工具面动态控制钻井系统的室内研究.pdf

2 0 1 4年第4 2卷第 9期 石 油机械 CHI NA P ET R0L EUM MACHI NE RY 一1 5 ～ ●钻井技术 与装 备 工具面动态控制钻 井系统 的室 内研 究 武广瑷 何保 生 邓 果 1 ．中海油研究总院2 ．海洋石油高效开发国家重点实验室3 ．成都宏天电传工程有限公司 摘要 常规钻井作业中，造斜段一般使 用弯角马达滑动钻进完成，易产 生工具面漂移，传统 方法对工具面调整时需要停钻，易引起作业效率低和卡钻等问题。为此，设计 了工具面动态控制 钻井系统 ，并完成软件控制和顶驱 角度精确定位 系统研制。钻井系统主要 由现场监测 系统、软件 控制系统和顶驱精确定位系统组成。通过实时监测工具 面，软件控制 系统可 自动判断工具面偏移 情况并发送指令 至顶驱精确定位 系统，定位系统调整顶驱角度，从而实现滑动钻进过程 中工具面 的 自动控制。室 内试验结果表明，电机无论是在 空载、带载还是 正反转情况下 ，顶驱角度精确定 位系统的定位精度都控制在 2 。 以内，响应时间不超过 4 S 。 关键词弯角马达 ；滑动钻进；工具面 ；动态控制；顶驱 中图分类号T E 9 2 1 文献标识码 A d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 4 5 7 8 ． 2 0 1 4 ． 0 9 ． 0 0 4 La bo r a t o r y St ud y o n To o l Fa c e Dy na mi c Co n t r o l Dr i l l i ng S y s t e m W u Gu a n g’ a i ’ He Ba o s he ng ‘ De n g Gu o 1 ． C N O O C R e s e a r c h I n s t i t u t e ；2 ． S t a t e K e y L a b o r a t o r y o f O f f s h o r e O i l E x p l o r a t i o n ；3 ． C h e n g d u H o n g t i a n E l e c t r i c T r a nsm i s s i o n E n g i n e e r i n g C o ． ， L t d ． Ab s t r a c tI n c o n v e n t i o n a l d r i l l i n g o p e r a t i o n s，b e n d mo t o r i s us ua l l y u s e d t o d ril l t h e b u i l d u p s e c t i o n b y s l i d e d ri l l i n g ， w h i c h o f t e n r e s u l t s i n t o o l f a c e d ri ft i n g ． C o n s i d e ri n g t h a t t h e t r a d i t i o n a l me t h o d o f t o o l f a c e a d j u s t me n t ne e d s t o s t o p d ril l i n g a n d ma y l e a d t o l o w o p e r a t i n g e ffi c i e n c y a n d s t i c k i n g，a t o o l f a c e d y na mi c c o n t r o l s y s t e m i s d e s i g ne d ．Mo r e o v e r ，t he c o n t r o l s o f t wa r e a n d t h e t o p d r i v e a n g l e a c c u r a t e p o s i t i o n i n g s y s t e m a r e d e v e l o p e d ． Th e s y s t e m ma i n l y c o ns i s t s o f o n s i t e mo n i t o r i ng s y s t e m ，s o f t wa r e c o n t r o l s y s t e m a nd t o p d riv e a c c u r a t e p o s i t i o n i n g s y s t e m．Th r o u g h r e a l - t i me t o o l f a c e mo ni t o rin g，t h e s o f t wa r e c o n t r o l s y s t e m c a n a u t o ma t i c a l l y me a s u r e t h e t o o l f a c e o f f - s e t a n d s e n d c o m ma n d s t o t h e t o p d r i v e a c c u r a t e p o s i t i o n i n g s y s t e m t o a d j u s t t h e a n g l e o f t h e t o p d ri v e ， t h u s ， a c h i e v i n g a u t o ma t i c c o n t r o l o f t o o l f a c e d u rin g s l i d e d ril l i n g ． La bo r a t o r y t e s t r e s u l t s i n d i c a t e t h a t ，whe ne v e r t h e mo t o r r u n s w i t h o r wi t h o u t l o a d o r r o t a t e s p o s i t i v e l y o r n e g a t i v e l y，t h e p o s i t i o n a l a c c u r a c y o f t h e t o p d ri v e a n g l e a c c u r a t e p o s i t i o n i n g s y s t e m i s l e s s t h a n 2。a n d t he r e s p o n s e t i me i s l e s s t h a n 4 S ． K e y wo r ds be nd mo t o r ； s l i d e d r i l l i n g； t o o l f a c e； d y n a mi c c o n t r o l ； t o p d riv e 0 引 言 在常规定 向井钻井作业过程 中，直井段和稳斜 段通常采用顶驱或转盘驱动钻具旋转钻进 ，造斜段 采用井下旋转导向工具或弯角马达完成 。若采 用井下弯角马达 ，受泵排量 、钻压 、地层岩性和马 达磨损等因素的影响 ，在滑动钻进过程中易产生工 具面漂移 J 。针对这一情况 ，通常的做法是停钻 、 上提钻具、按计算的反扭角旋转钻具 以重新设定工 具面。这种做法有以下缺点 ①需要停钻 ，降低作 业时效 ；②影响反扭 角 的因素 较多 ，且反扭 角 随着进尺的延伸而不断变化，无法精确计算 ；③反 扭角的设定需要丰富的经验 ，对人员的水平要求较 高。同时 ，在常规滑 动钻进过程 中因钻具不 能旋 转 ，导致钻压施加滞后 、井眼净化 困难 ，易引起作 基 金项 目“ 十二五 ” 国家科技重大专项 “ 多枝导 流适度 出砂技术 ” 2 0 1 1 Z X 0 5 0 2 4 0 0 3 。