整策略,通过数据下传技术下传到井下旋转导向工具,旋转导向工具依据方位调整策略进行扭方位操作,以保证实际轨迹和设计轨迹的重合。控制方法中根据导向能力需求不同,将导向力分成多个档次,以适应不同钻井条件下对全角变化率的要求。试验验证了控制方法的有效性。

煤矿井下瓦斯高效精准抽采定向钻进技术与装备

井下定向钻孔可实现超前、区域、精准瓦斯抽采,是煤矿区瓦斯资源开发的重要技术手段。针对煤矿井下全域化高效精准瓦斯抽采需要,在“十三五”国家科技重大专项支持下,研发了井下旋转地质导向定向钻进技术装备、碎软煤层双动力头双管定向钻进技术装备、井下大直径高位长钻孔定向钻进技术装备等3种适用于不同含煤地层、不同类型瓦斯抽采定向钻孔施工的重大技术装备。其中井下旋转地质导向定向钻进技术装备的单根钻杆自动上卸时间55 s,典型故障诊断准确率90%,随钻地层探查距离≥0.5 m,旋转导向造斜力达到1.4 t,最大成孔深度达到820 m,提升了定向钻探装备智能化水平,实现了煤矿井下定向钻进从“几何导向”到“旋转地质导向”的跨越;碎软煤层双动力头双管定向钻进技术装备的套管动力头额定转矩6000 N·m,钻杆动力头额定转矩3000 N·m,护孔筛管直径达到Ф75 mm,0.3≤f≤0.5(f为煤岩层坚固性系数)的碎软煤层中孔深250 m以上钻孔的成孔率达到75%,将定向钻进适用地层范围由f≥0.8拓宽至f≥0.3,实现了碎软煤层区域递进式瓦斯抽采;井下大直径高位长钻孔定向钻进技术装备的额定转矩23000 N·m,一次成孔直径153 mm,一次扩孔直径300 mm,最大成孔深度达到1071 m,提升了顶板高位定向钻孔成孔直径,为“以孔代巷”采动卸压瓦斯抽采提供了技术装备支撑。以上技术装备显著提高了煤矿井下瓦斯抽采定向钻孔的成孔能力和瓦斯抽采效果,推动了煤矿井下瓦斯抽采技术进步,保障了煤矿安全高效绿色开采。

新型智能旋转导向工具在南海东部探井的应用分析

[目的]为满足南海东部勘探钻井数量和完钻深度逐年增加情况下,垂直钻井和定向钻井对井眼轨迹控制高的要求,确保钻井井眼轨迹质量,解决前期定向井工具定向能力不足的问题,积极推动“一趟钻”工程。[方法]通过对非动力及动力定向井工具的技术原理和作业优缺点进行比较和分析,结合作业需求和工具特点,优选了智能推靠式旋转导向工具iCruise,该工具系统定向能力强、耐高温,坚固的机械设计和高强度材料使其可在恶劣环境中使用。[结果]优选的旋转导向工具iCruise在南海东部十余口探井进行了成功应用,不仅满足复杂结构井的精准定向要求,而且大幅度提高了效率。[结论]本研究为定向钻井作业积累了经验,也为旋转导向工具的国产化提供了建议。

煤矿井下旋转地质导向钻进技术装备研究

针对煤矿区井下瓦斯抽采定向钻孔施工技术装备存在的自动化程度低、目标地层钻遇率低、岩层钻进速度慢、钻孔直径小等局限性,开展了煤矿井下旋转地质导向钻进技术装备研发工作,突破了定向钻机无线遥控操作、机械自动加杆、实时参数监测与故障诊断、随钻煤岩识别、轨迹旋转调控等核心技术难题,研制出ZDY25000LDK型电液控制定向钻机、BLY800/12型高压力大流量泥浆泵车、YSG(A)型矿用动态方位伽马地质导向随钻测量系统、φ133 mm液驱推靠式旋转导向钻进系统和配套钻具,其中定向钻机的最大转矩25 000 N·m、自动加卸钻杆时间小于55 s,泥浆泵车的额定流量800 L/min,地质导向随钻测量系统的自然伽马测量误差小于±5%、随钻地层探查距离≥0.5 m,旋转导向钻进系统的适用转速范围80~200 r/min、造斜力达到1.4 t;开发了煤矿井下近水平孔地质导向钻进技术和旋转导向钻进技术,详细介绍其技术特点与工艺流程。在内蒙古唐家会煤矿进行了现场试验,在煤层和岩层中实钻定向钻孔共4个,最大成孔深度820 m,总进尺2 419 m,定向成孔直径172 mm,煤层中综合钻进效率提高25%以上,岩层中综合钻进效率提高30%以上,实现了煤矿井下定向钻进从“几何导向”到“旋转地质导向”的跨越,提升了煤矿井下定向钻进智能化水平和钻孔成孔质量,为煤矿井下瓦斯高效抽采和智能矿井建设提供了技术装备支撑。

