對(duì)于軌跡復(fù)雜，垂直井段浪費(fèi)大的定向井，提高其技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)是一項(xiàng)緊迫的任務(wù)，而引入電動(dòng)鉆具有助于該問(wèn)題的成功解決。該技術(shù)結(jié)合了有線通訊的電纜鉆桿和直驅(qū)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，具有調(diào)速范圍大、鉆頭扭矩恒定以及與鉆井清洗介質(zhì)無(wú)關(guān)的特點(diǎn)。電鉆基于電能方便遠(yuǎn)距離傳輸?shù)乃枷?--電能可以很方便地轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，并且地面和井下設(shè)備之間可以實(shí)時(shí)雙向通訊。
盡管基于鉆井液的遙傳系統(tǒng)和數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)在迅速發(fā)展，但該方式仍受制于：數(shù)據(jù)傳輸與鉆井清洗介質(zhì)的參數(shù)和類(lèi)型、泵的工作特性和鉆井液排量變化范圍相關(guān)。其他問(wèn)題包括隱含的非生產(chǎn)時(shí)間，包括測(cè)量、發(fā)送指令和定向操作花費(fèi)的時(shí)間、井底參數(shù)接收存在延時(shí)、鉆井液不循環(huán)時(shí)無(wú)法接收和記錄數(shù)據(jù)，鉆井液中固相含量影響的消除。通常這些問(wèn)題不被關(guān)注，從而阻礙了尋找先進(jìn)的技術(shù)方案來(lái)改善鉆井施工，可以說(shuō)，鉆井液傳輸數(shù)據(jù)技術(shù)更接近技術(shù)極限。
可通過(guò)有線實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸方案進(jìn)一步提高鉆井速度、鉆井質(zhì)量和降低施工風(fēng)險(xiǎn)，如最新一代的電纜鉆桿（NOV Intelliserv）可以顯著提高鉆井速度，甚至提高兩倍。然而，現(xiàn)有的電纜鉆桿并非沒(méi)有缺點(diǎn)：限于電池容量或電纜鉆桿的電力輸入功率（500W--Reelwell，300W--TDE集團(tuán)）需要中繼器放大信號(hào)（NOV）；與旋導(dǎo)系統(tǒng)（РУС）一起使用時(shí)通過(guò)井下動(dòng)力鉆具傳輸數(shù)據(jù)困難。
與液動(dòng)鉆具和轉(zhuǎn)盤(pán)鉆井相比，電動(dòng)鉆具鉆井具有以下優(yōu)點(diǎn)：
l 井下電機(jī)的能量輸入與鉆井液的排量和密度無(wú)關(guān)。無(wú)論鉆頭鉆壓、鉆井液排量和鉆頭扭矩如何，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速都可在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)控；
l 電纜通信可以超高速傳輸鉆井工況和井眼軌跡、巖石特性、井筒壓力和溫度分布的數(shù)據(jù)，因?yàn)殡娏梢詡鬏數(shù)骄码姍C(jī)、底部鉆具組合和鉆桿上分布的傳感器上；
l 井下電機(jī)幾乎沒(méi)有壓耗（不超過(guò)鉆鋌），對(duì)于相同直徑的電纜鉆桿也可以優(yōu)化水力程序；
l 井下電機(jī)工作特性與循環(huán)時(shí)間無(wú)關(guān)，因?yàn)闆](méi)有使用壽命取決于水力參數(shù)的螺桿鉆具的定子橡膠或渦輪鉆具的葉輪；
l 將計(jì)算從井底設(shè)備轉(zhuǎn)移到地面，在地面控制井下設(shè)備。減少井底設(shè)備中電子設(shè)備的數(shù)量可簡(jiǎn)化旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)、定向儀器和測(cè)井儀器，從而降低在井底高壓、高溫和動(dòng)態(tài)載荷下設(shè)備出現(xiàn)故障的風(fēng)險(xiǎn)；
l 電流的變化能夠?qū)崟r(shí)反映破巖能量，使得：
