旋转导向钻井技术在MDC-15井的应用.pdf

第5 期 一 2 3 旋转导向钻井技术在MD C -1 5 井的应用 宁小军 ，星学平 ，蒲德 柱 J I I 庆钻 探国际工程公司 ， 四川 成都 61 0 0 5 1 [ 摘要]旋转导向钻井技术是 2 O 世 纪9 O 年代 出现的一项钻井新技 术，是钻 井技 术的一次质的飞跃。 由长庆石油局厄瓜 多尔 分公司承接的s I P E C 项 目M D C 一 1 5 井中应用了由H a 1 l i b u r t o n ／ 提供的旋转导向钻井技术，钻井实践取得了成功。本文对此 项 目进行 了全 面介 绍并做 出了展 望。 [ 关键词]旋转导向；钻井技术；G e o P i l o t ；应用 旋 转 导 向 钻 井 技 术 R0 t a r y St e e r a b 1 e Dr i l l i n g 是2 0 世纪9 0 年代 出现的一项尖端 自动化 钻井 新 技 术 。它 的 出现 是 世 界 钻 井 技 术 的 一 次质 的 飞跃 。与 传 统 的滑 动 导 向钻 井 相 比 ，旋 转 导 向 钻井技术 由于井 下工具一直在旋转状态下 工作， 因此 井眼 净化 效果 更好 ，井身 轨迹 控 制精 度 更 高 ，位移延伸 能力更强 ，更适合在 复杂油气藏中 钻超深井 、高难 定向井 、丛 式井、水平井 、大位 移井、分支井及三维 复杂 结构井等特殊 工艺井 。 现在H a l l i b u r t o n 公司第二代 的Ge o ． P i l o t 系统可在直 井段用 来 防斜 打直 。 旋转导 向钻井系统 的核心是井下旋转 导 向钻 井工具系统。按照国际惯例 ， 目前的旋转导 向钻 井井下 工具系 统，根据其 导向方式可 以分为推靠 式 P u s h t h e B i t 和指向式 P o i n t t h e B i t 两种 。 推靠式是在钻 头附近直接给 钻头提供侧 向力，指 向式是通过近钻 头处钻柱 的弯 曲使钻 头指 向井眼 轨迹控制方 向。MDC 一 1 5 井使用 的是指 向式导向的 Ge o Pi l o t l MD C一 1 5 井施工简介 由长庆石油局厄瓜 多尔分公司承钻 的MDC 一 1 5 井，井型为水平井 ，设计井深 1 2 4 6 0 f t 英尺 ， 垂 深9 9 1 9 f t ，水 平段 长 8 3 6 f t 。美 国 哈里 伯顿 公司 提供旋转 导向钻井设备Ge o ． P i l o t 及技术人员 ，长 庆局厄瓜多尔分公司 以设备租赁参与本井施工 。 此 次作业 中共有3 个 井段 使用 了这 一技 术 。 设计 目的层 位 主 力 层 Ar e n a U层 底 部 ，从 9 4 1 2 ． 2 4 f t U 9 4 9 2 f t ，厚7 9 ． 7 6 f t ；T 层底部和Ho l l i n 层 上部 ， 从9 6 5 4 fl到 9 8 9 l f t ，厚 2 3 7 fl辅助 油 层 B a s a l T e n a 从 9 0 8 3 到 9 1 0 7 fl，厚2 4 f t ， 由于 涉及 钻 穿多个储 层 ，使用 导 向钻 井工 具成 为 首要 选择 。 本 井 从 5 4 0 0 fl Or t e g u a z a 开 始 造 斜 ，设 计 造斜率1 。 ／ 1 O O f t ，在钻 完6 0 0 0 f t 后，开始使用Ge o ． P i l o t 9 6 0 0 型旋转导向钻井工具，此时井斜为7 ． 5 。 ， 方位3 0 8 。 ，井下钻具组合为1 2 1 ／ 4 ”P DC 钻头 ； G e o P i l o t S e r i e s 9 6 0 0 9 5 ／ 8 I I 夕 径 ；1 2 1 ／ 8 ” 螺 旋扶 正 器8 ” 柔性无磁钻铤 。 施 工 层位 为O r t e g u a z a T i y u y a c u ， O e g u a z a T VD 5 4 5 0 6 3 8 3 f t ，泥岩 ，页岩 ，细砂岩 。 T i y u y a c u T VD 6 3 8 3 ～8 0 1 5 f t ， 砾 石 段 石 英 ，始于T VD 6 3 8 3 fl，厚度l O O fl；黑硅石，约始 于 T VD 7 5 1 5 ～ 7 6 l 5 f t 处 ，厚 度4 0 0 5 0 0 f1 ； 其余 为粉砂岩 ，泥岩 ，页岩 ，细砂岩 。使用井段 从6 0 0 0 f t ～7 8 0 0 f t ，共 1 8 0 0 f t 进尺，平均钻速 为 41 ． 86 。 第 二井段 8 1 2 2 f t ～8 7 0 3 f t 。T e n a 测深 8 2 3 2 9 4 0 1 f1泥 岩 ，灰 岩 ，砂岩 。施 工井段 长 5 8 l f t ，使用9 6 0 0 型旋转导 向钻井工具 ，平均机械 钻 速 1 7 ． 8 8 f t ／ h r 。 第 三 井 段 9 5 5 8 f t ～ 9 5 9 9 f t 。层 位 Na p o ～ Ho l l i n 页 岩 ， 灰岩 ，砂 岩 。井 下钻 具 组 合 为 8 1 ／ 2 ”B r o c a P DC钻 头 ；Ge o P i l o t 7 6 0 0 S e r i e s 7 5 ／ 8 ” 外径 ；5 ” 柔性无磁钻铤；8 3 ／ 8 ” Ge o P i l o t 扶 正器 ；6 3 ／ 4 ”随钻 测井 仪器 。施工 井段 长 4 1 f t ，使 用Ge o P i l o t 7 6 0 0 型 ，平 均 机 械钻 速 l 4f t ／ h r 。 在MDC一 1 5 井 施 工 中共 有2 4 2 2 ff的井 段 使用 了 哈里 伯 顿 旗 下 S p e r r y ． S u n 公 司 的Ge o ． P i l o t 系统 ， 分 别 是Ge o P i l o t 9 6 0 0 系 列 9 5 ／ 8 ” 外径 和 Ge o ． P i l o t 7 6 0 0 系列 7 5 ／ 8 ” 外径 。使用导 向钻井工具 井段 的机械钻速为3 O ． 8 5 fi ／ h r ；MDC 一 1 5 井全井总机 作 者简 介 宁小军 1 9 7 4 一，男，陕西合阳人 ，本科 ，钻井 工程 师 ，从事海外项 目钻井技术及钻井现场管理工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第5 期 宁小军等旋转导向钻井技术在MD C- 1 5 井的应用 一 2 ． 图2 旋转导向工具结构简图 Ge o ． P i l o t 系统采用控制钻柱弯 曲特征来实现 钻头轴线的有效导控 ，其优点是造斜率 由工具本 身确 定 ，不受钻进 地层岩性的影响 ，在软地层及 不均质地层中效果明显 ，缺点是钻柱承受高强度 的交变应力 ，钻柱容易发生疲劳破坏 ，这点在本 井随后井段的施工中有所反映 ，出现 了钻具接头 处断裂的 问题 。另外 ，高精度加工是保证这种系 统 导 向效果 的关键 。 调 制 式旋 转 导 向井 下工 具 系 统主 要 由稳 定 平 台测控短节 、偏置导 向执行短节等两大部分组 成 。