石油鉆井設備與工具第六節(jié) 閉環(huán)鉆井技術(shù)簡介課件

第六節(jié)閉環(huán)鉆井技術(shù)簡介石油鉆井設備與工具-王鎮(zhèn)全第六節(jié)閉環(huán)鉆井技術(shù)簡介前言

環(huán)指鉆井作業(yè)過程。閉環(huán)鉆井是指鉆井過程的整體優(yōu)化。閉環(huán)鉆井的目標是實現(xiàn)鉆井過程的全面自動化、智能化,解放鉆井人員、提高整體經(jīng)濟效益。石油鉆井設備與工具-王鎮(zhèn)全第六節(jié)閉環(huán)鉆井技術(shù)簡介鉆井自動化發(fā)展趨勢傳統(tǒng)轉(zhuǎn)盤鉆具螺桿鉆具MWD計算機導向馬達自動化鉆井PDC鉆頭井下遙控工具19501960197019801990200020052010常規(guī)轉(zhuǎn)盤鉆井噴射鉆井最優(yōu)化鉆井定向井叢式井水平井小井眼井多分枝水平井大位移井地質(zhì)導向鉆井自動化鉆井石油鉆井設備與工具-王鎮(zhèn)全第六節(jié)閉環(huán)鉆井技術(shù)簡介一、鉆井作業(yè)自動化的發(fā)展過程

鉆井作業(yè)自動化的發(fā)展過程可劃分為井下開環(huán)、井下半閉環(huán)、井下閉環(huán)和全閉環(huán)四個技術(shù)發(fā)展階段：

1、井下開環(huán)鉆井階段指井下操作全部由人來完成,只有一般的井下測量工具。井眼軌跡的控制只能利用預測技術(shù)和更換井底鉆具組合來進行。井眼軌跡質(zhì)量差,鉆井效率低,安全性差。如果井下開環(huán)鉆井用自動化鉆機,就成為地面閉環(huán)、井下開環(huán)鉆井;否則為地面開環(huán)、井下開環(huán)鉆井。石油鉆井設備與工具-王鎮(zhèn)全第六節(jié)閉環(huán)鉆井技術(shù)簡介

2、井下半閉環(huán)鉆井階段有較先進的井下測量工具(如MWD)，有地面可控的井下工具。測量數(shù)據(jù)向地面?zhèn)鬏?經(jīng)過計算機處理及地面模擬,通過傳輸通道向井下傳送操作指令,隨后對井下操作進行控制。與井下開環(huán)系統(tǒng)相比,測量精度高、實時性強、信息量大。操作指令更大程度上依靠計算機處理得到,人為經(jīng)驗減少。井下可控工具(包括可變徑穩(wěn)定器、可調(diào)彎接頭、可變彎角井下動力鉆具、可伸縮偏心塊等)使得起下鉆操作大幅度減少,鉆井效率顯著提高。目前許多水平井、定向井都是利用井下半閉環(huán)鉆井技術(shù)完成的。石油鉆井設備與工具-王鎮(zhèn)全第六節(jié)閉環(huán)鉆井技術(shù)簡介3、井下閉環(huán)階段