-- 可以通過(guò)電流控制鉆頭鉆壓；
--獲取不同工況下鉆頭的性能參數(shù)，并為特定巖性和鉆頭確定最佳使用參數(shù)；
--防止鉆頭過(guò)度磨損；
--對(duì)井眼剖面進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)和巖相分析；
--確定井下動(dòng)態(tài)過(guò)程：振動(dòng)和沖擊的機(jī)理；
--精確控制鉆井參數(shù)（鉆頭轉(zhuǎn)速、扭矩、鉆壓），實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鉆井效率（機(jī)械比能，鉆頭吃入巖石深度）；
l 可以自動(dòng)優(yōu)化鉆井參數(shù)，最大限度地提高機(jī)械鉆速，降低破巖比能，使井眼實(shí)際軌跡接近設(shè)計(jì)。
現(xiàn)有廣泛使用的電動(dòng)鉆具規(guī)格與目前井底鉆具組合包括連續(xù)油管一致，允許有效使用經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的可靠設(shè)備。
蘇聯(lián)電鉆使用經(jīng)驗(yàn)
第一個(gè)有效的電動(dòng)鉆具是在1940年研制和測(cè)試的，鉆井深度1500m。與1930年代后期多級(jí)渦輪鉆具幾乎同時(shí)出現(xiàn)。測(cè)試驗(yàn)證了電動(dòng)鉆具的鉆井效率，需要進(jìn)一步進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)：解決與減速器可靠性相關(guān)的連接技術(shù)問(wèn)題，以及為確保整個(gè)鉆桿長(zhǎng)度上電纜的連續(xù)性而導(dǎo)致電纜鉆桿過(guò)流截面被占據(jù)所導(dǎo)致的壓耗增大的問(wèn)題。測(cè)試結(jié)果表明，電動(dòng)鉆具能夠在高壓和動(dòng)載下的腐蝕性環(huán)境中工作。與轉(zhuǎn)盤(pán)鉆井相比，其鉆井性能對(duì)鉆井速度的顯著提高產(chǎn)生了積極影響。
第一臺(tái)電動(dòng)鉆具采用了70千瓦的三相四極井下電機(jī)、將轉(zhuǎn)速?gòu)?450r/min降低到363r/min的行星減速器和傳動(dòng)軸。直徑和長(zhǎng)度分別為324mm和8.5m。
電動(dòng)鉆具由一個(gè)潛水式異步電動(dòng)機(jī)、減速器和傳動(dòng)軸組成，傳動(dòng)軸承受鉆井過(guò)程中的軸向和徑向力，鉆頭用螺紋連接在傳動(dòng)軸上。電機(jī)內(nèi)充滿油，以保護(hù)電機(jī)免受腐蝕性環(huán)境的影響。油位由壓力補(bǔ)償器保證。電機(jī)由分段的電纜供電，每段電纜由雙芯電纜，電接頭和鉆桿組成。鉆桿用作第三根導(dǎo)線。
第二次世界大戰(zhàn)將電動(dòng)鉆具和電纜鉆桿的改進(jìn)推遲了6年。從1948年到1963年，開(kāi)發(fā)了一系列電動(dòng)鉆具，在阿塞拜疆、土庫(kù)曼斯坦、巴什基爾和烏克蘭的油田商業(yè)使用。鉆井效率比渦輪鉆具平均高15~20%，但并非所有油井都是這樣。鉆井指標(biāo)不穩(wěn)定的原因在于電機(jī)維修車(chē)間少且距離井場(chǎng)遠(yuǎn)，維修人員需要專(zhuān)門(mén)培訓(xùn)。由于電纜與鉆桿接頭內(nèi)徑的間隙小，電接頭可靠性低、電纜鉆桿壓耗很大。由于無(wú)法使用電纜測(cè)斜儀指導(dǎo)定向作業(yè)，電動(dòng)鉆具只能用于垂直井段。
1963年到1970年，全蘇鉆井技術(shù)科學(xué)研究所（ВНИИБТ）與哈爾科夫特別設(shè)計(jì)技術(shù)局（СКТБ）開(kāi)發(fā)了一系列減速電動(dòng)鉆具及商業(yè)應(yīng)用的附屬設(shè)備，包括電彎頭、遙測(cè)模塊、電纜鉆桿、鉆頭進(jìn)給調(diào)節(jié)器、控制室和為井下電機(jī)供電的變壓器（圖1）.制定了一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，其中包括直徑127mm到240mm的井下電動(dòng)鉆具的技術(shù)參數(shù)。
