探討石油定向鉆井的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)

張達(dá) 高陽陽 胡林 翟利平

（航天深拓（北京）科技有限公司，北京 100176）

1.鉆井旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)的工作原理

旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井主要由地面監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、鉆具和隨鉆測(cè)量系統(tǒng)組成。每個(gè)系統(tǒng)負(fù)責(zé)不同的應(yīng)用功能。地面監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的任務(wù)是監(jiān)測(cè)和控制定向井的剖面設(shè)計(jì)、導(dǎo)向和定向鉆井的建模。鉆具系統(tǒng)包括非磁性模塊穩(wěn)定器、導(dǎo)向裝置和雙向通信模塊，是旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井的關(guān)鍵部件。鉆井過程中的測(cè)量系統(tǒng)傳感器主要負(fù)責(zé)通過旋轉(zhuǎn)密度計(jì)和動(dòng)壓模塊等工具檢測(cè)鉆頭在鉆井環(huán)境中的應(yīng)用狀態(tài)。導(dǎo)向裝置是旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆具的重要部分，其主要功能是根據(jù)表面和功率進(jìn)行導(dǎo)向鉆削，由設(shè)備負(fù)責(zé)隨時(shí)下載路由指令，可以配備導(dǎo)向裝置。轉(zhuǎn)向裝置傳感器模塊是重要的組成部分，多頻電阻提供基本的鉆井參數(shù)，一些導(dǎo)向裝置還會(huì)配備磁流量計(jì)，其功能是計(jì)算井的方位角。還提供了正壓脈沖發(fā)生器和渦輪發(fā)電裝置，用于為轉(zhuǎn)向裝置的雙向電源和通信模塊供電。建立最適合油田實(shí)際工程的水力輸運(yùn)模型，油管柱摩擦力矩和延伸極限預(yù)測(cè)模型，指導(dǎo)鉆井方案設(shè)計(jì)，提高井筒穩(wěn)定性。合理水力振蕩器減摩工具，還可以有效降低鉆柱的摩擦力矩，避免井下復(fù)雜工況。鉆大直徑井時(shí)，鉆屑輸送困難，由于井眼長(zhǎng)，在井底產(chǎn)生鉆屑。直接影響鉆井和電力勘探作業(yè)，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致井下事故。巖屑床的長(zhǎng)度和扣型與鉆桿相同，直接插入鉆孔工具中，不會(huì)產(chǎn)生額外的扭矩。可以有效地減少蹩泵現(xiàn)象，提高其實(shí)際的工作效率，并且需要保證鉆孔過程并確保連續(xù)性。同時(shí)，還可有效去除孔底的巖屑床，增加鉆屑返回量，確保井清潔，降低循環(huán)效密度并有助于提高工作效率。該工具的性能遠(yuǎn)優(yōu)于常規(guī)鉆桿，可確保井下作業(yè)安全。水力振蕩器是通過軸向振蕩克服鉆柱與井壁之間的摩擦阻力，適用于復(fù)合鉆孔作業(yè)，解決了背壓?jiǎn)栴}，可以使大位移井中的電機(jī)與液壓振蕩器一起使用，可有效降低定向背壓，提高機(jī)械鉆速，降低鉆井成本，并具有良好的控制效果。

2.旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)在定向鉆井中的優(yōu)勢(shì)與問題

2.1 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)增強(qiáng)軌跡控制能力

自第一次定向鉆探開發(fā)以來，石油技術(shù)的發(fā)展歷時(shí)半個(gè)多世紀(jì)。在旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)之前，使用旋轉(zhuǎn)和滑動(dòng)鉆孔，雖然指導(dǎo)生產(chǎn)，但缺點(diǎn)也很明顯。這兩種技術(shù)對(duì)鉆頭都沒有很好的控制，主要原因是速度和轉(zhuǎn)向能力很差。旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)，彌補(bǔ)了前兩項(xiàng)技術(shù)的弱點(diǎn)，特別是在轉(zhuǎn)向能力和軌跡控制方面。為了彌補(bǔ)傳統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用中的不足，在實(shí)際鉆井作業(yè)中可以準(zhǔn)確捕捉軌跡控制，提高了生產(chǎn)能力，保證相關(guān)機(jī)器的正常運(yùn)行。

2.2 推動(dòng)了環(huán)保和石油鉆井產(chǎn)業(yè)的不斷升級(jí)

旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)的應(yīng)用，大大提高軌道控制能力，其產(chǎn)生的效益還體現(xiàn)在保護(hù)環(huán)境和促進(jìn)石油工業(yè)現(xiàn)代化的基礎(chǔ)上。具體表現(xiàn)是提高了鉆井速度，由于該技術(shù)的應(yīng)用提高了鉆井速度，有效地提高了鉆井工作作業(yè)效率，提高生產(chǎn)能力和作業(yè)穩(wěn)定性。從降低能耗、確保鉆頭磨損和降低成本等方面的改進(jìn)可見其具有重要的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，還有有助于保護(hù)環(huán)境。旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)促進(jìn)了石油鉆井工業(yè)技術(shù)的改進(jìn)，從而大大縮短了開采工作周期，對(duì)整個(gè)開采工作過程有促進(jìn)作用，是通過旋轉(zhuǎn)技術(shù)促進(jìn)工業(yè)改進(jìn)過程[1]。

