一种滑动钻井系统的制作方法

文档序号:11721443阅读:424来源:国知局

本实用新型涉及石油钻井技术领域,确切地说涉及一种滑动钻井系统。



背景技术:

在石油天然气开发过程中,为了以最少的钻井数量开采油气资源,或者为了减少地面和地下条件对石油天然气开发的影响,20世纪30年代石油天然气工作者实用新型了非垂直井钻井技术,人为地按预期偏移在地层中钻洞,形成定向井或水平井。

目前实现定向井、水平井按预期在地层中钻洞主要有以下两钟技术:一是旋转导向钻井技术,通过井下特定装置在旋转条件下,在钻头位置产生预期的力或转角,实现所钻井洞按预期方向偏移。该方法的优点是钻洞效率高,缺点是作业费用较高,目前还没有在国内大范围使用。二是定向滑动钻井技术,在钻进过程中,保持钻柱不旋转,依靠井下弯的动力钻具产生钻头破岩旋转力和所钻井筒向预期方向便宜的力和转角。该方法的优点是成本较低,较常规钻井只增加了一条弯的井下动力钻具和一个测量井筒偏移后的空间位置的MWD,该方法是当前定向井、水平井采用的主流技术。该方法的缺点是在滑动钻井过程中,钻头以上钻柱不旋转,而是沿井眼轴向滑动,钻头依靠螺杆钻具的动力破岩,由于钻柱保持相对静止,不做旋转运动,部分钻柱躺在井筒下壁,静摩擦力极大,导致钻头切削地层岩石的能量不能有效施加,同时保持井下动力钻具在井筒中相对高点的角度(工具面)稳定也较为困难,表现在作业过程中钻井速度慢,频繁调整工具面角度浪费大量时间,同时发生井下复杂和事故的可能性也大幅增加。

为了提高滑动钻井速度和效率,近年来业界产生了井下振动方法,通过在距离钻头一定距离处加装一个水力震荡装置,在钻井过程中把部分水力能量转化为“振动”能力,带动与之相邻的一定范围内的钻柱“振动”,从而消除柱与井筒的静摩擦力,起到了提高滑动钻井速度和效率的作用。同时该方法也存在一些不足,一是井下的水力震荡装置存在一定的工作寿命和失效机率,会导致额外的起下钻,增加了钻井时间和费用,二是该装置的工作能量来自于水力能量,表现为钻井过程中地面注入水力压力(泵压)增加,往往在2-5MPa,部分泵压已经很高了的井,就不能使用或者只有更换更高能力的地面注入设备,三是该方法只能带动与井下振动装置相邻的一定范围内的钻柱“振动”,不能消除整个钻柱的静摩擦力,导致效果不好,甚至没有。



技术实现要素:

本实用新型旨在针对上述现有技术所存在的缺陷和不足,提供一种滑动钻井系统,采用本实用新型,解决了“螺杆动力钻具+随钻测量系统”滑动钻井所面临的“托压”、工具面不稳定等问题,同时费用低于旋转导向系统等高成本钻井技术,具有非常重要的现实意义。

本实用新型是通过采用下述技术方案实现的:

一种滑动钻井系统,其特征在于:包括顶驱、钻柱、扭矩传感器、摇摆钻柱、钻柱摇摆控制器和顶驱控制器,其中:钻柱的一端经顶驱连接,钻柱的另一端连接有摇摆钻柱,扭矩传感器安装于摇摆钻柱上,顶驱控制器与顶驱连接并驱动顶驱动作,钻柱摇摆控制器控制所处摇摆钻柱转动。

还包括有泥浆泵和压力传感器,泥浆泵经管线与钻柱连接,压力传感器安装在管线上。

与现有技术相比,本实用新型所达到的有益效果如下:

1、本实用新型通过测量立管压力确定顺时针和逆时针摇摆钻柱的能量,通过摇摆控制装置控制顶驱按设计能力顺时针和逆时针摇摆钻柱,通过井下动力装置弯曲方向测量装置实时反馈钻柱摇摆效果,并实时修正摇摆能力输入,进而达到不影响滑动钻井控制所钻井筒在地层中偏移位置和程度的同时,提高钻井速度和作业时效的目的。

2、本实用新型可简单、准确的实现滑动钻井工具面实时修正和精确定向,为滑动钻井提高机械钻速、克服滑动钻进“托压”现象提供技术支撑。

附图说明

下面将结合说明书附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明,其中:

图1为本实用新型结构原理示意图。

图中标记:

1、摇摆钻柱,2、泥浆泵,3、压力传感器,4、顶驱,5、钻柱摇摆控制器,6、顶驱控制器,7、钻柱。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下面将结合附图对本实用新型实施例做进一步详细说明。在此,本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型,但并不作为对本实用新型的限定。

实施例1

本实用新型公开了一种滑动钻井系统,包括顶驱、钻柱、扭矩传感器、摇摆钻柱、钻柱摇摆控制器和顶驱控制器,其中:钻柱的一端经顶驱连接,钻柱的另一端连接有摇摆钻柱,扭矩传感器安装于摇摆钻柱上,顶驱控制器与顶驱连接并驱动顶驱动作,钻柱摇摆控制器控制所处摇摆钻柱转动。还包括有泥浆泵和压力传感器,泥浆泵经管线与钻柱连接,压力传感器安装在管线上。

在本系统中,摇摆钻柱实际为一带驱动机构的钻柱,该驱动机构驱动钻柱摇摆,钻柱摇摆控制器根据扭矩传感器传回来的信号控制钻柱摇摆的方向和力度,驱动机构本石油钻井领域的常规机构。

本实用新型通过测量立管压力确定顺时针和逆时针摇摆钻柱的能量,通过摇摆控制装置控制顶驱按设计能力顺时针和逆时针摇摆钻柱,通过井下动力装置弯曲方向测量装置实时反馈钻柱摇摆效果,并实时修正摇摆能力输入,进而达到不影响滑动钻井控制所钻井筒在地层中偏移位置和程度的同时,提高钻井速度和作业时效的目的。

实施例2

为了提高滑动钻井机械钻速、克服定向托压现象,本实用新型提供了一种操作简单的滑动钻井方法,该方法包括下列步骤:

步骤(1):分析摩擦阻力严重程度,所述摩擦阻力严重程度由钻柱7与井筒之间的摩擦系数大小确定,在下钻过程中或下钻到底后,通过旋转钻柱7,计算钻柱7与井筒之间的摩擦系数;

步骤(2):测量井下动力钻具工作压差,进而计算井下动力钻具输出能量时影响的相邻钻柱长度,所述的井下动力钻具1的工作压差由测量钻进过程中和没有钻进但是钻井液依然在循环过程中压力的差值确定,该测量压力的差值可由泥浆泵2至水龙头之间的循环管线上的压力传感器3测得,从而确定井下动力钻具1的输出扭矩,结合测量的摩阻系数和力学计算方法计算该扭矩在相邻钻柱上的作用范围和长度。

步骤(3)确定需要施加的顺时针和逆时针摇摆钻柱的能量,所述的需要施加的摇摆钻柱1的能量包括旋转的扭矩极限、位置极限和旋转速度,通过采用力学模型计算或许通过安装在井下的扭矩传感器8进行测量计算;

步骤(4):按设计能量和方向摇摆钻柱,所述按设计能量和方向摇摆钻柱可以是通过钻台的钻柱摇摆控制器5控制顶驱控制器6,进而对顶驱4进行控制,带动钻柱1旋转,也可以采用驱动装置直接与钻柱1接触,旋转钻柱1;

步骤(5):评价滑动钻井效果并优化滑动钻井参数,所述的评价滑动钻井效果并优化滑动钻井参数,主要指评价地面施加的摇摆能量是否传达到目标位置,该位置与井下动力钻具反扭矩向上传递的最大位置相隔一定距离。

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