弯角马达工具面动态控制系统研制及试验

常规方法调整弯角马达工具面时作业效率低,易发生工具面漂移、托压等复杂情况。基于顶驱和MWD系统研制了一套弯角马达工具面动态控制系统,该系统可自动判断工具面偏移情况并发送指令至顶驱定位系统,实现连续滑动钻进过程中对工具面的实时监测和自动控制。仿真测试及现场试验结果表明,所研制的弯角马达工具面动态控制系统具有良好的快速响应及稳定性,滑动钻进时工具面可控制在目标值±10°范围内,具有较好的现场应用价值。     

基于顶部驱动的滑动钻井导向控制技术

将北京石油机械厂顶驱的主轴旋转定位技术与MWP随钻测量仪相结合,设计并实现了基于顶部驱动钻井和井下动力钻具组合的顶驱滑动钻井导向控制系统。该系统由顶部驱动钻井装置、人机交互界面、井下动力钻具以及MWD随钻测量工具等4部分组成,将顶驱和井下动力钻具相结合,实现对旋转钻柱包括转速、转向、角度在内的完全控制,并可根据井下实时反馈的井眼轨迹信息,实现滑动钻井之前工具面的设置以及滑动钻进过程中工具面的实时监控和动态调整。内蒙SNO116-19H定向井项目的实际应用结果表明,该技术能够显著提升定向井钻进作业的整体时效和井眼质量,同时也为导向钻井的闭环控制和自动化控制奠定了基础。     

摇摆旋转钻具解决定向钻井托压难题

定向钻井过程中,滑动钻进托压、马达工具面调整和保持困难,始终是影响滑动钻进机械钻速的主要问题。为了解决这些问题,一种新的基于顶驱的控制系统已完成室内试验。该系统配有一个可编程控制器,接收控制顶驱所需的MWD、钻杆扭矩、立管压力、大钩悬重等多个传感器数据。依据定向钻井控制流程,对顶驱进行程控编程,控制顶驱精确转动调整和保持工具面;运用扭矩摇摆技术顺时针逆时针交替旋转钻具,降低井眼摩阻,解决滑动托压,提高机械钻速。类似的控制系统应用证明,该系统用于滑动钻进非常有效,能显著提高造斜段和水平段的钻进能力,适用于难度较大的定向井和水平井的钻井作业。     

定向滑动钻进控制系统与控制方法研究

针对螺杆钻具在定向钻井过程中由于井眼摩阻大所导致的工具面调整困难和滑动钻进托压问题,利用顶驱精确定位和左右旋转的特点,研究开发基于顶驱可编程控制器(PLC)和传感器于一体的滑动钻进控制系统。本文深入研究和分析了钻具滑动前后摩擦力的变化规律和控制扭矩旋转钻具减小井眼摩阻的方法。通过5个传感器的实时数据采集,依据定向工程师的经验和推理方法,将其转换为计算机可以执行的控制程序,建立以PLC为核心的人机控制界面,PLC计算调整工具面所需的旋转角度,将工具面准确调整到设计的工具面角度;根据大钩悬重和压差?P判断托压,出现托压时PLC计算不改变工具面的旋转扭矩,以计算的扭矩为限值左右旋转钻具减小井眼摩阻,直到压差?P0,解决滑动托压。研究表明,新方法能大幅减小井眼摩阻,提高机械钻速;其方法是目前解决螺杆钻具滑动钻进最有效的控制方法。     

扭矩摇摆技术研究现状

滑动钻进托压、马达工具面调整和保持困难是影响定向钻井机械钻速的主要问题,解决上述问
题有多种方法,水力振荡器和旋转导向系统是很好的选择。考虑到成本和其它因素,一种正在研发的基于顶
驱的地面控制系统能有效解决上述问题。该系统采用一个可编程控制器,接收ＭＷＤ、钻杆扭矩、立管压力、大
钩悬重等多个传感器数据,依照定向钻井控制流程,对顶驱进行程控编程,分析传感器数据,输出控制参数,控
制顶驱精确转动,调整和保持工具面;运用扭矩摇摆技术顺时针逆时针交替旋转钻具,降低井眼摩阻,解决滑
动托压,提高机械钻速。该系统用于滑动钻进非常有效,能显著提高斜井段和水平段的钻进能力,适用于难度
较大的定向井和水平井的钻井作业。     