指井身軌跡控制完全可以離開人的干預(特殊需要時例外),井下信息測量、傳輸、處理以及控制指令的產(chǎn)生和執(zhí)行完全自動進行。有先進的隨鉆測量工具(MWD等)和功能較強的井下可調(diào)控工具。同時,必須有性能很好的微電腦(能承受井下的惡劣環(huán)境)。石油鉆井設備與工具-王鎮(zhèn)全第六節(jié)閉環(huán)鉆井技術(shù)簡介井下閉環(huán)鉆井作業(yè)可分為兩類:(1)中心電腦放在地面。通常是測量信息通過傳輸通道傳到地面,經(jīng)中心處理機處理后,控制指令傳給頂部驅(qū)動鉆機,由頂部驅(qū)動鉆機來改變井下工具的工具面。也可以是中心電腦發(fā)出的控制指令傳給井下可控工具,從而改變井下工具的結(jié)構(gòu)參數(shù)。(2)中心電腦放在井下。隨鉆測量信息傳給井下電腦,由井下電腦發(fā)出控制指令來控制井下可控工具的工作狀態(tài)。測量信息同時傳給地面計算機進行模擬研究,用來監(jiān)測井下作業(yè)效果。石油鉆井設備與工具-王鎮(zhèn)全第六節(jié)閉環(huán)鉆井技術(shù)簡介4、全閉環(huán)鉆井階段這是鉆井技術(shù)發(fā)展的最高階段。井下采用智能化鉆井系統(tǒng),地面監(jiān)控和操作采用規(guī)范的自動化系統(tǒng)。地面中心控制計算機控制整個鉆井作業(yè)系統(tǒng),井下智能鉆井系統(tǒng)則帶有獨立的井下微電腦。此時,作業(yè)人員就可全部或大部分從作業(yè)環(huán)節(jié)中解放出來,從而實現(xiàn)鉆井的整體優(yōu)化。目前離實現(xiàn)全閉環(huán)鉆井還有一段距離。石油鉆井設備與工具-王鎮(zhèn)全第六節(jié)閉環(huán)鉆井技術(shù)簡介執(zhí)行機構(gòu)測量系統(tǒng)控制系統(tǒng)雙向通訊石油鉆井設備與工具-王鎮(zhèn)全第六節(jié)閉環(huán)鉆井技術(shù)簡介閉環(huán)鉆井技術(shù)的流程框圖石油鉆井設備與工具-王鎮(zhèn)全第六節(jié)閉環(huán)鉆井技術(shù)簡介二、閉環(huán)鉆井技術(shù)的必要條件

要實現(xiàn)閉環(huán)鉆井作業(yè)的全過程,必須具備以下六個條件:地面測量,主要包括泥漿錄井,鉆井參數(shù)地面測量;井下隨鉆測量,目前主要采用MWD、LWD等井下測量工具;數(shù)據(jù)采集,同時包括地面計算;石油鉆井設備與工具-王鎮(zhèn)全第六節(jié)閉環(huán)鉆井技術(shù)簡介(4)數(shù)據(jù)的整體綜合解釋,主要包括把測量數(shù)據(jù)解釋成有用的參數(shù)以指導作業(yè),同時用“人工智能”把全世界范圍內(nèi)的專家經(jīng)驗應用于井場;(5)地面操作控制自動化,把人從鉆井作業(yè)過程中解放出來;(6)井下操作自動控制,主要是利用“智能”型井下工具和自動的井底鉆具組合進行控制。石油鉆井設備與工具-王鎮(zhèn)全第六節(jié)閉環(huán)鉆井技術(shù)簡介三、實現(xiàn)閉環(huán)鉆井的核心技術(shù)

油氣井鉆井將發(fā)展為像航天、航海領域的自主導彈那樣高水平的“自主鉆井導彈”和雙閉環(huán)(井下與地面之間的大閉環(huán)及井下導向工具與井下測量系統(tǒng)之間的井下小閉環(huán))系統(tǒng)。實現(xiàn)這一目標的核心技術(shù)主要有：石油鉆井設備與工具-王鎮(zhèn)全第六節(jié)閉環(huán)鉆井技術(shù)簡介1、先進的導向鉆井工具

(1)滑動式導向工具滑動式導向工具是導向作業(yè)時鉆柱不旋轉(zhuǎn)(隨鉆頭向前推進,鉆柱沿井壁軸向滑動)。目前這類導向工具占主導地位,主要有彎殼體馬達(含單彎、同向雙彎、異向雙彎導向馬達)、可調(diào)彎接頭、可變徑穩(wěn)定器等。石油鉆井設備與工具-王鎮(zhèn)全第六節(jié)閉環(huán)鉆井技術(shù)簡介導向鉆井系統(tǒng)滑動導向控制旋轉(zhuǎn)導向控制Q（AKO導向馬達）可變徑穩(wěn)定器石油鉆井設備與工具-王鎮(zhèn)全第六節(jié)閉環(huán)鉆井技術(shù)簡介石油鉆井設備與工具-王鎮(zhèn)全第六節(jié)閉環(huán)鉆井技術(shù)簡介石油鉆井設備與工具-王鎮(zhèn)全第六節(jié)閉環(huán)鉆井技術(shù)簡介

