logo
專注油氣領域
與獨立思考者同行

海洋鉆井工具陸地用? 可沒有動動手指那么簡單

775-1

旋轉導向系統(RSS)在海上定向鉆井作業中早已占據主導地位,但陸地鉆井市場仍然被傳統的定向鉆井工具所占領。本文介紹了一種專門為陸地鉆井作業設計的新型RSS。該RSS結構設計較短,內部兩個相對運動的偏心軸,以實現15°/ 100英尺的造斜率。

當前存在的問題石油圈原創www.h29736.cn

定向鉆井成功與否關鍵在于在鉆進的過程中操作人員能否獲取工具定向的實時信息,只有獲得了足夠的信息,操作人員才能及時調整鉆井方向,鉆達目標儲層。通常情況下,實時信息的獲取可以通過安裝在鉆頭后的隨鉆測井(MWD)工具實現,有些情況下,MWD測得的數據還需近鉆頭傾斜率來補充??梢酝ㄟ^在靠近鉆頭附近添加測量井斜與方位的工具,同時集成到鉆井工具的定向響應之上,從而使其能夠實現精確鉆井而不需要頻繁設計、糾正滯后于鉆井工具的MWD數據。本文將介紹RSS采用的這種新方法。

大多數情況下,井下容積式馬達與旋轉導向系統同步工作,提高機械鉆速(ROP),并可將鉆桿旋轉度最小化而降低套管磨損。本文所描述的RSS系統是由頂部驅動器或井下動力鉆具直接驅動的。

目前,已初步研發出三種新型旋轉導向系統并開展了測試。第一種系統(A)成功證明了15°/ 100英尺狗腿彎曲度的可行性;第二種系統(B)的設計目的在于在側負載顯著增大時評估所選齒輪電機在偏心軸移動方面的效率;第三種系統(C)是一個完整的旋轉導向工具,以此驗證了本次設計的各個方面,并最終在混凝土塊上實現了定向鉆孔。本文介紹了三種系統(C)的發展歷程、設計理念、制造流程并在混凝土塊上測試了其在狗腿度為15°/ 100英尺的鉆進性能,還包括為了進行現場試驗對設計進行的改進,以及為現場測試設計的環境、耐久性試驗。

研究背景石油圈原創www.h29736.cn

本文所述旋轉導向系統依據推靠式方法來調節井眼軌跡的方向,鉆頭方向由近鉆頭穩定器實時控制,近鉆頭穩定器固定在兩個偏心釬套上。兩個釬套的偏心量完相同,當它們處在相對位置時,凈偏移為零,此時鉆頭不受側向力的作用而達到鉆進直孔的目的。當兩個釬套之間發生相對旋轉時,鉆頭將發生偏移,改變鉆進方向??傊?,該系統能夠連續改變偏移量,平穩控制鉆桿方向和造斜率。

然而,由于地層強度的變化對本文所述系統的轉向作用影響甚小,因此該旋轉導向系統采用一剛性、非旋轉性穩定器控制鉆頭的位置,而不是通過外在部件對井壁施加的側向力,并以此達到改變底部鉆具組合幾何方位的目的。該系統中用于計算彎曲動力速率的三點幾何模型是是基于鉆具重力所產生的鉆壓與側向力所合成的力矢量,導致該系統對于鉆壓與地層強度的大小比值并不是十分敏感。同時,側應力的產生并不依賴于鉆井液,因此該設備一般都在相對易沖洗的軟地層進行作業。特別指出,此剛性旋轉穩定器還有另一個優點:沒有任何移動部件暴露于井筒內,并且有效側應力的產生不依賴于這些部件。

發展歷程石油圈原創www.h29736.cn

系統A是針對8.5英寸的鉆頭設計的,根據A的測試結果,建立了系統的功能規格參數。還在樣品B的測試和C的研發過程中對該規格參數進行了修正。此外,在系統C的測試工作以及后續的設計審查中獲取了很多經驗,對系統D的出現啟到了一定推動的作用。

