用旋转导向钻井系统钻大位移井
时间：2025-04-21
在用滑动导向系统钻大位移井时, 随着位移及井深的不断增大, 由于上部钻柱不旋转, 会引起摩阻和扭矩过大、方位漂移失控、井眼清洗不良等问题。计算和实践表明, 用滑动导向系统进行钻井时, 大位移井的极限延伸能力受到了限制。文中对用旋转导向系统钻大位移井进行了方案性研究, 设计了相应的可遥控和井下自动控制的旋转导向工具RSDS, 并对旋转导向的机理进行了理论研究。所设计的旋转导向工具以钻井液为动力, 充分利用了钻井液。
石
油学报 文章编号:025322697(2000)0120076205
用旋转导向钻井系统钻大位移井
张绍槐 狄勤丰
(西安石油学院 陕西西安 710065)
摘要:在用滑动导向系统钻大位移井时,随着位移及井深的不断增大,由于上部钻柱不旋转,会引起摩阻和扭矩过大、方位
漂移失控、井眼清洗不良等问题。计算和实践表明,用滑动导向系统进行钻井时,大位移井的极限延伸能力受到了限制。文
中对用旋转导向系统钻大位移井进行了方案性研究,设计了相应的可遥控和井下自动控制的旋转导向工具RSDS,并对旋
转导向的机理进行了理论研究。所设计的旋转导向工具以钻井液为动力,充分利用了钻井液的冷却作用,具有较好的工作
可靠性,结构简单。用旋转导向系统RSDS进行大位移井钻井,可望相当准确的控制井眼轨迹,大幅度减少钻柱所受的摩
阻和扭矩,显著改善井眼的清洁状况。
主题词:钻井工程;大位移井;水平井;旋转导向;实时控制;偏差矢量;随钻测量
中图分类号:TE821 文献标识码:A
1 引 言
大位移井是近年来国内外在滩海、湖泊、稠油油藏及沙漠、海洋等复杂地面条件下,进行勘探和开发的一种经济而有效的先进技术。随着位移和井深的不断增加,使用钻柱不旋转的滑动导向钻井系统,必然导致摩阻、扭矩过大,方位漂移严重乃至失控,井眼净化较差等问题,使大位移井的钻井作业易于发生井下复杂情况和不安全事故。从理论和实践上足以证明,在一定的井深极限范围内滑动导向系统能很好控制井眼轨迹,且有较经济的优点,但超出这一极限井深则必须采用旋转导向钻井系统。本文提出一种基于几何导向技术的旋转导向钻井系统RSDS(RotarySteeringDrillingSystem)。利用这种系统,可望较大幅度的提高大位移井的井眼轨迹控制精度,提高大位移井的钻井效益和速度。
2 RSDS总体结构组成
旋转导向系统的突出优点,主要在于其能克服滑动导向系统所遇到的摩阻过大和井眼不清洁等问题,从而可使钻井导向能力得到大幅度提高,这一点对于正在迅速兴起的大位移钻井和设计师井等具有复杂结构的特殊类型井尤为重要。研究表明,要实现旋转导向,必须具有地面可实时遥控或井下实时可控的井下旋转导向工具、能测定井下钻头实时位置的信息测量与传输系统、井下实时控制(井下自动导向系统)或地面监控(监测、遥控)系统。
井下旋转导向工具是旋转导向钻井系统的核心,它是实现旋转导向的根本。井下实时控制系统或地面监控系统能按照预置或要求的三维井眼轨迹,根据测量信息,对井下工具进行实时控制或遥控。测量与传输系统应能测出近钻头处井眼的空间姿态信息,并能及时传送给井下微电脑以及地面计算机。测量的信号经过处理成为新的控制指令。井下实时控制系统或地面监控系统发出控制指令,使井下旋转导向工具按照控制指令进行动作,从而实现井眼轨迹的旋转导向控制。
导向钻具组合的运作可由两个系统控制。一是由井下闭环控制回路控制。钻头空间姿态测量系统测得的基金项目:国家自然科学基金项目(59474003)“井身轨道制导的智能钻井系统的理论与实验研究”部分成果。
作者简介:张绍槐,男,1931年1月生。1953年2月毕业于清华大学。现为西安石油学院教授,博士生导师。通讯处:陕西省西安市。
在用滑动导向系统钻大位移井时, 随着位移及井深的不断增大, 由于上部钻柱不旋转, 会引起摩阻和扭矩过大、方位漂移失控、井眼清洗不良等问题。计算和实践表明, 用滑动导向系统进行钻井时, 大位移井的极限延伸能力受到了限制。文中对用旋转导向系统钻大位移井进行了方案性研究, 设计了相应的可遥控和井下自动控制的旋转导向工具RSDS, 并对旋转导向的机理进行了理论研究。所设计的旋转导向工具以钻井液为动力, 充分利用了钻井液。
信息,经井下微电脑处理后,与储存在井下微电脑中的预置井眼轨迹信息比较,然后形成控制指令并发送给控制机构,控制机构根据控制指令控制导向机构(也称偏置机构)的工作。导向机构产生的导向效果则又由钻头空间姿态测量系统测量,从而完成闭环控制回路。二是由地面监控系统控制。钻头空间姿态测量系统的测量结果通过井下传输通道传给MWD系统。MWD系统一方面完成自己的测量任务,同时又把近钻头测量信息以及自测信息传给地面监控系统。监控系统通过模拟软件的模拟视情况作出反应。当模拟结果表明井下情况正常时,监控系统不发出干预指令,否则干预指令将向井下传送给井下控制机构。控制机构根据地面指令操作导向机构,这样就实现了地面遥测、监控任务。采用何种控制方式,可根据需要确定。控制回路见图1
。
图1 旋转导向控制回路
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