旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)在水平井中的應(yīng)用

李志剛

摘 要：在工業(yè)革命一直到現(xiàn)在為止，社會(huì)的進(jìn)步發(fā)展一直都離不開石油天然氣的勘測(cè)開發(fā)，石油天然氣的勘探開發(fā)又離不開鉆井工程的支持，同時(shí)，在近幾年中，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)成為鉆井工程的重要技術(shù)方法。本文著重探討了旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)在水平井中的應(yīng)用，以供參考。

關(guān)鍵詞：旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù);水平井;應(yīng)用

1 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)流行的原因

在開采石油和天然氣多年之后，地球的化石能源呈指數(shù)倍的被消耗，普通的、優(yōu)質(zhì)的石油地區(qū)也已經(jīng)被開采的差不多，這也就使得必須尋找新的含有石油和天然氣的地方以及在開采石油和天然氣的同時(shí)，需要想辦法提高石油和天然氣的產(chǎn)量，在尋找新的含有石油和天然氣的地方普遍環(huán)境比較惡劣，這也需要全新的、更為復(fù)雜的鉆井技術(shù)高效率的完成鉆井工作。

本國(guó)科技的進(jìn)步使得尋找石油和天然氣的腳步走向了地質(zhì)更為復(fù)雜的地方，例如：海底、沙漠等，同時(shí)，由于地質(zhì)的復(fù)雜性使得石油和天然氣的開采過(guò)程中的鉆井技術(shù)在不斷提高，直至現(xiàn)在，對(duì)于復(fù)雜地層的油氣開發(fā)，例如：頁(yè)巖氣、煤層氣等，在大位移水平井、復(fù)雜超深定向井等中，會(huì)大量看到旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)的身影，因此，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)能夠適應(yīng)這些復(fù)雜地質(zhì)的石油天然氣的開采，并獲得高產(chǎn)量的石油和天然氣。

旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)的產(chǎn)生，不僅適應(yīng)了復(fù)雜地質(zhì)的石油和天然氣的開發(fā)，也在鉆井成本上，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)比傳統(tǒng)的鉆井技術(shù)要低得多，而且旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)也要比傳統(tǒng)的要容易調(diào)控和操作的多。同時(shí)，在鉆機(jī)工作時(shí)，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)的鉆柱上受的摩阻與扭阻要比傳統(tǒng)鉆井技術(shù)上鉆柱上受的摩阻與扭阻要小的多，這就使得旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)的鉆柱能有效的提高工作效率以及使用更長(zhǎng)的時(shí)間。旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)在鉆井時(shí)還能清晰明了的看清井眼里的情況，這使得鉆井過(guò)程中能隨時(shí)了解復(fù)雜地質(zhì)地下的情況，這大大減少了鉆井時(shí)可能會(huì)發(fā)生的意外情況，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)因此在全世界迅速流行。

2 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)的發(fā)展歷程

開采石油和天然氣不僅受環(huán)境、地質(zhì)的復(fù)雜程度、天氣等因素的影響，還受開采時(shí)的鉆井技術(shù)的影響，在中國(guó)，對(duì)于石油和天然氣的需求逐年上漲，傳統(tǒng)的鉆井技術(shù)也已經(jīng)無(wú)法滿足人們對(duì)石油和天然氣的需求，因此，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)逐漸走進(jìn)人們的視野中，并且旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)從20世紀(jì)90年代發(fā)現(xiàn)到如今，不管是在理論知識(shí)上還是實(shí)踐操作上，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)在技術(shù)上取得了巨大的成就，這也就使得旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)慢慢地使用于水平定向井的施工過(guò)程中。旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)也由于自身的鉆柱的摩阻與扭阻小、成本低廉、能適用于復(fù)雜地質(zhì)的石油和天然氣的開采等優(yōu)勢(shì)，逐漸取代了原來(lái)的鉆井技術(shù)，成為鉆井工程中首先考慮使用的。

旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式包括靜態(tài)推靠式、靜態(tài)指向式、動(dòng)態(tài)推靠式以及動(dòng)態(tài)指向式這四種，不同的設(shè)計(jì)方式可以使用不同的地質(zhì)情況。旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展是呈上升趨勢(shì)，但我國(guó)的技術(shù)水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上國(guó)際當(dāng)中的先進(jìn)水平，隨著本國(guó)技術(shù)人員對(duì)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)的不斷鉆研和潛入，在未來(lái)，我國(guó)的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)一定會(huì)領(lǐng)先于世界的其他發(fā)達(dá)國(guó)家。

3 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)

3.1 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)組成

在鉆井過(guò)程中，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)起到不可或缺的作用，它包括旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具、地面監(jiān)控系統(tǒng)以及測(cè)量系統(tǒng)，從鉆井開始、隨時(shí)掌握鉆井時(shí)地質(zhì)里的情況到測(cè)量井眼里環(huán)境的狀況，每一部分都發(fā)揮其作用，也形成了一套完整的鉆井體系。旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)最重要的是如何將地下的實(shí)時(shí)情況及時(shí)的反饋到地面上，能夠讓技術(shù)人員根據(jù)地下的實(shí)時(shí)情況來(lái)隨時(shí)更改鉆井的方式和角度，其中井下閉環(huán)變徑穩(wěn)定器和測(cè)量傳輸儀器（MWD/LWD）是必不可少的機(jī)械設(shè)備，它們是旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)的重心，同時(shí)，還必須存在地面監(jiān)控地下井中的雙向通訊系統(tǒng)。三者構(gòu)成了旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)，相互協(xié)作，這樣才能讓旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)在水平井中發(fā)揮巨大的作用，最大限度的獲得地質(zhì)中的石油和天然氣。

