滑動自動操作技術(shù)由軟件和硬件兩部分組成,軟件部分主要接收三個輸入數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)顯示在一個人工輸入的屏幕上, 來自頂驅(qū)的地面扭矩和立管壓力 (作為一個反應(yīng)扭矩的指示)。在擺動過程期間,系統(tǒng)不斷地左右精細(xì)調(diào)整施加的地面扭矩,校正反應(yīng)扭矩的變化。為了在擺動過程期間定位工具面,定向司鉆可以通過向左或向右脈動地施加扭矩來改變工具面方向。硬件部分是一個自控系統(tǒng),可安裝在任何類型的頂驅(qū)中,這個地面控制系統(tǒng)與頂驅(qū)控制系統(tǒng)相連接,通過順時針和逆時針交替搖動鉆柱頂部,使鉆柱上部始終處于切向運動。
自動扭矩控制系統(tǒng)與滑行者系統(tǒng)
自動扭矩控制系統(tǒng)調(diào)整地面扭矩量值,這個地面扭矩量值是需要傳遞給鉆頭的正常鉆壓值,無需提起鉆柱離開井底校正工具面。在搖擺過程中,通過外加扭矩脈動(沖撞或沖震)工具面角度的校正很容易做到,利用頂驅(qū)進(jìn)行左右扭矩?fù)u擺,減小井眼縱向阻力,讓鉆桿從地面向下轉(zhuǎn)動至一個位置點,該位置點的扭矩與井眼一側(cè)的旋轉(zhuǎn)摩擦力相對抗,使鉆桿轉(zhuǎn)動停止。為在旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)模式下滑動鉆進(jìn),司鉆簡單地開始一個自動的搖擺動作,通過運用扭矩向右、接著再向左這種動作將合適的鉆壓傳遞給鉆頭,通過搖擺深度的自動調(diào)整來控制鉆壓的傳遞,補償反應(yīng)扭矩變化。
圖 1 展示了 Khurais 油田一口典型井的定向軌跡,6 1/8〞的水平段從一個 7〞尾管鞋 5,889 英尺(1,794.97米) 處 鉆 至 14,350 英 尺(4,373.88米),水平段鉆進(jìn)長度延伸了 8,460英尺(2,578.61 米),尾管鞋被設(shè)定在一個 85°的傾斜。該井段用導(dǎo)向馬達(dá)鉆進(jìn),從尾管鞋的位置到 8,828 英尺(2,690.77 米)的測量深度沒有使用滑行者系統(tǒng),當(dāng)井鉆至 7,000 英尺(2,133.6 米)時,遭遇了一個嚴(yán)重的循環(huán)漏層,泥漿反出量僅有正常量的20%。在這種情況下,由于常規(guī)滑動模式井眼凈化很差,巖屑開始堆積在水平段的下側(cè),鉆進(jìn)過程中持續(xù)用水和凝膠除屑,但在 8,828 英尺(2,690.77米)的測量深度,由于嚴(yán)重的鉆柱摩阻,使常規(guī)滑動鉆進(jìn)變得極為困難。石油公司決定安裝新的滑行者系統(tǒng),解決接下來的極度摩阻問題。使用滑行者系統(tǒng)從 8828 英尺鉆進(jìn)至 12,888 英尺(2,690.77 米 ~3,928.26 米),在僅有 20% 泥漿反出的情況下,水平段鉆進(jìn)超過 4,000 英尺(1,219.2 米),盡管井眼工況惡劣,滑動鉆進(jìn)仍然進(jìn)行得很成功。
提高機(jī)械鉆速 縮短鉆井周期
滑行者系統(tǒng)還被用來鉆分支井 B。在這口井中,7〞尾管以 85°的斜度下至 7,850 英尺(2,392.68 米),接著鉆 6 1/8〞水平主井段到 9536 英尺(2,906.57),在這個位置進(jìn)行常規(guī)滑動鉆進(jìn)達(dá)到一個可以接受的機(jī)械鉆速則變的非常困難,決定安裝滑行者控制系統(tǒng),利用滑行者控制系統(tǒng)繼續(xù)進(jìn)行鉆進(jìn),直到主井眼鉆進(jìn)的測量深度達(dá)到12,070 英尺(3,678.94 米)。一個沒有滑行者系統(tǒng)協(xié)助鉆進(jìn)的井段,鉆進(jìn)中由于反應(yīng)扭矩和導(dǎo)向馬達(dá)失速問題使得工具面不穩(wěn)定很難進(jìn)行控制。
