水平井旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)現(xiàn)狀與現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用.ppt

二 一六年一月 水平井旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)現(xiàn)狀與現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用 王萬慶 前言 一 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)組成與工作原理二 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)分類三 典型的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)四 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)在長慶油田的應(yīng)用五 認(rèn)識(shí)與建議 匯報(bào)內(nèi)容 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)組成 地面監(jiān)控系統(tǒng) 雙向通訊系統(tǒng) 井下旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具系統(tǒng) 井下測(cè)量系統(tǒng)及短程通訊系統(tǒng)5部分組成 1 地面監(jiān)控系統(tǒng)隨鉆檢測(cè)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具的工作狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控井眼軌跡 調(diào)整待鉆軌跡設(shè)計(jì)發(fā)送新的井眼軌跡控制指令 2 雙向通訊系統(tǒng)通過脈沖信號(hào)上傳井下測(cè)量參數(shù)從地面下傳發(fā)送控制指令 3 井下旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具系統(tǒng) 核心系統(tǒng) 1 偏置機(jī)構(gòu) 通過翼片伸出以和井壁接觸時(shí)受到井壁反作用的方式給鉆頭施加側(cè)向力或偏移機(jī)構(gòu)使傳動(dòng)軸產(chǎn)生偏移 將扭矩和載荷傳遞至鉆頭 指引 鉆頭向既定方向鉆進(jìn) 2 偏置控制機(jī)構(gòu) 主要控制偏置機(jī)構(gòu)對(duì)鉆頭產(chǎn)生側(cè)向力的大小和方向 4 井下測(cè)量系統(tǒng) 1 隨鉆測(cè)量系統(tǒng) 主要用于隨鉆測(cè)量井眼軌跡幾何參數(shù)和地層參數(shù) 2 工具測(cè)控系統(tǒng) 是通過自身的穩(wěn)定平臺(tái)在旋轉(zhuǎn)鉆柱內(nèi)與大地保持相對(duì)靜止 從而實(shí)現(xiàn)對(duì)井下工具的實(shí)時(shí)空間姿態(tài)測(cè)量 5 短程通訊系統(tǒng)井下工具測(cè)控系統(tǒng)與MWD LWD 隨鉆測(cè)量系統(tǒng)數(shù)據(jù)之間的交換 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具利用偏置機(jī)構(gòu) BiasUnits 偏置鉆頭或控制鉆柱彎曲產(chǎn)生一個(gè)偏心效果 從而給鉆頭施加一個(gè)側(cè)向力來實(shí)現(xiàn)軌跡的偏轉(zhuǎn)控制 通過偏置控制機(jī)構(gòu)對(duì)鉆頭產(chǎn)生側(cè)向力的大小和方向進(jìn)行控制 從而實(shí)現(xiàn)井眼軌跡全方位的控制 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)的工作原理 一 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)組成與工作原理二 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)分類三 典型的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)四 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)在長慶油田的應(yīng)用五 認(rèn)識(shí)與建議 匯報(bào)內(nèi)容 二 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)分類 按導(dǎo)向方式分為推靠式和指向式兩種類型 推靠式 在鉆頭附近直接給鉆頭提供側(cè)向力 指向式 通過近鉆頭處鉆柱的彎曲使鉆頭指向井眼軌跡控制方向 按偏置機(jī)構(gòu)的工作方式分為靜態(tài)偏置式和動(dòng)態(tài)偏置式兩種類型靜態(tài)偏置式 在鉆進(jìn)過程中不與鉆柱一起旋轉(zhuǎn) 某一固定方向上提供側(cè)向力 