29、中海石油研究中心]旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)研究進展

1、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)研究進展176旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)研究進展蔣世全姜偉付鑫生盛利民（中海石油研究中心，西安石油大學(xué)，中石油鉆井所，中海油田服務(wù)公司）1國內(nèi)外研制應(yīng)用狀況旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)的概念和原理機的研究起源于80年代。90年代前期進入了實質(zhì)性的工業(yè)性試驗階段。表1是旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)初期應(yīng)用研究情況。表1旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)初期應(yīng)用研究情況項目名稱開發(fā)單位立項時間樣機下井時間自動垂直鉆井系統(tǒng)VDS德國KTB工程1988年自動定向鉆井系統(tǒng)ADD美國

2、能源部1991年9月旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)SRD英國Camco法國Schlumberger1992年1994年6月旋轉(zhuǎn)閉環(huán)鉆井系統(tǒng)RCLS意大利Agip美國BakerHughes1993年1995年自動導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)AGS英國Cambridge1993年6月報道泥漿動力可控旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)中海石油研究中心、西安石油大學(xué)、中石油鉆井所等2001年2005年12月旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)工具的核心部件，就是液壓驅(qū)動可徑向伸出的葉片（翼肋）。這種葉片在井壁上

3、產(chǎn)生一種由井下電子儀器系統(tǒng)控制其大小和方向的徑向接觸力。而由三個翼肋接觸力的綜合作用來實現(xiàn)按需要的井眼方向鉆進。這種旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)目前主要有三個特征：（1）在鉆柱旋轉(zhuǎn)時，能夠控制井斜和方位；（2）能夠通過上傳信號讓地面跟蹤實鉆井眼軌道；（3）能夠直接下傳指令調(diào)整井眼軌道（地面干預(yù)）。進入商業(yè)應(yīng)用的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具首先是CamcoSchlumberger的SRD系統(tǒng)。SRD系統(tǒng)從1997年第一次用6.25in井下工具商業(yè)應(yīng)用以來，AgipB

4、akerHughes的RCLS系統(tǒng)也開始商業(yè)中應(yīng)用，RCLS系統(tǒng)1995年11月第一次樣機下井實驗，首先挪威北海，意大利Adriatric海上應(yīng)用。到目前在國外有20多家公司投資研究旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具，三家大公司已大規(guī)模投入商業(yè)應(yīng)用，在幾千口井中得到應(yīng)用，產(chǎn)值超過幾十億美圓，在我國海上油田應(yīng)用也近150多口井，總產(chǎn)值近億美圓。綜合考慮旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具導(dǎo)向方式和偏置方式，目前形成的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)按工作模式可分為三種：靜態(tài)偏置推靠式、調(diào)制式（動

5、態(tài)偏置推靠式）、靜態(tài)偏置指向式，從應(yīng)用情況來看，指向式是旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。我國在旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具研究方面，1993年開始研究，近期取得了一些實質(zhì)性進展。2國內(nèi)研制回顧1989～1991年，石油勘探開發(fā)研究院鉆井所，蘇義腦等進行了“井眼軌道制導(dǎo)”技術(shù)的可行性研究，完成了自動井斜角控制器設(shè)計，并申報了專利。1993年西安石油學(xué)院傅鑫生的科研組開始研究“井下閉環(huán)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向智能鉆井”技術(shù)，1994年春擬訂了總體方案，并進行了系統(tǒng)總體設(shè)計；1

6、995～1997年與張紹槐獲國家自然科學(xué)基金資助，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)研究進展178在本項研究中可控偏心器下井樣機由導(dǎo)向單元、承載軸和不旋轉(zhuǎn)軸套、定位總成、電子艙和電子模塊、滑環(huán)和快速連接頭等部分構(gòu)成。偏心執(zhí)行機構(gòu)，即導(dǎo)向單元是可控偏心器的井下部分主體，它有三個獨立調(diào)控的翼肋，翼肋伸出貼井壁形成偏心矢量。翼肋貼井壁力（伸出量）的大小是根據(jù)翼肋空間姿態(tài)及目標(biāo)調(diào)控方向，由CPU和狀態(tài)測試元件、控制執(zhí)行環(huán)節(jié)構(gòu)成的閉環(huán)系統(tǒng)控制的。工程和地質(zhì)探測器是

7、為探測鉆頭狀態(tài)和周圍介質(zhì)參數(shù)設(shè)置的，根據(jù)軌道預(yù)測結(jié)果和實際鉆進環(huán)境調(diào)整偏心矢量大小。偏心器工作在幾千米深井底，偏心矢量狀態(tài)及軌跡控制效果受地面監(jiān)控，為此，穩(wěn)定器井下部分還包括與地面交換信息所必須的雙向信息通道。地面監(jiān)控裝置包括井下、地面數(shù)據(jù)采集、處理、解釋、判斷與決策系統(tǒng)和信息的接收、發(fā)送設(shè)備。3.2泥漿動力可控偏心器研制泥漿動力可控偏心器由西安石油大學(xué)研制完成，見圖2。泥漿動力方案指鉆井工具依靠環(huán)空內(nèi)外壓差造成鉆頭偏離井軸線而起導(dǎo)向作