(2)旋轉(zhuǎn)式導向工具旋轉(zhuǎn)式導向工具是導向作業(yè)時鉆柱旋轉(zhuǎn)?，F(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)式導向工具分為兩類：

①靜止式旋轉(zhuǎn)導向工具(即導向工具的導向翼肋相對井壁不轉(zhuǎn)動)；

②可調(diào)節(jié)式的旋轉(zhuǎn)導向工具(即在旋轉(zhuǎn)過程中實現(xiàn)導向)。石油鉆井設備與工具-王鎮(zhèn)全第六節(jié)閉環(huán)鉆井技術(shù)簡介PowerDrivePrincipleofOperationSideforceorpushthebittoolPadsextenddynamicallyfromarotatinghousingCurvaturedefinedby3pointsofcontact石油鉆井設備與工具-王鎮(zhèn)全第六節(jié)閉環(huán)鉆井技術(shù)簡介PowerDriveBiasUnitHas3padsdrivenbyhydraulicactuatorsActuatorsapplylateralforcetothebitwhilealwaysrotatingatbitspeedPadoutPadin石油鉆井設備與工具-王鎮(zhèn)全第六節(jié)閉環(huán)鉆井技術(shù)簡介石油鉆井設備與工具-王鎮(zhèn)全第六節(jié)閉環(huán)鉆井技術(shù)簡介2、導向方式

不論是滑動式還是旋轉(zhuǎn)式井下閉環(huán)鉆井系統(tǒng),都必須選擇合適的導向方式。導向方式主要有兩種:(1)幾何導向主要是以預置的井眼軌跡或井下實時設計的井眼軌跡為參考量。導向作業(yè)時,將實測的軌跡參數(shù)與控制參考量作比較,由控制機構(gòu)給出合適的控制指令,從而使鉆頭沿最優(yōu)的井眼軌跡鉆進。石油鉆井設備與工具-王鎮(zhèn)全第六節(jié)閉環(huán)鉆井技術(shù)簡介(2)地質(zhì)導向在擁有幾何導向能力的同時,又能根據(jù)隨鉆測井(LWD)得出的地層巖性、地層層面、油層特點等地質(zhì)特征參量,隨時控制井下軌跡,使鉆頭沿地層最優(yōu)位置鉆進。在預先并不掌握地層性質(zhì)特點、層面特征的情況下,實現(xiàn)精確控制。當前導向技術(shù)大多是以幾何導向為特征。對于一些油層變化不大、油層較厚、對地層性質(zhì)特點了解較清楚的場合,使用幾何導向較適宜。而對于一些地層性質(zhì)特點了解較少、油層厚度很薄的場合,使用地質(zhì)導向更為合適。石油鉆井設備與工具-王鎮(zhèn)全第六節(jié)閉環(huán)鉆井技術(shù)簡介

石油鉆井設備與工具-王鎮(zhèn)全第六節(jié)閉環(huán)鉆井技術(shù)簡介3、參數(shù)測量與傳輸系統(tǒng)

隨鉆實時參數(shù)測量是實現(xiàn)全閉環(huán)鉆井的重要環(huán)節(jié)。測量參數(shù)包括實鉆井身軌跡隨鉆井身幾何參數(shù)與隨鉆地層評價、隨鉆測井、隨鉆地震等評價參數(shù)以及隨鉆工程參數(shù)等。各種信息的地面與井下雙向?qū)崟r傳輸通訊。石油鉆井設備與工具-王鎮(zhèn)全第六節(jié)閉環(huán)鉆井技術(shù)簡介石油鉆井設備與工具-王鎮(zhèn)全第六節(jié)閉環(huán)鉆井技術(shù)簡介隨鉆地震(SWD)原理Utilizingthebitasthesourceisgenerallyineffectiveinsoftsediments,horizontalwellsandwhiledrillingwithPDCbits.石油鉆井設備與工具-王鎮(zhèn)全第六節(jié)