20世紀(jì)70年代電動(dòng)鉆具技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析表明，與轉(zhuǎn)盤(pán)鉆井和渦輪鉆井對(duì)比，在可比地質(zhì)條件下，使用電動(dòng)鉆具可將每米鉆井成本平均減少10~25%，鉆頭進(jìn)尺和機(jī)械鉆速平均提高16~18%。
遙測(cè)系統(tǒng)是電動(dòng)鉆具最重要的組成部分，因?yàn)樗ㄟ^(guò)雙向?qū)崟r(shí)信息傳輸為井底設(shè)備的管控提供了新的能力，電能通過(guò)鉆桿內(nèi)的電纜傳輸?shù)骄?，地面上?duì)于旋轉(zhuǎn)鉆桿采用集電器的滑動(dòng)觸點(diǎn)傳輸電能。
90年代后，電鉆的研發(fā)停止了，使用量很小--占全國(guó)總鉆井量的1.5~2%。由于蘇聯(lián)解體，鉆井活動(dòng)普遍減少，電動(dòng)鉆具停止生產(chǎn)。但是烏法鉆井公司到2013年仍在使用電動(dòng)鉆具鉆井。電鉆工業(yè)化期間，在巴什基爾用電動(dòng)鉆具鉆了2500多口井，進(jìn)尺約750萬(wàn)米，而在前蘇聯(lián)所有的國(guó)家使用電動(dòng)鉆具鉆井累計(jì)進(jìn)尺1250萬(wàn)米。
電動(dòng)鉆具特別適用于復(fù)雜地層條件下3000至5500米井深的井鉆進(jìn)。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)不斷的改進(jìn)，電動(dòng)鉆具和電纜鉆桿的修理間隔時(shí)間得到了延長(zhǎng)。
盡管電鉆技術(shù)與現(xiàn)有鉆井技術(shù)相比有明顯的優(yōu)勢(shì)，但由于各種原因，電動(dòng)鉆具并沒(méi)有成為主流的井下動(dòng)力鉆具。上世紀(jì)60年代開(kāi)發(fā)的電動(dòng)鉆具的可靠性和使用壽命已不再滿足鉆井行業(yè)日益增長(zhǎng)的需求。電纜鉆桿（БКС）是最薄弱的環(huán)節(jié)。異步電機(jī)最大起動(dòng)電流是其供電電流的6~7倍，這顯著增加了電接頭在其密封性略有降低時(shí)發(fā)生電擊穿的可能性，特別是在高靜水壓力下深井鉆進(jìn)情況下。
80年代末到90年代，水平井越來(lái)越重要，關(guān)于電動(dòng)鉆具應(yīng)用的討論再次恢復(fù)。結(jié)合國(guó)內(nèi)（俄羅斯）不同地區(qū)的鉆井施工，分析了該方法的不足，得出了新技術(shù)（直驅(qū)、直流輸電、光滑頻率控制）具有潛在前景的結(jié)論。
1997年6月6日，在俄羅斯聯(lián)邦能源部石油工業(yè)專(zhuān)家委員會(huì)科學(xué)進(jìn)步和開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)和鉆探聯(lián)系會(huì)議上，企業(yè)和機(jī)構(gòu)代表再次討論了俄羅斯電動(dòng)鉆具發(fā)展的問(wèn)題。與會(huì)者一致認(rèn)為，受控電鉆是最有前途的鉆井方法之一，它結(jié)合了轉(zhuǎn)盤(pán)鉆井的優(yōu)點(diǎn)---無(wú)論地層巖石參數(shù)和鉆井清洗介質(zhì)類(lèi)型如何，鉆頭轉(zhuǎn)速都可調(diào)節(jié)，以及電動(dòng)鉆具鉆井時(shí)，鉆柱可以不旋轉(zhuǎn)。
到1990年代中期，一些外國(guó)公司開(kāi)始有興趣在電鉆技術(shù)研發(fā)方面進(jìn)行合作，因?yàn)樗麄冋J(rèn)為該方法在改進(jìn)水平井和多分支井鉆井并提高其技術(shù)經(jīng)濟(jì)性方面是可行的，同時(shí)對(duì)井底到地面的電力通信也表現(xiàn)出極大的興趣。
關(guān)于電動(dòng)連續(xù)油管
上世紀(jì)90年代中期，隨著連續(xù)油管技術(shù)的發(fā)展，國(guó)外對(duì)電動(dòng)鉆具的興趣開(kāi)始增長(zhǎng)。
