定向钻井电控式扭矩离合控制工具研制与应用.pdf
《定向钻井电控式扭矩离合控制工具研制与应用.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《定向钻井电控式扭矩离合控制工具研制与应用.pdf(6页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第 46 卷 第 3 期Vol.46 No.3钻 采 工 艺DRILLING&PRODUCTION TECHNOLOGY 基金项目:中国石油长城钻探工程有限公司十四五重点科研项目“钻完井新工具、新工艺攻关与试验”编号:GWDC202101-06(01)。作者简介:徐涛(1985-),高级工程师,中国石油集团青年科技人才,2011 年毕业于西南石油大学机械设计及理论专业,现从事钻完井新工具、新工艺的设计研发工作。地址:(124010)辽宁省盘锦市,电话:13604276584,E-mail:284623673 钻井工艺定向钻井电控式扭矩离合控制工具研制与应用徐 涛,效世杰,白冬青,石 林,焦 杨
2、,刘平全,吕 楠中国石油长城钻探工程有限公司工程技术研究院 摘 要:旋转导向工具由于尺寸大,在钻井过程中井壁不稳定时容易发生卡钻、埋钻等复杂故障,处理难度大,现场应用受到一定限制。针对这种情况,文章研究了一种适用于定向钻进过程中的电控式扭矩离合控制工具。该工具在定向过程中可以将下部钻具与上部钻具的扭矩进行分离,实现上部钻具随钻盘低转速旋转送钻,下部钻具与螺杆工具配合滑动定向钻进。该工具由两部分组成:地面信号下传单元和井下信号接收及离合控制单元。井下信号接收及离合控制单元安放在近钻头位置,地面信号下传单元通过钻井液将信号传递到井下,离合控制单元接收指令后,用电液控制方式执行钻柱扭矩分离与结合动作
3、。该工具使用的关键点是安放位置和反扭矩的控制,通过对下部钻具摩阻扭矩的分析,运用 Landmark 软件计算工具安放位置,抗反扭矩工具可抵抗并吸收螺杆钻具的反扭矩。现场应用表明,该系统可有效缓解托压,降摩减阻,稳定工具面,提高钻压传递效率,较大幅度提高机械钻速,实现低成本代替旋转导向工具,具有广阔应用前景。关键词:定向钻进;近全程旋转控制;电控式;离合控制单元;缓解托压;降摩减阻DOI:10.3969/J.ISSN.1006-768X.2023.03.01引用格式:徐涛,效世杰,白冬青,等.定向钻井电控式扭矩离合控制工具研制与应用J.钻采工艺,2023,46(3):43-48XU Tao,XI
4、AO Shijie,SHI Lianhai,et al.Research and Application of ElectricallyControlled Torque Clutch Control Tool for Directional DrillingJ.Drilling and Production Technology,2023,46(3):43-48Research and Application of Electrically Controlled Torque Clutch Control Tool for Directional Drilling XU Tao,XIAO S
5、hijie,BAI Dongqing,SHI Lin,JIAO Yang,LIU Pingquan,LV NanEngineering Technology Research Institute,CNPC Great Wall Drilling Company,Panjin,Liaoning 124010,ChinaAbstract:At present,due to the large size of the rotary steerable tool,complex situations such as drill sticking are prone to occur,and its f
6、ield application is limited to a certain extent.This paper innovatively proposes an e-lectronically controlled torque clutch control tool suitable for directional drilling,which separates the torque of the lower drilling tool from the upper drilling tool during directional operation,and realizes tha
