探討微小井眼技術(shù)井下工具最新進展和思考

張亮

摘要：隨著鉆井技術(shù)的不斷研發(fā)，形成了很多新的技術(shù)和工藝，有效的提升了整體鉆井施工的質(zhì)量水平。微小井眼技術(shù)的研發(fā)，具有成本低、智能化、環(huán)保效果突出的使用優(yōu)勢，在最近幾年的實踐中也得到了不斷的應用。本文結(jié)合國外先進的微小井眼技術(shù)井下工具的最新進展進行研究和思考，對國內(nèi)該技術(shù)的發(fā)展提出了相對應的策略和發(fā)展建議。

關(guān)鍵詞：微小井眼技術(shù);井下工具;發(fā)展思考

前言：

隨著社會的不斷發(fā)展，環(huán)保理念、信息技術(shù)、能源需求等各種意識的增強，在鉆井技術(shù)的應用中，微小井眼鉆井技術(shù)的研發(fā)得到了重視和開發(fā)。該技術(shù)在實踐應用的過程中，需要使用專業(yè)的鉆井工具，隨著機械化的發(fā)展，井下工具也變得更先進，更智能，從而也更好地保障了該項技術(shù)的高效率應用。

一、微小井眼技術(shù)井下工具的最新進展

國外某實驗室，在1994年提出了連續(xù)油管鉆微小井眼的鉆井新概念，之后，該項理念被不斷的深化發(fā)展，發(fā)展形成了微小井眼技術(shù)的鉆井技術(shù)，更好的提升了鉆井的質(zhì)量，有效的降低了成本。通過近幾年來不斷的研究，微小井眼技術(shù)中的井下工具也得到了有效的發(fā)展。主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

（一）微小井眼智能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

為更好的保證在鉆井過程中，井眼軌跡的光滑性，減少在連續(xù)的鉆井過程中油管與井壁之間的摩擦力，國外某公司開發(fā)研究了一款智能的可轉(zhuǎn)向螺桿和LWD底層電阻率傳感器。其中，該轉(zhuǎn)向螺桿設(shè)計過程中，外徑為60mm，長度5m，可以實現(xiàn)最大15°/30.5m的造斜率。使用這款智能的可轉(zhuǎn)向螺桿，在進行施工的過程中，螺桿上方的轉(zhuǎn)向脊通過不斷的收縮和擴張，可以對鉆頭產(chǎn)生一個外力，從而實現(xiàn)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向脊來控制不同的側(cè)向力方向和大小，更好的保障下鉆過程中，鉆頭按照既定的方向和深度進行鉆井的施工過程。另外，該公司還專門研發(fā)設(shè)計了一款利用多種頻率作用下電磁波傳播電阻率的測量工具，這種工具的外徑設(shè)計60mm左右，可以在400KHz和2MHz的頻率下開展有效的測量，并對地層中的電阻率和伽瑪射線產(chǎn)生的作用進行測量，然后結(jié)合測量的結(jié)果轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向螺桿，利用這樣的連續(xù)操作過程產(chǎn)生的作用力更好的開展鉆井施工作業(yè)。

（二）串聯(lián)對轉(zhuǎn)式螺桿鉆井系統(tǒng)

在鉆井作業(yè)中，機械鉆速越高，下鉆的效率越高。在正常的情況下，會通過增加鉆壓、提高扭矩，加速鉆頭的轉(zhuǎn)速來達到提高機械鉆速的效果，但是在微小井眼鉆井的施工過程中，使用常規(guī)的方法存在一定的難度，鉆壓和扭矩都不能很好的進行改變，為此，國外某公司專門研發(fā)設(shè)計了一款串聯(lián)對轉(zhuǎn)式螺桿鉆井系統(tǒng)，有效的實現(xiàn)了在較低的鉆壓變化和較低的扭矩變化中實現(xiàn)提升機械鉆速的實用效果。在該系統(tǒng)的設(shè)計中，左旋容積式螺桿的運動，驅(qū)動小直徑的鉆頭進行定向的鉆進施工，右旋容積式螺桿的運動，在穩(wěn)定器的作用下，與鉆頭進行串聯(lián)使用，保障鉆頭的下鉆施工。其中，在整個系統(tǒng)中，鉆頭的材質(zhì)要選用高質(zhì)量的硬質(zhì)合金技術(shù)，能夠在高速的運轉(zhuǎn)過程中正常使用。通過對該系統(tǒng)的實踐應用進行實驗數(shù)據(jù)的收集，發(fā)現(xiàn)平均鉆速可以達到25m/h左右，常規(guī)技術(shù)中心平均鉆速只有

