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

1、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)研究進(jìn)展176旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)研究進(jìn)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(guó)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(jī)的研究起源于80年代。90年代前期進(jìn)入了實(shí)質(zhì)性的工業(yè)性試驗(yàn)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(xiàng)目名稱開(kāi)發(fā)單位立項(xiàng)時(shí)間樣機(jī)下井時(shí)間自動(dòng)垂直鉆井系統(tǒng)VDS德國(guó)KTB工程1988年自動(dòng)定向鉆井系統(tǒng)ADD美國(guó)

2、能源部1991年9月旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)SRD英國(guó)Camco法國(guó)Schlumberger1992年1994年6月旋轉(zhuǎn)閉環(huán)鉆井系統(tǒng)RCLS意大利Agip美國(guó)BakerHughes1993年1995年自動(dòng)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)AGS英國(guó)Cambridge1993年6月報(bào)道泥漿動(dòng)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(dòng)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(gè)翼肋接觸力的綜合作用來(lái)實(shí)現(xiàn)按需要的井眼方向鉆進(jìn)。這種旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)目前主要有三個(gè)特征：（1）在鉆柱旋轉(zhuǎn)時(shí)，能夠控制井斜和方位；（2）能夠通過(guò)上傳信號(hào)讓地面跟蹤實(shí)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(jìn)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(lái)，AgipB

4、akerHughes的RCLS系統(tǒng)也開(kāi)始商業(yè)中應(yīng)用，RCLS系統(tǒng)1995年11月第一次樣機(jī)下井實(shí)驗(yàn)，首先挪威北海，意大利Adriatric海上應(yīng)用。到目前在國(guó)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(guò)幾十億美圓，在我國(guó)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(dòng)

5、態(tài)偏置推靠式）、靜態(tài)偏置指向式，從應(yīng)用情況來(lái)看，指向式是旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。我國(guó)在旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具研究方面，1993年開(kāi)始研究，近期取得了一些實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。2國(guó)內(nèi)研制回顧1989～1991年，石油勘探開(kāi)發(fā)研究院鉆井所，蘇義腦等進(jìn)行了“井眼軌道制導(dǎo)”技術(shù)的可行性研究，完成了自動(dòng)井斜角控制器設(shè)計(jì)，并申報(bào)了專利。1993年西安石油學(xué)院傅鑫生的科研組開(kāi)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(jìn)行了系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)；1

6、995～1997年與張紹槐獲國(guó)家自然科學(xué)基金資助，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)研究進(jìn)展178在本項(xiàng)研究中可控偏心器下井樣機(jī)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(jī)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(gè)獨(dú)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(cè)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(cè)器是

7、為探測(cè)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(cè)結(jié)果和實(shí)際鉆進(jìn)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(dòng)力可控偏心器研制泥漿動(dòng)力可控偏心器由西安石油大學(xué)研制完成，見(jiàn)圖2。泥漿動(dòng)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