1995年天然氣研究所（GRI）在其報(bào)告《連續(xù)油管鉆井用電鉆電機(jī)》的第一章敘述了電鉆的簡(jiǎn)要?dú)v史和φ4.75”（120.65mm）電動(dòng)鉆具的概念。
1996年洛斯阿拉莫斯實(shí)驗(yàn)室（LANL）通過(guò)微鉆實(shí)驗(yàn)表明，研發(fā)小直徑電動(dòng)連續(xù)油管技術(shù)上是可行的。外徑35mm到105mm的直驅(qū)電動(dòng)鉆具（ВЭБ）的功率和扭矩是相同直徑螺桿鉆具的1.2~1.4倍。
1999年，SPE/IADC會(huì)議上Turner介紹了一個(gè)開(kāi)發(fā)直徑3.75”（95mm）和直徑3-1/8”（79.3mm）電動(dòng)連續(xù)油管鉆定向井的項(xiàng)目。
該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)如下;
l 驅(qū)動(dòng)功率與鉆井液排量無(wú)關(guān)；
l 對(duì)鉆井液參數(shù)的適應(yīng)性高；
--側(cè)鉆
--水下鉆井
l 在高溫下鉆井；
l 實(shí)時(shí)反饋井下信息，方便靈活控制井下電機(jī)，用于閉環(huán)鉆井，優(yōu)化鉆井效率；
l 電動(dòng)連續(xù)油管功能可以增強(qiáng)：同一驅(qū)動(dòng)裝置可用于輔助操作，如定向，在油井中主動(dòng)移動(dòng)、地層測(cè)試；
l 井下數(shù)據(jù)可實(shí)時(shí)傳輸?shù)降孛妫?br />
l 電機(jī)壽命長(zhǎng)；
l 振動(dòng)（影響陀螺儀定向和核磁共振儀器的可靠性）降低；
l 電機(jī)可反轉(zhuǎn)（被動(dòng)或主動(dòng)）。
1995年到2005年電動(dòng)連續(xù)油管研發(fā)停頓，井下電機(jī)替換為傳統(tǒng)的液動(dòng)鉆具?？赡苁且?yàn)樵?000m~4000m的井中施工，考慮到連續(xù)管承重能力和強(qiáng)度，選擇的電機(jī)類(lèi)型和電纜在受限的直徑范圍內(nèi)不能有效驅(qū)動(dòng)鉆頭。
電動(dòng)連續(xù)油管已成為在不穩(wěn)定地層側(cè)鉆的鉆井方法。設(shè)備快速調(diào)用和減少鉆井準(zhǔn)備時(shí)間使連續(xù)油管鉆井具有經(jīng)濟(jì)性，與傳統(tǒng)側(cè)鉆方法對(duì)比，該方法可以帶來(lái)更好的開(kāi)采指標(biāo)。在使用連續(xù)油管鉆井時(shí)，不同類(lèi)型的定向儀器（液動(dòng)的和電動(dòng)的）可用于通過(guò)安裝在連續(xù)油管內(nèi)部的電纜控制螺桿鉆具鉆井的鉆具組合。因此，帶電纜的連續(xù)油管是一個(gè)已知的系統(tǒng)，所提出的技術(shù)主要是鉆具組合設(shè)計(jì)。
井下動(dòng)力鉆具對(duì)比
正確應(yīng)用三種鉆井方法（轉(zhuǎn)盤(pán)、液動(dòng)鉆具和電動(dòng)鉆具），以最大限度地發(fā)揮每種方法的潛力。
70年代末隨著密封鑲齒鉆頭的出現(xiàn)，轉(zhuǎn)盤(pán)鉆井得到發(fā)展，鉆井模式的方向變化為低轉(zhuǎn)速（60~70r/min）和高鉆壓。在伏爾加地區(qū)和西西伯利亞進(jìn)行了大量的轉(zhuǎn)盤(pán)鉆井和渦輪鉆井與新型鉆頭（包括進(jìn)口鉆頭）的比較測(cè)試。但電動(dòng)鉆具仍繼續(xù)在四個(gè)油區(qū)使用，典型的例子是土庫(kù)曼石油公司的共青城32井，井深5250米，商業(yè)速度是492米/小時(shí)。在巴什石油公司的Узыбашевской 地區(qū)2000~2200米的斜井中，電動(dòng)鉆具的鉆井速度比渦輪鉆具高1.5~1.6倍。在阿塞拜疆石油公司的Заглы-Зейва地區(qū)和烏克蘭石油公司的Надворнянском繼續(xù)使用電動(dòng)鉆具鉆定向井。烏克蘭石油公司的 Долинском 和Бориславском的泡沫和空氣鉆井中，在井的下部井段使用帶遙測(cè)系統(tǒng)和減速器的電動(dòng)鉆具鉆井，與渦輪鉆具相比，溫度大幅升高。對(duì)上述鉆井結(jié)果的分析表明，先前關(guān)于不同深度和油井類(lèi)型下不同鉆井方法可行性的結(jié)論仍然有效。根據(jù)最高效率準(zhǔn)則，使用井下動(dòng)力鉆具在很寬的鉆頭轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)優(yōu)化鉆井。
