!专题综述#旋转导向钻井技术发展现状及展望肖仕红梁政(西南石油大学机电工程学院)摘要旋转导向钻井技术是现代导向钻井技术的发展方向。为了适应国内旋转导向钻井技术发展的需要,在简要叙述了滑动导向钻井的缺点和不足的基础上,对旋转导向钻井技术进行了系统归纳。特别是详细地对信号传输方式、信号测量系统和导向机构的技术发展现状进行了系统分析,最后提出了旋转导向钻井技术的技术难点和攻关方向。关键词旋转导向钻井滑动导向钻井发展现状技术难点引言为了节约开发成本和提高石油产量,对那些受地理位置限制或开发后期的油田,通常通过开发深井、超深井、大位移井和长距离水平井来实现,进而造成复杂结构的井不断增多。目前通行的滑动钻井技术已经不能满足现代钻井的需要。于是,自20世纪80年代后期,国际上开始加强对旋转导向钻井技术的研究;到90年代初期,旋转导向钻井技术已呈现商业化。为了适应国内旋转导向钻井技术发展的需要,笔者对旋转导向钻井技术进行系统归纳并提出了该技术的技术难点和攻关方向。滑动导向钻井技术滑动导向钻井技术的特点是在钻井过程中钻柱不旋转,而是沿井壁轴向滑动,并通过滑动导向工具改变井眼的井斜角和方位角,从而控制井眼轨迹。但在目前的复杂钻井中,滑动导向钻井的缺陷越来越突出,已经不能满足实际需要。这是因为在滑动钻井中钻柱不旋转,部分钻柱贴靠在井壁,造成大的摩阻,而且使岩屑易堆积在井眼底边,导致井眼净化不良,甚至产生卡钻、粘滑和涡动等井下故障。并且,由于摩阻大,使钻压很难加在钻头上,从而减小了钻头上的有效钻压和有效功率,这不仅使钻速低,而且当井深超过临界4000m时,就不能滑动或很难均匀连续滑动。研究表明,即使采用水力推进器等措施来提高滑动能力,其滑动钻井的极限也只有8000m\[1\]。因此,在复杂钻井中,必须有新的钻井方法来取代滑动钻井,旋转导向钻井就是其发展方向。旋转导向钻井技术20世纪80年代末,研究人员便开始加强对旋转导向钻井的研究。旋转导向钻井法是在用转盘旋转钻柱钻井时,随钻实时完成导向功能。其优点是:钻进时的摩阻与扭阻小、钻速高(是滑动钻井的2～3倍)、钻头进尺多、钻井时效高、建井周期短、井身轨迹平滑易调控。此外,其极限井深可达15km,钻井成本低。因此,旋转导向钻井技术是现代导向钻井技术发展的必然方向。旋转导向钻井技术的核心是旋转自动导向钻井系统,如图1所示。它主要由地面监控系统、地面与井下双向传输通讯系统和井下旋转自动导向钻井系统3部分组成。图1旋转导向钻井系统功能框图11地面监控系统旋转导向钻井系统的地面监控系统包括信号接收和传输子系统及地面计算存储分析模拟系统,有的还具有智能决策支持系统。旋转导向钻井系统的主要功能是通过闭环信息流监视并随钻调控井身轨迹,其关键技术是从地面发送到井下的下行控制指—66—石油机械CHINAPETROLEUMMACHINERY2006年第34卷第4期令系统。21地面与井下双向传输通讯系统目前已提出的信号传输方式有4种\[1\],即钻井液脉冲、绝缘导线、电磁波和声波。通过比较分析,笔者发现这4种传输方式各有优缺点和应用局限,如表1所示。表1信息传输方式的比较传输方式传输深度/m传输速率可靠性必须钻井液介质开发成本钻井液脉冲>6000一般好必须中等电磁波600～6000高一般不必较高声波约1000高一般不必较低绝缘导线电缆>6000很高好不必较高光缆>6000很高好不必很高特种钻杆>6000很高一般不必很高(1)钻井液脉冲传输方式该传输方式是目前主体技术。其优点是对钻井工艺没有特殊的要求和限制,仅用钻井液流作为动力。其缺点:钻井液脉冲的数据传输速度较慢;为了获取数据资料还会放慢钻井作业的速度;在气体和气液双相流体中不能够采用钻井液脉冲传输方式。目前MWD的传输速率国外为10～12bit/s,而国内如目前研制成功的新型正脉冲随钻测量系统还只能达到5bit/s。(2)电磁波传输方式其信号传输的方法有2种:以地层为传输介质和以钻柱为传输导体。其优点是电磁波传输数据的速度较快(可达100bit/s以上),传输数据量较大,而且不需要特殊的钻杆。可是,电磁波信号传输的致命弱点就是电磁波沿程衰减严重,只能传播低频信号,并且,易受井场电气设备和地层电阻率的影响。俄罗斯在该技术领域...
