國貨大器晚成 ——國產(chǎn)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向與隨鉆測(cè)井工具
時(shí)間：2016-08-05 11:14
來源：
作者:和鵬飛 冷雪梅 /
旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)是 20世 紀(jì) 90 年 逐 步 發(fā) 展起來的新一代智能鉆井系統(tǒng)，通過整個(gè)鉆具管柱的全旋轉(zhuǎn)模式，高效控制井眼軌跡，避免傳統(tǒng)井下動(dòng)力鉆具滑動(dòng)定向帶來的粘卡、效率低等問題，有效提高了鉆井效率和井眼軌跡質(zhì)量。隨鉆測(cè)井工具的配套加入，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)過程中的儲(chǔ)層認(rèn)識(shí)，通過實(shí)時(shí)測(cè)井資料與油藏決策人員的互動(dòng)，將鉆井的界面從傳統(tǒng)的單一厚層水平井，逐漸擴(kuò)展到薄儲(chǔ)層、超薄儲(chǔ)層的開發(fā)，有效實(shí)現(xiàn)底水油藏、邊水油藏的開發(fā)。開發(fā)井型也從簡(jiǎn)單二維井發(fā)展到超深井、高難度定向井、水平井、大位移井、水平分支井。旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向和隨鉆測(cè)井工具的使用讓鉆井行業(yè)實(shí)現(xiàn)了時(shí)代的跨越，井下事故與鉆井成本隨之降低。
國外旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向帶來的效益
20 世紀(jì) 90 年代中期，在跟蹤調(diào)研國外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，國內(nèi)少數(shù)研究機(jī)構(gòu)開始進(jìn)行這一方面的研究工作，但與國外水平相比存在相當(dāng)大的差距，更沒有形成應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)的能力，根本無法滿足越來越嚴(yán)峻的油藏開發(fā)形勢(shì)和越來越苛刻的油藏開發(fā)地質(zhì)條件的要求。2000 年， 斯 倫 貝 謝 的PowerDrive SRD 系統(tǒng)引入中國，在設(shè)計(jì)井深 8,800m、水平位移超過7500m 的南海西江油田 XJ24—3—A18 井 6,871~8,610m 井 段 中 成功應(yīng)用，大大提高了井身質(zhì)量，避免了 6,871m 以上井段用滑動(dòng)鉆井方式多次出現(xiàn)的斷馬達(dá)事故，提高了鉆井效率和效益。盡管該工具的日租金高達(dá)數(shù)萬美元，但總體上仍節(jié)約了500萬美元的鉆井作業(yè)費(fèi)用，而油田開發(fā)和后續(xù)完井、采油作業(yè)帶來的間接經(jīng)濟(jì)效益更遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了直接經(jīng)濟(jì)效益。為打破國外技術(shù)壟斷，降低鉆井作業(yè)費(fèi)用，國內(nèi)學(xué)者也對(duì)該技術(shù)進(jìn)行了攻關(guān)研究。在“十五”期間，中海石油研究中心聯(lián)合西安石油學(xué)院、中油集團(tuán)勘探開發(fā)研究院、西南石油學(xué)院、中海油田服務(wù)有限公司、中海油天津分公司等單位，承擔(dān)了國家 “863 計(jì)劃” 研究項(xiàng)目和 “可控三維軌跡（閉環(huán)）鉆井技術(shù)”的課題，研發(fā)了國內(nèi)第一套具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)，并進(jìn)行了陸地和海上現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，取得初步效果。2014 年 11 月 18 日，中海油服公司自主研發(fā)的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井和隨鉆測(cè)井系統(tǒng)首次聯(lián)合完成海上作業(yè)。
國產(chǎn)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向與隨鉆測(cè)井系統(tǒng)
2015 年國際原油價(jià)格一路走低，為應(yīng)對(duì)這種形勢(shì)，渤海油田提出“降本、增效”主題思路。國產(chǎn)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向及隨鉆測(cè)井系統(tǒng)在調(diào)整井的應(yīng)用技術(shù)便是在鉆完井的主要降本措施。渤海所用國產(chǎn)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向和隨鉆測(cè)井系統(tǒng)是中海油服公司自主研 發(fā) Welleader 和 Drilog 系 統(tǒng)。Welleader 是以渦輪發(fā)電機(jī)供電，采用推靠式工作原理，可實(shí)現(xiàn)精度近鉆頭井斜連續(xù)測(cè)量，通過地面程控分流指令下傳，狗腿度控制能力為 6°/30m。Drilog 隨鉆測(cè)井儀器是具備定向測(cè)量，可測(cè)量電阻率 /自然伽馬的隨鉆測(cè)井系統(tǒng)。