电驱动盘管钻井（ECTD）.pdf

母 动 囊 错 c 一 国9 钻 井技术 l 第 1 5卷2 0 0 0年第 3期 ⑥ L f 电 驱 动 盘 管 P H．He a d ，T J ．Ha n s o n等著 H e c ，P k -t V 甘 、 钻 井 ECTD 型 译 苏 义脑校 盘 管钻井 技术 C T D 已经 问世 十多年 了，服 务的领域仍在不断扩展 。起初 c 1 1 技 术只应用 于修 井作业 ，现 在这项 技术 已应 用 于地表钻井 及 老井侧 钻 。 一项联 合工业 项 目 已把 电动井 下钻 具组 合应用于 CP D中。这 项 目制 造 了一种 成功 的钻 具组 台 ，试验 的最 好记录是在 井 下钻井 1 9 0小时 无事 故 ，这 试验 工具 是应用 现 有的 技术制 造 的 ，其成 功 坚定了人们开 发一种多用途马达的信心 第一 期 工 作 的 完 成 证 明 E C TD 比 C TD 具有更多 的较 明显 的优点 1 钻头转速 可以独立于排量进行调整 。 2 可 以通过 高质 量 的遥测 途径 实现 对 数据反馈 ，增加 了钻具组合的可靠性 3 可 以实 现旋 转导向 。 4 可 以应用于欠平衡钻井 ． 5 循 环压 力 和地层 压力 可 以实现 动 态 平衡 。 该系统 同 时具 有延 长 盘 管 寿 命 的 优 点 ， 因为不需 要 螺杆 马达所 需 的液 压能 ．所 以可 以被 少 疲 劳破 坏 ，不 需 要 当 马 达受 时 对 C T管 的上提下 放 ，因此 可以避免停止工作 一 电动 B HA 样机 1 设计 概况 因为第 一阶段的 主要任务 是验证可行性 ， 井不 要求 它具 有与液压 马达相等 的输出能量 ， 漫计 中利 用 了许多 现行 的技 术 。在 样机 中 利 用 电 潜 泵 E S P代 替 常 规 的 液 压 马 达 ， E S P马达 与减 速 箱连 接 以减 少输 出 轴 的速度 从而适应钻 井 环境 ，在 地面 用计 算机 连 接到 变速器上控制 马达 ，用特 殊设 计 的软 件包 与 变速器配合 使 用 以获 得且 记 录实 际 的钻井 数据 图 l为样 机。 2 ． C T连接 器 C 1 ’ 连接器 在 动力 CT与 B HA 之 间提 供 电子与机械连接 ，同时引导泥浆流过 电马达 ， 并包括个用于 紧急脱离 的连 接点 。 - 3． 油补偿 系统 马达和 部 分 B HA 部 件 必 须 搔 于 润 滑 油 中，才能够长期工作 ，在不 同的温度条件下 ， 油的体积不同 ，设计 了一个 简单 的压力补偿 ， 以避免 油的膨 胀而 造成 工具 的损 坏 ，检 查 油 标 可 以 检 测 油 的 泄 漏 。 4．电马 达 B HA是靠工 厂生 产 的标 准 1 5马力 ES P 驱动的 ，这 样就避免 了开发专用 马达的费用 标准 E S P的缺 点 是马 达 的 中轴都 是实 心 的 ， 因此在马 达 的周 围做 了一 个专 门的护套 ，以 使泥浆穿 过马达 与护 套 之间 的环空 ，这样 使 B F L 的外 径大于 5英寸 ，而 电马达 的实 际外 径 为 3 英 寸 。 维普资讯 图 1 电动钻 具 组合 总长 2 3英 尺 ，外径 5 5． 齿轮箱 标准 的工业 减速 箱可 以使 马达 的输 出转 速减少到 l ／ 7 ，这是在 最大扭 矩 为 2 9 0 f t l b f 时的减速 比。