自动垂直钻井工具地面试验分析及现场验证.pdf

2 01 6 焦 第 1期 第 4 5卷 第 6 4页 石油 矿 0 I L FI ELD 场机 械 E QUI P ME NT 2 0 1 6， 4 5 1 6 4 6 9 文 章 编 号 1 0 01 3 4 82 2 01 6 01 0 0 6 4 0 6 自动垂直钻井工具地面试验分析及现场验证 王 闻涛1 ． 2 ， 王小通 ， 李 峰 ， 刘 战国 ， 王 嘉 ． 一 ， 余朋伟 ， 吴小雄 1 ． 国家油气钻井装备工程技术研究 中心 ， 陕西 宝鸡 7 2 1 0 0 2 ； 2 ． 宝鸡石油机械有限责任公 司， 陕西 宝鸡 7 2 1 0 0 2 摘要 纠斜 、 稳斜 功 能的 实现 是全 旋转推 靠 式 自动 垂直钻 井 工具样机研 制 的 关键 问题 。研 制开发 了 全旋转推靠式 自动垂直钻井工具样机。地面试验完成后进行 了现场试验 ， 以验证地 面试验 的准确 性。详细介绍 了全旋转推靠式 自动垂直钻井工具的试验原理 、 试验方法、 试验步骤、 地面试验效果 分析 、 现场试验等。试验结果表明 全旋转推 靠式 自动垂直钻 井工具实现 了井斜 角 1 。 范 围内的纠 斜 、 稳 斜 功能 ， 达到 了设计要 求。 关键词 全旋转推靠式； 垂直钻井； 纠斜； 稳斜 中图分 类号 TE 9 2 8 文献 标识 码 A d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 4 8 2 ． 2 0 1 6 ． 0 1 ． 0 1 5 Gr o u n d Fi e l d Te s t o f Au t o ma t i c Ve r t i c a l Dr i l l i n g To o l W ANG W e nt a o 一。 W ANG Xi a ot o n g ～， LI Fe ng ， LI U Zha ngu o ， W ANG J i a 一， YU P e n g we i ， W U Xi a o x i o n g 1 ．Na t i o n a l Oi l Ga s Dr i l l i n g Eq u i pme n t Re s e a r c h C e n t e r ， Ba o j i 7 2 1 0 0 2， Ch i n a； 2 ． Ba o j i Oi l fi e l d Ma c h i n e r y Co ． ， Lt d ．， Ba o j i 7 2 1 0 0 2 ， C h i n a Ab s t r a c t I t i s t h e k e y i s s u e t h a t t h e f u l l r o t a t i o n a n d p u s h i n g t y p e a u t o ma t i c v e r t i c a l d r i l l i n g t o o l a c h i e v e s t h e f u n c t i o n o f s t r a i g h t e n i n g a n d ma i n t a i n i n g a n g l e i n t h e p r o c e s s o f d e v e l o p i n g t h e t o o l p r o t o t y p e ．We e x p l o i t e d t h e f u l l r o t a t i o n a n d p u s h i n g t y p e a u t o ma t i c v e r t i c a l d r i l l i n g t o o l p r o t o t y p e b y j o i n t e d d e v e l o p me n t ．