Drilog 和 Welleader 系統(tǒng)構(gòu)架由嵌入式地面系統(tǒng)、 地面系統(tǒng)軟件、地面儀器工作間、MWD 子系統(tǒng)、井下儀器控制器短節(jié)、電阻率伽瑪測(cè)井儀、渦輪發(fā)電機(jī)、有線柔性短節(jié)、導(dǎo)向力控制單元等部件組成。Welleader 為推靠式導(dǎo)向系統(tǒng)，有三個(gè)獨(dú)立推靠翼肋，產(chǎn)生合成導(dǎo)向力矢量。 通過井下渦輪發(fā)電機(jī)供電，非接觸滑環(huán)傳輸，并由電機(jī) - 液壓泵 - 缸壓閉環(huán)驅(qū)動(dòng)控制。Drilog 內(nèi)部的 MWD 系統(tǒng)有液壓推動(dòng)式脈沖器和控制器。脈沖器通過蘑菇頭和限流環(huán)配合，產(chǎn)生泥漿脈沖，實(shí)現(xiàn)LWD 數(shù)據(jù)接收、編碼和脈沖器驅(qū)動(dòng)等功能；其定向測(cè)量的定向探管通過 3 軸磁通門 +3 軸加速度計(jì)測(cè)量，解算獲得井斜、方位、工具面；隨鉆測(cè)伽馬及電阻率是一體化的雙參數(shù)隨鉆測(cè)井儀，可進(jìn)行電磁波電阻率和自然伽馬測(cè)量。
“國貨”的實(shí)地應(yīng)用與改進(jìn)
2015 年 8~9 月 Welleader 在渤 海 油 田 1 口 領(lǐng) 眼 井、3 口 水 平井、2 口水平井水平段中應(yīng)用，總進(jìn) 尺 3,837m。Welleader 實(shí) 地 表現(xiàn)如下：工具平均使用的導(dǎo)向力為30%，達(dá)到了設(shè)計(jì)造斜率 3°/30m的要求。Welleader 造斜過程中造斜率表現(xiàn)穩(wěn)定，砂巖、泥巖中造斜率表現(xiàn)差異較小。近鉆頭測(cè)量數(shù)據(jù)與 MWD 靜止測(cè)量數(shù)據(jù)一致性高，能準(zhǔn)確的反應(yīng)實(shí)時(shí)造斜率的情況。該系統(tǒng)采用旁通機(jī)構(gòu)的指令發(fā)送方式， 工作期間受外界環(huán)境干擾較小，易于操作?，F(xiàn)場(chǎng)作業(yè)過程中，指令下傳達(dá)到 100% 成功。隨 鉆 測(cè) 井 工 具 Drilog 表 現(xiàn) 如下：?jiǎn)未螠y(cè)斜持續(xù) 3.5 分鐘，期間測(cè)斜靜止等待期間為 1.5 分鐘。受傳輸速率影響，單次測(cè)斜停留時(shí)間為 4.5 分鐘，期間測(cè)斜結(jié)果成功率較高，MWD 測(cè)斜數(shù)據(jù)與 SLB 測(cè)斜數(shù)據(jù)對(duì)接無差別。內(nèi)存上交數(shù)據(jù)質(zhì)量好， 曲線對(duì)不同巖性的響應(yīng)準(zhǔn)確，與斯倫貝謝測(cè)井曲線對(duì)比一致性高。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同樣受傳輸速率影響，數(shù)據(jù)點(diǎn)相對(duì)較少，在實(shí)鉆過程中需控制機(jī)械鉆速小于 70m/h。在實(shí)際應(yīng)用 Drilog 和 Welleader系統(tǒng)過程中發(fā)一些問題，有待改良完善。井下工具的指令接收問題，實(shí) 際 作 業(yè) 中 Welleader 指 令 發(fā) 送成功率高，但是在目前傳輸速率下每次發(fā)送指令到數(shù)據(jù)回傳確認(rèn)時(shí)間間隔過長，達(dá)到 5.0 分鐘以上，期間 MWD 停止工作，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸中斷。此外，進(jìn)行低泵沖試驗(yàn)后，回傳數(shù)據(jù)顯示工具指令為工具關(guān)閉狀態(tài)，需要重新發(fā)送作業(yè)指令；內(nèi)置電池時(shí)長問題，目前該系統(tǒng)測(cè)井方 面 數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 仍 是 鋰 電 池 供 電，Drilog 工具耗電量過大，全新的DBC 電 池 組（52A-H) 在 井 下 大約可工作 150.0 小時(shí)；地面下載測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)時(shí)間較長，斯倫貝謝測(cè)井工具井下 24.0 小時(shí)左右的測(cè)井內(nèi)存數(shù)據(jù)，在工具起出井口后需要下載0.75 小時(shí) ~1.0 小時(shí)左右，而國產(chǎn)Drilog 相當(dāng)內(nèi)存量數(shù)據(jù)下載用時(shí)約3.5 小時(shí)。國產(chǎn)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向和隨鉆測(cè)井系統(tǒng)在渤海深層側(cè)鉆調(diào)整井的應(yīng)用，提出了低油價(jià)行情下的降本新舉措，在實(shí)現(xiàn)全旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的同時(shí)，降低定向井工具費(fèi)用，具有較大的應(yīng)用前景。目前國產(chǎn)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向和隨鉆測(cè)井系統(tǒng)仍處于初步應(yīng)用階段，雖然總體完成作業(yè)任務(wù)，但尚有通訊以及配套設(shè)備等需要改進(jìn)，持續(xù)改進(jìn)所產(chǎn)生的提效空間仍然充足。
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