本實用新型涉及石油鉆井技術領域,確切地說涉及一種滑動鉆井系統。
背景技術:
在石油天然氣開發過程中,為了以最少的鉆井數量開采油氣資源,或者為了減少地面和地下條件對石油天然氣開發的影響,20世紀30年代石油天然氣工作者實用新型了非垂直井鉆井技術,人為地按預期偏移在地層中鉆洞,形成定向井或水平井。
目前實現定向井、水平井按預期在地層中鉆洞主要有以下兩鐘技術:一是旋轉導向鉆井技術,通過井下特定裝置在旋轉條件下,在鉆頭位置產生預期的力或轉角,實現所鉆井洞按預期方向偏移。該方法的優點是鉆洞效率高,缺點是作業費用較高,目前還沒有在國內大范圍使用。二是定向滑動鉆井技術,在鉆進過程中,保持鉆柱不旋轉,依靠井下彎的動力鉆具產生鉆頭破巖旋轉力和所鉆井筒向預期方向便宜的力和轉角。該方法的優點是成本較低,較常規鉆井只增加了一條彎的井下動力鉆具和一個測量井筒偏移后的空間位置的MWD,該方法是當前定向井、水平井采用的主流技術。該方法的缺點是在滑動鉆井過程中,鉆頭以上鉆柱不旋轉,而是沿井眼軸向滑動,鉆頭依靠螺桿鉆具的動力破巖,由于鉆柱保持相對靜止,不做旋轉運動,部分鉆柱躺在井筒下壁,靜摩擦力極大,導致鉆頭切削地層巖石的能量不能有效施加,同時保持井下動力鉆具在井筒中相對高點的角度(工具面)穩定也較為困難,表現在作業過程中鉆井速度慢,頻繁調整工具面角度浪費大量時間,同時發生井下復雜和事故的可能性也大幅增加。
為了提高滑動鉆井速度和效率,近年來業界產生了井下振動方法,通過在距離鉆頭一定距離處加裝一個水力震蕩裝置,在鉆井過程中把部分水力能量轉化為“振動”能力,帶動與之相鄰的一定范圍內的鉆柱“振動”,從而消除柱與井筒的靜摩擦力,起到了提高滑動鉆井速度和效率的作用。同時該方法也存在一些不足,一是井下的水力震蕩裝置存在一定的工作壽命和失效機率,會導致額外的起下鉆,增加了鉆井時間和費用,二是該裝置的工作能量來自于水力能量,表現為鉆井過程中地面注入水力壓力(泵壓)增加,往往在2-5MPa,部分泵壓已經很高了的井,就不能使用或者只有更換更高能力的地面注入設備,三是該方法只能帶動與井下振動裝置相鄰的一定范圍內的鉆柱“振動”,不能消除整個鉆柱的靜摩擦力,導致效果不好,甚至沒有。
技術實現要素:
本實用新型旨在針對上述現有技術所存在的缺陷和不足,提供一種滑動鉆井系統,采用本實用新型,解決了“螺桿動力鉆具+隨鉆測量系統”滑動鉆井所面臨的“托壓”、工具面不穩定等問題,同時費用低于旋轉導向系統等高成本鉆井技術,具有非常重要的現實意義。
本實用新型是通過采用下述技術方案實現的:
一種滑動鉆井系統,其特征在于:包括頂驅、鉆柱、扭矩傳感器、搖擺鉆柱、鉆柱搖擺控制器和頂驅控制器,其中:鉆柱的一端經頂驅連接,鉆柱的另一端連接有搖擺鉆柱,扭矩傳感器安裝于搖擺鉆柱上,頂驅控制器與頂驅連接并驅動頂驅動作,鉆柱搖擺控制器控制所處搖擺鉆柱轉動。
還包括有泥漿泵和壓力傳感器,泥漿泵經管線與鉆柱連接,壓力傳感器安裝在管線上。
與現有技術相比,本實用新型所達到的有益效果如下:
1、本實用新型通過測量立管壓力確定順時針和逆時針搖擺鉆柱的能量,通過搖擺控制裝置控制頂驅按設計能力順時針和逆時針搖擺鉆柱,通過井下動力裝置彎曲方向測量裝置實時反饋鉆柱搖擺效果,并實時修正搖擺能力輸入,進而達到不影響滑動鉆井控制所鉆井筒在地層中偏移位置和程度的同時,提高鉆井速度和作業時效的目的。
2、本實用新型可簡單、準確的實現滑動鉆井工具面實時修正和精確定向,為滑動鉆井提高機械鉆速、克服滑動鉆進“托壓”現象提供技術支撐。
