现代井下钻井工具及旋转导向闭环钻井系统

大位移井和复杂井眼轨迹的控制须实现连续旋转井下闭环导向钻井 ,这一需求推动了井眼轨迹控制手段的提高 ,为此 ,探讨了适用于旋转导向闭环钻井的井下工具的发展概况 ,提出了比较可行的井下钻井工具发展和研究方向。研究结果表明 ,应重视旋转导向闭环钻井技术的发展 ,静态式可调偏量机构是井下闭环控制的主要方式 ,应采用直接侧向力法控制钻头轨迹。     

现代井下钻井工具及旋转导向闭环钻井系统

大位移井和复杂井眼轨迹的控制须实现连续旋转井下闭环导向钻井,这一需求推动了井眼轨迹控制手段的提高,为此,探讨了适用于旋转导向闭环钻井的井下工具的发展概况,提出了比较可行的井下钻井工具发展和研究方向。结果结果表明,应重视旋转导向闭环钻井技术的发展,静态式可调偏量机构是井下闭环控制的主要方式,应采用直接侧向力法控制钻头轨迹。     

旋转导向钻井系统RCLD的控制系统设计

研究了旋转导向井下闭环钻井系统RCLD控制系统的设计及工作原理。结果表明：这种系统利用钻井液作为控制动力，使系统具有自行动力供应能力，并根据控制指令，控制其摇动幅度和平衡位置，从而达到改变导向力方向和大小的目的，进而实现井眼轨迹的闭环控制。     

推靠式旋转导向井眼轨迹预测与控制方法

旋转导向钻井系统是现代导向钻井技术的发展方向。通过导向机构调节导向参数来预测和控制井眼轨迹,是旋转导向钻井系统的关键技术之一。为解决推靠式旋转导向钻具的导向力和工具面角对井眼轨道的控制问题,对导向力分别在井斜平面和方位平面进行解耦;并应用了纵横弯曲理论建立了底部钻具组合三维力学分析模型,得出了导向参数与钻头侧向力和转角的定量关系。在考虑钻头和地层的各向异性因素的影响下,利用在UPC模型基础上提出的有效钻力的概念,通过计算钻头有效钻力来预测实钻过程中的钻进趋势。在此理论基础上,计算了按设计的井眼轨道钻进所需要的导向参数,并讨论了井眼轨迹参数、钻压、钻头各向异性参数和地层参数对钻具导向性能的影响;分析了其中的规律,并得出只有综合考虑上述各项因素,才能准确计算出导向参数,确保钻头沿设计轨迹钻进,也为旋转导向井眼轨迹控制提供了理论依据。     

导向钻井系统导向钻进水平井段的理论与实践

导向技术的研究与试验在胜利油田取得了圆满成功,获得了较好的试验效果,推广的300余口井初步统计节约成本上亿元,经济效益十分显著。在水平井井眼轨迹控制施工中,导向钻井系统在斜井段和水平段的施工中均获得了显著的技术经济效益。在对导向钻井技术研究和指导水平井井眼轨迹控制现场施工过程中,对水平井段导向钻井进行了探索,应用加权残值法编制了导向钻具受力分析软件并着重对复合钻进增斜力进行了初步研究。在理论研究和现场实践中得到了一些有价值的结论,提出了单弯单稳型导向钻具导向钻进水平段的优化措施。     

水平井井眼轨迹地质导向技术析

水平井井眼轨迹的地质导向是其综合录井工作中的重点,它决定着水平井钻井工作的成败。本文结合中石化西南分公司在四川中江构造上第一口针对三叠系中统沙溪庙组“D层”砂体的水平井地质导向的成功经验,总结并提出水平井眼轨迹地质导向工作的一些基本方法,旨在为今后的水平井地质导向过程中起到一定的指导作用。     

旋转导向系统现状及关键技术分析

旋转导向系统是一种具有高科技含量自动化钻井新技术,对石油天然气钻井提高井眼轨迹精确度和钻进能力、降低钻柱摩阻等方面具有重要作用.针对当前旋转导向系统研究的热点和问题,总结分析了中外旋转导向背景意义、技术组合、工作原理和发展水平等,并对典型旋转导向系统重点做了详细阐述,具体阐明了推靠式旋转导向技术的难点和关键点.为了获得在钻井领域对未来技术制高点的掌控,最后对旋转导向系统进一步的实际工程价值和技术趋势做了展望和分析,将对开发旋转导向系统和研究方向具有切实的指导意义.     