約2008年以來(lái)，PDC鉆頭的應(yīng)用成為鉆井技術(shù)的發(fā)展方向，它成功地提高了硬地層和軟硬交錯(cuò)地層的鉆進(jìn)能力，全面取代了牙輪鉆頭。這一變化導(dǎo)致優(yōu)先選擇螺桿鉆具鉆井或轉(zhuǎn)盤(pán)鉆井。隨著旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)用于定向鉆井，后者變得更加重要。因此，現(xiàn)在鉆井大多保持低速（80~120r/min）。與此同時(shí)，提高鉆頭轉(zhuǎn)速?gòu)亩岣邫C(jī)械鉆速的規(guī)律仍有效，大扭矩井下動(dòng)力鉆具具有現(xiàn)實(shí)意義。越來(lái)越多地使用帶螺桿鉆具的旋導(dǎo)系統(tǒng)，鉆頭轉(zhuǎn)速提高到200~300r/min，然而螺桿鉆具的結(jié)構(gòu)特性使這一方法受到限制。
圖2為螺桿鉆具、渦輪鉆具、減速渦輪和直驅(qū)電動(dòng)鉆具性能的定性對(duì)比。盡管液動(dòng)鉆具的材料和結(jié)構(gòu)有所改善，但仍存在一些阻止其達(dá)到鉆井技術(shù)極限的缺陷。
渦輪鉆具的轉(zhuǎn)速（400~1200r/min）與扭矩成反比，其轉(zhuǎn)速變化范圍大，且與軸向載荷相關(guān)，工作狀態(tài)下的轉(zhuǎn)速比空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速低一半；通常情況下，渦輪鉆具的壓差與工況關(guān)系不大。在渦輪和軸承沒(méi)有因操作不當(dāng)而意外損壞的情況下，渦輪鉆具工作時(shí)的動(dòng)力參數(shù)變化不大。渦輪鉆具可用于泥漿密度高達(dá)2.0g/cm^3或更高的情況，耐溫高達(dá)250℃，可以用于各種類(lèi)型的鉆頭。在深井硬地層中使用渦輪鉆具配合孕鑲鉆頭可以最大限度地降低每米進(jìn)尺成本。
螺桿鉆具則是一種低速動(dòng)力鉆具，工作轉(zhuǎn)速在90~300r/min之間，其轉(zhuǎn)速也與軸向載荷相關(guān)，工作狀態(tài)下的轉(zhuǎn)速比空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速會(huì)略有下降（5~15%）。螺桿壓差在軸向負(fù)荷增加時(shí)會(huì)顯著增加。螺桿工作時(shí)，其定、轉(zhuǎn)子會(huì)磨損，從而導(dǎo)致其工作參數(shù)顯著降低。
螺桿鉆具的轉(zhuǎn)速和扭矩的實(shí)際值與計(jì)算值大不相同，最大和最小扭矩可以相差2到3倍，在壓差恒定時(shí)可以觀察到扭矩的波動(dòng)。
樣本中標(biāo)稱(chēng)的螺桿鉆具工作特性只能在短時(shí)間內(nèi)具備。由于定子橡膠的磨損以及鉆井液的泄漏，螺桿鉆具的扭矩會(huì)隨其使用時(shí)間而變化，圖3顯示，在使用一段時(shí)間后，螺桿鉆具的效率會(huì)下降75%，這一現(xiàn)象直接影響著破巖機(jī)械比能和最佳、有效鉆井參數(shù)的計(jì)算，而渦輪鉆具效率隨使用時(shí)間變化較小，電動(dòng)鉆具則幾乎不變。
圖4中，液動(dòng)鉆具可以適用很大的轉(zhuǎn)速范圍，但對(duì)于一個(gè)特定型號(hào)的液動(dòng)鉆具，它只能在有限的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)穩(wěn)定有效地工作，并且需要通過(guò)改變鉆井液排量和鉆頭鉆壓來(lái)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，使得確定和控制轉(zhuǎn)速及最佳工作參數(shù)非常困難。