附圖說明
下面將結合說明書附圖和具體實施方式對本實用新型作進一步的詳細說明,其中:
圖1為本實用新型結構原理示意圖。
圖中標記:
1、搖擺鉆柱,2、泥漿泵,3、壓力傳感器,4、頂驅,5、鉆柱搖擺控制器,6、頂驅控制器,7、鉆柱。
具體實施方式
為了更清楚地說明本實用新型實施例中的技術方案,下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹,顯而易見地,下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例,對于本領域普通技術人員來講,在不付出創造性勞動的前提下,還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
為使本實用新型實施例的目的、技術方案和優點更加清楚明白,下面將結合附圖對本實用新型實施例做進一步詳細說明。在此,本實用新型的示意性實施例及其說明用于解釋本實用新型,但并不作為對本實用新型的限定。
實施例1
本實用新型公開了一種滑動鉆井系統,包括頂驅、鉆柱、扭矩傳感器、搖擺鉆柱、鉆柱搖擺控制器和頂驅控制器,其中:鉆柱的一端經頂驅連接,鉆柱的另一端連接有搖擺鉆柱,扭矩傳感器安裝于搖擺鉆柱上,頂驅控制器與頂驅連接并驅動頂驅動作,鉆柱搖擺控制器控制所處搖擺鉆柱轉動。還包括有泥漿泵和壓力傳感器,泥漿泵經管線與鉆柱連接,壓力傳感器安裝在管線上。
在本系統中,搖擺鉆柱實際為一帶驅動機構的鉆柱,該驅動機構驅動鉆柱搖擺,鉆柱搖擺控制器根據扭矩傳感器傳回來的信號控制鉆柱搖擺的方向和力度,驅動機構本石油鉆井領域的常規機構。
本實用新型通過測量立管壓力確定順時針和逆時針搖擺鉆柱的能量,通過搖擺控制裝置控制頂驅按設計能力順時針和逆時針搖擺鉆柱,通過井下動力裝置彎曲方向測量裝置實時反饋鉆柱搖擺效果,并實時修正搖擺能力輸入,進而達到不影響滑動鉆井控制所鉆井筒在地層中偏移位置和程度的同時,提高鉆井速度和作業時效的目的。
實施例2
為了提高滑動鉆井機械鉆速、克服定向托壓現象,本實用新型提供了一種操作簡單的滑動鉆井方法,該方法包括下列步驟:
步驟(1):分析摩擦阻力嚴重程度,所述摩擦阻力嚴重程度由鉆柱7與井筒之間的摩擦系數大小確定,在下鉆過程中或下鉆到底后,通過旋轉鉆柱7,計算鉆柱7與井筒之間的摩擦系數;
步驟(2):測量井下動力鉆具工作壓差,進而計算井下動力鉆具輸出能量時影響的相鄰鉆柱長度,所述的井下動力鉆具1的工作壓差由測量鉆進過程中和沒有鉆進但是鉆井液依然在循環過程中壓力的差值確定,該測量壓力的差值可由泥漿泵2至水龍頭之間的循環管線上的壓力傳感器3測得,從而確定井下動力鉆具1的輸出扭矩,結合測量的摩阻系數和力學計算方法計算該扭矩在相鄰鉆柱上的作用范圍和長度。
步驟(3)確定需要施加的順時針和逆時針搖擺鉆柱的能量,所述的需要施加的搖擺鉆柱1的能量包括旋轉的扭矩極限、位置極限和旋轉速度,通過采用力學模型計算或許通過安裝在井下的扭矩傳感器8進行測量計算;
步驟(4):按設計能量和方向搖擺鉆柱,所述按設計能量和方向搖擺鉆柱可以是通過鉆臺的鉆柱搖擺控制器5控制頂驅控制器6,進而對頂驅4進行控制,帶動鉆柱1旋轉,也可以采用驅動裝置直接與鉆柱1接觸,旋轉鉆柱1;
步驟(5):評價滑動鉆井效果并優化滑動鉆井參數,所述的評價滑動鉆井效果并優化滑動鉆井參數,主要指評價地面施加的搖擺能量是否傳達到目標位置,該位置與井下動力鉆具反扭矩向上傳遞的最大位置相隔一定距離。