现代导向钻井技术的新进展及发展方向
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摘要：论文以克拉玛依准噶尔盆地油田为例，阐述了导向钻井技术其进展历程，采用旋转导向钻井，其极限能够达到15KM，井深轨迹平滑、钻井周期短、钻井效率高、钻头进尺多、钻速高、而且扭阻与摩阻小，可以说旋转导向钻井是现代导向钻井技术的发展方向。
关键词：随钻测量；地质导向钻井；旋转导向钻井；导向钻井技术
中图分类号：TE22 文献标识码：A文章编号：
钻井的目的是开发油气藏、进行地质评价，钻井是一个利用钻机设备破碎地层形成井筒的工艺过程。克拉玛依油田位于我国新疆地区，主要任务是进行准噶尔盆地的地油气资源的销售、集输、开发勘探等业务。准噶尔盆地储存油气资源丰富，具有极大潜力，拥有广阔的勘探前景。克拉玛依市位于准噶尔盆地的西北，市内公路网发达，交通十分便利。其中，位于准噶尔盆地的莫171井是克拉玛依油田的勘探评价井，该井环境存在底水的可能性较大，因此，在进行水平段钻进时，引入了旋转导向技术，该技术与传统的滑动导向钻井相比较，位移延伸能力强、井身轨迹精度控制性高、净化井眼效果好。通过钻井导向技术的运用，为克拉玛依油田复杂油气藏的勘探与开发提供了技术支持。在上个世纪九十年代，现代导向钻井技术诞生，伴随钻井技术的不断发展，形成了一项高新科技尖端技术，那就是旋转导向钻井技术，该技术所涉及学科广泛，导向钻井由MVVD、导向动力钻具、高效能钻头组成，导向钻井系统是在其基础上再辅之计算机软件而构成的。按照导向工具进行划分，导向钻井技术可分为旋转导向钻井和滑动导向钻井，文章主要围绕旋转导向钻井进行论述。在进行旋转导向作业时，随着钻头的转动，钻柱也发生旋转，具有井眼清洗效果好等特点。
导向钻井技术现状与进展
1.1旋转导向钻井技术
采用转盘旋转钻柱进行钻进时，井身轨迹平滑、建井周期短、钻井效率高、钻头进尺多、钻进成本低、钻速高。伴随多分支井、大位移井、水平井等结构复杂井的开采，上世纪九十年代就诞生了旋转导向钻井技术。
1.2滑动导向钻井技术
因为随钻测量系统可以将方位角、井斜角等描述井身几何轨迹的参数传送到地面，实现了钻头方向的可调。在上世纪八十年代，导向钻井的关键技术就是滑动导向钻井技术。但是，滑动导向钻井技术存在着一些不足，在降低进尺成本、提高钻速的同时，会造成马达断脱或严重磨损等事故发生。随着，人们对资源的需求量的增加，因油气藏地质、环境等问题，勘探、开采的难度不断增大，滑动钻井技术已经不能胜任现代导向钻井的任务，人们逐渐将目光转向了旋转导向钻井技术。在进行滑动钻井时，人们为了克服井身轨迹难以控制、成本较高、钻速低、粘滑卡阻严重、净化井眼效果不佳、扭阻及摩阻偏大等不利因素，同时使用了转盘法配合滑动钻井进行交替钻进。但是这中交替钻进的方法并未使问题得以改善。反而降低了钻井效率、增加下钻次数，从而引发涡动、粘滑、井身质量差、井身轨迹缺少平滑、井眼方位不稳定等故障。采用滑动钻井技术进行钻进时，井深大于临界井深度四千米时，就难以连续、均匀滑动或者不能滑动的状况，使滑动钻进成为困难。这时由于钻柱在钻进时向下滑动，降低了旋转钻头有效功率，降低了钻头有效钻压，摩阻大，从而降低了钻速。滑动导向钻井的缺点还体现在水平井大位移井或大角度斜井中，岩屑床存在与井眼底边，既导致了井眼净化不佳，又增加了井壁与钻柱的摩阻。往往还会发生钻柱不旋转的现象，钻柱因与井壁贴靠的缘故，因此产生较大摩阻。而且，摩阻随着导向钻具弯角的增大而增加。