動(dòng)態(tài)偏置式 即調(diào)制式 配置導(dǎo)向機(jī)構(gòu)在鉆進(jìn)過程中與鉆柱一起旋轉(zhuǎn) 依靠控制系統(tǒng)使其在某一位置定向支出提供側(cè)向力 綜合考慮導(dǎo)向方式和偏置方式分為三種類型靜態(tài)偏置推靠式 BakerHughesInteq公司AtoTrakRCLS動(dòng)態(tài)偏置推靠式 調(diào)制式 Schlumberger公司PowerDriveSRD靜態(tài)偏置指向式 HailburtonSperry sun公司Geo Pilot 一 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)組成與工作原理二 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)分類三 典型的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)四 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)在長慶油田的應(yīng)用五 認(rèn)識(shí)與建議 匯報(bào)內(nèi)容 核心工具 非旋轉(zhuǎn)可調(diào)扶正器滑套近鉆頭井斜傳感器電子控制元件液壓控制閥和活塞 三 典型的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng) 特點(diǎn) 側(cè)向力大 造斜率高井眼狗腿大 軌跡波動(dòng)大 不平滑鉆頭和鉆頭軸承的磨損較嚴(yán)重 1 靜態(tài)偏置推靠式 AtoTrakRCLS 導(dǎo)向原理 靜態(tài)偏置式工作方式采用液壓推動(dòng)活塞分別對(duì)3個(gè)穩(wěn)定塊施加不同的壓力合力使鉆具沿某一特定方向偏移 使鉆頭產(chǎn)生一個(gè)側(cè)向力保證鉆頭沿一方向定向鉆進(jìn) 核心工具 穩(wěn)定平臺(tái)控制總成鉆井液控制分配總成偏置執(zhí)行總成測(cè)量傳感器井下CPU和控制電路渦輪 液壓驅(qū)動(dòng)支撐座 2 動(dòng)態(tài)偏置推靠式 調(diào)制式 PowerDriveSRD 優(yōu)點(diǎn) 鉆具轉(zhuǎn)動(dòng)摩阻減小利于井眼清洗井身質(zhì)量優(yōu)卡鉆風(fēng)險(xiǎn)小利于延長位移 缺點(diǎn) 鉆柱旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的導(dǎo)向力會(huì)造成井眼擴(kuò)徑和井下鉆具的橫向沖擊與振動(dòng) 工具的耐磨與密封受損大 導(dǎo)向原理 上盤閥靠控制兩端的渦輪在鉆井液中的轉(zhuǎn)速使該部分形成一個(gè)不隨鉆柱旋轉(zhuǎn)的 相對(duì)穩(wěn)定的穩(wěn)定控制平臺(tái) 下盤閥固定于井下偏置執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)部 其上的液壓孔分別與翼肋支撐液壓腔相通 在鉆柱內(nèi)外鉆井液壓差的作用下 將翼肋支出 為鉆頭提供一個(gè)側(cè)向力 產(chǎn)生導(dǎo)向作用 核心工具 易變形的驅(qū)動(dòng)軸偏心環(huán)控制偏心環(huán)機(jī)構(gòu) 特點(diǎn) 井眼平滑 摩扭小鉆頭側(cè)向載荷較小鉆進(jìn)時(shí)可強(qiáng)化鉆井參數(shù)可發(fā)揮PDC優(yōu)勢(shì) 3 靜態(tài)偏置指向式 Geo Pilot 缺點(diǎn) 鉆柱承受高交變應(yīng)力 易疲勞破壞 導(dǎo)向原理 采用控制鉆柱彎曲特征來實(shí)現(xiàn)鉆頭軸線的有效導(dǎo)控 控制一根易發(fā)生彎曲的連續(xù)旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)軸處于一個(gè)非旋轉(zhuǎn)套筒內(nèi)在套筒的中間有一組可控制的偏心環(huán)組成的偏心機(jī)構(gòu) 迫使驅(qū)動(dòng)軸發(fā)生彎曲 導(dǎo)致鉆頭軸線偏心傾斜 提供側(cè)向力 產(chǎn)生導(dǎo)向作用 三種工作方式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具系統(tǒng)性能對(duì)比 一 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)組成與工作原理二 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)分類三 典型的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)四 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)在長慶油田的應(yīng)用五 認(rèn)識(shí)與建議 匯報(bào)內(nèi)容 蘇5 2 42H水平井 2011年 BakerHughesInteq公司Ato TrakRCLS旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)蘇里格氣田二開水平井試驗(yàn)井 