认识控制扭矩是改善定向滑动钻井的关键

20 0 4 0 3 0 2 ,在美国Texas州Dallas市召开的SPE钻井技术会议上,美国Nobel公司宣读一篇题为“认识与控制扭矩是定向滑动钻进的关键”的论文。该公司在钻机上安装1套“扭矩自动控制系统”,进行钻井地面技术整合及MWD数据的处理,从而达到增加机械钻速及增加水平段钻进能力;钻进时进行工具面的修正;提高井眼轨迹质量;延长井下马达寿命;工具面快速与精确定向;迅速进行滑动与旋转钻进的转换。该系统是由软件与硬件组成,硬件部分为液压动力旋转器,安装在钻机顶驱上,其基本原理是根据各个传感器所获得的数据,根据滑动钻进时钻具每一旋转周期…     

认识与控制扭矩是改善定向滑动钻井的关键

今年3月2日在美国Texas州Dallas市召开的SPE钻井技术会议上,美国Nobel公司宣读一篇题为“认识与控制扭矩:定向滑动钻进的关键”的论文(SPE/IADC 8716 2 )。该公司在钻机上安装了一套扭矩自动控制系统,进行钻井地面技术整合及MWD数据的处理,从而达到以下目的:增加机械钻速及增加水平段钻进能力;钻进时进行工具面的修正;提高井眼轨迹质量;延长井下马达寿命;工具面快速与精确定向;迅速进行滑动与旋转钻进的转换。这套扭矩自动控制系统由软件与硬件组成,硬件部分为一液压动力旋转器,安装在钻机顶驱上。其基本原理是根据各个传感器所获得…     

钻井工程风险评估与控制系统的设计与软件研发

为了提高国内钻井风险评估水平、缩小与国外的技术差距,开发了一套集“钻前风险预测、钻进风险监控、钻后风险总结”于一体的钻井工程风险评估与控制系统,并完成了相关的软件研发。该系统包括5个子系统:含不确定度钻井地质力学参数钻前描述及随钻更新子系统、钻前工程设计风险评估与控制子系统、钻井作业过程动态风险评估与控制子系统、钻后工程风险总结与分析子系统以及钻井工程风险数据库子系统。该软件可以实现对井下复杂与事故的钻前工程风险预测和钻进过程中的工程风险监测以及钻后的风险总结,为钻前优化钻井工程设计方案、钻中规避钻进过程中的工程风险和后期待钻井工程设计方案的优化制定提供技术指导和科学依据。     

顶部驱动系统在苏丹钻井作业中应用

钻井顶部驱动系统(简称顶驱系统)即在钻柱顶部提供旋转动力代替常规转盘旋转,完成钻井作业的系统。河南油田引进的钻井顶部驱动系统系由美国Varco公司生产,主要包括:顶驱主机TDS-9S, 控制系统VEH, VDC司钻台、电缆以及动力源系统,见图1。     

基于静摩擦扭矩释放的快速滑动定向钻井技术

由导向马达、随钻测量系统构成的滑动钻井仍然是目前的主要定向钻井方式。国外近年发展起来的一种依靠控制钻柱旋转扭摆的工艺方法,突破了滑动钻井工艺中马达导向所面临的局限性,同时费用又低于旋转导向系统。该方法以滑动动摩擦原理及其优势为基础,建立了钻柱物理模型,把滑动钻井时井下钻柱摩擦力的分布状态划分为3个典型区间:地面扭摆作用区、静摩擦区、反扭矩作用区;由自动扭摆控制软件系统对顶驱扭矩、钻头钻压和钻进速度的连续不断地测量,自动计算和最大限度地扩展地面扭摆作用区的长度(或减少下部动力钻具静摩擦区的长度),实现钻柱摩阻的减少,从而有效地提高了滑动钻井的机械钻速、提高定向作业纯钻时效,减少导向马达和钻头的损坏。实例运用结果表明:该方法能够提高机械钻速近50%,与常规复合导航钻井相比,节省了调整工具面角的时间损失,因而是一种极具发展前景的技术。