Th i s t o o l wa s p r o c e e d e d t h e c o mp r e h e n s i v e g r o u n d t e s t f o r a c h i e v i n g t h e f u n c t i o n o f t h e p r o t o t y p e ．F o r v e r i f y i n g t h e r e l i a b i l i t y o f t h e g r o u n d t e s t a n d r u n n i n g t h e f i e l d t e s t a f t e r t h e g r ou nd t e s t ,Th e pr e s e nt p a p e r a i ms t o p r ov i de t he e xp e r i me n t a l p r i nc i pl e s， e x p e r i me n t a l me t h o d s 。 e x p e r i me n t a l p r o c e d u r e s a n d g r o u n d f i l e d t e s t c o n s e q u e n t a n a l y s i s o f t h e f u l l r o t a t i o n a n d p u s h i n g t y p e a U t o ma t i c v e r t i c a l d r i l l i n g t o o 1 ．Th e g r o u n d t e s t s p r o v e d t h a t t h e t o o l a c h i e v e d t h e f u n c t i o n o f s t r a i g h t e n i n g a n d ma i n t a i n a n g l e i n t h e r a n g e o f 1 。i n c l i n a t i o n ．Th e t o o l me e t s t h e r e qu i r e me n t s“ o f t he d e s i g n． Ke y wo r d s f u l l r o t a t i q n a nd pu s hi ng t yp e； v e r t i c a l dr i l l i ng； s t r a i g ht e n i ng； m a i nt a i n a ng l e 自动垂直钻井工具是集机 、 电、 液一体化的 自主 纠斜、 稳斜的钻井工具系统， 它能够有效解决防斜与 快 钻这 一 困扰钻井 工程 界 的难题 。 国外 钻井 工具公 司先后开发出不同的垂直钻井 工具系统 ， 具有代表 性 的是 德 国 的 VD S系 统 、 A GI P与 B a k e r Hu g h e s I n t e q 公 司 的 S DD系统 、 S c h l u mb e r g e r 公 司 的 P o w e r V系统等 ， 这些工具系统有效地解决了防斜与 快钻的技术难题 。但国外公司的垂直钻井系统对我 收稿 日期 2 0 1 5 0 7 2 4 基金项 目 陕西省企业技术 中心创新 四大工程建设 专项资金 项 目“ 自动垂直钻井系统研制” 陕工信 发 2 0 1 0 3 9 6号 作者简介 王 闻涛 1 9 7 9 一 ， 男 ， 陕西 西安人 ， 工 程师 ， 主要从事石 油钻采装备 的研究 与设计工作 ， E ma i l w wt o n t i n e 1 6 3 com。 第 4 5卷第 i 期 王闻涛 ， 等 自动垂直钻井工具地面试验分析及现场验证 国油 田公 司只 租不 卖 ， 并 且 价 格 昂 贵 。国 内 学者 也 对垂 直 钻 井 系 统 进 行 了 介 绍 并 展 开 了 相 关 的 研 究l_ 5 。 ， 但真正核心技术还有待攻克 。 