朱長勇

摘要：旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)是現(xiàn)代導(dǎo)向鉆井技術(shù)的發(fā)展方向，本文敘述了旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)的產(chǎn)生背景，發(fā)展歷程和技術(shù)原理及系統(tǒng)組成。近年來國內(nèi)鉆井技術(shù)團(tuán)隊(duì)與沙特阿美開展全方位的合作，中國旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)得到了沙特阿美公司的高度認(rèn)可，成為中國鉆井技術(shù)在中東地區(qū)搶占高端技術(shù)研發(fā)制高點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù);鉆井技術(shù);沙特阿美

近年來，為滿足實(shí)際油氣田勘探開發(fā)的需要，需要在鉆井井眼軌跡控制上不斷創(chuàng)新和優(yōu)化，尤其是在水平井、大位移井、水平分支井、薄油層水平井等方面，所以鉆井工具所面臨的地層條件日益復(fù)雜，為達(dá)到提高產(chǎn)能的目的，就需要切實(shí)在井眼軌跡控制職工加強(qiáng)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)的應(yīng)用，其自上世紀(jì)問世以來，得到了不斷的發(fā)展，國家也為之加大了投入力度，使得旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)水平得到了有效的提升，尤其是在關(guān)鍵技術(shù)方面取得了一定的幫助。

1 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)發(fā)展背景

新產(chǎn)生的一系列定向鉆井新技術(shù)提高了定向鉆井的效率。應(yīng)用比例逐年增加的普通定向井是目前的一種常規(guī)技術(shù)。因?yàn)樗骄头侄螇毫鸭夹g(shù)的進(jìn)步使頁巖氣革命風(fēng)潮繼續(xù)在全球范圍內(nèi)產(chǎn)生影響，水平井和定向井鉆井的工作量也因?yàn)榉浅Ｒ?guī)資源開發(fā)和老油田挖潛的繼續(xù)推動(dòng)而增加。

為了滿足不同油藏在開發(fā)過程中的需求，國外在多分支井鉆井技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了系列化和標(biāo)準(zhǔn)化。并且降低了勘探開發(fā)成本及提高采收率。多分支井根據(jù)國際上不同的程度及結(jié)構(gòu)被分為6個(gè)等級(jí)。目前其中6級(jí)分支井技術(shù)以其壓力完整性、液力封隔性和可選擇性再進(jìn)入的特點(diǎn)等廣泛應(yīng)用于美國煤層氣的開采。鉆井的井眼軌跡隨著近年來向深部、復(fù)雜地層勘探的發(fā)展，以及非常規(guī)油氣的開發(fā)比如低滲油藏、頁巖氣、煤層氣等被提出了很多新的要求，尤其是大位移鉆井、水平井、薄油層鉆水平井、水平分支井技術(shù)等。越來越復(fù)雜的井眼軌跡要求被提出來了希望獲得更大的產(chǎn)能，暴露更多的儲(chǔ)層，為了提高鉆井效率、降低昂貴的鉆井成本和減少鉆井井下作業(yè)的各種風(fēng)險(xiǎn)，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)在鉆井行業(yè)應(yīng)運(yùn)而生。

與傳統(tǒng)技術(shù)相比，在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)井眼軌跡的實(shí)時(shí)導(dǎo)向是首先在近海鉆井得到了廣泛應(yīng)用的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)突出的優(yōu)點(diǎn)。這種旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)井眼軌跡的實(shí)時(shí)導(dǎo)向帶來的好處主要有兩方面：（1）在所受的摩阻和扭矩方面，傳統(tǒng)的滑動(dòng)導(dǎo)向方式遠(yuǎn)大于旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向方式下的鉆柱所受到的，也正是因?yàn)檫@樣，在同樣條件下大大提高了鉆機(jī)作業(yè)的能力，也大大增加了鉆機(jī)所能實(shí)現(xiàn)的大位移井的極限延伸能力;（2）因?yàn)樾D(zhuǎn)導(dǎo)向方式下井眼清晰狀況的改善使鉆井技術(shù)得到了有效的保證，也保障了鉆井過程的安全性，尤其是在遇到復(fù)雜地層時(shí)。自旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)誕生以來，強(qiáng)大的生命力越來越被顯示出來，因而得到了廣泛的應(yīng)用和推廣。

2 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)發(fā)展歷程

鉆井是一項(xiàng)主要利用鉆井設(shè)備來鉆井的工藝過程，其目的是開發(fā)油氣藏，評(píng)價(jià)地質(zhì)等。自20世紀(jì)90年代現(xiàn)代導(dǎo)向鉆井技術(shù)誕生以來，現(xiàn)代導(dǎo)向鉆井技術(shù)在實(shí)踐中得到了不斷的發(fā)展和完善。當(dāng)前，具有導(dǎo)向動(dòng)力鉆具、高效鉆頭等的現(xiàn)代旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)成為未來的一個(gè)發(fā)展趨勢。

隨著我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，我國對資源的需求量逐漸增加，再加上我國油氣藏地質(zhì)、環(huán)境等因素的限制，油氣藏的勘探難度加大，滑動(dòng)導(dǎo)向鉆井技術(shù)因此也就無法滿足現(xiàn)代導(dǎo)向鉆井所需要完成的任務(wù)。在這種情況下，人們開始關(guān)注旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)。在滑動(dòng)導(dǎo)向鉆井過程中，由于無法控制井身軌跡等，凈化井眼的效果不好。如果采用該技術(shù)進(jìn)行鉆井，井深的深度超過4000m，則便無法連續(xù)、均勻滑動(dòng)，鉆井無法進(jìn)行。