在测试 期 间测量 扭矩 超过 这 一 一 极限许多倍 ，这给齿轮箱带 来许多负面影响 ， 齿轮箱 的输 人 轴 直接 与 马达 的 输 出轴 相 连 ， 在输 出端有 一柔性 的连 轴器把 驱动轴 与齿 轮 箱分开 ，驱动 轴上装 有 两套 轴承和 一套 机 械 密封装置 。 6 ． 机械密封 在齿轮箱里 ，当输 出轴 旋转 时 ，需 要 一 套旋 转密封 装置把 油密 封在 马达里和 齿轮 箱 内 。由于输入 轴 的速度 很大 ，使得 使用 橡胶 密封 很不 可靠。 因此 引 入一 套带有 控制 泄 漏 的 机 构 密 封 装 置。 此 套 密 封 装 置 可 承 受 1 0 0 0 0 p s i 的压差 ，设计 时 故意 让 润 滑油 慢 慢 泄漏 以便 对密封 套进行 润滑 ，用 以增加 密 封 圈的寿命 。 7 ． 轴 承组合及驱动轴 一 套硬有 的标 准 轴承 组台 连 接到 驱动 轴 的 顶 部 。 8 ． 钻头选择 在钻 井 实验 阶段 ，使 用 了 同 的钻 头 在原计划 中只想试 用单 种钻头 ，但 因 B HA 的 性能表 现非 常好 ，所 以 临时 加 入 这 一项 目， 以验证不 同钻 头 的性 能。 实验 中使 用 的是 5 的 牙 轮 钻 头 ，5 的 平 底 铣 齿 钻 头 和 2 的井 下 扩 眼钻 头 。 9 ． 计算机控制界面 通常 由计算机 控制的 VS D调节井 底马达 的动力和 泵的动力供 给。一 台微机仿 效 VS I 控制器 ，发挥 控制 作 用 转 速 以及扭 矩 可以 显示在屏 幕上 以便操 作 者监 视 ，扭 矩是通 过 马达 的电流计 算得出 ，转速 由 VS D的输八频 率而得 ，一个 简单 的 测井 系统把 试 验期 间 的 数据存放 到磁盘 中，VS D／ i a p t o p控 制单 元 尽 可能简单 以便使 转速 和扭矩 可 以尽快 改变 以 适应钻井 环境 。 l 0． 卷筒 用一 轻 便 的 泵 组 供 给 泥 浆 ，泥 浆 进 入 CI “ 卷 筒 侧 面的 水 龙带 中。水 龙 带 上装 有 侧 向连接 器 ，连 接 器 的一 侧 与 管 连 接 ，另 一 边 连接 到电缆上 ，电力 由 VS I 提供 。 1 戎 粒 用长 3 5 0 0多英 尺的动力盘管 内部带 有 动力 电缆 的 柔性 管 进 行 了钻井 试验 。试 验 是在 一段 经 过 固井 密 封 的 7 套 管 内进 行 的， 每钻 井 1 0 0 f t 对磨 损及其 损坏 情 况检查 一 次 ， 每个钻头 的性能 依靠 排 量 、转 速 ，钻 压 、扭 矩等 参量的变 化 进行测 量 ，结果存 人 数据 库 以便 日后进行评估 。 电马达和 B I ia , 运行 了整整 i 9 0小 时 ，在 试验期间 ，4 7小时是常规 的试验 程序 ，9 7小 时用来钻进水泥塞 ，4 6小 时铣 套 管 ，总共 在 7套管 内钻 穿 了 6 0 0多英 尺 的水 泥 用 5 磨铣 钻头的钻速达 1 ． 2 f t ／ mi n，5 牙轮钻 头 的钻速为 1 ． 0 f t ／ mi n ，2 下扩 眼钻 头 的钻 速 为 2． 5 f t ／ rai n 维普资讯 国外钻井技术 第 l 5卷2 0 0 0年第 3期 在 BHA、动力 C T 及地面 设备 匕都 没有 发生损坏 现象 ，这种 电 动钻 井方式 既 安全 叉 可靠 ，试验 以后 ，设 备运 回到 试验室 拆 开 进 行检查 ，下接 头的工 作情 况 良好 ，下 连接 器 中的 动 力 电 缆 没 有 被 扭 曲 或 移 动 工 具 没 有 腐蚀泄漏等 迹象 。 