旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具現(xiàn)場應(yīng)用分析

李旭杰

摘 要：旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)在國內(nèi)外已經(jīng)得到了廣泛的運(yùn)用，為了適應(yīng)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用的需要，在簡要介紹了旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，詳細(xì)分析了斯倫貝謝旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具PD 675 Orbit和貝克休斯旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具ATC在瀘203H56-3井的現(xiàn)場應(yīng)用情況，并總結(jié)出了這兩類旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具現(xiàn)場應(yīng)用的優(yōu)缺點(diǎn)，最后提出了旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具現(xiàn)場應(yīng)用的一些建議。

關(guān)鍵詞：旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向;瀘203H56-3井

1 概述

旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)是井下導(dǎo)向工具根據(jù)地面指令在鉆柱旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)自動(dòng)導(dǎo)向的一項(xiàng)鉆井技術(shù)[2]，其結(jié)構(gòu)主要包括導(dǎo)向裝置、隨鉆測量裝置、雙向通訊及動(dòng)力模塊、地面監(jiān)測系統(tǒng)[3]。目前旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)因其施工井眼軌跡規(guī)則平滑、水平段延伸能力強(qiáng)等優(yōu)勢[4]，在國內(nèi)外水平井、大位移井、叢式井油氣開發(fā)中得到了廣泛應(yīng)用[1]。

2 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具的現(xiàn)場應(yīng)用

目前四川威遠(yuǎn)區(qū)塊、瀘州區(qū)塊正在大力開發(fā)頁巖氣，在頁巖氣鉆井的施工過程中廣泛使用了旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具。已完鉆的瀘203H56-3井在施工過程中，先后使用了斯倫貝謝旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具Archer 675、PD 675 Orbit和貝克休斯旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具ATC。

瀘203H56-3井造斜點(diǎn)3380m，A點(diǎn)3850m，B點(diǎn)5515m。本井自造斜點(diǎn)3380m開始使用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具，其中3380m-3956m使用斯倫貝謝旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具Archer 675，3956m-5160m使用斯倫貝謝旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具PD 675 Orbit，5160m-5447m使用貝克休斯旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具ATC。因斯倫貝謝旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具Archer 675在本井只使用了一趟鉆，所以本文主要將斯倫貝謝旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具PD 675 Orbit與貝克休斯旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具ATC進(jìn)行比較分析。瀘203H56-3井旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具入井14 趟次， 各趟次施工情況見表1。

2.1旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具對鉆井設(shè)備的要求

2.1.1對鉆頭壓降的要求不同

瀘203H56-3井旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向施工過程中斯倫貝謝旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具PD 675 Orbit和貝克休斯旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具ATC所用的鉆具組合基本上是一致的，但兩者對鉆頭壓降的要求卻截然不同;在表1中可以看出在水平段垂深差別不大（在水平段鉆進(jìn)中泥漿密度基本保持恒定），在鉆具組合中均不帶螺桿且排量一致的情況下，使用斯倫貝謝旋導(dǎo)PD 675 Orbit鉆進(jìn)時(shí)的泵壓明顯要比貝克休斯旋導(dǎo)ATC鉆進(jìn)時(shí)的泵壓高3MPa-4MPa。這是由于兩種旋導(dǎo)對鉆頭壓降的要求不同而導(dǎo)致的。斯倫貝謝旋導(dǎo)PD 675 Orbit在工作時(shí)對鉆頭壓降和排量有明確的要求，鉆頭壓降要求在4.1MPa-5.5MPa，最合適的壓降為4.5MPa-5.2MPa，如果鉆頭壓降達(dá)不到要求將直接影響到旋導(dǎo)工作時(shí)的信號(hào);而貝克休斯旋導(dǎo)ATC工作時(shí)對鉆頭壓降沒有明確的要求，只對排量有要求，只要排量達(dá)到工作排量，工具就能正常工作。

因這兩種旋導(dǎo)工具對鉆頭壓降的要求不同，所以這兩種旋導(dǎo)工具工作時(shí)會(huì)對泥漿動(dòng)力及循環(huán)設(shè)備產(chǎn)生不同的影響。鉆井設(shè)計(jì)中要求水平段鉆進(jìn)排量不低于30L/S，在實(shí)際施工過程中使用斯倫貝謝旋導(dǎo)PD 675 Orbit鉆進(jìn)時(shí)，進(jìn)入水平段1200m后排量為30L/S的情況下，泵壓就達(dá)到了32-34MPa，而此時(shí)的泵壓幾乎達(dá)到了當(dāng)時(shí)所用循環(huán)設(shè)備的極限，泥漿泵和沖管的故障率明顯提高，檢修設(shè)備的時(shí)間明顯增加，降低了鉆井效率;而采用貝克休斯旋導(dǎo)ATC鉆進(jìn)時(shí)，因其對鉆頭壓降沒有明顯要求，因此所用鉆頭盡量選用了較大的水眼，減少了鉆頭壓降，進(jìn)而降低了泵壓，維持泵壓不超過30MPa，泥漿泵和沖管的故障率明顯降低。