電動(dòng)鉆具的轉(zhuǎn)速可無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，與有線通訊結(jié)合，能進(jìn)行過(guò)程控制和參數(shù)的快速調(diào)節(jié)，參數(shù)調(diào)節(jié)范圍大，能達(dá)到更高的效率指標(biāo)。
以Новобур公司生產(chǎn)的樣機(jī)來(lái)評(píng)估電動(dòng)鉆具的實(shí)際性能，見(jiàn)圖5。該樣機(jī)的設(shè)計(jì)依據(jù)為被證明可靠和高效的Новомет公司的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。
表1比較了各種類(lèi)型的井下動(dòng)力鉆具的主要優(yōu)缺點(diǎn)
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減速渦輪 |
渦輪 |
螺桿 |
減速電動(dòng)鉆具 |
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原理 |
流體力學(xué) |
流體力學(xué) |
水力學(xué) |
電力學(xué) |
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輸出特性 |
↑扭矩
↓轉(zhuǎn)速 |
↓扭矩
↑轉(zhuǎn)速 |
↑扭矩
↓轉(zhuǎn)速 |
↓—↑扭矩
↓—↑轉(zhuǎn)速 |
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旋轉(zhuǎn)特征 |
同軸 |
同軸 |
行星 |
同軸 |
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振動(dòng)水平 |
↓ |
↓ |
↑ |
↓ |
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結(jié)構(gòu)復(fù)雜性 |
↑ |
↓ |
↓ |
↑↑ |
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反扭矩 |
↑↑ |
↑ |
↑↑↑ |
— |
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鉆井介質(zhì) |
鉆井液，對(duì)于使用信號(hào)鉆桿則任何類(lèi)型都可以 |
任何類(lèi)型 |
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橡膠 |
靜密封 |
無(wú)密封件 |
定子 |
靜密封 |
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鉆井參數(shù)直接控制 |
泵壓
排量 |
泵壓
排量 |
泵壓
排量 |
泵壓
取決于轉(zhuǎn)速的泥漿排量 |
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數(shù)據(jù)傳輸能力 |
數(shù)據(jù)上傳速率調(diào)整范圍較大，僅在使用信號(hào)鉆桿或動(dòng)力鉆桿時(shí)才具備實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)的能力 |
電纜鉆桿
電纜連續(xù)油管 |
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自動(dòng)化 |
↓ |
↓ |
↓ |
↑↑ |
電動(dòng)鉆具的研發(fā)
Новобур公司（彼爾姆）從2017年開(kāi)始基于永磁轉(zhuǎn)子井下電機(jī)（ВЭД）的電動(dòng)鉆具（ЭБК）研制。該型電機(jī)已在Новомет公司直徑80~240mm的潛油電泵中使用。正在與合作伙伴共同研制特殊的鉆桿，將鉆桿內(nèi)的電纜同心分布，并致力于研制用于電動(dòng)連續(xù)油管的鉆具組合。
