Tecnología clave: juntas de flexión ajustables
Figura 6.1 Clasificación de herramientas guía (juntas de flexión ajustables)
Estado de la investigación en el extranjero
La investigación extranjera sobre juntas de flexión controlables comenzó temprano. A principios de la década de 1990, los técnicos de Schlumberger Anadrill Drilling Company propusieron un plan de "sistema de perforación de control automático de circuito cerrado en superficie", abriendo un nuevo capítulo en el desarrollo de la tecnología de perforación direccional ajustable. En la actualidad, la investigación extranjera sobre articulaciones de codo ajustables ha entrado en la era del control inteligente. Las herramientas más representativas incluyen el sistema de perforación con dirección automática de circuito cerrado y cilindro exterior no giratorio Auto Trak de Schlumberger, el sistema de perforación con dirección de rotación completa impulsado por energía y el sistema de perforación automática con dirección rotativa Geo-Pilot de Sperry Sun Products and Services.
(1)Sistema giratorio de circuito cerrado AutoTrak
La herramienta de dirección desplazada de fondo de pozo del sistema giratorio de circuito cerrado AutoTrak consta de un manguito no giratorio y un mandril giratorio, que están conectados a través de cojinetes superiores e inferiores para formar una estructura relativamente giratoria. El mandril giratorio conecta la sarta de perforación y la broca, y desempeña la función de transmitir la presión y el par de perforación y transportar el fluido de perforación. La camisa no giratoria está equipada con una CPU subterránea, una pieza de control y nervaduras de soporte. La Figura 6.2 es un diagrama esquemático de los objetivos y principios de las herramientas de dirección desplazada en el fondo del pozo. Cuando tres nervaduras de soporte distribuidas uniformemente en la dirección axial se apoyan en la pared del pozo con diferentes presiones hidráulicas, la carcasa no girará durante la perforación sin girar, y la fuerza de reacción de la pared del pozo compensará la herramienta de dirección en el fondo del pozo. . Por lo tanto, controlando la presión hidráulica de las tres nervaduras de soporte, se puede controlar la magnitud y dirección de la fuerza de desviación y se puede controlar la perforación piloto.
Figura 6.2 Herramienta de dirección AutoTrak
(2) Sistema de perforación con dirección rotativa motorizada
A diferencia del sistema Auto Trak RClS, el sistema Auto Trak RClS se basa en presión hidráulica independiente El sistema proporciona una fuente de energía para el desembolso de las nervaduras de soporte, y la fuente de energía para el desembolso de las nervaduras de soporte del sistema SRD motorizado es la diferencia natural de presión hidráulica de perforación entre el interior y el exterior de la sarta de perforación durante el proceso de perforación. Como se muestra en la Figura 6.3, hay un eje de control que se extiende desde la plataforma estable de la parte de control hasta el mecanismo de control de la rama de la nervadura inferior. La válvula de disco superior está fijada en el extremo inferior y se controla el ángulo de rotación de la válvula de disco superior. por la plataforma estable de la parte de control. La válvula de placa inferior está fijada en la herramienta de compensación de fondo de pozo y la sarta de perforación gira junto con la perforación. Los orificios hidráulicos en ella están conectados a las cámaras hidráulicas sostenidas por las nervaduras. Cuando se trabaja en el fondo del pozo, la estabilidad relativa de la válvula superior está controlada por la plataforma estable de la parte de control; los orificios hidráulicos en la válvula de la placa inferior que gira junto con la sarta de perforación se conectarán a los orificios de alta presión en la placa superior. válvula a su vez, de modo que la alta presión en la sarta de perforación El fluido de perforación ingresa a la cámara hidráulica de soporte del piso relevante a través del canal hidráulico conectado temporalmente, y el piso se descarga bajo la acción de la diferencia de presión hidráulica entre el interior y el exterior de la sarta de perforación. De esta manera, a medida que gira la sarta de perforación, cada nervadura de soporte se expandirá en la posición diseñada, proporcionando así fuerza lateral a la broca y produciendo un efecto de guía.