受到業(yè)界各大技術(shù)服務(wù)公司強(qiáng)烈關(guān)注的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)近年來在定向井鉆井過程中被越來越廣泛的應(yīng)用。它具有井眼凈化效果好、摩阻與扭矩小、位移延伸能力強(qiáng)、井眼軌跡平滑易調(diào)控等優(yōu)點(diǎn)，除此之外適用于高難度井和特殊油藏也是它的優(yōu)點(diǎn)。在1955年關(guān)于旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)的專利被發(fā)表，相關(guān)的理論研究也在上世紀(jì)80年代陸續(xù)開始了，而且到90年代以來，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)也被各大商業(yè)公司紛紛投入資金和精力開發(fā)了，并進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)和應(yīng)用。目前已經(jīng)有BakerHughes、Schlumberger和Halliburton三家公司實(shí)現(xiàn)了技術(shù)較為領(lǐng)先，市場占有率高，商業(yè)化應(yīng)用等。

作為旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)的核心井下旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具，在目前商業(yè)化的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)中，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)根據(jù)偏置機(jī)構(gòu)的工作方式不同被劃分，靜態(tài)偏置和動(dòng)態(tài)偏置包含在其中，靜態(tài)偏置是指導(dǎo)向機(jī)構(gòu)在鉆進(jìn)過程中不與鉆柱一起旋轉(zhuǎn)，側(cè)向力導(dǎo)向機(jī)構(gòu)穩(wěn)定的在某一固定方向上被提供;偏置導(dǎo)向機(jī)構(gòu)在鉆進(jìn)過程中與鉆柱一起旋轉(zhuǎn)叫做動(dòng)態(tài)偏置。BakerHughes公司的AutoTrakRCLS屬于靜態(tài)偏置推靠鉆頭式，動(dòng)態(tài)偏置推靠鉆頭式有Schlumberger公司的PowerDriveSRD，以及Halliburton公司的Geo-Pilot系統(tǒng)，屬于靜態(tài)偏置指向鉆頭式是目前應(yīng)用較多的具有代表性的3種類型旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)。

3 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工作原理及系統(tǒng)組成

3.1旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)工作原理

導(dǎo)向裝置是旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆具組合的重要部分，根據(jù)給定工具面和給定動(dòng)力進(jìn)行導(dǎo)向鉆進(jìn)，并且通過下傳的指令可以隨時(shí)重新定位，既可以造斜也可以穩(wěn)斜。傳感器模塊包括伽馬射線和多頻電阻率，主要提供鉆井過程所需的基本參數(shù)，一般還安裝有用來計(jì)算井眼方位角磁通量計(jì)。渦輪發(fā)電裝置和正壓脈沖發(fā)生器作為雙向通訊和動(dòng)力模塊主要部件，隨鉆測量工具提供的電源動(dòng)力和導(dǎo)向裝置是他們主要負(fù)責(zé)的，而且也提供了渠道用于下傳指令和上傳測量數(shù)據(jù)。有效提高機(jī)械鉆速同時(shí)還可以減少套管和鉆具的磨損是使用模塊馬達(dá)的優(yōu)點(diǎn)。

3.2 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)組成

井下旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具系統(tǒng)、地面監(jiān)控系統(tǒng)和隨鉆測量系統(tǒng)是組成旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)的三部分。

不同的部門功能不同，導(dǎo)向裝置、無磁模塊穩(wěn)定器、雙向通訊模塊、動(dòng)力模塊等井下工具是組成井下旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具系統(tǒng)的核心部件。旋轉(zhuǎn)（地質(zhì)）導(dǎo)向二維建模、底部鉆具組合受力分析、定向井水平井剖面設(shè)計(jì)或修正設(shè)計(jì)是地面監(jiān)控系統(tǒng)的功能，監(jiān)控旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)的定向鉆井情況是地面監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能。感知鉆井過程中鉆頭的環(huán)境是隨鉆測量系統(tǒng)的主要目的。各種傳感器是實(shí)現(xiàn)感知鉆井過程中鉆頭環(huán)境的主要途徑，傳感器模塊、優(yōu)化旋轉(zhuǎn)密度儀和動(dòng)態(tài)與壓力模塊等隨鉆地質(zhì)特性和鉆具特性測量工具包含在其中。

總的來說，導(dǎo)向裝置、傳感器模塊、雙向通訊和動(dòng)力模塊、模塊馬達(dá)以及其他配套工具是旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆具組合的主要組成部分。

4 國內(nèi)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)在沙特阿美的應(yīng)用前景

沙特是世界型能源大國和“一帶一路”的關(guān)鍵性支點(diǎn)國家，沙特阿美國家石油公司是全球最大的石油與天然氣生產(chǎn)商。在中國“一帶一路”倡議同沙特“2030愿景”對接背景，中國石油已經(jīng)和沙特阿美開展了全方位的合作項(xiàng)目。以前這些科研項(xiàng)目基本都被國際大型石油工程技術(shù)服務(wù)公司所壟斷，但是近年來國內(nèi)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)發(fā)展迅速，特別是在信號(hào)傳輸方式、信號(hào)測量系統(tǒng)和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的技術(shù)方面研究已經(jīng)跨入了國際先進(jìn)水平行列，國內(nèi)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井智能化鉆井技術(shù)研究得到了沙特阿美石油公司的認(rèn)可，為未來在沙特市場高端業(yè)務(wù)發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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