3.2 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)與傳統(tǒng)鉆井系統(tǒng)區(qū)別

傳統(tǒng)鉆井系統(tǒng)和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)有著本質(zhì)上的區(qū)別，特別是在鉆井過(guò)程中，傳統(tǒng)鉆井系統(tǒng)的鉆柱不旋轉(zhuǎn)，而旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)顧名思義，就是在鉆柱扭轉(zhuǎn)施工時(shí)，能夠?qū)崟r(shí)完成指引功用，這也就比傳統(tǒng)的鉆井系統(tǒng)多了更多的方便性。以下我們具體討論兩者之間的區(qū)別。

①在傳統(tǒng)鉆井系統(tǒng)中，由于鉆柱不扭轉(zhuǎn)，在水平大位移井中會(huì)造成摩阻與扭阻增長(zhǎng)，致使鉆速變低、井眼不干凈等，進(jìn)一步導(dǎo)致鉆井的效率下降，從而施工的成本上漲。在旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)中，鉆柱扭轉(zhuǎn)施工時(shí)，不僅摩阻和扭阻的摩擦力下降，保持井眼的干凈，同時(shí)也能有效提升鉆井的速度、降低鉆井的本錢，在施工的同時(shí)，也能控制鉆井時(shí)的方向，以及隨時(shí)向地面反映地下井中的情況，形成雙向通訊系統(tǒng);

②傳統(tǒng)鉆井系統(tǒng)在鉆井過(guò)程中，如果鉆井深度超過(guò)4000m時(shí)，鉆井的難度就會(huì)變得很大，甚至可能停止鉆井工作，超越4000m時(shí)的鉆井穩(wěn)定度就會(huì)大大下降。對(duì)于旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)，由于在井下鉆井時(shí)采用穩(wěn)定器，就會(huì)使得鉆井速度穩(wěn)定而持續(xù)，在一定程度上保持了施工的安全性。

3.3 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)的分類

在使用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)時(shí)，其中的扭轉(zhuǎn)導(dǎo)向井下器材分為兩種：一是推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向井下工具，另一種是指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向井下工具。

①推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向井下工具：推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向井下工具的鉆頭位置裝配有偏置穩(wěn)定器，同時(shí)，在偏置穩(wěn)定器后安裝串聯(lián)一個(gè)或者多個(gè)的鉆柱穩(wěn)定器，以此來(lái)保證鉆柱和鉆頭在工作時(shí)的穩(wěn)定性，從而減少了在鉆井時(shí)發(fā)生事故的可能性;

②指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向井下工具：在旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)中的指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具上會(huì)裝置有多個(gè)穩(wěn)定器，而在兩個(gè)穩(wěn)定器之間安裝一個(gè)偏置穩(wěn)定器，這樣會(huì)保持旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具的穩(wěn)固性。

3.4 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)剖析

在鉆井施工之前，施工單位的技術(shù)人員要保持對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)和鉆井工具的熟悉程度，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)、環(huán)境、天氣等因素進(jìn)行考察，以及對(duì)井中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試、分析、監(jiān)控，以此來(lái)保持在開展工程時(shí)，工程能夠順利開展并完成。同時(shí)在旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井的工具使用中，必須對(duì)工具的狀態(tài)進(jìn)行隨時(shí)檢查，同時(shí)，我們可以在開工之前，可以對(duì)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具進(jìn)行測(cè)試，多次試驗(yàn)，然后記錄數(shù)據(jù)，對(duì)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，保持旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的正常使用。在鉆井中，也要確保鉆頭和鉆柱配合度高，進(jìn)而保證施工的安全性。

4 結(jié)束語(yǔ)

在未來(lái)隨著我國(guó)的工作人員對(duì)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)的研究深入，同時(shí)，化石資源的不斷消耗，使得在開采石油和天然氣上，就不得不要提高石油和天然氣的產(chǎn)量，在復(fù)雜地質(zhì)上勘測(cè)和開采石油和天然氣的難度更甚，現(xiàn)在的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)可以滿足在復(fù)雜地質(zhì)上開采石油和天然氣，相比傳統(tǒng)的開采石油和天然氣的鉆井技術(shù)，雖然比原來(lái)的石油和天然氣的產(chǎn)量有所提高，但是石油和天然氣的產(chǎn)量還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，為此，我們必須要更進(jìn)一步發(fā)展旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)。

旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的好壞決定鉆井工程是否能如期完成，必須要確保在旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具上的鉆頭和鉆柱的配合度要高、鉆頭要保證高質(zhì)量，在對(duì)鉆頭的設(shè)計(jì)工作上，要堅(jiān)持多次嘗試，多次試驗(yàn)，使得旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的導(dǎo)向性能發(fā)揮到極致。在通過(guò)對(duì)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)的改良之后，未來(lái)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)的成本必將更低，普及范圍會(huì)更廣，使得旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)在水平井中有著更好的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

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