新技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域是配合電纜鉆桿鉆探高科技井。已研制出電動(dòng)鉆具樣機(jī)ВЭБ-178 和ВЭБ-127、減速器、直徑102mm和127mm的短鉆桿、安裝在電動(dòng)鉆具軸上的電動(dòng)導(dǎo)向裝置，并提出井下電視系統(tǒng)的概念。開(kāi)展了各種項(xiàng)目的研究，規(guī)劃好了所有必要的測(cè)試--單元測(cè)試和整機(jī)測(cè)試。電動(dòng)鉆具目前的技術(shù)水平對(duì)應(yīng)于УГТ3，關(guān)鍵的功能和/或特性已通過(guò)分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證（ГОСТ Р 58048—2017）。
Новомет公司現(xiàn)有臺(tái)架可以進(jìn)行單元測(cè)試，正在研發(fā)一個(gè)水平測(cè)試臺(tái)架БГС用于整機(jī)測(cè)試（圖9），這是一個(gè)在長(zhǎng)達(dá)50m的人造巖塊上進(jìn)行定向鉆井的井底鉆具組合測(cè)試關(guān)鍵設(shè)施。鉆具在通過(guò)整機(jī)測(cè)試后再進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。
БГС臺(tái)架將用于定向井整機(jī)測(cè)試服務(wù)，驗(yàn)證產(chǎn)品和技術(shù)是否符合УГТ 5水平：組件和/或整機(jī)在接近真實(shí)或УГТ 6的環(huán)境中進(jìn)行測(cè)試；系統(tǒng)/子系統(tǒng)模型或樣機(jī)在接近真實(shí)的環(huán)境中工作。該臺(tái)架既可以測(cè)試Новобур的電動(dòng)鉆具，也可以測(cè)試其他公司新的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)、液動(dòng)鉆具、遙測(cè)系統(tǒng)等。
用于電動(dòng)連續(xù)油管的鉆具組合正在研發(fā)，該鉆具組合基于ВЕБ-89，鉆頭直徑108~120mm，連續(xù)油管直徑60~73mm，還包括類(lèi)似用于螺桿鉆具的標(biāo)準(zhǔn)化井下工具。該鉆具組合計(jì)劃用于老井側(cè)鉆。
結(jié)論
1）電鉆應(yīng)視為一種商業(yè)化鉆井方法，類(lèi)似于世界各地使用的轉(zhuǎn)盤(pán)鉆井方法和液動(dòng)鉆具鉆井方法。這點(diǎn)已為50年來(lái)在不同類(lèi)型的深井、直井和定向井中商業(yè)化應(yīng)用系列電鉆鉆進(jìn)1250萬(wàn)米進(jìn)尺的事實(shí)所證實(shí)；
2）基于井下電機(jī)的電鉆結(jié)合了轉(zhuǎn)盤(pán)鉆井和液動(dòng)鉆井的優(yōu)勢(shì)。在最佳鉆頭扭矩情況下有較大的調(diào)速范圍；與傳輸?shù)骄椎囊耗軣o(wú)關(guān)；可適用于各種鉆井清洗介質(zhì)；可在線控制鉆井；可有效實(shí)施控壓鉆井；
3）電鉆可有效用于復(fù)雜地層鉆井，可在高溫和高壓條件下鉆裂縫地層和斷層、長(zhǎng)水平井段（托壓、充氣泥漿）；
4）電鉆可配合帶預(yù)裝電纜的連續(xù)油管，用于小尺寸定向井、水平井和多分支井（側(cè)鉆井）鉆井。在連續(xù)油管鉆機(jī)實(shí)施電鉆不需要安裝常規(guī)鉆井井架和使用電纜鉆桿，使得電鉆技術(shù)有望在基于電纜鉆桿的電鉆之前推向市場(chǎng)；
5）電鉆重返鉆井市場(chǎng)可能會(huì)與俄羅斯引進(jìn)、部分國(guó)產(chǎn)化的高科技定向鉆井方法形成必要的競(jìng)爭(zhēng)，從而提高鉆井效率；
6）Новобур 已完成為相關(guān)的基礎(chǔ)研究，用于制定項(xiàng)目：配備電纜鉆桿的電動(dòng)鉆具、水平鉆井測(cè)試臺(tái)架和電動(dòng)連續(xù)油管的研發(fā)計(jì)劃。
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