石油圈
采用泥漿馬達鉆定向井時，滑動鉆進托壓、工具面調整費時費力始終困擾著司鉆，特別是在井斜、位移和方位變化較大的情況下問題則更為突出。隨著井深的增加，扭矩和摩阻也越來越大，致使滑動鉆進托壓現象頻出，司鉆不得不上提鉆具，釋放扭矩和摩阻，重新定向工具面。另外，為了給鉆頭施加鉆壓，司鉆可能會過渡釋放鉤載，操作一有不慎就可能造成鉆頭撞擊井底，導致憋泵和馬達失速，對于難度較大的定向井或水平井，人工操控滑動鉆進非常困難。
一 國內外技術現狀
目前，國內基本采用泥漿馬達鉆定向井，在井斜較大、井眼摩阻和鉆具扭矩較高的定向井段大都選用水力振蕩器來降低井眼摩阻；在鉆三維定向井、大位移或水平井時，由于鉆具扭矩和摩阻非常大，常規方法已很難順利鉆至設計井深，時常選用旋轉導向系統來完成定向鉆井作業；由于水力振蕩器和旋轉導向工具服務費用較高，且存在一定程度地井下風險，在此情況下，一種定向滑動鉆進控制新方法在國內孕育而生。
國外早在數年前就開始研究解決滑動鉆進托壓的地面控制方法。扭矩搖擺技術是解決滑動托壓問題另一種選擇方法，S.J.Sawaryn等人提出鉆井速度是鉆具沿井眼軌跡運動的函數。地面扭矩搖擺技術可以降低井眼摩阻。國外已開發出頂驅鉆機使用的Slider系統，目前已發展到Slider Plus，使用Slider Plus系統，定向工程師只需簡單輸入目標工具面，系統接管定向作業，自動調整和保持工具面在一個可接受的范圍，并保持滑動鉆進獲得一個最佳的機械鉆速，Slider系統已在國外鉆井行業廣泛使用，應用效果明顯。
二 扭矩搖擺技術
Maidla E等人研究了控制扭矩旋轉鉆具對深度的影響。另有分析證明，井眼摩阻可以通過運用扭矩搖擺技術從地面順時針逆時針交替選住阿奴安居來降低，搖擺旋轉至井下某一點，在這一點摩擦力與施加的扭矩達到平衡。通過操控地面施加的扭矩來控制鉆具搖擺旋轉，這一平衡點可以向下移動足夠深，使井眼摩阻得以充分降低。
同樣，鉆進產生的反扭矩使井底鉆具產生振動，振動向馬達上方擴散，馬達以上至某一點這部分井底鉆具的摩擦力被打破，這部分鉆具處于振動狀態，這一點，摩擦力與反扭矩也達到平衡；鉆柱中下部有一部分鉆具不受搖擺扭矩和反扭矩影響，滑動鉆進時，通過不斷測量扭矩、鉆壓和機械鉆速，控制系統可以將這部分鉆具的長度減至最小，這樣做的結果能使井眼摩阻降至最低，鉆具剩余部分的摩阻就會變得很小，并基本保持恒定，這部分鉆具會起到防止地面扭矩搖擺旋轉無意中改變工具面角度。
另外，最大逆時針旋轉扭矩也被證實可大大降低卸扣扭矩，因此，搖擺旋轉不會導致鉆具卸扣。
新系統是一個基于頂驅的控制系統，該系統能精確調整和修正工具面，通過壓差△P=Pd-Pc（鉆進泵壓-循環泵壓）來判斷鉆頭是否觸底鉆進，滑動鉆進時啟動鉆具搖擺旋轉，將經驗摩阻降至最低，有效輸送井底鉆壓。
泥漿馬達定向鉆井的數據采集包括：MWD工具面、鉆桿扭矩、立管壓力、立管壓力和大鉤懸重等；新系統研發的監視系統，顯示包含實時工具面數據及控制滑動鉆進所需的鉆井參數。根據MWD實測工具面與設計工具面的角度差以及反扭矩角偏移，控制系統控制頂驅精確轉動，調整工具面到涉及方位，系統檢測工具面偏差予以修正。采集的扭矩數據作為反饋變量，控制扭矩搖擺旋轉鉆具，使井眼摩阻降至最低，輸送連續穩定的井底鉆壓，提高滑動鉆進機械鉆速。
三 現場應用
打了上千口定向井和水平井，特別是在非傳統頁巖氣的開發中得到了廣泛應用。本文介紹的頂驅滑動鉆進控制系統目前已完成室內研發，正等待合適的定向井或水平井進行現場試驗。在此，以國外鉆井實例說明該技術的應用效果。
這里引用一個美國Barnett頁巖開發的典型實例。圖1是一個開口側鉆水平井的鉆井剖面，扭矩搖擺技術使用了320次，表1給出了Barnett頁巖地層開發的部分鉆井參數。
圖1.Barnett頁巖開窗側鉆水平井鉆井剖面
表1.Barnett頁巖開發的鉆井參數
圖1中箭頭所指的位置是扭矩搖擺技術使用地最佳位置，這口開窗側鉆水平井鉆進過程中，在第一個箭頭指示的主造斜段開始使用扭矩搖擺技術，這類井采用常規定向方法通常需要3d才能打完造斜段，運用扭矩搖擺技術后，造斜段鉆進減至2d，機械鉆速有了明顯提高。
四 結束語
定向鉆井在井斜、方位變化較大時井眼摩阻非常大，給造斜、降斜和糾謝華東鉆進帶來巨大挑戰，大位移水平段滑動糾斜鉆進則更加困難。使用水力振蕩器和旋轉導向是應對這些挑戰的有效方法，但需投入額外成本，同時也存在一定程度地井下工具作業風險。扭矩搖擺技術是一種運用于地面的控制技術，無需增加任何新的井下工具，控制系統通過接收MWD實測的工具面數據及預測的反扭矩角偏移，計算需要調整和保持正確工具面的角度差，控制頂驅精確轉動，將工具面調整到正確角度；通過壓差判斷鉆頭是否觸底鉆進，系統啟動鉆具搖擺選轉至最佳深度，使鉆具從靜摩擦轉變為動摩擦，最大程度降低井眼摩阻，使鉆具能保持向前滑動，施加穩定的井底鉆壓，提高機械鉆速和鉆井效率。運用扭矩搖擺技術研發的控制系統是快速定向工具面和防托壓滑動鉆進的另一種有效方法。
版權聲明|來源：《鉆采工藝》，作者：李智鵬等，版權歸原作者所有。
（本文系本網編輯轉載，轉載目的在于傳遞更多信息，并不代表本網贊同其觀點和對其真實性負責。如涉及作品內容、版權和其它問題，請在30日內與本網聯系，我們將在第一時間刪除內容。）
未經允許，不得轉載本站任何文章：
