旋转导向钻井技术方法研究

【摘要】旋转导向钻井技术随着油气田开发过程中人们对于钻井井眼轨迹的新要求应运而生。我国对该项技术的研究始于“九五”期间，到“十一五”期间便完成了旋转导向钻井系统工程化的研究，最终形成了一套旋转导向钻井工具系统。2009―2012年，进行了20余次不同类型的井眼轨迹控制实钻试验，该系统已基本实现了地层参数测量、工程参数测量、定向井井眼轨迹测量和控制、信号脉冲反馈及收发等4个功能，试验最大造斜能力为6.73°/30m，达到了预期的目标和设计要求。在3大关键技术方面取得了突破：①从井下工具的测控原理到方法上取得了突破；②在定位总成的设计原理和技术上取得突破；③在偏心稳定器获得尽可能大的侧向力的研究和设计上取得突破。今后还将把工具的长期稳定运行和轨迹控制精度作为重点试验内容，以期尽快实现其在钻井工程中的实用化目标。

【关键词】旋转导向 钻井技术 偏心稳定器 工具系统研制 钻井试验 稳定运行 轨迹控制精度 实用化

油气田勘探和开发过程中，人们对于钻井的井眼轨迹提出了很多新的要求，特别是水平井技术、大位移钻井技术、薄油层钻水平井的技术、水平分支井技术，这些技术要求钻井工具去满足越来越复杂的地层条件，同时还要为了暴露更多的储层，以期获得更大的产能。因此提出了越来越复杂的井眼轨迹要求。同时为了能提高钻井效率、降低昂贵的钻井成本和减少钻井井下作业的风险，旋转导向技术应运而生了，它的出现立刻在钻井作业中得到了广泛的应用，20世纪90年代以来，以BakerHughes的AutoTrak系统、Schelumberger公司的PowerDrive系统、Hullibuton公司的Geopilot系统为代表的旋转导向钻井技术，给井眼轨迹的测量到控制掀起了一场革命，同时也在技术上和商业上展开了激烈的竞争。

围绕着旋转导向钻井技术，我国自“九五”以来就开始了研究，并且在国家“十五”期间研制出旋转导向的原理样机，在此基础上，“十一五”期间我们又开展了旋转导向钻井系统工程化的研究，并且“十一五”期间在3个关键技术方面取得了重大突破：①从井下工具测控原理到方法上取得了突破；②在定位总成的平台稳定性和控制方法上取得了突破；③在偏心稳定器的造斜能力上从原理到结构设计上取得突破。并且，该技术和工具在现场入井进行了钻井的实钻检验，取得了很好的效果，为掌握旋转导向钻井关键技术奠定了坚实的基础。

1 旋转导向钻井工具系统总体方案

目前，改进的旋转导向钻井系统已实现两大功能：测量和轨迹控制。我们在“十五”期间的MWD井眼参数测量的基础上，在测量工具单元上增加了环空压力测量、钻井钻压和扭矩等参数的测量，这些测量的单元数据经过信号的通道来实现井下和地面的连通。

另一个重要的单元就是可控偏心稳定器，它是井眼轨迹参数控制的工具，目前用的是钻井液液压推动偏心稳定器翼肋的伸缩，以此来达到改变井斜和定位的目的。连接这两个单元的信息通道采用RS232总线连接，由地面计算机和编码解码器接收井下数据和下达控制工具指令，一方面实现井下上传的数据解码还原成井下地层参数测量数据（LWD）、井眼参数测量数据（MWD）、环空压力以及工程参数测量数据；另一方面地面发出的井眼轨迹控制指令编码也是通过数据总线传达给井下工具，由井下工具执行地面的指令实施轨迹控制和导向。井下―地面数据流方案（图1）。

2 旋转导向钻井工具系统构成

旋转导向钻井工具系统井下部分的主要结构主要由偏心稳定器的翼肋总成及传动部分、定位总成等5大部分构成（图2）。

3 结束语

旋转导向钻井技术研究经过了国家“十一五”期间的技术攻关与试验，在偏心稳定器的研制、工程参数测量、MWD和LWD信号传输方面都取得了很大的进展，特别是针对目前旋转导向钻井的关键技术取得了突破。

（1）旋转导向系统已经成功实现了地层参数测量、工程参数测量、定向井井眼轨迹测量和控制与信号脉冲反馈及收发等4个功能，研制的成果在油气田现场应用完全达到了预期的目标。

（2）目前旋转导向工具的造斜能力已达到设计要求，但造斜能力与钻井参数的关系也十分密切，偏心稳定器的造斜能力受到了地层特性的影响，这是在工具使用中要注意的问题。

（3）旋转导向的关键技术之一的偏心稳定器设计方案合理、结构与原理可行，现场单井试验最长时间只有24h，需要更多的试验检验其持久性和可靠性。

（4）渤海油田完善的实验井为旋转导向钻井工具的功能测试发挥了重要作用，配备完备的工程化实验手段和设备是我们开展技术攻关、将科研成果转化为工程化的装备和工具不可缺少的重要手段。

（5）我国旋转导向钻井技术的研发已经走过了十多年的历史，在基本原理的研究、原理样机和工程样机的研制过程中掌握了一批核心技术，在油气田现场应用中又进一步完善了旋转导向系统的功能和实际操作的可靠性，同时还培养和锻炼了一批科研队伍和人才，我们还要继续努力，在理论和实际结合上推动旋转导向钻井技术的进步和发展。

参考文献

[1] 李琪，等.旋转导向钻井信号井下传送技术研究[J].石油学报，2007（4）

[2] 姜伟，等.旋转导向钻井工具系统的研究及应用[J].石油钻采工艺，2008（5）