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钻柱跳起“扭扭舞” ——记胜利石油工程公司滑动导向减阻提速利器“钻柱双向扭转系统”

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近日,中国石化胜利石油工程公司智能信息技术支持中心(以下简称智信中心)研发的钻柱双向扭转系统在商541区块成功应用,钻井周期缩短至5天以内,打破中国石化3500-4000米钻井最短周期纪录,其中商541-斜29井仅用时4.17天钻完3543米,比历史钻井周期缩短84%以上,机械钻速提高300%以上。

钻柱双向扭转系统是一种在滑动导向过程中,通过控制顶驱或电动转盘,控制井下钻柱扭转辐度,减小钻柱与井壁间静摩擦,从而降低摩阻,提高滑动定向速度和效率的系统。

从外观上看,只有两只金属箱子和几根导线。就是这些看似简单的东西,发挥了神奇的控制作用,让深入地下几千米的钻柱按照设定程序扭动起来,有效地减小摩阻,避免托压,减少粘附卡钻和压差卡钻等井下复杂。

近年来,勘探开发不断向深层超深层、非常规油气资源进军,丛式井、大位移井、长水平段水平井等复杂结构井成为主要井型,这些井型又对钻井轨迹控制和提速降本提出了苛刻要求。

“目前轨迹控制主要有旋转导向和滑动导向两种方式。旋转导向技术先进,钻速快,导向精准,但价格昂贵,且受井下温度、地层条件等影响较大,有时综合性价比不高。”智信中心电气控制中心负责人兼项目经理尹文波介绍说。

旋转导向的控制系统在井下靠近钻头的位置,能保证定位精准,但不耐高温,在深井和高温页岩油气井中,地层温度常常高达150℃以上,旋转导向故障率明显增高。于是,项目组另辟蹊径,从地上部分做文章,通过控制上部钻具实现近似旋转导向的功能。

“土办法”叫板洋设备。胜利石油工程公司技术人员首先从提高系统兼容性上入手,对目前在用的不同厂家的顶驱反复研究,设计出一套对原设备改动小又能兼容各种型号的顶驱系统,连电动转盘也能完美适配,这也成为该系统得以广泛应用的最大优势。

上百吨重的钻柱,深入地下几千米,如何让这条巨蟒在狭窄的井眼里扭动身躯,还要保持井下工具面稳定,始终是智信中心技术人员努力攻克的难题。扭矩大了会影响工具面,甚至可能导致钻具脱扣;扭矩小了,又起不到降低摩阻的效果。他们经过反复试验,摸索出各种工况下的最佳参数,开发出一种独特的算法,可以精确控制扭转参数,做到6500多米井深,连续正反向旋转3000度以上零误差,保证工具面丝毫不受影响。

针对顶驱及电动转盘电机编码器易损坏的问题,他们又专门研发出一套具有自主知识产权的控制算法,不用编码器亦可精确控制角度,大大提高了系统的适配性和安装效率。

“我们有一支20余人的技术服务队伍,既有研发经验,又有多年定向经验,不但有高效的研发能力,还可以提供专业的现场技术服务,这是我们的核心竞争力。”智信中心经理何洪涛不无骄傲地说。目前,以双向扭转系统为依托,为外部市场提供技术服务已经成为该团队的主要创收渠道,占比达80%以上。

经过5年潜心研究,钻柱双向扭转系统已经更新至第三代,可以广泛应用于长水平井段、井斜30°以上造斜井段、摩阻10吨以上、易粘卡井段等各种复杂井段,操作简便、效果明显,在钻井提速提效方面发挥出巨大作用。

尹文波介绍,该系统目前已在石化油服各地区公司和中国石油安装配套了92部钻机,在胜利东部老区、苏北页岩油、川渝页岩气、鄂北致密气等重点工区提速降本效果明显,受到国内同行高度认可。通讯员(李亚男、江川)

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