反扭矩定向系统研制及试验

现有旋转滑动钻井工具无法同时实现隔离上部钻具旋转和钻头破岩产生的反扭矩,且工具面角不可控。基于此,设计了分时动态隔离上部钻具旋转和承载下部钻具扭矩的反扭矩定向钻井系统;研制了反扭矩定向系统样机;利用该样机开展了实钻测试,实钻总进尺57 m,工具面角控制精度小于±5°、造斜率达23.0°/100 m,平均机械钻速约为6.5 m/h(泥岩)。研究表明:研制的反扭矩定向系统可同时隔离上部钻具旋转和下部钻具扭矩;能精确控制工具面角,实现了下部钻具自动精确导向钻井的功能,验证了反扭矩定向系统结构设计理论的正确性。相关成果有望解决滑动钻进钻柱“托压”和井眼轨迹控制难题,提高弯螺杆滑动导向钻井时效。

煤矿井下碎软煤层顺层钻完孔技术研究进展

我国碎软煤层赋存层位多、分布广,普遍存在构造应力复杂、瓦斯压力高、煤体力学强度低、渗透性差等特点,钻进时易塌孔、喷孔、孔壁失稳,导致钻进困难、孔内事故频发、成孔深度浅、钻孔堵塞、存在抽采盲区等问题。随着煤炭开采深度的不断增加,碎软煤层瓦斯抽采钻完孔就更加困难。因此,碎软煤层高效、深孔、精准钻进技术以及增透、增产、护孔的完孔技术一直是碎软煤层瓦斯治理的重大技术需求和研究热点。从护孔、排渣、轨迹控制、完孔等成孔的关键技术难题方面,总结了碎软煤层顺层钻完孔技术研究现状和应用情况,分析了目前碎软煤层钻进技术存在的问题,提出了改进完善建议,分析了内控导向式旋转定向钻进技术,多孔介质充填式筛管、折叠膨胀管完孔技术等碎软煤层钻完孔技术新进展,为进一步完善现有碎软煤层钻完孔技术提供了思路。

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。

一种旋转导向工具设计方案及其旋转导向功能的实现

导向工具是导向钻井系统的核心，是实现井下闭环钻井的关键因素之一。旋转导向工具能克服滑动导向工具存在的诸多缺陷，是大幅度提高钻井工作能力的有效工具，必将成为未来导向钻井的主流。文中提出了一种旋转导向工具设计方案，并对其实现旋转导向的机理进行了深入研究。作者认为，这种导向工具设计方案不但能够实现旋转导向力方向和大小的有效控制，而且结构简单，可靠性好。

旋转导向钻井系统中的一种下行通讯方案

井眼轨道自动控制技术已成为当今钻井技术研究的热点,其技术关键之一就是地面和井下的信息传输问题。根据井眼轨道自动控制系统的基本构成和实现要求,对信息的传输方式进行了比较和筛选,提出了通过控制钻具旋转速度的方式将地面的指令传送给井下系统的通讯方式。其研究结果将对井眼轨道自动控制系统的设计及实现具有参考价值。

定向钻井技术新进展及发展趋势

为高效开发海洋和非常规油气资源,国外在定向钻井技术领域发展了一系列配套技术。介绍了国外定向钻井技术的现状与最新进展,分析并总结了定向钻井技术未来的发展趋势。研究表明,通过提高MWD/LWD性能和有缆钻杆等技术来实时获取井下数据是实现定向钻井可视化和预测井下作业环境的基础;通过提高井眼质量和井下工具的可靠性,使"一趟钻"完成1个钻井开次成为可能;将破岩工具与BHA一体化设计,以及井下工具与钻机配套系统的一体化设计将大大提高钻井作业效率;定向钻井新模式进一步发挥了定向钻井的优势,降低了综合作业成本,同时为自动化钻井和油藏地质导向铺平了道路。未来将可能远程操纵钻机,实现定向钻井的自动化。

旋转导向钻井技术的应用及探讨

旋转导向钻井技术可以有效提高钻井速度,解决滑动导向方式带来的井身质量差、井眼轨迹不规则、净化效果差等问题;还具有井下闭环自动导向的能力,大大提高了定向钻井效率和井眼轨迹控制的精度;能有效解决定向钻进中"托压"问题,提高钻井安全性;能够钻出更符合设计要求的轨迹。在江汉油田,共有6口井应用了旋转导向钻井技术。实践表明旋转导向钻井技术对于复杂工艺井具有提高定向钻井效率的作用;适合上部防斜要求难度高的地层,下部在长井段稳斜及长水平段延伸钻井中具有明显优势;能更加精确高效地进行工程和地质导向。在现场运用中,需要对底部钻具组合进优化,进一步提高实际施工中的造斜率,以满足各种井型需要;还应加快推进国产化进程。

