钻柱扭摆钻井技术在大斜度井的应用探讨

钻柱扭摆钻井技术在大斜度井的应用探讨

李庆华

胜利工程公司沙特项目 SP58队

摘要：目前，在进行定向井和水平井钻井作业的过程中，其主要的钻井方式可以分为两种类型，一种是使用常规的旋转钻井技术，第二种是使用滑动式的钻井技术，这两种方法都是钻井作业的主要方式，且都具有成本较低的优点。但是，两种方法都存在一定的缺陷，在使用常见旋转钻井技术的过程中，水平井钻井轨迹难以控制，在使用滑动式钻井技术时，井下非常容易出现脱压问题，使得钻杆上的压力无法传递到钻头上，进而使得钻井速度大大降低，钻井作业的效率也会受到一定的影响。而钻柱扭摆钻井技术可以很好的克服两种钻井方式的缺陷，本次研究将从该种技术的控制系统选择出发，对其应用情况和应用效果进行介绍，为推动该种技术的进一步发展奠定基础。

关键词：定向井；水平井；钻柱扭摆钻井技术；应用效果

本文针对钻柱扭摆钻井技术在水平井中的应用情况，结合该种技术的发展现状，首先从硬件部分、软件部分以及工作原理3个角度出发，对钻柱扭摆控制系统选择进行详细介绍，以某区域的水平井为例，对其应用情况和应用效果进行分析，为该种技术的进一步发展奠定基础。

1钻柱扭摆控制系统选择

为了进一步提高水平井钻井作业的效率，同时，为了克服在水平井钻井作业过程中容易出现的各种问题，相关专家提出了钻柱扭摆钻井技术，该种钻井技术的控制系统可以选用Slid⁃er系统和ROCKIT系统，这是两种较为先进的控制系统，其中，Slider系统主要是通过控制顶驱的方式，使得定向井钻井作业的速度和轨迹得到控制，目前，该种控制技术已经得到了大面积的推广，在美国天然气井的钻探作业中，大约有超过800口气井采用了该种钻井方式，该种控制系统的应用效果相对较好，目前，的相关单位已经引进了该种控制技术，说明该种控制系统在已经有了应用基础，因此，本次研究将采用Slider控制系统。

1.1硬件部分

钻柱扭摆系统的硬件部分主要有三部分构成，分别是控制系统、交互界面以及各种类型的电缆，控制系统主要是与操作台相互连接，操作台会向顶驱发出钻井作业的相关命令，此时，顶驱会带动钻柱进行钻井作业，在实际应用的过程中，工作人员需要向操作台中输入命令。由于工作人员需要向硬件部分输入的指令相对较少，这说明钻柱扭摆系统具有很强的自动化水平，在一定程度上可以摆脱钻井过程中人为因素的干扰。

1.2软件部分

钻柱扭摆系统的软件部分主要由两部分构成，分别是交互软件和控制软件，交互软件安装在专门的交互系统中，控制软件安装在控制系统中，工作人员可以在控制软件中输入一定的控制参数。在进行实际作业的过程中，Slider系统将会对钻井作业的钻具进行速度控制和模式控制，但是工作人员需要在控制软件中输入相关参数的控制范围，进而使得钻柱可以在摩阻相对较小的前提下工作，同时，也可以保障井下的工具处于稳定的工作状态。

1.3工作原理

钻柱扭摆钻井技术属于滑动式钻井技术，在钻井作业的过程中，钻柱将会存在三种类型的摩阻状态区域，分别是处在地面区域、中部区域以及下部区域，在实际的钻井作业中，地面区域的摩阻主要指的是钻井作业的钻柱受到地面扭摆因素产生的摩阻，通过对该摩阻进行控制可以使得静摩擦力转化为动摩擦力，进而使得滑动钻井作业过程中钻柱的轴向摩阻大幅降