宝鸡石油机械有限责任公司与西安石油大学合 作 ， 将“ 全旋转推靠式 井下小闭环控制” 这一 自动 垂直钻井工具作为一项高端油气钻井装备项 目进行 攻关 ， 制造 了全旋 转 推靠式 自动 垂直 钻井工 具样 机 。 该工具在保障垂直钻井要求 的同时 ， 对降低钻井轴 向摩 阻 、 提 高井 眼 清 洁有 明显 效 果 。工 具 样 机 的定 型研究 开 发不可 避免 地要 遵循从 地 面试验 到现 场试 验 的 过 程 ， 该 项 目于 2 0 1 3 0 6 2 O 1 4 一 O 4在 自主 设 计 、 制 造 的 3个 试验 检 测 装 置 上进 行 了工 具 系 统全 部 的地 面试 验 ， 试 验 获得 成 功 。随后 工 具 进 行 了 现 场试验 并取 得 了满 意 的效 果 ， 验证 了地 面 试 验 的 正 确性 。 l 技术分析 1 ． 1 结构 组成 全旋转推靠式 自动垂直钻井工具主要由工具外 筒 、 全 密封 上悬 架支 撑单 元 、 上 ／ 下 涡轮发 电机单元 、 测控存单元 、 全密封下悬架支撑单元、 执行机构单元、 执行活塞和执行矩形推力板等组成 ， 如图 1 所示。 1 一工具外简 ； 2 一全密封上悬架支撑单元 ； 3 一上涡轮发 电机单元 ； 4 一测控存单元 ； 5 一下涡 轮发 电机单元 ； 6 一 全密封下 悬架 支撑单元 ； 7 一执行 机构单元 ； 8 一控制 轴 ； 9 执行 活塞 ； 1 O 一执行矩形推力板 。 图 1 全旋转推靠式 自动垂直钻井工具结构 1 ． 2试 验原理 全旋转推靠式 自动垂直钻井工具属于旋转式动 态推靠式工具。其工作原理是 在执行机构圆周 间 隔 1 2 0 。 均 布有 3个 执行 活 塞 如 图 2所 示 ， 工具 在 试验前 ， 用计算机把编好 的控制程序输入工具的测 控存 单元 ， 基 于力 推靠 作 用 原 理 的 自动 垂 直 钻井 工 具在模拟转盘装置带动下旋转 ； 同时， 工具测控存单 元内的测量模块 传感器等 会 自动测量井斜角和方 位角 ， 工具微处理器将测得的参数与预置的模拟井 眼轨迹参数进行 比较； 当井斜角超过一定范围， 按照 控制原理 ， 控制模块发 出相应的小 闭环 自动控制指 令 ， 执行活塞在工具旋转到井眼高边时在泥浆压力 的作用下相继伸出， 将与其相连的可伸缩执行矩形 推力板轮番推靠到井眼高边 ， 从而迫使钻头有力地 切削井眼低边 ， 完成边钻进边纠斜的功能指令 ； 当井 斜 角没有 超 出一定 范 围时 ， 在 控制程 序 的作用 下 ， 工 具执 行 矩 形 推 力 板 交 替 推 靠 井 壁 ， 达 到 了 稳 斜 的 效果 。 具体 实施 过 程为 工 具 在模 拟 转 盘装 置 带 动 下 旋转 ， 其内部 上、 下全密封悬架 支撑单元起 到支撑 上 、 下涡轮发电机单元和测控存单元 的作用 ， 泥浆冲 刷上涡轮发电机单元发 电为测控存单元供电， 测量 模块测得井斜角超 出范 围时， 控制模块通过控制下 涡轮发 电机单 元 的 出力 间接控 制转 矩 轴 的 稳定 ， 从 而形成执行机构单元泥浆流道在井眼高边打开， 使 执行活塞在高边推动执行矩 形推力板伸出 ， 产生一 个指向井斜低边 的力 ， 在该力 的作 用下完成 纠斜 。 当井斜角没有超 出范围时， 控制轴匀速转动 ， 流道交 替打开， 执行矩形推力板交替推靠井壁 ， 起到 了稳斜 的作 用 。 图 2 全旋转推靠式 自动垂 直钻井 工具工 作原理 1 ． 3 主 要技 术参 数 适 用转速 适 用泥浆 排量 控制井斜角 抗 拉强度 最 大转矩 工 具扣 型 5 O ～2 0 0 r ／ rai n 2 5 ～ 5 0 L／ s 1 。 1 7 0 0 kN 1 2 0 00 N m 6 3 O 6 3 O 石 油矿 场 机械 2 O l 6年 1月 2 地面试验 2 ． 1 试 验 内容 1 工具 涡轮发 电机单 元性 能测 试试验 。检 验 装配好的工具涡轮发电机单元的参数及其性能的合 格性 。 2 工具 的井斜 角与 工具 面角测 量试 验 。