滑行者系統(tǒng)滑動鉆進(jìn)時的機(jī)械鉆速與旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時機(jī)械鉆速有著明顯不同,兩種鉆進(jìn)模式在相似的范圍進(jìn)行比較。不使用滑行者系統(tǒng)的滑動鉆進(jìn)機(jī)械鉆速大約會是旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)模式機(jī)械鉆速的 30%,這一技術(shù)的另一個好處是有一個較高的滑動鉆進(jìn)機(jī)械鉆速。從鉆井跟蹤的信息和定向司鉆報出的參數(shù)報告來看,在沒有使用滑行者系統(tǒng)時,鉆井時間的分配情況是:滑動鉆進(jìn)時間為 60%,旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時間為 40%;而使用了滑行者系統(tǒng)時,比率則改變?yōu)椋簣D 1 使用滑行者系統(tǒng)鉆進(jìn)的井段顯示出嚴(yán)重的泥漿漏失,比沒有使用滑行者系統(tǒng)鉆進(jìn)的井段機(jī)械鉆速更高滑動鉆進(jìn)時間為 25%,旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時間為 75%;滑動鉆進(jìn)時間減少的比例主要是因為滑動模式期間使用了這項新技術(shù),機(jī)械鉆速得到了提高。
鉆井隊輪流采用和不采用滑行者系統(tǒng)鉆 C 井的一個井段,在相同井眼條件下和使用相同井底鉆具組合條件下比較這項新技術(shù)的應(yīng)用效果。7〞尾管下在 6,200 英尺(1,889.76 米)的測量深度,傾斜角為 84°,在 6 1/8〞井段鉆進(jìn)至 7,737 英尺(2,358.24 米)后,司鉆開始采用滑行者系統(tǒng)。當(dāng)使用了滑行者系統(tǒng)時,平均提高的滑動鉆進(jìn)機(jī)械鉆速約為 60%。在 D 井,使用滑行者系統(tǒng)鉆進(jìn)了整個水平段,從 6,200英尺(1,889.76 米)的測量深度鉆至11,213 英尺(3,417.72 米)的測量深度。在 9,500 英尺(2,895.6 米)處,阻力達(dá)到 45,000 磅(20,411.66 千克或 20.4 噸),而采用滑行者系統(tǒng)搖擺鉆柱,有效地克服了摩擦阻力,最大限度地減少了鉆桿縱向彎曲(壓彎或扣住或絆住)現(xiàn)象,有效地將鉆壓傳遞給了鉆頭。
新滑動鉆進(jìn)技術(shù)證明了通過順時針和逆時針交替旋轉(zhuǎn)鉆柱,克服導(dǎo)向馬達(dá)與摩擦力有關(guān)的問題是可能的,使上部鉆柱處于切向運動。該技術(shù)可使鉆壓平滑地傳遞給鉆頭,從而消除馬達(dá)的失速。在一些實例中,滑動鉆進(jìn)的機(jī)械鉆速提高了 70%?;姓呦到y(tǒng)確保了一個非常穩(wěn)定的工具面方向,顯示出在任何時候只要需要都具有很好的校正工具面角度的能力。而且該技術(shù)還能在滑動鉆進(jìn)期間提供一個糾正工具面方向的有效方法?;姓呦到y(tǒng)的成功運用還需要對定向司鉆進(jìn)行培訓(xùn),確保他們依照滑行者系統(tǒng)的設(shè)計所使用。自動扭矩控制系統(tǒng)采用搖擺方式,鉆柱則表現(xiàn)出似乎在轉(zhuǎn)動的現(xiàn)象,使滑動進(jìn)程更為有效。采用常規(guī)導(dǎo)向馬達(dá)鉆進(jìn),自動滑動鉆進(jìn)系統(tǒng)能夠真正實現(xiàn)日進(jìn)尺和水平段長度兩項指標(biāo)的