旋转导向随钻扩眼技术

旋转导向随钻扩眼技术

在新发展的智能LH-ML5.6（MRC）钻井和井下作业等新技术中，越来越多使用旋转导向随钻扩眼技术，已能在一趟中随钻扩眼实现由上一层套管鞋钻达下一层套管鞋并能实时闭环传送信息、精控井身轨迹、自动寻靶、快速高效低成本作业。

现以SPE112670《旋转导向随钻扩眼技术的成功应用：北海、地中海和尼罗河三角洲实例研究》为主，整理这一新技术。

1．摘要

目前，旋转导向钻井与同心扩眼器相配合的随钻扩眼技术应用越来越普遍，与常规先钻导眼再用扩眼器扩眼相比，旋转导向随钻扩眼技术可大大降低钻井成本。然而，当钻头和扩眼器这两个切削工具钻遇层位不同岩性差别较大的地层时，旋转导向随钻扩眼下部钻具组合会出现不稳定、振动过大、粘滑等问题。本文介绍了指向式和推靠式两种旋转导向随钻扩眼下部钻具组合在北海、地中海和尼罗河三角洲（埃及）定向井钻井中的应用情况，特别介绍了旋转导向随钻扩眼钻具组合在φ311.1mm（12 1/4″）导眼中将实际井径从330.2mm（13″）扩大至444.5mm （17 1/2″）的施工过程。集成到旋转导向系统的独特传感器可测量近钻头井眼井径、粘滑和振动，钻井时其钻台和遥控中心实时可监测井眼质量和井下振动，利用这些实时数据可优化钻井参数并提高旋转导向随钻扩眼钻具组合的性能。从振动、效率、性能、定向目标和成本对旋转导向随钻扩眼钻具组合进行了分析，讨论了旋转导向随钻扩眼技术的结构

组成、作业方式及其局限性。特制的旋转导向系统与具有对称、受力平衡切削结构的扩眼器组合提高了机械钻速和定向控制效果，同时减少了由扩眼器产生的振动和可能出现的故障。而且，利用其具有的自动定向特性和实时监控功能可优化定向钻井参数。

2．先进技术及其代号

这种特别的旋转导向系统（RSS），在钻柱（BHA）中使用了一系列新技术。图3中A井的BHA为：

B井的BHA为：

钻头至扩眼器的距离为39.1m。（C井为21.2m是最短距离）

这套特别由RSS系统中，使用了闭环自动巡航（随钻）控制（ACCC）、实时粘卡和振动检测（RSVD）及其实时报警系统、实时巴掌接触式井径检测仪（RPCC）等先进技术。在较大尺寸井眼的随钻扩眼中达到28.1m/h 的高钻速并获得优质井眼（无螺旋状井眼）几乎无钻卡等事故，钻柱平稳低成本等效果。

先进技术及其代号：

AFE = Authorization For Expenditure核准的扩大井径程度

BHA = Bottom Hole Assembly井底（下部）钻具组合

RPCC = Real-time Pad-Contact Caliper实时巴掌接触式井径检测仪

Shoe-to-Shoe，自（上一层）套管鞋至（下一层）套管鞋

ACCC = Automated Closed-Loop Cruise Control，闭环自动巡航（随钻）控制

CPS = Counts Per Second 每秒字符数

DC = Drill Collar 钻铤

DLS = Dogleg Severity (degrees per 30 meters)狗腿严重度（每30米的度数）

DPM = Dynamic Pressure Module 动压力模式

GPM = Gallons Per Minute每分钟加仑数（1美加仑/分=0.0631升/秒）LWD = Logging While Drilling随钻测井

MD = Measured Depth 测深

MWD = Measurement While Drilling随钻测量

NB = Near Bit近钻头

PDC = Polycrystalline Diamond Compact聚晶金刚石孕锒块（钻头）ROP = Drilling Rate Of Penetration 钻速

RPM = Revolutions Per Minute（转盘）每分钟转数

RSS = Rotary Steerable System旋转导向（钻井）系统

RSVD = Real-time Stick-slip and Vibration Detection实时粘—卡和振（震）动检测

SS% = Stick-slip Severity in Percentage（ΔRPM / Mean_RPM*100%）

粘卡严重度百分比

TD = Target Depth靶深

TVD = True Vertical Depth真实垂直深度

UR = Underreamer （套）管下扩眼器（出套管区用投球等方法可使切削刀张开的扩眼器，也称水力扩眼器）

VS = Vertical Section垂直段

WOB = Weight On Bit钻压

3．RSS-UR技术的发展与主要优点

全世界在定向井中使用RSS和UR已越来越多了。用导向马达和双中心钻头的常规方法，在通过套管的定向井中扩眼已受到限制。当今，复合使用RSS和UR的BHA已普遍用于定向井扩眼的需求。井身结构尺寸小的套管程序的套管变向器或在落鱼附近重钻新眼都已普遍使用RSS-UR技术。

与双中心钻头相关的常见复杂问题是：①方向控制能力差；②在软地层中不能连续保持定向效果；③钻速低；④严重的振（震）动和不规则的螺旋状井眼。所有这些复杂问题导致需要寻求新的井眼扩径方法，具有把井径扩大到超过已下套管尺寸（内径）的能力。RSS-UR随钻扩眼已成为解决这些问题的新技术。SPE/IADC67760（2001年）报导了第一个随钻扩眼的工程应用。RSS-UR技术的主要优点如下：①在一趟钻中自上一层套管鞋随钻扩眼到下一层套管鞋（Shoe-to-Shoe）；②具良好的LWD质量和保持连续旋转（指不必关掉转盘）；③克服过去在定向井扩眼中遇到的各种麻烦和复杂问题；④井眼质量好，下钻和下套管均一