旋转导向钻井技术在水平井中的应用

【摘要】旋转导向钻井技术是20世纪90年代初发展起来的一项自动化钻井新技术。介绍了旋转导向钻井系统的组成、技术特点及分类，并在葡扶234-平84井水平段施工中应用，机械钻速提高187.7%，井身质量及井眼轨迹控制精度都得到了很好的控制，取得了良好效果。

【关键词】系统组成 技术特点 旋转导向 现场应用

旋转导向钻井技术是20世纪90年代初发展起来的一项自动化钻井新技术。国外钻井实践证明，在水平井、大位移井、大斜度井、三维多目标井中推广应用旋转导向钻井技术，既提高了机械钻速、减少了事故，也降低了钻井成本。

1 旋转导向钻井系统组成

所谓旋转导向钻井，是指钻柱在旋转钻进过程中实现过去只有泥浆马达才能实现的准确增斜、稳斜、降斜和扭方位功能。旋转导向钻井技术的核心是旋转导向钻井系统。如图1所示，它主要由井下旋转自动导向钻井系统、地面监控系统和将上述2部分联系在一起的双向通讯技术3部分组成。旋转导向钻井系统的核心是井下旋转导向工具，旋转导向钻井系统主要由以下几部分组成：

（1）测量系统：包括近钻头井斜测量、地层评价测量、MWD/LWD随钻测量系统等，用于监测井眼轨迹的井斜、方位及地层情况等基本参数。

（2）控制系统：接收测量系统的信息或对地面的控制指令进行处理，并根据预置的控制软件和程序，控制偏置导向机构的动作（图1）。

2 旋转导向钻井系统技术特点及分类2.1 旋转导向钻井技术特点

（1）旋转导向钻井技术与传统的滑动导向方式相比具有如下突出特点：

旋转导向代替了传统的滑动钻进，一方面大大提高了机械钻速，另一方面解决了滑动导向方式带来的诸如井身质量差、井眼净化效果差及极限位移限制等缺点，从而大大提高了钻井安全性，解决了大位移井的导向问题。

（2）具有不必起下钻自动调整钻具导向性能的能力，大大提高了钻井效率和井眼轨迹控制灵活性，可满足高难度特殊工艺井的导向钻井需要。

（3）具有井下闭环自动导向的能力，结合地质导向技术使用，使井眼轨迹控制精度大大提高。

2.2 旋转导向系统分类及特点

推靠式旋转导向工具：偏置稳定器安放在靠钻头位置，其后面串联一个或多个钻柱稳定器，为了减少上部钻柱力学性能对底部钻具组合导向性能的影响，串联了一根柔性钻具。在旋转导向过程中，偏置工具的偏心产生的钻头侧向力起主要导向作用。这样导向方式的特点是钻头的侧向力大，造斜率高，但旋转导向钻出的井眼狗腿度大，轨迹波动大，不平滑，易出现螺旋井眼。

指向式旋转导向工具：偏置稳定器安放在两个稳定器之间，为了减少上部钻柱的力学性能对底部钻具组合导向性能的影响，串接了一根柔性钻具。在旋转过程中，偏置工具的偏心导致其上下两跨钻柱发生弯曲，使钻头处钻柱的轴线和井眼轴线之间出现夹角，当然也有侧向力，但主要是由钻头的转角而实现的旋转导向。这样导向方式的的特点是钻头的侧向力较小，造斜率较低。但旋转导向钻出的井眼狗腿小，轨迹平缓。

3 现场应用及效果

3.1 试验情况

葡扶234-平84井是松辽盆地中央凹陷区大庆长垣葡萄花构造的一口开发水平井，该井设计井深3335.08m，实际完钻井深3555.55m，水平段长1723.73m，在三开水平段施工中试验了贝克休斯公司的旋转导向钻井系统。

试验井段：1806-3555.55m；

钻具组合：Φ215.9m m P D C钻头+Φ172m m旋转导向+Φ127m m D P+Φ127mmHWDP+Φ127mmDP；

钻井参数：钻压10-12t，转速135rpm，排量34ll/s，泵压17-19Mpa，扭矩14KN・m。

3.2 试验效果

（1）机械钻速明显提高

在葡扶2 3 4 -平8 4井试验总进尺1749.55m，纯钻进时间81.29h，平均机械钻速21.52m/h，该井与同区块使用常规造斜工具施工的2口水平井水平段平均机械钻速对比提高187.7%。

（2）水平段延伸能力明显增强

在葡扶234-平84井实现一趟钻完水平段，水平段长1723.73m，与同区块2口水平井水平段长度对比如表1。

（3）井身质量好

使用常规螺杆钻具所钻井眼井径不规则，有的甚至呈螺旋状，如图1，而使用旋转导向钻井系统所钻井眼比较光滑，井径比较规则。4 结论

（1）试验表明，旋转导向钻井系统能够大幅度提高机械钻速，为以后水平井提速探索了一条新途径。

（2）使用旋转导向钻井系统能够使位移延伸最大化，并且解决了常规施工中井径及井眼质量不规则的问题，利于井下安全。

参考文献

[1] 肖世红，旋转导向钻井技术发展现状及展望，石油机械，2006，4，66-70页

作者简介

何茂伟，男，1971年生，工程师，现在大庆钻探工程公司钻井一公司技术服务分公司从事定向井、水平井施工与管理工作。