平 台 倾 斜一定 角度 时 ， 检 验 工 具 面 角 的测 试 误差 及 显 示 模块 显示 的正 常性 。 3 下 涡轮 电机 出力测试 。在 上下 涡轮 电机 同 时旋转 、 改变控制输 出的条件下， 通过检验测量平台 的旋转情 况 ， 间接测 量下 涡轮 电机 的出力 情况 。 4 上 、 下 涡 轮 电机 联 合测 试 试 验 。上 、 下 涡 轮 发 电机在水 力驱 动下 联合 测试试 验 时 ， 检验 上 、 下 涡轮发 电机 的性能 能否 满足设 计要 求 。 5 垂 直钻井 工具 对排 量适应 范 围 的试 验 。检 验工具 在水 力驱 动下 进行试 验时 对排 量范 围的适 应 能力 。 6 工 具 倾 斜 1 。 时 稳 定 平 台控 制 性 能 试 验 。 检验工具整体倾斜 1 。 ， 模拟转盘装置使其旋转且在 水力 驱动下 的稳 斜 、 纠斜能 力 。 2 ． 2试验 方法 1 检验涡轮发电机的参数及其性能。涡轮 电 机在 旋转 时 检 测 并 记 录 其 参 数 ， 包 括 电机 转 速 、 电 压、 电流 、 变频器频率 等， 求得转数／ 电压 的 比值系 数 K。 2 检验 工具 面角 的测试 误差及 显示模 块 显示 的正常性 。机械驱动检测装置测试 ， 显示模块显示 ， 记录平台倾斜角度 、 工具面角度及 回转相对角度等 数值 。 3 下 涡轮 电机 出力测试 。下 电机连 接功 率 电 阻， 通过操作变频器改变下涡轮电机转速， 用测速仪 测 量 涡轮 电机转速 。记 录上 电机转 速 、 变频器 频率 、 下 电机 转速 等数值 。 4 上 、 下 涡轮 电机 联合 测试 试 验 。工 具 在检 测装置上进行水力驱动试验 ， 试验结束后 由存储的 试验数据编辑成 电压一 时间及转数一 时问 曲线 图， 由 图研判发电机性能的合格性。 5 检 验工具 在水 力驱 动下 对排量 范 围的适 应 能力 。试验 变频 泵 不 断变 换 频 率 时 ， 进 入试 验 管 汇 的清 水排 量 在 不 断 变 换 ， 设 定 排 量 为 2 5 ～ 4 5 L ／ s ， 记录试 验数 据 ， 读 取工 具存 储 的数 据编 辑 成流 量一 时 间 曲线 图 ， 由 图研 判排 量 的实际 范 围。 6 工具倾斜 1 。 时稳定平 台的纠斜 、 稳斜功能 试验 。工具在检测装置上倾斜 1 。 ， 模拟转盘装置使 其旋转 ， 试验时变频泵先以频率 7 Hz 运转 ， 观察工 具及 管 汇的清水 循环 情况 ， 如正 常 ， 则继 续试 验 ， 变 频泵 频率 不能超 过 3 5 Hz ； 反 之 ， 应 调 整 变 频泵 的 频率 ， 直到清水循环正常为止。记录变频泵频率、 泵 排量 、 试验时间等数据。 2 ． 3试 验过 程 2 ． 3 ． 1 试 验 要 求 1 工具涡轮发电机单元试验的要求。试验采 用三相 电驱 动 ， 驱 动 电机 转 速 高 达 1 2 0 0 r ／ mi n ， 应 确保试验的安全性 。要求试验测得 的转数／ 电压 比 值 系数 K 大 于设计 比值 系数 2 5 ， 且 电机额 定功率 ≥ 1 5 0 W 。 2 井斜角与工具面角测量要求。当试验平台 倾斜 2 。 时， 要求工具面角度测量误差6 。 ； 当试验平 台倾斜至 1 。 时， 要求工具面角度测量误差1 5 。 。 3 下涡轮电机出力测试要求 。要求在测量平 台旋 转 的情况下 ， 间接测量 下涡轮 电机 出力 的情况 ， 即以转速 表示 出力情 况 。 4 上、 下涡轮电机联合测试要求 。在检测装 置 上试验 时 ， 要 求 上涡 轮 电机 电压达 剑 3 0 V 以上 ， 转速达到 8 0 0 r ／ mi n左右 ； 要求下涡轮 电机 电压达 到 6 5 V 以上 ， 转速 达到 1 1 0 0 r ／ mi n以上 。 5 工具 对排 量范 围的适应 能力 。试验 变频 泵 在 7 Hz时开始清水循环 ， 待工具及管汇循环正常 后 ， 才能提高变频泵的频率， 提高排量。 