3.石油定向鉆井的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)較易出現(xiàn)的問題

3.1 定向儀問題

定向儀在采用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)的定向鉆井中至關(guān)重要，對(duì)測(cè)量精度發(fā)揮著重要的作用。在實(shí)際鉆井作業(yè)中，如果定向儀表出現(xiàn)偏差，將佳佳引發(fā)現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)事故，導(dǎo)致無法準(zhǔn)確達(dá)到最測(cè)油目標(biāo)。使用定向儀進(jìn)行測(cè)量時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)效率將大大提高，可以確保操作人員的工作流程準(zhǔn)確無誤。當(dāng)定向儀出現(xiàn)故障時(shí)，生產(chǎn)計(jì)劃無法執(zhí)行，測(cè)量結(jié)果的精度降低，大大降低了實(shí)際的生產(chǎn)效率。因此，必須高度重視定向儀的問題。并在逐步實(shí)施過程中改進(jìn)，促進(jìn)石油生產(chǎn)的健康發(fā)展[2]。

3.2 軌跡控制問題

石油定向鉆井工作是一個(gè)漫長(zhǎng)的過程，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向控制技術(shù)對(duì)于鉆井中的路徑控制非常重要，對(duì)鉆井質(zhì)量有著重大影響。定向井軌跡控制采用堆積控制技術(shù)。雖然該技術(shù)應(yīng)用廣泛，具有高效安全的應(yīng)用特點(diǎn)，但在特定的鉆井中，測(cè)量結(jié)果和實(shí)際結(jié)果會(huì)有誤差。如果鉆孔路徑與實(shí)際路徑的有誤差，會(huì)影響整體的測(cè)量結(jié)果。在此基礎(chǔ)上，鉆井成本將增加，從而降低了相關(guān)單位的經(jīng)濟(jì)效益[3]。

4.旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)在未來定向鉆井中的應(yīng)用

4.1 斷層油藏的應(yīng)用

由于斷裂帶的地質(zhì)，目前的技術(shù)無法提取大量石油，但在未來將具有豐富的應(yīng)用價(jià)值。由于旋轉(zhuǎn)定向技術(shù)的卓越性，對(duì)于此類復(fù)雜的斷層非常有用。針對(duì)復(fù)雜地質(zhì)區(qū)域，可及時(shí)調(diào)整回轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)，可以進(jìn)行分析再利用，提升技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向技術(shù)對(duì)于未來斷層沉積非常有用，雖然這項(xiàng)技術(shù)經(jīng)歷了創(chuàng)新，但它的適應(yīng)性比其他技術(shù)更有優(yōu)勢(shì)[4]。

4.2 在邊際油田的應(yīng)用

對(duì)于邊際油田的開采，由于其開發(fā)和使用不足，開發(fā)者對(duì)其關(guān)注度不高，主要原因是邊際油田處于偏遠(yuǎn)的地理位置，對(duì)于運(yùn)輸一些大型設(shè)備存在一定的困難。旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)可以避免這個(gè)問題，它可以根據(jù)油田的情況進(jìn)行調(diào)整，以保證油田的充分開發(fā)利用。在未來邊緣油田的開發(fā)中，主要的技術(shù)是旋轉(zhuǎn)技術(shù)，因?yàn)樗梢砸?guī)模化，將決定在未來石油開發(fā)中的應(yīng)用地位。

4.3 進(jìn)一步降低能耗和成本

旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)的發(fā)展具有一定的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，在節(jié)約能耗和施工成本上更為突出。與過去投資高、難度大的技術(shù)相比，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)具有諸多的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。解決高投資和一些難以開采的油田工作。這項(xiàng)技術(shù)的使用提高了生產(chǎn)產(chǎn)量，對(duì)于投資的壓力也得到了改善。由于這項(xiàng)技術(shù)的改進(jìn)，對(duì)于在實(shí)際的應(yīng)用中也越來越多。與以往技術(shù)相比，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)克服了傳統(tǒng)開采技術(shù)難點(diǎn)和成本抽獎(jiǎng)。在未來的石油鉆井中，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)將更加關(guān)注節(jié)約能耗和降低成本的提高。由于這項(xiàng)技術(shù)的出發(fā)點(diǎn)是增加石油產(chǎn)量，降低石油鉆進(jìn)成本。因此它可以滿足未來的發(fā)展方向。未來，石油定向鉆井低能耗和盈利能力將是持續(xù)的方向發(fā)展。

5.結(jié)語

由于一些深層油田的開發(fā)難度較大，技術(shù)研究人員開發(fā)了這種高科技和低能耗的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)。旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)是一種自動(dòng)控制系統(tǒng)，是石油勘探開發(fā)的主要應(yīng)用工具，也是最重要的技術(shù)應(yīng)用環(huán)節(jié)。旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)是現(xiàn)階段石油鉆井中的一項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，目的是在旋轉(zhuǎn)條件下提供井道引導(dǎo)。隨著勘探工作規(guī)模擴(kuò)大，難度也在不斷加大，未來旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)的應(yīng)用將進(jìn)一步擴(kuò)大，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)在軌跡控制和環(huán)境保護(hù)等方面都有一定的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，也是石油開采未來的發(fā)展發(fā)向，為石油開采做出了必要的技術(shù)貢獻(xiàn)。