系統A:由快速交貨的馬達和齒輪組成,以驗證旋轉概念、測量轉向力。

系統B:包含一個新的轉向頭,其可為鉆頭轉向提供所需的動力,并承載井下鉆井環境中的負荷。該系統由一個專門設計的空心電動機和傳動裝置組成。

系統C:顯著特點是適應7.5英寸鉆頭的設計。該系統對樣品B進行了進一步改善,將馬達/齒輪和穩定器導向部分分為兩個獨立模塊,使轉向穩定器的鉆井負荷幾乎全部轉移到該工具的一個單獨部分成為可能。系統C為一個完整系統,目的在于證明該工具能夠實現在鉆井過程中的可預測性和運轉方式可控的理念。

系統D:樣品D是該產品的轉折點,是在C的基礎上設計的現場測試類型。為了滿足生產的簡化安裝和操作需要,樣品D經過重新設計。D的成型也得意于電機齒輪效率的提高,同時系統D保留了系統C的整體外形設計。

系統的測試石油圈原創www.h29736.cn

旋轉導向系統的測試過程中模擬真實的鉆井環境是一大挑戰。本次測試的主要目的是保證現場測試的工具都可以正常工作,保證測試順利。

一些設備的檢測結果是比較明顯的,例如用于電子線路板測試的烘箱和振動試驗臺;還有一些設備的檢測結果并不是很明顯,例如電機和齒輪測試設備、水平鉆機、耐久性試驗臺以及組件震蕩測試設備等。

電機測試裝置通過對功率和扭矩輸入輸出的連續測量進行對電機及電機/變速箱組合效率的檢驗。同時,此測試裝置是對使用中的軸承與齒輪箱配置改進的關鍵所在。

水平鉆機主要用于控制施加鉆壓并監控機械鉆速,其與一個900馬力的標準泥漿泵和常規泥漿馬達聯用,則該系統的沖程可達10英尺,兩氣缸提供的鉆壓高達7噸,并可根據情況安裝鉆鋌實現進一步鉆進。石油圈原創www.h29736.cn

水平鉆機試驗以200轉/分的速度運轉,提供循環流體(速率最高達400加侖/分,為軸承提供動力、啟到冷卻作用),利用鉆壓與橫向彎曲負荷每轉可產生兩次50G的軸向沖擊力,同時還可向非旋轉穩定器施加側向力和阻力。該鉆機是在初次鉆進測試之后設計出來的,并通過了水泥鉆進測試,運行平穩,幾乎不存在沖擊和振動現象。該鉆機的設計目標是在整個系統測試期間為其提供長時間的可控沖擊與鉆進載荷。

在測試中使用重量為50公斤單軸沖擊設備可產生高達200G/秒的沖擊力。同時,沖擊的幅度和持久性可通過改進組件下降時接觸的材料和操作臂高度來調節,而其所產生的沖擊速率由安裝在測試組件的加速計來測量。

應用前景石油圈原創www.h29736.cn

新型RSS工具的出現有可能從本質上改變美國本土非常規油氣的鉆井市場現狀,該工具結構緊湊,并具有高機動性,還可實現連續調節,臨近鉆頭(鉆頭后6英尺)安裝有方向傳感器,能夠實現鉆頭鉆進方向的精確控制。同時,由于RSS的特殊外形設計,其應用范圍更廣,可以實現短半徑井眼軌跡的(最大狗腿度15°/ 100英尺)鉆進,成為該行業的佼佼者。

工具的測試、研發是一個漸進的過程,從最初簡單、全面的概念發展成為具有多功能的機器原型需要大量的鉆井與持久性測試。

隨著試驗的不斷進行和完善,這四種系統也逐漸變得精細,但是只靠高智能、高機動性的鉆井工具完成鉆井是不夠的,其必須還同時擁有非常高的可靠性和持久性。

英文原文請點擊 (展開/收縮)

未經允許,不得轉載本站任何文章:

檸檬
石油圈認證作者
畢業于中國石油大學(華東),油氣井工程碩士,長期聚焦國內外石油行業前沿技術裝備信息,具有數十萬字技術文獻翻譯經驗。如需獲取更多技術資料,請聯系我們。
av无码毛片久久精品白丝,国产成本人h动漫无码欧洲,成人无码影片精品久久久,亚洲一区无码精品网站性色