旋转导向用ϕ114.3 mm有线随钻测量钻杆设计及应用

为了满足旋转导向对钻杆实时传输数据的要求,通过结构设计、数值模拟、室内试验和现场综合试验相结合的方法,设计并研制了ϕ114.3 mm有线随钻测量钻杆,提高了接头整体抗扭强度和抗拉能力;螺纹采用大锥度设计,有效适应了井下机械手自动拧卸钻杆操作;通缆装置采用非对称曲面结构,提高了钻杆整体过流面积。试制的ϕ114.3 mm有线随钻测量钻杆在唐家会旋转导向施工中进行了现场试验,累计进尺2421 m。现场试验结果表明:钻杆力学性能稳定,信号传输可靠,满足旋转导向钻进对信号实时、双向传输的需求。

煤矿井下碎软煤层旋转导向钻进技术

煤矿井下碎软煤层钻孔轨迹的定向可控对提高钻孔成孔率、减少抽采盲区、提高瓦斯抽采效果具有重要意义。旋转导向钻进工艺对于提高排渣效果、降低事故风险、提高钻进效率具有关键作用,因此实现碎软煤层钻孔旋转导向钻进是未来技术发展方向。分析并总结了目前石油钻井领域旋转导向钻进技术的特点和适用范围,结合碎软煤层钻孔特点,提出了基于内管控制的内控式旋转导向钻进技术思路。

煤矿井下定向钻进新技术

通过调查煤矿井下现有定向钻进的技术现状以及石油钻井领域的一些新技术,论述了煤矿井下定向钻进的新技术和发展趋势,包括测量钻头位置的随钻测量系统、提供钻头动力的孔底马达以及全新的旋转导向钻进系统等先进技术。其中,随钻测量系统的关键技术是在保证钻杆强度的前提下钻杆本体的密封以及钻杆内永久电缆联接处的密封;孔底马达重点要解决定子和轴承的寿命问题。随钻测量系统与孔底马达在国内煤矿已有初步应用,但仍需发展完善;旋转导向系统在煤矿井下的应用将是一个主要的发展方向。

随钻测量和旋转磁导向技术及在对接井应用

从随钻测量的原理出发对随钻测量设备的误差特性进行了分析,指出了随钻测量在实现两井对接的不足之处,介绍了旋转磁导向的原理及在韩城煤层气开采中的应用情况。

煤矿井下定向钻进技术及其发展趋势

介绍了5种定向钻进技术,概述各自的定向原理、技术特点和应用概况,总结了煤矿井下使用的稳定组合钻具定向钻进技术和孔底马达滑动定向钻进技术的发展历程和存在的不足;结合当前已有的定向钻探设备及技术,指出高强度通缆钻具和适合煤矿井下环境的无线传输技术是实现复合钻进技术的难点;井下信息闭环控制系统和先进的导向工具系统是实现旋转导向技术的难点;随钻近钻头地质测井技术是实现地质导向技术的难点;最后指出了高度自动化和智能化导向钻进是定向钻进技术的发展方向,并为加速煤矿井下定向钻进技术的发展提出了相关建议。

BH-RSS旋转导向钻井系统在港1504井的应用

BH-RSS是渤海钻探工程公司自行研制的推靠式旋转导向钻井系统。该系统综合了旋转导向钻井和随钻测井技术,在连续的钻进过程中,提供精确地方向控制。随着钻具旋转钻进,BH-RSS能在任何设定的方位上定向钻进。这与传统的MWD+螺杆的定向钻井技术相比,大大提高了机械钻速和井眼质量。BH-RSS旋转导向钻井系统的室内研究已成型,目前正处于现场试验阶段。通过对多口不同井型、井斜的8 1/2″井眼的试验逐步实施对该系统和钻井工具的改进,形成一套性能稳定可靠、应用广泛的旋转导向钻井系统。本文针对该系统的现场试验条件、方式及试验结果进行阐述,总结出实施旋转导向钻井系统可行的钻井技术要点及对该钻井系统的几点改进建议。

煤矿井下随钻测量定向钻进技术探究

针对井下瓦斯抽采工作中常用的煤矿井下随钻测量定向钻进技术,分别对井下定向钻进、井下随钻测量、孔底马达、旋转导向钻进的原理、适用范围、发展趋势进行了分析总结,旨在为这一技术的未来发展和大范围应用提供参考。