6 工具 倾斜 1 。 的稳 斜 、 纠 斜 要求 。工具 倾 斜 1 。 ， 在模拟转盘转数不低于 4 5 r ／ mi n ， 排量不低于 2 5 L ／ s ， 变 频 泵 变 频 范 围 7～ 3 5 Hz的 情 况 下 进 行 试 验 。 2 ． 3 ． 2 试 验步 骤 1 工具涡 轮发 电机单 元性能 测试试 验 。将涡 轮发 电机单 元安 装 到试 验 检 测 装置 上 ， 开 动 驱 动 电 机 ， 测 定 涡轮 电机 的转 数 、 电 压 、 电流 、 转 矩 等 参 数 值， 求得转数／ 电压 的比值系数 K， K值 大于等于 2 5 时 涡轮 电机性能 合格 。 2 井斜角与工具面角测量试验。上下电机同 时旋转、 调整 P WM 电阻 使平台基本匀 速旋转或 不旋转 ， 分别 测试平台倾斜 1 。 、 2 。 的井斜 与工具 面 角 度 。 3 下 涡 轮 电 机 出 力 测 试 。上 下 电 机 同 时 旋 转 、 改变控 制 输 出 P WM 占 比 、 测 量 出力 情 况 ， 为 控 制参数 调试 提供依 据和基 础数 据 。 4 工具 安装 到 试 验 检测 装 置 上 ， 连接 数 据 采 第 4 5卷第 1期 王闻涛 ， 等 自动垂直钻井工具地面试验分析及现场验证 集线路 ， 开启离心泵 ， 调频至 7 Hz 时开始清水循环 ， 逐渐升高泵频率 ， 记录频率、 进水流量等数据 。 5 工具 在试 验 检测 装 置 上倾 斜 1 。 ， 模 拟 转 盘 装置使其旋转 ， 开启试验变频泵开始清水循环试验， 泵变频频率 由低到高逐 步升高。记 录变频泵频率 、 泵排量、 试验时间等数据 。 3地面试 验效果分析 3 ． 1 工具 涡轮发 电机单 元性 能测试试 验 工 具 涡轮 发 电 机单 元 性 能 测 试 试 验 数 据 如 表 1 ， 可 以看 出 由转 速／ 电压得 到系数 K， 最 大 K 值 为 2 9 ． 1 3 ， 最 小 K 值 为 2 8 ． 5 7 。 由电机 电压 电流 得 最高转速 1 4 2 8 ． 6 r ／ mi n 时， 电机功率为 1 9 0 ． 6 W； 额定 转速 1 0 3 3 r ／ mi n 时 ， 电机 功率 为 9 4 w 。比值 系数 K 均大 于设 计 系数 2 5 ， 功率 也 达 到 要求 ， 所 以 涡轮 发 电机性 能满 足设计 要求 。 3 ． 2工具 井斜 角与 工具 面角 测量试 验 工 具井 斜角 与 工 具 面角 测 量 试 验 数 据 如表 2 ， 可 以看 出 模 拟 井斜 倾 斜 2 。 时 ， 工 具 面 角 度 测 量 误 差6 。 ， 满足测试要求 ； 模拟井斜至 1 。 时， 工具 面角 度测量误差在 1 5 0 左 右， 满足测试要 求； 测试 中， 井 斜 角度 和工具 面有 波 动 ， 说 明测 量 是 实 际情 况 的反 映 ， 测量准确性较好 。 表 1涡 轮 发 电 机 性 能 试 验 数 据 霉 霉 茎 电 电 二 器 设 频 率 ／ 转 速 ／ 一 ⋯ 转 矩 ／ 定 值H z rmi n N m 18 ．8 2 2 82 ． 3 3 8． 04 5 7 0． 6 66 ． 88 1 O3 3． 2 9 5． 25 1 42 8 ．6 9． 88 0 ．5 8 0 ． 442 1 9． 69 1 ．2 3 O ． 49 0 3 4． 49 2 ．1 8 O． 55 O 4 9． 0 4 3 ．1 1 0．1 6 7 表 2井斜角与工具面角试 验数据 3 ．1 3 ．1 3 ．1 2 ．5 1 ． 5 1 ． 5 1 ． 5 1 ．O O 9O 27 O 1 8O 3 ． 3下 涡轮 电机 出力试 验 下涡 轮 电机 出力 试验 数 据如 表 3 ， 可 以看 出 在 上 电机旋 转 情 况 下 ， 下 电机 可 驱 动平 台旋转 ； P WM 占空 比为 1 0 0 时 ， 下 电机转 速 2 8 5 r ／ mi n时 ， 可驱 动平台旋转 ， 下电机出力满足测试要求 ； P WM 占空 比为 5 O 时 ， 下 电机 转速 约 5 2 3 r ／ mi n时 ， 可驱 动平 台旋转 ， 下电机出力满足测试要求 。 