Figura 6.3 Herramienta de guía PowerDriver
(3) Sistema de perforación automática con dirección rotativa Geo-Pilot
El sistema de perforación con dirección rotativa Geo-Pilot también es una herramienta de dirección , pero a diferencia del sistema AutoTrak y el sistema de accionamiento eléctrico, el sistema de perforación direccional rotativo Geo-Pilot no depende de la guía de la broca desplazada, sino que depende de un conjunto de mecanismos de compensación entre el manguito giratorio y el husillo giratorio para compensar el husillo, de esta manera proporcionar a la broca La inclinación inconsistente del eje del pozo produce un efecto de dirección. Su mecanismo de polarización es un mecanismo excéntrico compuesto por varios anillos excéntricos controlables. Cuando se combina el control automático de fondo de pozo, el mecanismo se fijará con respecto al manguito giratorio, de modo que el husillo giratorio siempre esté desviado en una dirección fija y proporcione un ángulo de inclinación fijo para la broca, como se muestra en la Figura 6.4.
Figura 6.4 Herramienta de dirección Geo-Pilot
Según el método de clasificación anterior, la herramienta de dirección del sistema AutoTrak pertenece al modo de trabajo de empuje de broca con desplazamiento estático, y la herramienta de dirección de el sistema PowerDriver pertenece al modo de trabajo de broca de empuje dinámico, la herramienta de guía del sistema Geo-Pilot pertenece al modo de trabajo de broca apuntadora de compensación estática. El sistema de dirección rotativa de empuje tiene las características de una gran fuerza lateral y una alta tasa de deflexión. Sin embargo, el pozo perforado por la dirección rotativa tiene una curvatura grande, una trayectoria grande y desigual y un desgaste severo de la broca y de los cojinetes de la broca. Las características del sistema de dirección rotativa direccional son: puede perforar un pozo suave con menor fricción y torque, y puede usar un WOB más grande con una mayor tasa de penetración mecánica, lo que ayuda a aprovechar al máximo el rendimiento de la broca. La broca y sus cojinetes soportan pequeñas cargas laterales y el desplazamiento último aumenta, pero la tasa de acumulación es baja.
Las tres estructuras de dirección mencionadas anteriormente son tecnologías maduras utilizadas en el mercado comercial, entre las cuales el sistema de perforación automática con dirección rotativa Geo-Pilot se utiliza ampliamente en la Bahía de Bohai en China.
Sólo en 2005 y 2006, el sistema completó la construcción de más de 20 pozos direccionales (pozos secundarios horizontales) y el sistema mostró un buen desempeño independientemente de la perforación con inclinación creciente, la perforación con inclinación decreciente o la perforación con inclinación estable.
La característica común de las tres herramientas guía anteriores es que la estructura electrónica es compleja y la temperatura máxima de funcionamiento es en su mayoría inferior a 250 °C. En aplicaciones de pozos ultraprofundos, es necesario resolver el problema de aplicabilidad de condiciones de trabajo complejas, como la alta temperatura del sistema. Además, el rendimiento de las brocas de fondo de pozo y las bombas de lodo también afecta en gran medida la aplicación de los sistemas anteriores en pozos ultraprofundos.
6.2.2 Estado actual de la investigación nacional
La investigación nacional sobre herramientas de orientación ajustables comenzó tarde y la brecha con los países extranjeros es grande. A fines de la década de 1990, China desarrolló herramientas de dirección de fondo de pozo que hicieron época, como estabilizadores de diámetro variable, guías de campo de flujo, excéntricas controlables, etc., que proporcionaron información objetiva suficiente y necesaria para la realización de sistemas de perforación inteligentes con dirección de circuito cerrado de fondo de pozo. . condición. En la actualidad, instituciones de investigación nacionales como la Universidad Xiyou, el campo petrolífero Shengli, la Universidad de Geociencias de China, etc., participan en investigaciones en esta área, y algunos resultados de la investigación han entrado en la etapa de uso en el campo. A continuación se presenta una breve introducción a algunos resultados de la investigación.
(1) Junta de flexión ajustable con control remoto de tierra
Este logro pertenece al proyecto clave del "Noveno Plan Quinquenal" de la Corporación Nacional de Petróleo de China, y su estructura se muestra en la Figura 6.5.