7、t the upper drill tool rotates with the low speed of the rotatory table to bit feed,and the bottom drill tool and the screw are combined with sliding directional drilling.The control system consists of two parts:surface signal transmission unit,down-hole signal receiving and clutch control unit,whic
8、h is placed near the drill bit.The surface unit transmits the sig-nal to the well through the drilling fluid,when the downhole unit receives the command,the electro-hydraulic control method is used to perform the torque separation and combination actions of the drill string.The key point of this tec
9、hnology is the control of tool placement position and reaction torque.Through the three-dimensional a-nalysis of the frictional torque of the lower drilling tool,the tool placement position is calculated by Landmark software,and the anti-torsion joint is connected to resist and absorb the reaction t
10、orque of the screw drilling tool.Field application shows that this technology can relieve back pressure,reduce friction and drag,improve bit pres-sure transmission efficiency,stabilize tool face,greatly increase ROP,realize the low-cost replacement of rotary 34 钻 采 工 艺DRILLING&PRODUCTION TECHNOLOGY2
11、023 年 5 月May 2023steering tool,and has broad application prospects.Key words:directional drilling;near full rotation control;electric control type;clutch control unit;reduce backing pressure;reduce friction and drag0 引言在大位移井、水平井中,采用螺杆钻具定向滑动钻井时由于井下摩阻扭矩大易引起托压,钻压不能有效传递至钻头,定向钻进困难1;旋转导向工具在井壁不稳定的地层中钻进时存在卡
12、钻、埋钻风险,对井下工况要求严格2,且使用成本高;顶驱扭摆技术的降摩阻效果随着井深增加而不断衰减3。操作方便、工程风险较低、价格低廉的替代工具被期待。近几年,结合滑动导向工具和旋转导向工具的优缺点,国内外兴起了半程旋导类工具的前沿技术公关。加拿大 CT energy 公司开发的纯机械式液力离合器,即 Hydro Clutch 工具 4,通过转盘转速和钻井液排量来控制钻柱扭矩的离合,但工具本身存在 5 7 MPa 的压耗,接入该工具将导致循环总泵压偏高,现场无法接受,因此应用受到一定程度限制。国内半程旋导技术处于研发阶段,西南石油大学进行了初步理论分析研究、样机研制和室内试验5;2020 年以来
13、各油田公司及钻探公司先后开展了 Hydro Clutch 类的离合工具的研制。本文提出了一种电控式扭矩离合控制工具,采用旋转导向式的信号下传与接收方式,用电液控制技术实现井下扭矩的离合。与 CT energy 公司开发的纯机械式 Hydro Clutch 工具相比,自动化程度高,操作简单,工具本身无压耗,可与常规动力钻具、MWD/LWD等配合使用。该工具与旋转导向相比,具有良好的经济性和实用性,适用于国内常规导向钻井市场。1 钻柱近全程旋转控制技术1.1 技术原理该工具由两个部分构成:地面信号下传单元、井下信号接收及离合控制单元,如图 1 所示。将信号接收及离合控制单元安装在螺杆上端一定距离处