斜井旋转钻进井斜连续控制技术

斜井旋转钻进中，井斜控制主要由稳定器与钻铤组成的增斜、降斜、稳斜钻具来实施。文中通过下部钻具力学分析，应用近期研制的“井下稳定器安放位置调节器”组配的钻具组合，在正常钻井时，稳定器到钻头距离保持不变，钻具井斜性能相对稳定；停钻后，通过地面调整泵压或钻压来改变调节器伸缩量，使井下稳定器到钻头距离和钻具井斜性能发生变化。经现场应用表明，这种调节器能够由地面简单操作改变井下稳定器的安放位置和钻具井斜性能，避免起下钻重新组配钻具组合，可实现斜井旋转钻时的井斜连续控制。

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。

导向钻井井下控制理论与技术的发展

介绍了近几年旋转导向钻井技术的发展概况和国内外的研究成果,阐述了井下控制的一些概念和原理,以及导向钻井井下控制理论和技术的发展,并指出导向钻井轨迹控制预测方法也应随钻井方式的不同而不同,提出了实现导向钻井井下控制的关键技术和方法是增加井下钻具组合的可调特性和改变井下工具的工作状态,在井眼轨迹控制系统中增设反馈环节,这是井眼轨迹控制技术研究的重点。

Power Drive Xceed旋转导向钻井系统在澳大利亚Puffin-12井的应用

Puffin-12井是澳大利亚帝汶海Puffin油田的一口多靶点定向评价井。该井需要多次侧钻,井身结构复杂。为提高该井的钻井效率,钻井过程中使用了Schlumberger公司的第二代旋转导向钻井系统Power DriveXceed。从导向系统、工具面控制、性能参数、优点及局限性等方面介绍了Power Drive Xceed,简单介绍了Puffin-12井的井身结构及其井眼轨迹参数,分井段说明了Power Drive Xceed在Puffin-12井的应用情况,应用效果表明,Power Drive Xceed明显提高了机械钻速,降低了钻井作业成本。

连续旋转定向钻井系统——AutoTrak RCLS

CACT作业者集团在惠州油田成功地使用了BakerHughesInteq公司最新推出的定向钻井及随钻测量工具AutoTrakRCLS连续旋转闭环定向钻井系统 (AutoTrakRotaryClosedLoopDrillingSystem ,简称AutoTrak) ,这也是AutoTrak首次在中国地区的使用。简要介绍了AutoTrak的组成及其特点 ,并详细地介绍了AutoTrak在惠州油田HZ2 1- 1平台 2口井中的使用情况。AutoTrak打破了传统可调弯度马达地质导向系统滑动钻进进行定向钻井的模式 ,引进了在连续旋转过程中进行定向钻进的全新概念 ,实现了只用一趟钻来完成造斜、稳斜、降斜以及水平段的定向钻进 ,从而节省了不必要的起下钻时间 ,提高了机械钻速 ;同时能够提供更平滑的井眼轨迹和更为清洁的井眼 ,减少了扭矩和摩阻 ,从而有利于定向钻进及下套管作业的顺利进行。实现了在井深 10 31m的 2 15 .9mm井眼段只用 1趟钻来完成连续定向造斜的任务 ,把计划的 12d钻井作业时间缩短到 4.7d ,减少了钻井事故发生的可能性 ,提高了钻井作业的效率 ,节省了作业时间。

定向钻穿越常见的施工问题处理及工程事故预防

水平定向钻技术已在国内市政工程中得到广泛应用,一些地层结构复杂以及在施工过程中因为工艺参数、轨迹设计和工程措施处理不当引起的复杂情况和工程事故较为常见,从设计实例计算分析着手,就几种常见的复杂情况和工程事故的预防进行探讨,在阐述穿越曲线的确定方法和回拖阻力的基础上,对定向钻穿越工程的风险控制提出了建议和措施。

