旋转导向钻井工具类型与技术应用分析

摘要：旋转导向钻井主要是利用导向工具对于钻井施工、钻井轨迹进行控制，依托稳定器作为钻井几何轨迹的导向控制仪器，利用传输仪器作为钻井地质导向的控制仪器。此技术的应用将滑动钻进方式改变，保持对钻具旋转过程轨迹实时控制，解决地质导向这类钻井技术应用存在的缺陷，让油田开发效益不断提升，控制钻井施工风险，因此，研究旋转钻井技术和相关工具的运用具有现实意义。

关键词：旋转导向；钻井工具；类型；技术应用

一、旋转导向钻井原理

旋转钻井运用是借助井下导向工具，让钻具底部的控制轴线出现偏心的效果，原理为向钻头提供侧向力，对于钻井轨迹旋转控制。若钻具下部位置未受外力，则向其施加所有压力会集中于钻头之上。若钻具下方受到偏心装置力影响，就会使其发生弯曲。如果此时对钻头施压，压力就能分解，变为与井壁垂直和沿钻具两个方向力，实现对钻头行进方向的控制。同时，当偏心装置位于井下差异化位置之时，钻头受力方向也各有不同。偏心装置位置设计相对灵活，让侧向力处于和井眼相互垂直的任意方向，进而对于钻进轨迹展开全方位控制。

二、旋转导向钻井工具类型及技术应用

1.动态可调钻井工具及技术运用

使用动态可调钻井工具的应用原理是依托控制装置完成，控制装置能够对钻具的实际状态进行调节，同时调整导向轴的方向，使钻具能够位于所需位置。具体施工阶段，导向轴主要负责控制高压流体，将流体压入高压腔，在流体驱动之下，翼片即可获得伸出动力，此时系统还能利用控制阀完成翼片伸缩等状态控制。上述过程就相当为钻具施加侧向力，完成旋转和导向等操作。受到装置控制，导向钻具如果不在工作状态，翼片也随之静止，此时，组合钻具也会在自然运行状态。

动态可调钻井技术的运用主要是选择动态可旋转的导向工具组合而成导向系统，组成结构有两个部分，一是控制机构，包括涡轮、电子控制装置，二是偏置机构，包括涡轮和转向传动总成。当侧方向的偏置机构从翼片当中伸出时，能够与井壁之间接触，此时，就可受到来自井壁的反向力，向钻头位置施加。控制机构借助机械连接、偏置机构等，控制对钻头施加力的方向与大小。其动力转矩由传动总成来提供，而涡轮能够向传动总成来提供动力。系统的控制机构组成部分包括高压腔、控制阀总成、传动轴总成、电子线路、井斜传感器。利用电子线路、井斜传感器接收指令，获知测量导向工具运行状态，还可对应偏置机构运行状态进行控制。导向工具如果需要旋转，由地面发出指令，借助脉冲压力向井下工具当中传递，待工具接收来自地面的信号以后，能够自动摆放，保持摆放位置和偏置机构所需位置相同，之后将高压控制阀打开，使高压腔之内充被泥浆所充满。反之，如若工具无需导向操作，地面信号发出以后被井下工具所接收，此时，高压控制阀会关闭，而高压腔之内也无高压泥浆，在偏置机构当中，所有活塞处于缩回状态，工具也回归自然状态。借助高压腔能够提供侧向动力，支持偏置机构的翼片伸出，由高压控制阀对于内部压力进行控制。如若工具所处导向工况环境之下，将控制阀打开以后，内部泥浆压力也会向控制阀的总成当中传递。而工具外壳运行动力主要由传动轴总成来提供，导向工具的转动与否则依托齿轮传动完成。控制阀总成为盘状结构，由上圆形盘阀、下圆形盘阀来控制。如果系统为导向控制模式，则高压控制阀就会被打开，随之高压泥浆也会流入高压腔室，其和高压孔之间处于连通状态。控制阀内部下盘阀、钻具能够同时转动。如果下盘阀当中某一孔和高压孔之间重叠，此时高压孔内部流体就会流入其中，推动活塞逐渐向外运动，和活塞连接翼片也被随之推出。如果某一孔和上盘阀高压孔相互连通，此时下盘阀剩余2孔洞也会和控制盘低压孔相互连通，2孔之中活塞未受到来自于内部或者外部压力。此时，受到内部弹簧作用，其可带动翼片快速缩回。因为上控制盘为静止状态，而下控制盘各个孔转动，当剩下控制盘高压孔处于同轴状态的时候，与控制盘相互对应翼片就会伸出，剩余2组翼片快速缩回。跟随钻具不断转动，翼片可从上控制盘的高压孔之内按照特定顺序伸出。在翼片伸出的时候，其与井壁之间相互接触，此时等同于为井壁施加外力，按照力的作用是相互的这一原理，当翼片向井壁施加外力的时候，导向工具也会受到与之相等、方向相反的力，能够支撑翼片伸出，让钻具受到侧向力，力的大小和导向控制轴有关，方向和高压孔相反。此时，对于高压孔位置进行调整，钻头即可受到和高压孔位置方向相反的一个力。因为导向工具高边和上盘阀的高压孔相同，所以，翼片伸出方向、高压孔方向相反，同样，翼片向井壁所施加的力和高压孔方向也相反。因为力的作用相互，钻头受力方向和高压孔方向相同，也就是高边方向即为钻头受侧向力方向。依托导向工具能够实现轨迹控制，利用地面装置传递压力脉冲，地上通过计算机对于井下工具脉冲序列进行控制，实时显示导向工具的运行状态，以便对工具位置合理性加以控制。