14、,采用钻井液分流式信号下传,地面发出一组一定时间间隔的流量负脉冲信号,下传至井下接收及控制离合单元,井下仪器接收流量及转子转速变化信号后,用电液控制技术实现井下扭矩的离合,离合状态可随时发送信号切换。扭矩离合的工作状态可通过转盘前后扭矩的变化和 MWD 工具面进行综合判断。图 1 钻柱扭矩离合式轨迹控制技术原理图1.2 地面信号下传单元地面信号下传单元由上位机、信号下传装置、高压管线等组成。信号下传单元采用流量下传。信号下传装置经由高压管线安装在立管处,通过装置内的分流阀规律性对入井泥浆进行分流,向井下传输一串钻井液负脉冲信号。1.3 井下信号接收及控制离合单元井下接收及控制单元由信号接收总成
15、和离合执行机构组成。信号接收总成接收到地面钻井液传递的指令后,驱动离合执行机构实现扭矩的分开与接合。当井眼轨迹需要定向滑动钻进时,地面发出分开指令,井下接收及控制单元控制钻柱处于上下扭矩分离状态,如图 2(a)所示,通过控制转盘低转速旋转,观察转盘扭矩,小钻压送钻,观察工具面是否稳定。若工具面稳定,证明钻柱扭矩离合工具处于离开状态则可逐渐提高钻压、开钻盘旋转钻柱进行定向钻进。定向作业完成后,地面发送一组钻井液负脉冲信号,井下扭矩离合工具执行啮合动作,钻柱处于上下一体状态,钻柱进行全程旋转复合钻进,如图 2(b)所示。2 关键技术研究2.1 信号下传与接收技术借鉴旋转导向信号下传方式,采用气动分
16、流器通过三通规律性分流钻井液,如图 3 所示,将信号下传至井下电液控单元,电液控单元设有转子组件,根据涡轮转速变化实现信号的接收,如图 4 所示。同时,借鉴 MWD 测斜仪器的唤醒信号下传模式,通过一组一定时间间隔的变流量信号,将信号下传至井下电控单元。44第 46 卷 第 3 期Vol.46 No.3钻 采 工 艺DRILLING&PRODUCTION TECHNOLOGY 图 2 钻柱扭矩离合式轨迹控制技术工艺流程图图 3 分流器实物图图 4 转子组件结构图2.2 反扭矩控制方法当扭矩离合工具处于离开状态时,上下钻柱扭矩分离,有效平衡井下动力钻具的反扭矩是工具正常应用的关键。目前,一种方法
17、是通过近钻头端的一定长度的管柱(如 300 m 钻柱)与井壁间的摩擦扭矩来抵抗反扭矩6,但该方法要求离合工具放在距离钻头较远处,影响工具的使用效果。另一种方法是在扭矩离合工具下端设置防扭短接,短接可伸出支撑臂或活塞爪嵌入井壁来增加周向阻尼,防止下部钻柱旋转,该方法的缺点是活塞爪虽能最大限度防止钻柱旋转,但增加了送钻阻力,不利于钻压的传递。本文创新提出通过机构吸收螺杆钻具突增的反扭矩,与开启式抗反扭矩工具提供的摩擦扭矩叠加起来共同作用来克服螺杆反扭矩。2.2.1 开启式抗反扭工具在离合机构分离状态下,该工具通过开启压差反馈装置,利用工具内与环空压差,推动支撑臂的伸出,支撑井壁克服螺杆反扭距。支撑
18、臂带有滚柱结构,可减小送钻阻力,扭矩输出值可通过泵压进行调整。开启式抗反扭矩工具实物如图 5 所示。图 5 开启式抗反扭矩工具实物图2.2.2 反扭矩吸收机构在钻压突然增大时,螺杆钻具的反扭矩会陡增并沿钻柱向上传递,反扭矩吸收机构将这部分扭矩吸收并转换成直线动量,并将动量储存在碟簧内。反扭矩吸收机构主要由吸扭外筒、密封组、中心筒、碟簧组、下接头组成。下接头本体设置六头斜向外螺纹,如图6(a),螺纹牙型进行了特殊加宽。保证下接头和吸扭外筒进行螺纹配合且存在一定轴向和径向活动量,如图 6(b)所示,可持续吸收波动反扭矩,达到缓冲减震、稳定工具面的目的。图 6 反扭矩吸收机构结构示意图3 工具安放位
19、置分析3.1 钻具摩阻扭矩计算方法从某种意义上说,钻柱近全程旋转控制技术是顶驱钻柱扭摆技术的一个延伸技术。可通过顶驱钻柱扭摆技术工艺研究整个管柱的作用状态,如图 7,管柱状态分为三个作用区,即上部顶驱扭摆作用区,中部钻柱不旋转区和下部螺杆反扭矩作用区。当扭摆启动时钻柱扭矩趋势从井口沿钻柱向下递减,最终传递到 A 点,A 点管柱周向处于静止状态,称为扭摆前沿。在水平段定向钻进时,螺杆钻具带动钻头切削岩石产生的反扭矩沿底部钻具向地面传递至 B 点,B 点管柱54 钻 采 工 艺DRILLING&PRODUCTION TECHNOLOGY2023 年 5 月May 2023周向处于静止状态,B 点处
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 定向 钻井 电控式 扭矩 离合 控制 工具 研制 应用
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。