偏置导 向执行短节主要包括液压分配机构 、 翼肋伸 缩机 构及对 应 的高／ 低压 孔 。翼肋伸 缩机 构的伸缩 由钻柱 内外 的钻井液压差提供动力 ，并 由液压分配机构分配 。液压分配机构为一盘 阀系 统 ，它 主 要 由上 、 下 盘 阀组 成 。上 盘 阀 由稳 定 平 台的控制轴控制，不随钻柱转动 ，其上有弧形高 压孔 。下盘 阀与钻柱本体连接 ，并随钻柱一起旋 转 ，上 面 有 3 个 沿 周 向均 匀 分 布 直 径 相 同 的 低 压 孔 ，3 个低压孔分别与伸缩翼肋 的液压腔相通。需 要导 向时 ，高压钻井液 由上盘 阀高压孔控制进入 下盘 阀某一低压孔 ，并经下盘 阀低压孔进入相连 的支撑翼肋液压腔 ，该支撑翼肋将被高压钻井液 推动支撑于井壁 ，产生导 向力 。当下盘 阀随钻柱 一 起 同步旋转 时，其上 的3 个低压孔将依次与上盘 阀高压孔接通 ，与其相连 的支撑翼肋也将依次在 预定位置伸 出，产生预定方 向的导 向合力 。该合 力 方 向称 为 工 具 面 ， 由稳 定 平 台根 据 导 向需 要 确 定 ，并 由控制 轴控 制 。 Ge o P i l o t 是 典 型 的 可 变 径 稳 定 器 式 指 向旋 转 导 向钻 井 系统 ，它预 先定 向给 钻 头一 个 角位 移 ，通过 为 钻头 提供 一个 与 井 眼轴 线不 一致 的 倾 角来 使钻 头 定 向造 斜 。导 向机 构 主体 是可 变 径 的 稳 定 器 ， 它 的 优 点 是 1 扩 大 了 稳 定 器 的 径 向 调 整 范 围 。如 2 1 5 ． 9 0 mm稳 定 器 可 在 1 8 4 ． 1 5 ～2 1 5 ． 9 0 mm之 间调 节 。 3 l 1 ． 1 5 mm稳 定器 可在 2 6 6 ． 7 0 ～3 1 1 ． 1 5 mm之 间 调 节 。直 径 在 调 节 范 围内可任 意调节，从而加强 了井斜 的控制能力。 2 为稳定器设置 了多个控制位置，采用钻井液 脉冲遥控 技术 、电子及 液压技术对稳 定器的径 向 位 置进行控 制 ，确 保 了仪器 工作 稳定 。 3 可 以通 过 随钻 测 量 仪 器 向 地 面通 报 稳 定 器 的 工 作状 态 。 2 ． 3地面与井下双 向传输通讯系统 该通讯系统可随钻监测旋转 导向钻井 工具在 井下 的工 作状 况，当实钻井眼轨迹偏 离 了设计轨 道 ，能够及 时分析和 计算出轨迹 的偏 离程度 ，设 计 出新 的待钻井 眼轨道 ，并产生使旋转导 向系统 按新的井眼轨道钻进的控制指令。 把设计井眼轨道和 实钻井 眼轨迹 以及其它相 关 的重要 参数可视化地 显示 出来，便 于现场 工程 技术人 员直观地掌握和分析钻头所在位置 以及旋 转导向钻井工具对井眼轨迹的控制情况 。 井下测量系统主要 由随钻测量系 统和 工具测 控 系统两 部分组成。随钻测量系统主要用于测量 井 眼轨迹几何参数和地 质参数，如井 斜角、方位 角、工具面角、 自然伽马 、电阻率等。此外， 由 于调制式 旋转 导 向钻 井系统在钻井过 程中一直处 于全旋转 工作状 态 ，因此 ，作为井下工具系统测 控部分 的稳定平 台测量 系统是保证实现旋转导向 钻井 的关键 ，稳定平台首先通过 自身的测控系统 在旋转钻柱 内与大地保持相对静止，如 图3 中蓝色 部分 1 小时只有 1 ． 6 圈的转动，然后完成对井斜 角 、方位 角及 工具面 角的测量 ，从而实现对井下 工具的实时空间状态测量 。 图3 G e o ～ P i l o t 导 向装置工作简 图 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m