旋转导向钻井技术在水平井的应用

一、引言

旋转导向钻井技术应用的根本目的是提高钻井速度、追求效益最大化。而水平井技术是一项集钻井工程、钻井液、定向井技术、完井工艺技术、特殊工具及仪器仪表等涉及多学科的一项综合性技术, 其技术水平是公司综合技术能力的体现。

二、旋转导向钻井技术的优点与基本结构

旋转导向钻井技术的优点

1、RSS是一个转动的导航工艺, 它不依赖于滑动钻进来完成定向造斜, 从而解决了在大斜度井和水平井施工中钻压不能有效传递给钻头的问题。

2、钻具是在不停地转动, 而不是像滑动钻进时钻具静止不动, 井眼清砂效率得到了提高, 减少了在井眼内形成砂床的几率。

3、GEO-PILOT能够使用更高的转速。大幅度提高钻井效率, 减少井眼迂曲度、精确控制井眼轨迹、改善井眼质量。

4、在近钻头附近有测量仪器和导航控制, 这样使在大斜度的井眼中进行导向成为可能, 而且更加容易。连续的井眼轨迹能够得以实现。

5、GEO-PILOT的方向能够进行远程设计和手动控制, 使用地面控制装置, 可以在数分钟内来改变工具面的方向。调整工具面的时间大大缩短。

6、在定向水平井段全面实现连续旋转钻井, 避免了滑移钻井对机械钻速的影响;同时改进井眼净化状态。

旋转导向钻井工具的结构

1、近钻头方位传感器——连续监测钻头方向的校正情况, 并随时将测量结果传输到井下计算机。

2、完整的随钻测量系统——测量井眼井斜、方位及震荡情况, 建立与地面计算机系统的联系通道。

3、井下计算机——将随钻测量结果与设计数据进行对比, 并自动调节马达方向沿设计轨道钻进。

4、模块化压力管理系统——适时监测井下当量泥浆密度, 提高井眼清洁性, 避免井漏。

5、随钻测井系统——提供中子孔隙度及岩石密度测井等数据;储层导航工具——可以让定向井工程师在水平段钻进过程中预测70米后的地层界面, 实现真正的地质导向钻井。

三、旋转导向钻井技术工作原理

1.旋转导向钻井基本工作原理 (如图1)

2.旋转导向钻井技术工作原理

旋转导向是根据芯轴中部产生弯曲时其末端指向一定的方向的原理来进行设计的。它分为内芯轴和外控制室两个主要部分。在芯轴上共有3个轴承, 上端为悬臂轴承, 用来控制其上部的芯轴不会弯曲。中间为偏心轴承, 用来控制芯轴的弯曲方向, 下步接近钻头附近有球形中心轴承, 用于稳定末端。通过泥浆作为传递介质由电脑进行控制, 电脑发出调节工具面的指令后, 钻台上与钻井高压立管相连接的地面控制装置开始工作, 通过泄压使作用在摩擦托架的压力突然降低, 控制室就旋转一定的角度, 直至达到所需的方位。见图1:这通常在2-3分钟内就可以完成。而在这一过程中, 司钻可以维持正常转盘钻进而不需要停钻。

四、旋转导向钻井技术应用

1.旋转导向钻井技术在水平井的应用过程

以中原油田沙特公司承钻的UTMN-1514井为例:首先使用常规定向钻具组合钻至井深2959米, 井斜89.5度, 下完7“尾管清完水泥后, 下入的是贝克休斯公司研制出的新型旋转导向钻具, 它是把闭环导向技术与大功率螺杆钻具结合在一起, 最高转速达到400转/分, 而常规旋转导向系统的转速只有200转/分至250转/分, 大大增加了旋转导向马达的钻井能力。

利用旋转导向钻井系统顺利地把Φ155.5mm主井眼水平段钻进至4329.27m (垂深2065.24m、累计水平位移1369.84m、水垂比1.18、闭合方位20.26) , 然后清洁井眼起钻, 主井眼完成。下入第一个Φ139.7mm机械可取式斜向器座于2667.68 m, 套管开窗侧钻, 钻第二个Φ155.5mm水平井眼至4319.50m (水平段长1651.82m) , 喷射、清洁井眼、起钻, 完成第二个井眼;取出斜向器, 下入第二个Φ139.7mm机械可取式斜向器座于2362.80m, 套管开窗侧钻, 钻第三个Φ155.5mm水平井眼至4423.78m (水平段长2060.98 m) , 喷射、清洁井眼、起钻, 打捞出斜向器, 完成第三个井眼, 在同一主井眼系统内完成三个水平分支井眼后, 进行封隔器完井作业。

结论

旋转导向钻井技术的使用很大程度地解决了定向钻井定向阶段不容易控制、井下易出现复杂的情况, 在与第三方合作钻的多口水平及分支井的数据来看, 其钻井周期与螺杆定向钻进相比, 钻井周期大大缩短, 出现井下复杂的几率缩小。但对使用者的设备方面要求严格, 加之成本比较大, 制约了它的大面积广泛使用, 所以推广比较困难, 但作为一项新工艺新技术我们可学的知识很多, 这对我们今后的工作和发展很有益处。

摘要：上世纪90年代以来, 以哈里伯顿为代表的一些西方钻井服务公司为了解决水平井利用螺杆滑动钻进定向的困难, 研究开发出一种新型的定向钻井工具 (GEO-PILOT) , 这种工具的投入使用, 大大提高了钻井速度, 保证了井下安全。

关键词：旋转导向,钻井技术,水平井,应用