2.1.2兩種工具對泥漿泵的性能要求不同

施工瀘203H56-3井的井隊(duì)，所用的鉆井設(shè)備為70L機(jī)械鉆機(jī)，井隊(duì)共配有3臺(tái)泥漿泵，2臺(tái)機(jī)械泥漿泵和1臺(tái)電動(dòng)泥漿泵，其中1號(hào)、2號(hào)泥漿泵為機(jī)械泥漿泵，它們通過并車與動(dòng)力端連接，另外鉆機(jī)絞車也是通過這個(gè)并車與動(dòng)力端連接，動(dòng)力端可以同時(shí)給這2臺(tái)機(jī)械泥漿泵和絞車提供動(dòng)力，但是動(dòng)力分配無法同時(shí)兼顧絞車和泥漿泵的要求，比如1個(gè)立柱打完后需要上提劃眼，上提時(shí)需要控制上提的速度，必須將動(dòng)力端的轉(zhuǎn)速降下來才能實(shí)現(xiàn)，動(dòng)力端轉(zhuǎn)速降下來也就必然使泥漿泵的泵沖降低，排量下降。3號(hào)泥漿泵為獨(dú)立的電動(dòng)泵，可以隨意控制泵沖。

在使用斯倫貝謝旋導(dǎo)工具PD 675 Orbit施工過程中，經(jīng)常出現(xiàn)因泵噪大而信號(hào)差或無信號(hào)的現(xiàn)象，檢查發(fā)現(xiàn)這些情況有的是泥漿泵故障導(dǎo)致的，但也有很多是在泥漿泵沒有發(fā)生故障的情況下出現(xiàn)的。而且總結(jié)發(fā)現(xiàn)只要同時(shí)使用2臺(tái)機(jī)械泥漿泵，泵噪就很大，信號(hào)就會(huì)很差甚至無信號(hào)，無法正常鉆進(jìn)。但使用1臺(tái)機(jī)械泥漿泵和電動(dòng)泵信號(hào)質(zhì)量就會(huì)好很多。因此分析泵噪的產(chǎn)生與并車有關(guān)。在后續(xù)的施工中基本上都是采用1臺(tái)機(jī)械泥漿泵和電動(dòng)泵相配合進(jìn)行鉆進(jìn)的。

但在使用貝克休斯旋導(dǎo)ATC的施工過程中從來沒有出現(xiàn)過因泥漿泵泵噪大或泥漿泵的其它方面原因而影響旋導(dǎo)儀器信號(hào)的現(xiàn)象。

綜上所述，斯倫貝謝旋導(dǎo)工具PD 675 Orbit對泥漿泵的性能要求較高。因此在選擇這兩種旋導(dǎo)工具時(shí)，可以根據(jù)井隊(duì)所配備的設(shè)備進(jìn)行參考，若井隊(duì)配備的是機(jī)械鉆機(jī)則盡量選擇貝克休斯旋導(dǎo)ATC，若井隊(duì)配備的是電動(dòng)鉆機(jī)則這兩種旋導(dǎo)工具都可以選用。

2.2兩種旋導(dǎo)工具的抗高溫能力不同

斯倫貝謝PD 675 Orbit和貝克休斯ATC這兩種旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具設(shè)計(jì)抗高溫能力均為150℃，但在實(shí)際應(yīng)用中這兩者所表現(xiàn)出來的抗高溫能力卻有著明顯的差距。

在使用斯倫貝謝旋導(dǎo)Archer 675鉆進(jìn)的過程中，儀器顯示的最高溫度為143℃，在溫度達(dá)到140℃后就必須進(jìn)行循環(huán)降溫，否則儀器的故障率就會(huì)明顯提高。另外隨著水平段增長，每趟鉆起下鉆時(shí)間也越來越長，靜止時(shí)間越長，井底溫度會(huì)越來越接近地層溫度，為了避免旋導(dǎo)儀器高溫，在進(jìn)入水平段600m-800m后會(huì)根據(jù)井底溫度進(jìn)行分段循環(huán)降溫下鉆，一般溫度達(dá)到135℃左右時(shí)就需要循環(huán)降溫，溫度降下來后在繼續(xù)下鉆。本井在使用斯倫貝謝旋導(dǎo)PD 675 Orbit的施工過程中，共進(jìn)行了4次循環(huán)降溫，共計(jì)用時(shí)2.25個(gè)小時(shí)。