表 3下涡轮 电机 出力试验数据 3 ． 4上下 涡轮 电机联 合测 试试 验 上 、 下涡轮电机联合测试试验 曲线如图 3所示， 可 以看 出 上 涡轮 电机 电压 达到 3 3 V， 转 速达 到 8 0 0 r ／ mi n左右 ； 下 涡轮 电机 电压 达 到 6 8 V 左 右 ， 转 速 达到 1 1 8 0 r ／ mi n左 右 。证 明上 、 下 涡轮 电机 在水力 驱动下联合测试试验时 ， 上、 下涡轮电机的性能满足 设 计要 求 。 乏 3 5 3 0 罢 2 5 20 1 5 8 0 基 5 O 4O 3 O 0 6 0 1 2 0 l 8 0 2 4 0 3 00 3 6 0 4 2 0 48 0 5 4 0 6 0 0 时间／ s a 上 电机 电压测试 曲线 0 6 0 1 2 0 l 8 0 2 4 0 3 0 0 3 6 0 4 2 0 4 8 0 5 4 0 6 0 0 时间， s b下电机电压测试 曲线 加 1 2 3 4 5 5 2 2 ～ ～ ～ 6 6 5 6 8 石油 矿 场机 械 2 0 1 6年 1月 ．1 90 0 8 0 0 7 0 0 6 0 0 釜5 0 0 4 0 0 0 6 O 1 2 O l 8 O 2 4 0 3 0 0 3 60 4 2 0 4 8 0 5 40 6 0 0 时间／ s C 上电机转 速下测试 曲线 0 d F电 机 转 速 测 试 曲 线 图 3 上下涡轮 电机联合测试试验曲线 3 ． 5 工具 对 排量适 应范 围的试 验 排量 适应 范 围试 验 曲线如 图 4 所 示 ， 可 以看 出 泵排量在 2 5 ～5 0 L ／ s时满足设计要求 ； 控制方法、 控 制参数 可 以适应 不 同排 量 、 不 同外 钻铤转 速 ， 且 适 应 范 围较 宽 ， 可 以满 足钻 井工程 要求 。 5 0 4 0 囊 3 0 2 0 6 0 1 2 0 l 8 0 2 4 0 3 0 0 3 6 0 4 2 0 48 0 5 4 0 时间， s 图 4排量适应 范围试验 曲线 3 ． 6稳定 平 台控 制性 能试验 平 台控 制性 能试验 曲线 如 图 5所示 ， 可 以看 出 井斜 角趋于 稳 定 在 1 。 ， 实 现 了 近 垂 直 条 件 下 倾 斜 角度 l o 的稳斜 匀速旋转 功能； 系统 自检完成后 ， 工具 面角趋 于 稳 定 在 6 O 。 ， 工 具 面角 度 稳 定 即说 明 工具 实现 了纠斜 控制 功能 ； 系统运 行正 常 。 值 H 6 0 0 0 4 0 8 O 2 O 6 O O 转速／ r rai n a 井 斜角 0 7 2 0 l 4 4 0 2 2 6 0 2 8 8 0 3 6 0 0 43 2 0 转数／ r mi n b工 具 面 角 图 5平台控制性能试验 曲线 4 现场试验验证 为 了进一步检验地面试验的正确性， 工具在都 江堰市 D J Y 一 1井进 行 了现场试 验 。 4 ． 1 DJ Y- 1井概况 D J Y 一 1 井是 四川 都 江 堰 市厚 度 巨大 的砾 、 砂 岩 沉 积侏 罗 系 山前 构 造 上 的 1口井 ， 设 计 井 深 4 0 0 0 1-n 。所 钻遇 的地层 9 0 为粗砾 岩 火 成岩 ， 石英 ， 中 砾岩 ， 偶尔 夹几层 细砂岩 ， 粉砂 岩 ， 泥岩 。 该 井 的井 身 结 构 一 开 0 4 4 4 ． 5 mm 井 眼 ， 7 5 0 m， 0 3 4 2 ． 9 mm套管 7 5 0 m； 二开 0 3 1 1 ． 2 mm 井 眼 ， 2 4 0 0 m， o 2 4 1 ． 3 mm 套 管 1 6 5 0 I T I ； 三 开 D 2 1 5 ． 