Figura 6.5 Diagrama esquemático de la estructura de articulación de codo ajustable
El principio de funcionamiento de esta estructura es que cuando cambia el desplazamiento del fluido de perforación, la diferencia de presión entre el fluido de perforación dentro y fuera del El collar de perforación cambia, cambiando así la fuerza que actúa sobre la superficie del extremo del eje estriado superior. Con la participación de la fuerza generada por el resorte, el eje estriado superior puede moverse hacia arriba y hacia abajo. Dado que los extremos del cilindro estriado superior, el eje estriado superior y el eje estriado inferior tienen superficies inclinadas, cuando el eje estriado superior se mueve hacia abajo y hacia arriba, el cilindro estriado superior y el cilindro estriado inferior girarán entre sí. Dado que las líneas centrales de rotación de los cilindros estriados superior e inferior forman un ángulo con sus superficies exteriores, cuando los cilindros estriados superior e inferior giran entre sí, sus superficies exteriores cambiarán de ángulo, que es el ángulo requerido. Esto logra el propósito de la presente invención: en el terreno, el cambio del desplazamiento del fluido de perforación se utiliza para controlar el cambio del ángulo de la articulación del codo del fondo del pozo. La "tecnología de control remoto de la trayectoria del pozo" relacionada ha obtenido una patente de invención nacional, pero aún no se ha puesto en aplicación comercial.
(2) Sistema de unión de flexión controlable basado en perforación orientable rotativa.
La Planta de Producción de Petróleo No. 3 del Campo Zhongyuan, Escuela de Ingeniería Mecánica de la Universidad Xi'an Youshi, con el apoyo del Laboratorio Clave de Ingeniería de Perforación de la Corporación Nacional de Petróleo de China, llevó a cabo un estudio exploratorio sobre Los principios básicos del mecanismo de dirección de articulación de flexión controlable Después de la investigación, se desarrolló un prototipo principal y se lograron resultados preliminares, como se muestra en la Figura 6.6.
Figura 6.6 Diagrama esquemático de la estructura de guía de junta de flexión controlable
(3) Herramienta de guía giratoria de propulsión eléctrica
Esta herramienta es el proyecto nacional "863" realizado por Campo petrolífero de Shengli Después de la "Investigación sobre tecnologías clave del sistema de perforación con dirección rotativa", se desarrolló conjuntamente con la Universidad de Xi'an Youshi. Su principio es básicamente el mismo que el del PowerDrive de Schlumberger, como se muestra en la Figura 6.7. Esta herramienta se ha utilizado en más de 20 pruebas en tierra de las herramientas de perforación giratorias orientables de la Universidad Xi'an Youshi. En agosto de 2006, se llevó a cabo una prueba de campo conjunta de todo el sistema de perforación rotativa direccional en el pozo 225 del pozo inclinado Ying 122 y tuvo éxito. Está básicamente maduro pero aún no ha entrado en el mercado comercial.
Figura 6.7 Herramienta de dirección giratoria motorizada
(4) Otros resultados de investigaciones nacionales.
1) Herramienta guía de rotación excéntrica controlable. La herramienta fue desarrollada conjuntamente por el Centro de Investigación CNOOC, la Universidad Xiyou y COSL. El principio de dirección es básicamente el mismo que el de Baker Hughes y la potencia hidráulica proviene del fluido de perforación. En junio de 2005, 165438 y octubre, se realizaron pruebas de perforación in situ en el pozo Xi 28-022, el pozo Ning 37-32 y el pozo LD5-2-A1 en el campo petrolífero de Changqing.
2) Herramienta de guía de rotación de apuntamiento dinámico. Offshore Petroleum Engineering Co., Ltd. y Southwest Petroleum University combinaron la estructura direccional del Geo-Pilot de Halliburton y la estructura de válvula de placa de pie del Power Drive de Schlumberger para proponer la idea de diseño de una herramienta de perforación con dirección giratoria direccional dinámica. Todavía en la etapa teórica.
3) Apunta a la herramienta guía de rotación. La Universidad de Geociencias de China estudió el análisis dinámico y el rendimiento de trabajo de las herramientas de perforación con dirección rotativa direccional y produjo un prototipo experimental de un mecanismo de dirección desplazada. Su principio es similar al Geo-Pilot, como se muestra en la Figura 6.8.
Figura 6.8 Herramienta de guía de rotación apuntadora
Basado en investigaciones nacionales sobre articulaciones de codo ajustables, se puede ver que los resultados de la investigación de varias instituciones de investigación se encuentran básicamente en la etapa de investigación y prueba en interiores. y están lejos de la madurez. Todavía queda un largo camino por recorrer antes de que los productos puedan usarse en proyectos de perforación, y mucho menos en futuros proyectos de pozos ultraprofundos.