3-9 m/h，有效的實現(xiàn)了鉆速的提升。

（三）連續(xù)油管鉆井用大功率渦輪鉆具和鉆頭

在高速鉆井的過程中，一些高硬度高碾磨性巖層在進行施工的時候，需要使用更大功率的鉆具和更高剛性的鉆頭，為此，國外某公司聯(lián)合開發(fā)研制了一種新型的可以在連續(xù)油管鉆井的過程中，使用的大功率渦輪鉆具和鉆頭。根據(jù)切削溫度熱力學模型和熱反應的程序使用，對井下施工的環(huán)境進行了模型建立。模擬井下TSP切削齒和PDC切削齒的熱反應過程，并根據(jù)不同巖層的特性，設(shè)計了不同型號的固定齒鉆頭類型，在實踐的應用中發(fā)揮出良好的使用效果。通過實踐應用數(shù)據(jù)的分析，使用73mm渦輪鉆具和鉆頭，液力效率有效的提高了13%左右。

（四）小型機械輔助式高壓水力噴射鉆井工具

微小井眼鉆井施工作業(yè)中，高壓液體噴射能更有效的開發(fā)利用井底的壓力，對于提升機械鉆速和側(cè)鉆深度，都有積極的意義。其中，將噴射鉆井技術(shù)中鉆速有效的提升到超過24.4m/h的情況下，馬達的運行壽命將可以實現(xiàn)超過100h的提升。國外某公司研發(fā)的一種小型機械輔助式高壓水力噴射鉆井工具，其中井下馬達的工作壓力是30MPa，氣體分離器將流體從氣體中股份李，井下增壓器的最大輸出壓力可以達到100MPa，壓力的增大，更好的提升了噴射鉆井的需要，在進行金剛石切削齒和高壓噴射聯(lián)合施工的作業(yè)過程中，大大提升了機械鉆速。經(jīng)過數(shù)據(jù)的對比分析，可以發(fā)現(xiàn)使用這種方式進行鉆井施工比常規(guī)的施工機械鉆速提升了3-5倍。

（五）微小井眼鉆井牽引器

微小井眼連續(xù)油管在進行施工的作業(yè)中，很容易受到硬性發(fā)生屈曲，進而增大與井壁之間的摩擦，鉆頭上的鉆壓壓力不夠。鉆井牽引器的開發(fā)使用，可以更好的保證連續(xù)油管的前進和深入地層。根據(jù)常規(guī)的牽引器進行創(chuàng)新與改造，針對不同的施工環(huán)境設(shè)置不同的操作參數(shù)，其中牽引器的使用中，中心控制組件和首尾軸組件的組成中，前者主要負責對鉆井液產(chǎn)生的拉力和推理進行作用，后者負責通過一定的擴張器，提升下鉆過程中的整個機器設(shè)備的可靠性，并在不同的軟硬質(zhì)地的地層中實現(xiàn)有效的操作。通過實踐的數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)使用微小井眼牽引器的情況下，最大牽引力可以達到15.6kN，柔性軸可以再各個方向上進行轉(zhuǎn)動，并實現(xiàn)15°/30.5m的造斜率，通過55°/30.5m的井眼。

二、我國微小井眼技術(shù)的發(fā)展與思考

隨著我國鉆井技術(shù)的不斷研發(fā)，水平也在不斷的進步與發(fā)展，與國外先進技術(shù)之間的差距越來越小。在各種關(guān)鍵技術(shù)被國外壟斷的環(huán)境中，更要加強自主創(chuàng)新，積極研發(fā)。第一，要不斷的關(guān)注國外先進技術(shù)的研究成果，并與主要的科研團隊加強技術(shù)性交流活動，提高技術(shù)水平。第二，要根據(jù)我國的實際國情，制定適應于微小井眼技術(shù)研發(fā)的規(guī)劃。第三，要在國家相關(guān)部門的牽頭下，組織大型的石化企業(yè)開展有效的科研攻關(guān)，保障經(jīng)費資金。第四，結(jié)合當前研究中的優(yōu)勢進行擴大化的發(fā)展，并著重研發(fā)井下MWD和LWD的微型化工作。

結(jié)語：

文章對國外先進的微小井眼鉆井技術(shù)應用中，智能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、螺桿鉆井系統(tǒng)、鉆具和鉆頭、鉆井工具、牽引器等井下工具的最新使用進展進行了分析，提出了國內(nèi)該項技術(shù)發(fā)展思考的策略，堅持自主創(chuàng)新發(fā)展，不斷提升我國鉆井作業(yè)的施工技術(shù)水平。

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