水平井旋轉導向技術(shù)的概念

  在水平井的鉆機過(guò)程中，隨著(zhù)位移和井深的不斷增加，將會(huì )導致摩阻、扭矩過(guò)大，方位漂移嚴重，甚至使鉆頭失去控制，井眼凈化不徹底等問(wèn)題的產(chǎn)生。從理論和實(shí)踐中已經(jīng)證明，滑動(dòng)導向系統在一定井深極限范圍內可以很好地控制井眼軌跡，但是超過(guò)這一井深極限后，就必須采用旋轉導向技術(shù)。旋轉導向技術(shù)的突出優(yōu)點(diǎn)是能克服滑動(dòng)導向系統所遇到的摩阻過(guò)大和井眼不清潔等問(wèn)題，從而可使鉆井導向能力得到大幅度提高。但要實(shí)現旋轉導向，還必須具有一系列的相關(guān)實(shí)時(shí)遙控設備來(lái)進(jìn)行輔助。

 

  井下旋轉導向工具是旋轉導向鉆井系統的核心，它是實(shí)現旋轉導向的根本，井下實(shí)時(shí)控制系統或地面監控系統能按照預置或要求的三維井眼軌跡，根據測量信息，對井下工具進(jìn)行實(shí)時(shí)控制或遙控，測量與傳輸系統應能測出近鉆頭處井眼的空間姿態(tài)信息，并能及時(shí)傳送給井下微電腦以及地面計算機，測量的信號經(jīng)過(guò)處理成為新的控制指令，井下實(shí)時(shí)控制系統或地面監控系統發(fā)出控制指令，使井下旋轉導向工具按照控制指令進(jìn)行動(dòng)作，從而實(shí)現井眼軌跡的旋轉導向控制。

 

  導向工具的運作依靠?jì)蓚€(gè)系統控制。一是井下閉環(huán)控制回路控制。通過(guò)地下鉆頭測量系統測量的數據，經(jīng)過(guò)電腦分析處理后，對控制機構進(jìn)行控制，控制機構在電腦的指令下在控制鉆頭。二是由地面監測系統控制。鉆頭空間姿態(tài)測量系統將測量結果傳給MWD，在由MWD將數據傳送到地面監測系統，地面監測系統對反饋回來(lái)的數據進(jìn)行一定的處理，作出相應的回應，然后傳給控制機構，控制機構在接收到指令后進(jìn)行相應的調整。

 

  實(shí)現旋轉導向技術(shù)的關(guān)鍵是如何在鉆柱旋轉過(guò)程中進(jìn)行側向力大小和方向的有效控制，并且具有很好的可靠性。因而旋轉導向技術(shù)的核心就是研究旋轉導向工具的結構及其工作原理?，F在提出了一種一可調節式旋轉導向工具，其結構主要由三個(gè)伸縮翼片以及控制三個(gè)翼片伸縮的控制閥組成，伸縮翼片的伸縮由鉆井液提供動(dòng)力并由控制閥分配，當導向機構處于工作狀態(tài)時(shí)，控制軸中的流體進(jìn)入開(kāi)關(guān)打開(kāi)，鉆井液由篩孔通向上盤(pán)高壓孔眼，下盤(pán)隨鉆頭一起同步旋轉。當其中的一個(gè)孔眼與上盤(pán)高壓孔眼位于同一軸線(xiàn)上時(shí)，兩孔相接，與之相連的伸縮機構被高壓鉆井液推動(dòng)，活塞外推，翼片與井壁接觸，并給井壁施加一作用力。該作用力的方向則由上盤(pán)高壓孔眼的位置確定，當上盤(pán)高壓孔眼在控制機構作用下處于井眼高邊方向時(shí)，該作用力方向就沿井眼高邊方向，井壁對它的反作用力就指向井眼低邊。此時(shí)，導向機構就處于全力降斜狀態(tài)。當上盤(pán)高壓孔眼在控制機構作用下處于井眼低邊方向時(shí)，該作用力方向就指向井眼低邊方向，井壁的反作用力就指向井眼高邊。此時(shí)，導向機構就處于全力增斜狀態(tài)。當上盤(pán)高壓孔眼在控制機構作用下處于90°相位時(shí)，導向機構就處于90°，降方位狀態(tài)。當上盤(pán)高壓孔眼在控制機構作用下處于270°相位時(shí)，則導向機構就處于90°增方位狀態(tài)。