旋转导向钻井技术的新进展

旋转导向系统（RSS）是在钻柱旋转钻进时，随钻实时完成导向功能的一种导向式钻井系统，自20世纪90年代出现以来便掀起了一场定向钻井技术的革命。在RSS出现以前，多采用由泥浆马达驱动的滑动导向钻井系统实施导向钻井。

中国石化旋转导向技术获得重大突破

2019年11月29日,中国石化胜利石油工程公司随钻测控技术中心自主研发的SINOMACS ATS I型旋转导向仪器在胜利油区现场试验成功,标志着中国石化旋转导向技术获得重大突破。随着油气勘探的不断深入,复杂超深定向井和大位移水平井日益增多。常规钻井技术难以满足施工要求。常规钻井技术是上部钻具在不旋转状态下,推动带有弯度的螺杆钻具实现定向钻进。但在大位移水平井的钻探施工中,随着水平段加长,井下钻具托压及摩阻越来越大,轨迹控制难度大,机械钻速慢。旋转导向仪器能够保证钻具在全旋转的状态下实现指定方向的钻进。就像给汽车装上了方向盘,现场工程师可精确控制井眼轨迹,保证井眼轨迹更平滑,井壁质量更好,降低卡钻风险,并大大缩短了建井周期,节约了钻井施工费用,获得了国内外页岩气勘探开发市场的普遍认可。

套管钻井技术在定向井上的应用

使用套管钻定向井的目的是解决井下复杂问题,简化钻井程序,降低钻井成本。套管钻直井的效果得以证实以后,又加大到钻定向井方面。定向套管钻井系统使用一套位于套管下端的电缆可回收式定向钻井装置,替代了钻杆钻井时使用的常规定向工具。可回收井底组合需要从套管内穿过,对钻头、稳定器、泵等下井工具的尺寸都有所限制,其工艺在提高机械钻速、定向控制方面仍有待改进。套管代替钻杆作为钻柱,其直径、强度及井下受力情况、破坏机理也不同,需要进一步分析研究。尽管套管钻井方法还有诸多问题需要解决,自20世纪90年代商业应用以来,通过专用工具的研发换代,结合现场试验不断改进,套管钻井技术得到快速发展,目前已经可以同旋转导向技术组合应用在海上钻定向井,显示出广阔的发展空间。

煤矿井下长钻孔钻进减阻技术研究

针对煤矿井下长钻孔钻进中钻杆柱与钻孔壁之间的摩擦阻力严重影响钻压传递、阻碍钻孔深度进一步增加的问题,对长钻孔钻进减阻技术进行了研究。分析了目前复合定向钻进技术存在的技术瓶颈,即复合钻进时无法定向,深孔滑动定向钻进时效率低,导致钻孔较深时无法开分支和纠偏;提出了水力振荡器减阻技术、滚轮扶正器减阻技术、冲击振动减阻技术及旋转导向技术等解决方案,分析了各方案的原理、技术优势及局限性,指出相关技术的地层适应性及对钻进设备的要求,并给出了相关技术的实际应用结果:淮南矿业集团张集矿使用水力振荡器后,平均给进表压为4MPa左右,比使用前降低了33%,平均钻进效率比使用前提高了126%,压降消耗为2MPa左右,泥浆泵压力虽升高1.7~2.5MPa,但仍可满足目前煤矿井下钻进系统泥浆泵、定向钻具深孔钻进需要;采用单弯螺杆马达与液动冲击器复合钻具在唐家会煤矿现场共完成了2个定向试验钻孔,钻孔深度分别为546m和564m,使用该钻具组合施工进尺分别为411m和429m,用时分别为8 230min和8 570min,机械钻速约为3m/h,而相同地层常规定向钻进的机械钻速为0.83m/h,复合钻具的机械钻速提高了约260%;在晋煤集团寺河矿使用冲击螺杆马达钻进累计进尺1 743m,累计时长为200h,平均机械转速相较常规螺杆马达提高了20%~30%,可达8.34m/h。提出开发小直径旋转导向技术是目前煤矿井下钻具突破的新方向。

旋转导向钻井技术应用于水平定向钻进中

基于水平井的钻探需要,采用传统的钻井方法无法满足水平井钻探要求,旋转导向钻井技术由于可以改变钻井的角度和方向,并及时调整钻井的轨迹,在钻井过程中能够达到提高钻井效果的目的。结合当前水平井的钻井需要,旋转导向钻井技术在应用中取得了积极效果,能够根据水平井的状态要求预先设定钻井角度,并在钻井中及时予以调整,遇到复杂地层能够根据地层的特点进行调整,使整个水平定向井钻探能够取得积极效果,满足水平定向井的钻探要求。