捷联式自动垂直钻井系统的研制及现场试验.docxVIP

Vol.38No.3May,2010第38卷第3

Vol.38No.3May,2010

第38卷第3期2010年5月

PETROLEUMDRILLINGTECHNIQUES

“863”计划专栏?doi:10.3969/j.issn.1001-0890.2010.03.003捷联式自动垂直钻井系统的研制及现场试验

王锡洲

(中国石油化工股份有限公司科技开发部，北京100728)

摘要：为了有效解决钻井工程中高陡构造及大倾角地层防斜打快的技术难题，自主研发了捷联式自动垂直钻井系统。该系统采用动态推靠方式实现钻进过程中的主动防斜、纠斜，其中捷联式稳定平台是该系统的核心。该系统主要由基于旋转基座的测量短节、井下发电机、无刷力矩电机、旋转变压器和防斜纠斜执行机构等组成。在稳定平台的控制下，力矩电机驱动执行机构中的盘阀对过流的钻井液进行控制，利用活塞驱动翼肋推靠井壁，产生具有纠斜作用的侧向推靠力，以实现防斜、纠斜功能。宁深1井的现场试验证明，捷联式自动垂直钻井系统工作原理正确，结构可靠，能够在主动、适时防斜的同时，有效释放钻压，提高钻速。该系统的研制成功为直井的防斜打快提供了一种新的技术手段，具有广阔的应用前景。

关键词：垂直钻井；井斜控制；机械钻速；宁深1井

中图分类号：TE921+.2文献标识码：A文章编号：1001-0890(2010)03-0013-04

随着石油勘探开发形势的发展，探寻油气领域的不断拓宽，钻井工程所面临的地面和地下条件日趋复杂。在我国西部新区及川东北地区，高陡构造及大倾角地层的防斜打快仍然是一个尚未解决的技术难题[1-2]。而传统直井的井斜控制主要是采用钟摆钻具组合，但其降斜能力受钻压影响严重，利用该钻具组合控制井斜只能采取吊打的方式，不能采用较大的钻压，这是一种以牺牲钻速换取质量的消极方法。只有采用井下专用工具防斜、纠斜，才能有效解决以上问题。而目前国内在现场应用的防斜、纠斜工具主要是BakerHughes公司的VertiTrak垂直钻井系统，Schlumberger(斯伦贝谢)公司的PowerV自动垂直钻井系统等国外工具[3-17。为了打破国外技术垄断，有效降低钻井成本，国内各石油公司及科研院所相应开展了自动垂直钻井技术的研究，中国石化胜利石油管理局钻井工艺研究院自主研发出了捷联式自动垂直钻井系统(AVDS)[12],并且在宁深1井进行了现场试验，井斜角控制在2°以内，取得了明显的防斜纠斜效果。

1捷联式自动垂直钻井系统

1.1结构及原理

捷联式自动垂直钻井系统采用动态推靠方式实现钻进过程中的主动防斜、纠斜，其中捷联式稳定平

台是系统的核心。该系统主要由基于旋转基座的测量短节、井下发电机、无刷力矩电机、旋转变压器和防斜纠斜执行机构等组成，如图1所示。在稳定平台的控制下，力矩电机驱动执行机构中的盘阀对过流钻井液进行控制，利用活塞驱动翼肋推靠井壁，产生具有纠斜作用的侧向推靠力，以实现防斜、纠斜功能。

捷联式自动垂直钻井系统工作过程中，经过滤的钻井液推动叶轮旋转，带动电源短节工作，为测控短节和伺服短节提供所需的电能。测控短节是测量控制单元，含有微处理器，加速度计等惯性器件以及相关的各种电路，可以实时检测、接收各种传感器信号并进行相应的处理，发出相应的控制指令。伺服短节由旋转变压器和电动机组成。位于测控短节中的磁通门等传感器件可探测动态条件下的井斜角方位角以及装置的状态参数，并将这些信息传送至微处理器，经过分析判断，如果工作状态与设定值存在偏差，就发出控制指令给伺服短节，通过连续改变

收稿日期：2010-01-11;改回日期：2010-05-04

基金项目：国家高技术发展计划(863”计划)“自动垂直钻井系统研制”(编号：2005AA602260)的部分研究成果

作者简介：王锡洲(1970一),男，山东青岛人.1994年毕业于西南石油学院钻井工程专业，高级工程师，主要从事钻井工程技术管理工作。

联系方式：(010wxzh(@

·1·石油钻探技术2010年5月

1.叶轮；2.旋转密封；3.高压堵头；4.旋转变压器；5.驱动轴；6.盘阀；7.活塞；8.力矩电机；

9.测控短节；10.平衡活塞；11.液压轴；12.发电机