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自动垂直钻井工具的理论与技术研究发布时间:2019-06-24 09:35 浏览次数:

       实施垂直钻井中主动纠斜需要解决的诸如井斜动态测量、纠斜机构动力的获取和可靠控制等问题。通过滤除迭加在重力加速度计上的振动信号,以及对于由于加速度计随钻杆转动产生的离心力带来的信号失真进行补偿,可有效解决井斜实时控制中的井斜测量问题;通过对于液控导向机构的理论建模和动力学仿真,确定可适用于井下恶劣工况的导向纠斜装置的动力机构,并且井下超常环境压力还可使这种机构具有更好的响应性能;返程泥浆对旋转中的导向活套的冲击将会产生阻碍活套随钻杆转动的反向扭拒,从而可使活套与钻杆之间产生转差,便于导向机构从钻杆的转动中获得足够的动力,用计算流体力学软件给出具体的结果。

       自动垂直钻井工具是一种带有井下闭环控制系统、可实现井下主动纠斜、保持井壁垂直、具有极高技术含量的先进钻井工具。这种工具特别适用于高陡构造地层及深井的垂直钻探,因此在我国的油气资源开发,特别是西部石油资源的开发中有着很好的应用前景。根据我国第二次油气资源评价资料,西部地区的石油资源量占全国总资源量的38 % ,其中的73 %埋藏在深部地层,即使在浅层也普遍存在着高陡构造地层;东部地区为我国石油的主要产区,但浅、中深部的储量都基本已探明或正在开采,可供勘探开发的53亿吨石油储量均位于深部地层;中部地区蕴藏丰富的天然气资源,但其中的52 %埋藏在深部地层。而对于高陡构造地层以及深井的直井勘探,国外经验表明,采用自动垂直钻井技术是最有效的方法之一。我国石油勘探行业于最近几年也租用国外Bakerhughes , Schlumberger 等公司的垂直钻井工具在有关油田进行了试钻,均取得了很好的效果。目前,我国自动垂直钻井工具的研发水平相比国外有较大差距。中国石油集团钻井工程技术研究院的前身单位之一,原中石油勘探开发研究院钻井所于20 世纪80 年代末便在国内率先开展了相关理论和技术的研究。2003 年,武汉科技大学与该所合作,在苏义脑院士指导下就深井自动垂直钻井工具的理论与技术问题进行了较为深入的研究,并成功研制出了国内首台自动垂直钻井工具的原理样机。本文概要介绍课题组所开展的一些主要研究工作,并对有关问题作进一步探讨。

       自动垂直钻井工具是一种具有高技术含量的机电一体化设备,并且由于其所处的工作环境非常恶劣以及要受到各种钻井工艺条件的限制,使得这种设备的研制又有其特殊的困难。自动垂直钻井工具研制中的主要技术问题已经基本上得到有效解决,且部分已经通过实验检验,但钻具整体还未经受实钻考验,特别是有关控制系统及相应算法方面还有待深入研究。本文因篇幅所限对控制问题没有详细论述,文献有所涉及,但真正完善还必须通过实钻以总结经验,但对于这种强扰动、参数大范围变化的控制对象,采用自适应控制、智能控制等先进控制方法是值得进一步探讨的。

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