旋转导向技术应用情况及发展趋势探究

旋转导向技术应用情况及发展趋势探究

张猛

中国石油渤海钻探定向井公司 天津市滨海新区 300280

[摘要]：随着现代导向钻井技术在油气勘探领域中的广泛应用，有必要探索研究该技术的最新进展及发展方向。本文首先概述了导向钻井技术，其次分析了现代导向钻井技术的最新进展，最后指出了现代导向钻井技术的发展方向，旨在能够推动我国钻井事业的进一步发展。

[关键词]：旋转 导向 钻井 进展 发展

一 引言

近十几年来，水平井、大位移井、多分支井等复杂结构井和“海油陆采”的迅速发展。为了节约开发成本和提高石油产量，对那些受地理位置限制或开发后期的油田，通常通过开发深井、超深井、大位移井和长距离水平井来实现，进而造成复杂结构的井不断增多。目前通行的滑动钻井技术已经不能满足现代钻井的需要。于是，自20世纪80年代后期，国际上开始加强对旋转导向钻井技术的研究;到90年代初期，旋转导向钻井技术已呈现商业化。旋转导向钻井技术是现代导向钻井技术的发展方向。

二 旋转导向技术的系统组成及原理

2.1 旋转导向系统组成

井下旋转导向钻井工具系统、地面监控系统和随钻测量系统是组成旋转导向钻井系统的三部分。不同的部门功能不同，导向装置、无磁模块稳定器、双向通讯模块、动力模块等井下工具是组成井下旋转导向钻井工具系统的核心部件。旋转（地质）导向二维建模、底部钻具组合受力分析、定向井水平井剖面设计或修正设计是地面监控系统的功能，监控旋转导向钻井系统的定向钻井情况是地面监控系统的主要功能。感知钻井过程中钻头的环境是随钻测量系统的主要目的。各种传感器是实现感知钻井过程中钻头环境的主要途径，传感器模块、优化旋转密度仪和动态与压力模块等随钻地质特性和钻具特性测量工具包含在其中。总的来说，导向装置、传感器模块、双向通讯和动力模块、模块马达以及其他配套工具是旋转导向钻具组合的主要组成部分。

2.2 旋转导向工作原理

导向装置是旋转导向钻具组合的重要部分，根据给定工具面和给定动力进行导向钻进，并且通过下传的指令可以随时重新定位，既可以造斜也可以稳斜。传感器模块包括伽马射线和多频电阻率，主要提供钻井过程所需的基本参数，一般还安装有用来计算井眼方位角磁通量计。涡轮发电装置和正压脉冲发生器作为双向通讯和动力模块主要部件，随钻测量工具提供的电源动力和导向装置是他们主要负责的，而且也提供了渠道用于下传指令和上传测量数据。有效提高机械钻速同时还可以减少套管和钻具的磨损是使用模块马达的优点。具有技术密集、高投资、高风险和高难度特点的钻井工程是石油天然气勘探开发的主要手段和关键环节。旋转导向钻井技术随着定向井、水平井的大规模应用必将得到广泛使用。它的优点是能在旋转状态下实现井眼轨迹的实时导向。

三 旋转导向技术应用情况

旋转导向钻井技术研究成果代表着一个国家钻井技术领域的水平，是一个国家综合国力的又一种表现形式。美国的旋转导向钻井技术主要是以斯伦贝谢的研究结果最为前沿，他发明的旋转导向钻井技术能够实现在直油井段以及水平段的石油开采的高产能。我国的旋转导向钻井技术在经过大量的人力物力的投资后，终于也到了丰收的时候，川庆钻探研究开发并具有自主知识产权的CGSTEER—01旋转导向钻井技术在2013 年开始了现场试验，这标志着我国的旋转导向钻井技术取得了巨大的进展，在我国石油油气开采开发研究工作中具有里程碑般的意义。

我国的旋转导向钻井技术具有以下几个优秀的特点：建造成本低，建造周期短，便于石油行业的工作人员操作，尤其在石油油气的水平段的开采产能极高，为我国以后对于超深石油油藏和大位移油藏的开采提供了必要的技术援助。我国对旋转导向钻井技术的现场试验工作是以三口井的开采为试验对象。第一个实验对象于井下986 m 处放入旋转导向钻井技术设备；第二个试验对象在井下1 356 m 处放入旋转导向钻井技术设备；第三实验对象是对旋转导向钻井技术设备的钻井速度的量化制。由实验发现，第一个实验对象经过试验测试发现使用旋转导向钻井技术可以很好地控制钻井的倾斜问题，倾斜度数小于0.3。第二个实验对象在井下1 356 m处连续钻探多次，发现每次获得的钻井参数未有变化。第三个实验对象的钻井速度设定为23 m/h，经实验发现在钻探过程中钻井速度未发生变化，并且比使用常规的钻井开采系统开采效率提升了90% 多。在本次的现场试验中，还进行了垂直模式和稳定模式下的钻井试验，对实验结果进行分析，发现旋转导向钻井技术在垂直模式和稳定模式中连续作业且作业总长度超过1000 m 的情况下，钻井的倾斜仍然小于0.4°，旋转导向钻井技术很好地控制了石油开采过程中钻井的倾斜问题。本次的现场试验使用了精确的实时传输监控，保证了试验的准确性，在旋转导向钻井技术现场试验时，于钻头0.4m 处和4 m 处分别安放了井斜传感器和伽马仪，完成对试验数据的准确测量和实时传输。经过旋转导向钻井技术的现场实验还发现了许多实际应用的经验，如由于旋转导向钻井技术对于钻压等方面无严格要求，使得设备的维修维护时间大大减少，提高作业效率；并且发现在设备上安置低速直螺杆可以有效地提高钻井的速度。

四 旋转导向技术发展趋势

我们应该加强随钻地质导向钻井技术的研究力度和投资力度，通过相关的井下地质评价仪器和地质导向工具在钻井施工过程中获得地层污染之前的数据和参数，保障地质评价结果更加的真实、准确、可靠。随钻地质导向技术的不断发展和进步，有效的降低了钻井施工成本，提高了钻井施工效率，为我国的油气田开发和探勘做出了巨大的贡献。因此整个钻井施工中的关键就是对地层压力进行测试，才能保障钻井施工过程的安全、顺利进行。

我国日后的重点研究方向和研究力度就是对随钻地层测试技术的研究和创新。我国的国土面积幅员辽阔，油气资源区分布比较广泛，随钻地层测试技术在未来的应用会变得越来越广泛，我们需要不断的加强随钻地质导向技术的自主研发，才能真正的拥有属于我们自己的随钻地质导向技术，打破国外先进国家对该技术的垄断，不断的加强我国自主的随钻地质导向技术的研究和开发。

参考文献

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[3]和鹏飞，孔志刚．Power Drive Xceed指向式旋转导向系统在渤海某油田的应用［Ｊ］．探矿工程，2013,40（11）：45-51.

[4]孙铭新．旋转导向钻井技术[M].山东东营：中国石油大学出版社，2009.