在使用貝克休斯旋導(dǎo)ATC施工的過程中，旋導(dǎo)方要求下鉆時(shí)溫度超高115℃就要間斷循環(huán)降溫下鉆，溫度超過125℃后，要求采用沖劃降溫的方式?jīng)_劃到井底，每趟鉆光下鉆就要花費(fèi)大概20個(gè)小時(shí)的時(shí)間。鉆進(jìn)期間儀器顯示最高溫度為136℃，當(dāng)溫度達(dá)到134℃就必須停止鉆進(jìn)，進(jìn)行循環(huán)降溫，否則儀器信號(hào)就會(huì)受到嚴(yán)重影響，甚至導(dǎo)致儀器故障。本井在使用貝克休斯旋導(dǎo)ATC的施工過程中，共進(jìn)行了66次循環(huán)降溫，共用時(shí)42.67小時(shí)。

通過以上對比分析可以看出斯倫貝謝旋導(dǎo)PD 675 Orbit的抗高溫能力要好于貝克休斯旋導(dǎo)ATC。

2.3提高旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具穩(wěn)定性的措施

從表1中可以看出在本井使用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具的14趟鉆中，有7趟鉆的起鉆原因是旋導(dǎo)儀器無信號(hào)或解碼異常，這說明旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具的穩(wěn)定性和適應(yīng)性還是比較差的。統(tǒng)計(jì)表明造成旋導(dǎo)儀器失效的原因主要有井底溫度過高、泥漿清潔度差堵塞旋導(dǎo)儀器和工具自身適應(yīng)性原因等。下面主要就井底溫度過高和泥漿清潔度差這兩個(gè)因素給出改善措施。

解決井底溫度高的一個(gè)有效措施就是使用泥漿冷卻裝置。泥漿冷卻裝置是針對鉆井液在鉆進(jìn)過程中的持續(xù)高溫， 導(dǎo)致鉆井液出現(xiàn)高溫降解 、高溫交聯(lián)、高溫解吸附等現(xiàn)象， 在地面對井下返回的高溫鉆井液進(jìn)行快速降溫的鉆井液冷卻裝置 。這種裝置能夠快速有效的降低泥漿溫度，進(jìn)而降低井底溫度，為旋導(dǎo)儀器提供一個(gè)適宜的溫度環(huán)境，提高旋導(dǎo)儀器的可靠性。

泥漿的清潔度差也是造成旋導(dǎo)儀器失效的一個(gè)重要原因。而堵塞旋導(dǎo)儀器的往往是泥漿中沒有過濾掉的巖屑。這就需要現(xiàn)場泥漿工作人員使用好固控設(shè)備，尤其是要加大對振動(dòng)篩的檢查頻次，一旦發(fā)現(xiàn)振動(dòng)篩篩布有破損的應(yīng)立即進(jìn)行更換，防止巖屑進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)。另外在旋導(dǎo)鉆進(jìn)的過程中必須使用孔徑合適的鉆桿濾子，鉆桿濾子是大顆粒物質(zhì)進(jìn)入旋導(dǎo)儀器的最后一道防線，同時(shí)也能對固控系統(tǒng)的工作狀態(tài)進(jìn)行預(yù)警，當(dāng)鉆桿濾子里的大顆粒物質(zhì)較多時(shí)，說明固控系統(tǒng)某個(gè)地方出現(xiàn)了問題，應(yīng)立即進(jìn)行檢修。同時(shí)要嚴(yán)格按設(shè)計(jì)維護(hù)好泥漿性能，控制好固相含量。

3 結(jié)論

（1）斯倫貝謝旋導(dǎo)PD 675 Orbit對鉆頭壓降的要求較高，在選擇相同鉆具組合的情況下，使用斯倫貝謝旋導(dǎo)PD 675 Orbit的泵壓會(huì)明顯高于貝克休斯旋導(dǎo)ATC。

（2）斯倫貝謝旋導(dǎo)PD 675 Orbit對鉆井設(shè)備性能的要求較高比較適合配備電動(dòng)鉆機(jī)的井隊(duì)使用。貝克休斯旋導(dǎo)ATC則具有普遍適用性。

（3）當(dāng)設(shè)計(jì)抗高溫能力相同時(shí)，斯倫貝謝旋導(dǎo)PD 675 Orbit的抗高溫能力要強(qiáng)于貝克休斯旋導(dǎo)ATC。

在選用這兩種旋導(dǎo)工具時(shí)應(yīng)綜合考慮井隊(duì)所配備的鉆井設(shè)備、鉆具組合、井深、地層溫度等信息，同時(shí)要配備泥漿冷卻裝置，使用好固控設(shè)備及鉆桿濾子，提高旋導(dǎo)工具的穩(wěn)定性。

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