陆上水平井钻井采用扭矩摇摆(左右转动)技术钻井性能大幅度提高.pdf

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陆上水平井钻井采用扭矩摇摆(左右转动)技术钻井性能大幅度提高 (中国石油渤海钻探第三钻井公司:李智鹏) 摘要 这里将讨论的扭矩摇摆技术是一个地面系统,没有什么设备或工具要下到井下,这个系 统已得到证明可以大大提高导向马达的钻井效率,提高机械钻速高达294%,同时在历史案 例的总结中也将得到证实。 本文首次总结了6 年前引入的使用一种水平井钻井技术所 到的经验教训,使用这项技 术已在美国几个不同区块关于非传统气资源开采中完成了超过800 口水平井的钻井作业。 这里提到的是,所有这些井是采用一种新的扭矩摇摆技术完成钻井的,该技术大大提高 了滑动钻进的效率,通过使用顶驱发起的一个摇摆动作 滑动时顶驱发起向左向右的摇摆动 作)来打破钻柱的轴向摩阻,运用扭矩作为基本的反馈机制来控制摇摆动作。 这片文章重点讲述是这一技术的增值效益,以及该技术在哪些区块可以奏效,哪些区块 不能奏效,已开发的一个模型用来帮助该技术的选择和进一步解释其物理过程,对改善和不 足做出解释。 改善方面包括:提高滑动钻进机械钻速20%至294% ;提高工具面定位 这是该技术的 独特之处);显著降低了马达失速,大大提高了井下设备 马达、钻头、MWD)的使用寿命, 减少了起下钻次数。 介绍: 以人工方式通过钻柱敲击计数来摇摆钻杆的做法已经采用了许多年,在某些情况下,这 种做法产生出良好的效果,而在另一些情况下,则产生出有限的成功。当井眼剖面变得更加 复杂以及出现更高扭矩和摩阻的情况下,这种做法则不太奏效,而且,井下工具面定位变得 更难实现,改善这一做法的主要原因有两个: a、人们不应该做那些自动化操作和改善容易做到的日常工作; b、敲击计数的确不是解决高难度井的一种好的做法,原因是它没有利用扭矩和摩阻数 据的优势来应对高难度井,这些数据在旋转模式和滑动模式钻进期间很容易得到。 理解与井眼相关的物理现象和特征使得一种新系统应运而生,这个新系统就是利用地面 (有时来自井下)的扭矩读数作为一个反馈信息输入到一个自动控制系统,在精确控制井下 工具面的同时最大限度地减小摩擦阻力的量值,这种方法与钻柱敲击计数或通过右转和左转 来预设地面角度的做法完全不同。 通过连续改变一部 钻柱的扭矩来减小摩擦阻力,这种做法有两种方式: 1、在受控的方式下,利用顶驱作为一个扭矩源,在某个预设右转和左转量值之间发出 扭矩摇摆,这样一种能量形式的扭矩会从地面向下扩散至钻柱的某个深度,还要使这种扭矩 的扩散不会影响或转动井底钻具组合,实际上,地面强加的扭矩在反扭矩区 前变得消失, 下面会给予解释。 2、在被动方式下,通过监测钻头反扭矩,钻头反扭矩产生的震动消除了一些井底钻具 的轴向磨阻,在这种方式下,反扭矩区域作为钻具的长度得到明确,这部 钻具的长度可以 通过从钻头向地面方向的测量所获得,在滑动钻进时,反扭矩在这部 钻具 上完全消散, 通过将这部分长度值与旋转模式下恰当的压差值相互关联来监测反扭矩,然后,将这个关联 用在滑动钻进模式中,旋转模式下有许多关于扭矩和摩阻的数据信息,这些数据信息在滑动 钻进模式下很有用,可以避免许多过去存有的猜想。 目的是使在仅有一小部 钻具不受地面扭矩摇摆和反扭矩影响下将摩阻减至最小,这一 小部 钻具产生的摩阻量是必要的,它起到一个缓冲区的作用,可以避免因地面扭矩摇摆动 作而改变工具面。当这个小的摩阻区间减至最小并保持恒定时,机械钻速的收益则会明显显 现出来,在某些情况下,滑动钻进的机械钻速会增长高达294% 。 这一技术的另一个重要特性是工具面导向,该技术的工具面控制并不靠改变地面划线 无论是自动设定/监测的,还是在钻杆上划粉笔痕迹的),取而代 的是:钻进时通过一次 地面摇动过程施加一个额外的扭矩量来准确地改变工具面,不需要中断钻井进程来从钻柱中 去除扭矩,这一独特的精准性可以改善与定位问题有关的平次。除此 外,通过同时监测摇 摆深度和反扭矩 压差或压降),自动控制系统补偿摇摆运动,避免马达失速,因此,增加 了马达、钻头和其它井底工具的使用寿命。另一个避免马达失速的好处很少被提起,那就是 马达失速还会彻底破坏井眼轨迹的修正,轨迹修正是导向马达系统的关键,由于MWD 随钻 测量系统位于钻头 后的40 至60 英尺之间,因此,要求定向司钻有能力预测钻头的位置 利 用钻头 后测量多少英尺来估计钻头的位置),靠机械钻速只能在多个小时 后检测到由于 轨迹破坏而得知修正不足。(例如:6 小时或大约10 英尺/

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