2.静态可调钻井工具及技术运用。

静态工具应用原理是借助偏心扶正器完成，其能够在地面完成伸缩量控制，在钻具转动期间，偏心块能够和井壁之间保持稳定的运行状态。工具使用阶段，在地面加压，还可通过开泵方式，对于扶正器伸出量加以控制，并将其偏心距大小、方位角进行改变，控制钻具组合轴向偏心，根据轨迹方向，对于钻头造斜力、钻头方向进行调整，实现导向钻进这一目标。如若不需要导向钻进，偏心扶正器不同伸出结构会快速缩回，让井下钻具始终处于自然工况之下运行。

静态可调钻井技术的运用同样是利用旋转导向系统，依托闭路旋转类型装置完成。系统所属静态可调类型导向工具，传动轴能够和钻具同时旋转，组成结构还包括静态稳定器，其中有井斜传感器1处，和钻头相互贴近，能够跟随钻孔电路显示数据，还有3个翼片，主要受到液压控制。需注意，各个翼片所属独立结构，当高压流体流过稳定器的时候，就可提供动力供翼片伸出、缩回等。在翼片伸出过程，可利用处理系统，对其伸出大小进行控制，保证按照系统监测数据进行实时控制。这样，可确保翼片、井壁二者之间能够相互作用，在井壁作用力的影响下，使其按照设计的轨迹进行前进。如果钻井过程，需要采取稳斜钻进，在控制机构的使用之下，翼片能够快速缩回，不会和井壁之间产生相互作用，这样钻具就可按照自然状态下运行。静态钻井系统当中存在微处理器，可按照所监测数据，自主计算钻进轨迹按照设计方向运行的时候，不同稳定器的翼片所需要承担的受力，进而确认工作面运行方向和相关数据，对于运行轨迹进行控制，控制钻井造斜率，以保证其和设计要求相符。具体钻进阶段，还可能受到钻具运行速度和地层特点等方面的影响，导致非旋转套出现偏移问题。因此，为了控制偏移轨迹问题，系统会对稳定器位置展开连续监测，按照轨迹控制所需力、运行方向，对于稳定器的翼片受力进行调整，让钻具能够随时受到与之运行轨迹控制所需的恒定力。因为井下工具、地面工具二者之间通信主要通过泥浆压力来控制。所以，如果地面向井下传递信号，主要利用负脉冲信号，反之，如果井下数据需要向地上传递，则应该利用正脉冲信号。该系统还需要利用配套仪器，主要是井下探管，利用其控制井下结构，获知工具位置数据，实现井下、地面实时双向通讯。系统包含施工阶段需要钻具、定向等传感器。与此同时，还需要利用超声波完成近钻头井斜各类传感器之间的通信。在方位传感器的轨迹方向测量过程当中，近钻头井斜位置传感器在地层打开之时就能测量近钻头位置井斜。使用方位传感器、近钻头井斜传感器能够同时控制运行轨迹，并对运行参数的控制提供支持。钻具振动情形可通过振动传感器实时测量，保证井下作业的安全性。

三、结束语

综上分析，依托旋转钻井技术和工具能够发挥组合钻具优势，将钻井施工存在的深层限制问题解决，控制施工风险，为井下作业提供便利。与此同时，借助导向钻井这项技术，还能提高钻井穿过油层工作效率，控制油藏开发成本，特别是旋转钻井工具的运用，将传统滑动导向钻井工具应用存在的缺陷问题解决，降低钻井阻力，提高施工速度，所以应该根据具体要求，对于该技术和工具的运用进行合理选择，发挥技术优势。