9 mm 井 眼 ， 4 0 0 0 1 T I ， 0 1 7 7 ．8 mm 套 管 1 6 0 0 m 。 工具 试 验井 段 1 7 3 4 ～ 1 9 4 1 m， 自 2 0 1 4 1 1 2 1 在 井深 1 7 3 4 I T I 时 下人 工 具进 行 试 验 ， 至 2 0 1 4 1 1 3 O井深 1 9 4 1 IT I 时起钻， 累计进尺 2 0 4 m， 纯钻时间 为 2 0 0 h 。 钻 井参数 钻 压 2 0 0 ～2 2 0 k N， 排 量 3 1 I ／ s ， 泵 压 8 ． 4 MP a ， 转 速 4 5 r ／ rai n 。 4 ． 2井下试 验效 果分析 由于 没有 邻 近井 的资料 可 以 比较 ， 只能 与该 井 不 同井 段 1 7 2 2 ～l 7 3 2 m 及 1 9 4 1 ～2 3 1 5 m 的数 据进行 比较 ， 该井 段与试 验 井段 1 7 3 4 ～ 1 9 4 1 12 3 ． 的 测量数 据对 比情 况如表 4 。 表 4试 验 前后 测量 数 据 1 7 22 1 8 O7 1 9 O3 1 9 98 2 31 5 31 l_ 2 31 1 ．2 31 1 ．2 31 1． 2 31 1． 2 l O 0 2O O 22 O 9 0 8O l _ 2 O ．9 O ．7 2 ．O 2 ．4 0． 83 1 ． 71 1 ． 93 O． 7O O． 64 4 ． 2 ． 1纠斜 和 稳 斜 效 果 由表 4的测 量数据 可知 试验 井段井 深 1 8 0 7 1T I 处 的井斜 角 为 0 ． 9 。 ， 井深 1 9 0 3 IT I 处 的井 斜 角 降 为 0 ． 7 。 ， 直至起 钻 井 斜 角 一 直稳 定 不 变 。井 队采 用 常 规 钻具 组 合 钻 进 时 ， 井 深 1 7 2 2 Iq q ． 处 的 井 斜 角 为 1 ． 2 。 ， 井深 1 9 9 8 m 时 井斜 角 达 到 2 ． 0 。 ， 井 深 2 3 1 5 r l -i 时井斜 角达 到 2 ． 4 。 。 第 4 5 卷第 1 期 王闻涛 ， 等 自动垂直钻井工具地 面试验分析及现场验证 6 9 试 验 证 明 全旋 转 推 靠式 自动 垂直 钻 井 工具 实 现了纠斜 、 稳斜的功能 ， 达到 了设计要求 ， 在钻井作 业 过程 中起 到 了纠斜 、 稳斜 的作 用 。 4 ． 2 ． 2机械钻速 由表 4的测量数据可知 在使用垂直钻井工具 的 1 7 3 4 ～1 9 4 1 m 井段 ， 平均 机械 钻速 为 1 ． 8 m／ h 。 而未使 用垂 直工 具 的井 段 1 7 2 2 ～1 7 3 2 m 及 1 9 4 1 ～ 2 3 1 5 m， 平 均机 械钻速 为 0 ． 8 m／ h 。机 械 钻速 的 提 高程 度 比较显 著 。 4 ． 2 ． 3钻压 由表 4的测量数据可知 使用垂直钻井工具后 ， 钻压也得到了释放， 由未使用垂直钻井工具 的 8 0 ～ 1 0 0 k N释放到使用垂直钻井工具的 2 0 0 ～2 2 0 k N， 钻 压释 放 比较 明显 。 4 ． 2 ． 4工具试验 可靠性 试 验证 明 全 旋 转 推靠 式 自动垂 直 钻井 工 具 在 井下工作正常， 其整体性能稳定可靠 。并且全旋转 推靠式 自动垂直钻井工具也解决了防斜与快钻的矛 盾 ， 提高 了机械钻速， 井斜控制在合理的范围内。 5 结论 1 全旋转推靠式 自动垂直钻井工具经过涡轮 发电机单元性能测试及其倾斜 1 。 时稳定平 台控 制 性能 等地 面试 验 ， 工具 最 终 实现 了在模 拟 井 斜 角 1 。 范 围 内的纠斜 、 稳斜 的功 能 ， 经 过现 场试 验验 证 了地 面试 验 的正确性 。 2 该工具 经 过 长 时 间 的地 面 试 验 后 ， 其 内部 部分轴承表现出了寿命不足的弱点 ， 建议选用优质 轴承 ， 使工具最终能够满足现场试验对工具整体寿 命 的要 求 。 