齿轮箱 出现 硬化 现 象 ，因 为扭矩 超 出允 许值 4 0 ％。柔性接 头 ，柔性轴 及轴 承组件都 有 轻 微 的磨 损 。 马达的性能 超 出了预 想值 ，几 乎没 有 什 么物理损伤 的迹象 ，所 有的连 接件工 作 情况 良好 ，没有振 动伤害 B HA的迹象 今 后的 改进 第二 阶段 的 目标 是 设 计 一 种 替 代 马达 。 它 具 有 较 高 的 动 力 ，并 且 不 需 要 齿 轮 箱 ， B HA 的发展 目标是装 入井下传 感 器 ，以测量 钻压和钻速 。在 这 一阶段 可加 入简单 的反馈 与控 制环 节使得 在 其它 钻井参 数变 化的时候 保持钻速 和钻 压恒 定。最终 的 目标是 设 计 制 造一种闭环 的 电动 钻井 系统 第 三 阶段 的任 务是把 它与井 下定 向传 感 器结合 起来 ，并使 它具有地质导 向能力。 结 论 E CI 、 I 可作为常规 CT D可靠 的实 际替 代 产品 ，这 项 目的第一 阶段 目标 生产制 造 了 套经 济有 效 的样 机 ，实 际试 验 性能超 过 了 预想值 试验结 果证 明有 以下结论 I ． 增 加 了钻具组合 的可靠性 2． 通 过使 转 速 独 立 于排 量 ， 加 了 B HA 的可 控 性 。 3． 通过 一个 高质 量 、高数 据传输 率遥控 路径 ．实现 了对 数 据反馈 ，可 以用 于地 质导 向和其它用途 4． 可 以在 钻 井 阶段 测 量 钻 头 扭 矩 以及 钻 头上 的工 况以获得更多 的数 据。 该系统把 电力 和遥控 相 结台 ，困此 有 其 它 许多 用途 ，它提供 了一 种 B HA模式 ，可 以 用 于不 同的钻 井 目的及在 广泛 的钻井环境 中 使用 译 自J I 叮 1 9 9 8，9 上 接第 l 5页 相同而且水 深 相 同，那 么 就可 以直接 应 用 图 2的数 据 然 而 ，两 口井每 口只 能应 用 于特 定 的水深条件 下面我们将 对井 A 和井 B的 资料 采用褊 失规范化模 型 图 3表示 出 了两种 情 况。井 B符 合破 裂 曲线 ，但 井 A 的数值 较低 。在计 划新井时采 用 这些 资料 ，我们就 可 以用 破裂 模型和井 B的资料 预测 破裂 压力 ，但 是 用井 A 的资料 只能评价循环漏失 的可能性 。 结 论 本文建立 了浅 海地 区 上覆 应力 梯 度 的一 般模 型。 由于 水 对总上 覆 应力 的影 响 ，深水 情 况 下 的梯 度 较 小 。 对世 界范围 内的深水 钻 井 中得到 的漏 失 资料进行 了编 辑 通过 以海 底 为参照 物进 行 规范化对 资料 进行 了分析 。结 果表 明无论地 区或水深 如何 变化 ，数据都 是 类似 的。现场 数据 与渗透 渗透破裂模型相符 井眼压裂 被认 为受井 壁上 应 力 和井 壁 泥 饼的严重影 响 用 上覆 应力模 型 建立 了 一个 简单的破裂 初 始模型 在深 水 中由于 上覆 应 力梯度低 ，它表 现出的破 裂强度低 根据 以上模 型建 立 了一个 漏 失规 范化模 型 。用该模 型可 以规范 不 同水深 条件 下油 井 漏失数据 ，从而对其 它水深进行预测 。 译 自 1 R D C／ S P E 3 9 3 3 9 维普资讯