盒8 設(shè)計(jì)水平段長786m 使用井段 造斜點(diǎn)2750m至完鉆 共4趟鉆 第一趟隨儀器故障起鉆第二趟定向 造斜效果不明顯控時(shí) 單根 3h 鉆進(jìn)79m 井斜2度耗時(shí)27小時(shí) 共鉆進(jìn)278米機(jī)械鉆速 6 48m h 第三趟 進(jìn)尺315米 機(jī)械鉆速8 95m h第四趟鉆下鉆遇阻嚴(yán)重 無進(jìn)尺起鉆 水平段1趟 進(jìn)尺350米機(jī)械鉆速11 44米 小時(shí) 周期1 75天鉆遇灰黑色泥巖后完鉆 應(yīng)用效果斜井段增斜井段 30 60 鉆進(jìn)速度較高井眼質(zhì)量控制效果好 7 技術(shù)套管順利下入81 2 井眼水平段鉆進(jìn)速度高于6 井眼24 48 初始定向造斜的效果較差 分段技術(shù)指標(biāo)如表所示 寧平9水平井 2014年 1482m 井斜41 4 至2398m井下儀器無信號(hào)起鉆入井工作時(shí)間132小時(shí)一趟鉆完成增斜井段至水平井段入窗井段垂深調(diào)整5次鉆進(jìn)進(jìn)尺916m機(jī)械鉆速11 48m h SchlumbergerAnadrill公司PowerDriveArcher三維水平井旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井配套技術(shù)試驗(yàn)?zāi)康膶娱L7 靶前位移328m 偏移距132 4m 應(yīng)用效果增斜能力強(qiáng) 6 30m 最大造斜率12 30m斜井段施工效率較高 整體機(jī)械鉆速較寧平7提高46 12 發(fā)送指令一次約10 12分鐘 耗時(shí)長 寧平8水平井 2015年 BakerHughesInteq公司Ato TrakRCLS LithoTrak旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向 隨鉆測(cè)井鉆井系統(tǒng)三維水平井旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井配套技術(shù)試驗(yàn)?zāi)康膶娱L7 靶前位移300m 偏移距126 7m 水平段長1800m915m至3625m 入井227小時(shí) 完成鉆井進(jìn)尺2710米機(jī)械鉆速14 97m h 水平段長1835m 機(jī)械鉆速15m h 應(yīng)用效果分析 在鉆井過程中全程跟蹤層位預(yù)算油頂 在垂深下調(diào)7m情況下精確入窗 水平段應(yīng)用方位伽馬成像 實(shí)時(shí)判斷實(shí)鉆軌跡與儲(chǔ)層的位置根據(jù)鉆遇的儲(chǔ)層巖性變化 及時(shí)做出調(diào)整薄儲(chǔ)層 起伏變化大儲(chǔ)層 優(yōu)勢(shì)明顯 實(shí)時(shí)測(cè)量井底環(huán)空壓力 為計(jì)算壓井泥漿密度提供數(shù)據(jù)支持測(cè)量ECD當(dāng)量循環(huán)密度 判斷井底泥漿密度是否達(dá)到要求根據(jù)實(shí)時(shí)測(cè)量電阻率形態(tài)可準(zhǔn)確識(shí)別漏點(diǎn)深度 三種導(dǎo)向工具應(yīng)用效果比較 一 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)組成與工作原理二 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)分類三 典型的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)四 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)在長慶油田的應(yīng)用五 認(rèn)識(shí)與建議 匯報(bào)內(nèi)容 1 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具能有效地將鉆壓傳遞到鉆頭 從而消除常規(guī)導(dǎo)向工具滑動(dòng)鉆進(jìn)時(shí)的托壓問題 增加了施工效率 提高了鉆井速度 2 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具造斜率由工具本身確定 受地層非均質(zhì)影響較小 在三維水平井 復(fù)雜地層水平井施工中能夠有效控制井眼軌跡 使井眼更平滑 降低扭矩及摩阻 有利于降低鉆井作業(yè)風(fēng)險(xiǎn) 3 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井全過程由于保持了鉆柱的旋轉(zhuǎn) 加強(qiáng)了環(huán)空鉆屑的攪動(dòng) 有利于鉆屑運(yùn)移 使井眼更清潔 4 由于旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具調(diào)整方向的計(jì)算是參考重力高邊 對(duì)于井斜小于3 的井眼 很難精確計(jì)算出高邊位置 不能有效從垂直井眼按指定的方向定向或側(cè)鉆 5 由于旋轉(zhuǎn)導(dǎo)