ZDY25000LDK智能化定向钻进装备关键技术研究

利用顺煤层、顶板高位钻孔抽采煤层气是当前煤矿井下煤层气综合治理最直接、有效的方法。提高定向钻孔钻进速度和起伏变化大、薄厚不均煤层中的钻遇率,降低施工人员劳动强度,提高钻孔事故预防能力,适应煤矿智能化发展需求,满足煤矿井下长距离定向钻孔施工的智能化钻进装备是当前煤矿井下钻探领域亟待解决的重要问题。基于地质导向和旋转导向钻进施工对钻机精确控制的实际需求,以及煤矿智能化发展的迫切需要,提出了基于防爆电液控制技术的煤矿井下长距离定向钻进装备自动化控制和分体紧凑布局设计的集成化解决方案。重点解决总体紧凑布局设计、关键执行部件设计、自动装卸钻杆技术、防爆电液控制技术、大流量泥浆泵单元设计等设计和技术。研制的ZDY25000LDK智能化定向钻进装备,实现了长距离定向钻进施工过程中自动化装卸钻杆控制、智能化定向钻进施工、参数实时监测以及典型故障智能诊断与预警等功能,使定向钻进装备的智能化水平得到全面提升,为旋转导向和地质导向施工,以及“以孔代巷”大直径定向钻孔高效施工提供了可靠装备保障。

煤矿井下双动力复合定向钻进轨迹调控研究

钻进轨迹调控是实现安全高效复合定向钻进的关键技术之一。因孔内钻具受力状况和分析模型构成不同,现有的地面石油与天然气钻探领域复合定向钻进轨迹调控理论不能直接应用于煤矿井下。在分析煤矿井下双动力复合定向钻进技术特性的基础上,对螺杆马达结构弯角和回转离心力进行了等效处理,依据准动力学原理建立了双动力复合定向钻进轨迹调控模型,分析了螺杆马达结构弯角、钻压和钻孔孔径扩大率对钻进轨迹调控的影响规律。结果表明:增大螺杆马达结构弯角有利于提高滑动造斜的造斜率,不利于回转稳斜钻进轨迹调控;增大钻压不利于提高滑动造斜的造斜率,有助于回转稳斜钻进轨迹调控;增大钻孔孔径扩大率不利于提高滑动造斜的造斜率,对回转稳斜钻进轨迹调控影响较小。基于钻进轨迹调控影响规律分析,提出了双动力复合定向钻进轨迹调控方法,给出了不同参数设置建议:螺杆马达结构弯角一般为1.25°,钻具级配较大时可设定为1.5°;考虑钻具安全性情况下可适当提高钻压,在坚固性系数较低的煤系地层中钻进时钻压设定不宜过大;回转速度一般为40~60 r/min;钻孔孔径扩大率一般为4%~6%;回转稳斜孔段比例≥80%。在保德煤矿大盘区瓦斯抽采3000 m以上超深定向长钻孔试验中应用双动力复合定向钻进轨迹调控方法,结果表明钻进效率高,钻进轨迹调控能力强,满足深孔高效钻进要求。

定向钻井技术在垂直井中的轨迹控制分析

在重庆市区及周边乡镇开展的多口地热井钻井施工中,由于大多数取水点地层倾角过大、岩性变化频繁等原因,常规钻井方法无法保障井眼井斜角达标,从而影响获取地热水资源的成功率。采用定向钻井工具进行纠斜钻进时,钻具工具面角与井眼方位角变化值的选择对井眼轨迹的影响尤为重要,同时当钻具工具面角确定以后,新井眼的形成还受地层岩性、钻头选型及钻井参数等各方面的影响。为了井眼轨迹更为平滑,避免形成“狗腿”井段,本文通过对某地热井中定向钻井施工案例进行分析,从实际案例中总结经验,对定向钻井井眼轨迹的可控条件进行了优化。

定测录导一体化技术在涪陵页岩气田的应用

为满足涪陵二期复杂构造条件下钻井的提速增效,引入了旋转导向工具,应用定测录导一体化工作模式,通过旋转导向工具选型、地层特性与钻头匹配性、优化轨迹控制方法、完善现有信息平台和导向软件,形成了定测录导一体化技术。经过涪陵页岩气田8口井的现场应用试验,储层钻遇率明显提高,轨迹控制圆滑,钻井提速明显,达到了"跨界组合、创新发展"的目的,具有较强的推广性和适用性。

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。

全旋转闭环指向式导向钻井工具控制系统

在总结国际先进旋转导向钻井技术并基于动态指向式导向钻井工具原理样机的基础上,分析了全旋转闭环指向式导向钻井工具的控制系统设计原理。旋转导向钻井系统主要由地面闭环控制系统、井下闭环控制系统及双向通讯系统等部分组成。导向偏置机构有由2个内外偏心环构成,通过控制电机的转角来实现两个内外偏心环的转动,从而达到驱动偏置机构实现导向轴预定偏置的目的。

渤海地区使用导向钻井技术的特点及其分析

本文介绍了渤海辽东湾地区在钻探丛式生产井过程中,使用导向钻井系统提高钻井时效,缩短建井周期,节约成本,精确控制井眼轨迹等方面的经验。