上海地学仪器论坛地学仪器陀螺测斜,定向钻进,MWD,LWD 螺杆钻具和自寻北陀螺测斜仪在现代定向钻进的应用

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螺杆钻具和自寻北陀螺测斜仪在现代定向钻进的应用

螺杆钻具和自寻北陀螺测斜仪在现代定向钻进的应用




四川西南石油钻探公司土哈项目部

.....是一种新型的井下动力钻具,它采用容积式马达,以钻井液为动力,产生转速和扭矩,广泛用于打定向井、丛式井和水平钻井,因此能满足钻井新工艺的要求,在国外得到了迅速的发展。我国从上世纪80年代开始研制螺杆钻具,80年代中期引进了美国迪纳(DYNA-DRILL)钻具技术,90年代初形成生产规模,产品覆盖全国80%以上地区。但迪纳和国内几大厂家目前还尚无216规格。从钻井工艺要求上看,与197和244钻具相比,216钻具具有以下几个优点:(1)216钻具属于钻井工具里的8″系列,与之配套的工具很完整(特别是打捞工具),因此,在钻井工艺上使用216钻具,钻311mm井眼是实用的、合理的。(2)244钻具在钻311mm井眼时不安全,且出事故后没有合适的工具去处理,而且因环空变小而带来两个害处:a.环空流速变大,使井壁冲蚀加快,特别在软地层井段,更为突出;b.因环空变小,增加了卡钻的机会,一旦有落物,很容易出现卡钻。另外,244钻具本身体积大、重量大、排量大,有时在深井中会出现打不开泵现象。(3)197钻具在打311mm井眼时,功率不够,特别是在导向时容易制动,犹如小马拉大车。(4)从钻井成本上考虑,每个244钻具14.5万元,197钻具11.8万元,而一个216钻具才10.8万元,大大降低钻井成本。由此可见,研制生产新型螺杆钻具势在必行。


螺杆钻具共由四部分组成:万向轴总成、马达总成、传动轴总成和旁通阀总成。


其主要指标:


A.效率>40%,扭矩6240-8980N.m,马达压降:2.48~3.3Mpa,钻头水眼压降:1.4~7.0Mpa,流量:27~50L/s,转速:90~150r/min,输出功率:94~140kW;


B.外径216mm,全长6648mm,重量1650kg,弯点距传动轴端面距离1760mm,端面连接螺纹:上65/8REG,下65/8REG。


新型螺杆钻具项目的完成对企业乃至我国石油业的发展起到了重要的作用。第一,此项目所新增的生产设备,提高了企业生产能力。第二,该项目对螺杆钻具的使用起到推动作用。我国从国外引进的生产线及制造工艺中,没有216的规格,给很多想使用螺杆钻具钻井作业的井队带来不便,所以不得不放弃了螺杆钻具的使用。在钻311mm井眼过程中,使用216钻具有配套的打捞工具,很安全,这就推动了螺杆钻具在油田的应用。第三,随着钻井工艺的不断发展,定向井和水平井在各油田的比例有大幅度增加,而且随着复合钻井工艺的出现,以及在深直井钻井中,为提高效率,减少钻杆的磨损,也推广使用螺杆钻具。因此,螺杆钻具的需求量在不断增长。第四,在各油田钻井公司推广216钻具,为降低钻井成本,缩短钻井周期起到了明显的作用,特别是在我国西部油田。金巨石油机械制造有限公司、重庆飞腾钻具公司、北京石油机械厂、连云港黄海机械厂、胜大石油设备制造股份有限公司等都有产品问世。


现代螺杆钻具定向和纠偏的主要配套仪器是陀螺测斜仪。过去我国多采用磁通门式测量方位的测斜仪,包括单点、多点以及一些有线随钻、无线随钻等等都是依据地球磁场来确定钻孔的方位。为了准确的测得方位,测斜仪必须和一段无磁钻杆配套使用。即使是这样,在一些磁性矿区和邻近井钢套管等干扰情况下,方位测量还是要受影响。传统的陀螺测斜仪可以部分解决这个问题。过去那些陀螺测斜仪可以不依赖地球磁场确定方位,采用的是框架式陀螺等低精度陀螺仪,测量方式也是测前先相对对北,能后积分记录仪器因钻孔方位偏转引起的响应输出,再计算得到钻孔的方位值。这种测量方式受到漂移、震动、地球自转等因素影响,方位测量精度差,置信度低。2005年前国内外对这个问题都没有很好解决。也正是这个时期北京航空航天大学、上海地学仪器研究所等单位开始研究另一种测量方法。新的测量方法是直接测地球自转角速度矢量及其在空间各方向的分量,就可以得到钻孔的方位。虽然地球自转的角速度矢量非常稳定(每23.93333小时自转一周),这个量及其在空间方向的分量是没有任何随机变化,理论上用它来确定方位是非常好的方法。但事实上是不容易实现的。要测量15.04度/小时的角速度矢量需要高精度的陀螺元件,过去这类高精度陀螺元件是军用和空间技术领域的产品,而且寿命并不长,不适合用于制造测斜仪。经过好多年的努力,近些年终于有相对成熟的产品可提供市场。而且整机 (成套陀螺测斜仪) 方面我国已经走在国际前列,但陀螺元件本身有时还要进口。进口的高代价使得整机造价不能低下来。估计再有5年时间就可能完全国产化。从这类陀螺测斜仪的测量原理可以看出其先进性,有人把这类陀螺测斜仪称作自寻北陀螺测斜仪。国内成熟应用的产品型号有JTL-40GXJTL-40DTJTL-40D、TL-284、TLCXY-031等等。和螺杆钻具配套使用最成功的是JTL-40GXJTL-40DT。这两种仪器是有线随钻测量方式的,在地面不仅可以测得钻孔的空间轨迹,还可以直接看到钻具工具面的空间位置,随时就可以连续调整纠偏方向。


螺杆钻具和自寻北陀螺测斜仪是现代定向钻进的两大法宝。在现代,对定向钻进的精度的要求越来越高,除了要进行合理、正确的轨迹设计外,最为关键的就是施工工艺和过程控制,施工工艺的保障极大程度上依赖着设备,没有好的设备就不能完成复杂的钻进工程。实践证明,螺杆钻具和自寻北陀螺仪的应用可大大提高工效,可以....

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