1.3井底动力经验钻井技术
钻定向井技术应用涡轮钻具将定向斜井钻出，有限陀螺测斜仪与测性多点测斜仪的发展，也奠定了定向下钻技术的成功。定向钻井技术被称为井底动力钻井经验预测定向钻井法，因为井身轨迹信息来自于钻后。
1.4转盘经验钻井技术
该技术的应用年代在上世纪二十年代末期，钻井者依靠变化钻压转速参数、下部钻具组合结构以及自身的经验，来对钻头造斜效果进行预测。通过经验来预测造斜定向效果，例如：在钻进一段后，将转速、钻压、钻具组合结构进行改变，然后继续钻进，再起钻测斜。
导向钻井技术发展方向
2.1控制旋转导向钻井理论
控制现代导向钻井技术的发展可通过：a在进行旋转导向钻井时，研究钻柱力学的求解方法、模型以及理论；b设计自主式旋转导向钻井系统时，可采用自主制导理论；c控制指令的设计，可按照地面向井下传达下行指令的原理，其设计能够使旋转导向工具通过指令发生动作；d要想解决超调、大滞后、不确定性因素等复杂性的问题，可采用旋转导向智能控制理论来解决；e待钻井身与已钻井身之间所存在的偏差可采用旋转导向矢量控制理论进行调控。
2.2新型旋转导向钻井工具的开发
在推靠钻头旋转导向工具的基础上，又研发出定向钻头，与推靠钻头导向原理不同，定向钻头可以使钻头定向造斜，其难于在直井防斜，在井斜较大的情况下可降低斜度，而在井眼井斜度为5度以上，可稳斜、增斜。定向钻头旋转导向钻井工具如图所示。
图定向钻头旋转导向钻井工具
2.3旋转导向钻井系统的完善
通过以下措施可以使旋转导向钻井系统其功能更加完善。①软件系统，在实际钻井工作中，旋转导向钻井系统中包括了可视化和导向闭环钻井系统软件、控制旋转导向工具专用软件、调正井深轨迹的设计软件、预置井身轨迹设计软件等。②地面监控系统，旋转导向钻井系统中，地面监控系统分别由智能决策支持系统、地面计算存储分析模拟系统以及传输和接收信号的子系统组成。从地面将控制指令发送到井下，是该系统所具有的关键性技术，通过闭环信息流可监视并调控井身轨迹。③井下与地面双传输通讯系统，目前主体技术体现在无线泥浆脉冲双向传输系统，但该系统存在着一定的局限性与滞后性。④随钻实时测量参数系统，其中包括有随钻工程参数、随钻地震等评价参数、随钻测井、随钻地层评价、随钻井身几何参数等实时信息技术。随钻测井已有声波、密度、中子、电阻率的等多联随钻测量仪；随钻声波和随钻压力等测量技术也得到了很好的发展，随钻地震技术也逐渐迈向多元化。④为了能够实现在苛刻、恶劣工况的复杂井下环境顺利进行钻进作业，现代旋转导向钻井技术的技术指标也在不断提升。
结束语
通过文章的分析，我们可以了解到旋转导向钻井技术指出了现代导向钻井的发展方向，克拉玛依油田属于分支井、大位移井、丛式井，旋转导向钻井技术的应用给克拉玛依油田的勘探与开发提供了技术保障。随着随钻参数测量传输、随钻地震、随钻测井等技术的出现，也发展了旋转导向钻井的相关配套技术。现代导向钻井技术是设计了数学、力学、计算机、自动化、机电仪表、钻井等多元化、多学科的高科技系统工程，该技术的完善推动了社会经济更加稳步发展。
参考文献
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