低。Slider系统在使用的过程中，可以通过调节顶驱的方式使得钻柱的扭摆得到控制，使得扭摆区域钻柱的长度增长，进而使得摩阻得到降低。井下钻柱在摆动过程中所产生的扭矩取决于工作人员对相关参数的设定，并不需要通过计算的方式进行获取。

2现场应用

2.1基本情况

某区域需要钻探一口水平井，水平井的相关轨迹参数如下表1所示。该油井属于典型的大斜度井，井深也相对较高，裸眼段的长度相对较长，在进行钻井作业的过程中，对钻井液密度的要求相对较高，在应用传统的滑动式钻井技术过程中，在造斜段位置处非常容易出现脱压现象，同时，进行钻井作业的实际效率相对较低。针对该口油井在钻井作业过程中存在的众多问题，油田单位的相关技术专家已经进行了深入研究，并进行了技术改进，研究和模拟发现，在对钻井技术进行轻微改动的前提下，钻井作业并没有得到好转，由于近几年来引进了钻柱扭摆钻井技术，因此，相关技术人员在该种油井上进行了技术尝试，在应用钻柱扭摆技术的过程中，控制系统使用的是Slider系统。

表1水平井的轨迹参数

2.2应用情况

在井下的4832.88～5035m的深度区域使用钻柱扭摆技术进行钻井作业，所使用的钻具为φ215.9mm的PDC、φ172mm的1.5°弯杆、φ165.1mm的钻铤、φ172mm的钻杆以及φ165.1mm的震击仪器。井斜为16.7°～54°。在使用该种类型的钻井技术之前，首先需要将钻头从井底提出，然后通过旋转钻具的方式，对空载情况下的扭矩进行测试，将空载值的50%作为钻井作业过程中扭矩的设定参数范围，在进行实际钻井的过程中，可以对其进行实时的调节，如果钻井作业的界面相对较为稳定，则可以尽可能的增大扭矩，同时，也需要增大扭矩区域的长度，进而使得摩擦力得到降低。本次实验扭矩的设定区间为2000～4000N·m，随着钻井深度的不断增加，可以通过对井下情况实时监测的方式，对扭矩进行调整，使得扭矩达到最佳数值。在本次实际应用的过程中，整个实验过程全程都有相关的专业人员进行监督，通过该种方式，不但可以防止在钻井作业过程中出现意外问题，同时，也使得油田单位更多的工作人员了解和学习该种先进的钻井技术，为该种钻井技术在本油田单位内的推广和应用奠定了基础。

2.3应用效果

通过应用该种钻井技术，井下的工具面相对较为稳定，且调整工具面的速度相对较快，井下的脱压问题得到了一定的改善，钻井的压力基本维持在70～80kN，通过对钻柱扭摆钻井技术和常规的滑动钻井技术进行对比可以发现，在井深4840～4870m的范围内，如果使用钻柱扭摆技术，则在该口油井中的钻井作业时间需要36.5min，如果使用常规的滑动钻井技术，则在该口油井中的钻井时间需要44.5min，证明使用钻柱扭摆钻井技术时，钻井作业所需要的时间可以大大缩短，钻井速度提高了18%。由于钻柱扭摆钻井技术在应用的过程中，不但可以避免在水平井中出现脱压问题，同时，还可以大大缩短钻井作业所需要的时间，由此可见，这是一种较为先进的钻井技术，未来需要在各个油田单位内大力推广该种技术。

3结语

通过本次研究可以发现，对于水平井钻井作业而言，传统的作业方式存在较大的缺陷，为了推动水平井钻井技术的进一步发展，需要对钻井技术进行一定的改善，而钻柱扭摆钻井技术就属于一种适用于水平井的钻井技术，应用该种技术的过程中需要对硬件部分和软件部分进行合理的设定，如果相关参数设定合理，不但可以克服传统技术存在的不足，而且还可以使得钻井效率得到大幅提升。

参考文献：

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[2] 韩烈祥,张继川,刘伟.PIPEROCK钻柱扭摆系统应用评价[J].天然气工业,2018,38(11):79-84.

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