3 全旋转推靠式 自动垂直钻井工具经地面和 现场试验后 ， 部分零件出现了磨损等情况 ， 建议零件 加工 时采 用耐磨 较 好 的材 料 ， 使工 具 的整 体 寿命 能 够得到保障。 4 建议该工具尽快进行第 2次现场试验 ， 为 工具样 机定 型及 其 商业化 应用 创造 条件 。 E 3 ] 王春生 ， 魏善 国， 殷 泽新． P o w e r - V垂直 钻井 技术 在克 拉 2气 田的应用口] ． 石油钻采工艺 ， 2 0 0 4 ， 2 6 6 4 - 8 ． E 4 3 徐泓． VT K垂直 钻井 系统在大湾 1井 的应用E J 3 ． 钻采 工 艺 ， 2 0 1 0 ， 3 3 6 1 3 4 1 3 6 ． E 5 ] 苏义脑 ， 李松林 ， 葛云华 ， 等． 自动垂直钻井工具 的设计 及 自动控制方法 口] ． 石油学报 ， 2 O O l ， 2 2 4 8 7 9 1 ． E 6 3 郑登科 ， 刘 白雁 ． 基于 P I C单片机 自动垂直钻井工具控 制器的研究E J ] ． 机械研究与应用 ， 2 0 0 7 ， 2 0 3 8 8 9 0 ． E 7 ] 杨春旭 ， 韩来 聚 ， 步玉环 ， 等 ． 自动垂 直钻井 系统 B HA 力学分析的一维模型E J ] ． 石 油钻采工艺 ， 2 0 0 8 ， 3 0 1 1 9 2 4． ． E 8 3 刘 白雁 ， 陈新元 ， 谢剑刚 ， 等． 自动垂直钻井工具 的理论 与技术 研究 I- J ] ． 武 汉 科 技 大学 学 报 自然科 学 版 ， 2 0 0 8， 3 1 1 6 - 1 0 ． [ 9 ] 韩来聚 ， 倪红坚 ， 赵金海 ， 等． 机械式 自动垂直钻井 工具 的研制I- J ] ． 石油学报 ， 2 0 0 8 ， 2 9 5 7 6 6 7 6 8 ． E l O ] 龚勋 ， 刘 白雁 ， 陈新元 ， 等． 自动垂 直钻井 工具 纠斜控 制实验 研 究 [ J ] ． 石 油 钻 采 工 艺 ， 2 0 0 9 ， 3 1 4 1 6 2 O． 韩 矗 垄等 王 志 坚等 刘静 辰 等 于桂 杰等 史 交 齐等 蒋发光等 尚晓峰等 李奔驰等 王 卫 华 等 周鹏 高等 王 全 宾 等 吴文 秀等 白文 雄 等 苏文献等 边 杰等 程 连 文 等 耿艳 东等 参考文献 [- 1 1 薄和秋 ， 赵永 强． Ve r t i Tr a k垂 直钻井系统在 川科 1井 安 伦等 中的应用E J ] ． 石油钻探技术 ， 2 0 0 8 ， 3 6 2 1 8 2 1 ． 师 涛等 E 2 ] 李松林 ， 苏义 脑． 自动垂 直钻井 系统 V DS的形 成 与发 吕拴明等 展 [ J ] ． 国外石油机械 ， 1 9 9 9 ， 1 0 5 1 0 1 4 ． 王镇全等 下期部分 目次预告 深 水水 上 防喷 器钻 井技 术的 水 下 断 开 系统及 应 用 螺旋复合 筛管外护 管固液 两相 流冲蚀磨损分析 大跨距 海洋模块钻机 结构设计 直 管道 外表 面斜裂纹应 力强度 因子有 限元分析 含腐蚀坑 油管剩余 内压 强度研 究 车载压裂泵 阀箱轻型化研 究 分层 注水测调仪机械臂动 力学分析和运动仿 真 8 9型 2 1 O MP a射 孔 枪 结 构优 化 设 计 MZ J 一 1 5 XY 型 斜 井 钻 机 提 升 系统 研 制 允许井壁有 限破坏的坍塌压力计算模型 基 于不 同材料模型的膨胀管有 限元分析 井 场 平 衡 式 连 续 自动 加 药 系统 设 计 数字化抽油机的 电动平 衡装置结构分析及改进 燃 气站点埋地管道 变形的数值分析 封 隔器 内卡 瓦有 限元分析及结构优选 管 式 泵一 封 隔器 一 体 化 堵 水 技 术 研 究与 应 用 海 洋 油 气开发 水 下 防喷 器 紧 急备 用控 制 系统 研 究 国内外水平井压裂滑套技术研 究进展 自升式钻井平 台悬臂梁的发展研究 快速移运石油钻机零排放 系统技术分析 钻杆接头耐磨带材料研究进展