井下闭环导向钻井工具双环积分滑模控制研究

带有双偏心环偏置机构的旋转导向钻井工具在导向钻进时,由于旋转外套传递的钻压以及复杂的井下工况等不确定性及非线性因素,造成钻井工具的轨迹精确度难以控制,为此,提出了一种轨迹跟踪控制理论——双环积分滑模控制。首先,对一种旋转导向钻井工具中的双偏心环偏置机构进行模型简化,将其简化为二自由度的连杆机构;其次,对机构模型进行分析,构建其运动学方程和动力学模型;然后,设计了双环积分滑模控制器,并用Lyapunov函数证明了所设计的控制系统的稳定性;最后,利用MATLAB软件进行仿真分析,证实了该控制方法有较好的抗干扰能力和控制精度。     

旋转导向工具设计及其旋转导向机理研究

提出了一种旋转导向工具设计方案,并对其实现旋转导向的机理进行了深入研究。结果表明,这种导向工具设计方案不但能够实现旋转导向力方向和大小的有效控制,而且结构简单,可靠性好。     

基于支撑向量机的井眼轨迹预测新方法

提出了一种利用支撑向量机（SVM）进行井眼轨迹预测的新方法，它基于小样本统计学习理论，通过对一口或几口已钻井的轨迹数据进行学习训练支撑向量机，建立井眼轨迹的支撑向量机预测模型。对多口井的实验结果分析表明，该方法估计精度高且易于现场推广使用。     

砂体顶面微构造对水平井轨迹设计的影响研究

通过总结大庆老区水平井的轨迹设计和钻井实践得出 :影响砂体顶面微构造预测精度的因素包括沉积微相、沉积单元界限、补心海拔的测量精度和直井井斜等 .对大庆老区 2口代表性水平井的微构造研究的对比分析揭示出 :因地质、井网条件不同造成的微构造预测精度影响水平井的设计、钻井、施工等 ;砂体顶面微构造的预测精度决定了大庆老区水平井轨迹设计的可行性和钻水平井的成功率     

利用张力样条模拟定向井井眼轨迹的方法研究

根据张力样条的特性及定向井井眼轨迹的形成规律,提出了用张力样条模拟定向井井眼轨迹的方法.详细介绍了用张力样条法确定定向井井眼轨迹的步骤.利用这种方法可以计算定向井任一点的空间位置.实例计算结果表明,在已知任意个相邻测点之间,用张力样条插值计算未知测点的井斜角和方位角,与实测值相比,误差很小,满足实际井眼轨迹计算的要求,具有实用价值,为定向井井眼轨迹的计算提供了一种新的方法.     

全方位AGV复合转向方法的运动分析与仿真

对全方位AGV采用复合转向驱动控制进行了运动正、逆解的推导，并对其的运动约束进行了分析。该AGV改变了原AGV在运动灵活性方面存在的缺陷，除可实现普通AGV的运动方式(前进、后退和回转)外，还可以任意姿态实现沿任意路径的轨迹跟踪。通过仿真和实验验证了对其采用复合转向进行运动控制的可行性和有效性。     

大位移井摆线轨道设计方法

摩阻力和摩阻力矩是影响大位移井位移的主要因素 ,选择合适的轨道剖面可以减小摩阻力和摩阻力矩。基于最速降线原理 ,提出了一种大位移井摆线轨道设计的方法。利用此方法计算了井眼长度、起钻摩阻、滑动摩阻、摩阻力矩和井眼曲率 ,并与其他轨道剖面下的计算结果进行了对比。对比结果表明 ,在相同的设计条件下 ,与圆弧、悬链线、准悬链线轨道相比 ,摆线轨道的井眼长度最短 ,摩阻力和摩阻力矩较小。这种摆线轨道设计方法具有一定的应用价值     

不扩孔径向水平井钻管转向仿真研究

针对177.8 mm套管内部空间尺寸的约束条件,建立转向器弯曲导向滑道及钻管模型,利用ANSYS软件,对钻管通过转向器滑道的转向过程进行有限元仿真研究。仿真结果表明:在钻管弯曲转向时钻管弯曲内侧更易发生失稳;转向器滑道曲率变化率是个非常重要的参数,钻管应力、截面变形、钻管阻力都与其有关,为了使钻管以低应力、较为安全的状态通过转向器,减小滑道轨迹的曲率变化率是必要的方式;材料为X的钻管可以安全穿过滑道,钻管转向后可以沿滑道水平钻进,钻管变形保持在许可范围内,能够满足径向水平井的钻进要求。     

双舵轮自动导引车轨迹追踪控制算法

为提高双舵轮自动导引车(automated guided vehicle, AGV)轨迹跟踪控制性能,设计了基于模型预测控制的轨迹跟踪控制器。以双舵轮自动导引车为研究对象,首先建立自动导引车运动学模型,求得车体转弯半径,并重点分析双舵轮自动导引车转向优势;然后,对双舵轮导引车建立了基于模型预测控制的轨迹跟踪模型,并考虑车体运动性能指标及各类约束,最后通过仿真实验验证了模型预测控制算法用于双舵轮自动导引车的可行性,且分析了控制时域权重和预测时域长度两项模型参数对系统性能的影响;与基于比例-积分-微分轨迹跟踪控制器的自动导引车进行轨迹跟踪对比仿真实验。最终实验表明,采用该模型预测控制器可以满足各类约束条件,高效精准完成对连续大曲率目标路径的有效跟踪,同时具有较高的实时性和鲁棒性。     

低勘探程度区页岩气水平井地质导向方法与应用——以渝东南地区LY1HF井为例

中国南方(除四川盆地外)海相页岩气勘探程度整体较低,地质条件复杂,水平井地质设计与导向难度大。为了提高低勘探程度区水平井钻探效果,从水平井地质设计、地质导向流程、标志层厘定与识别、地质模型建立与修改、最优甜点段优化等方面开展了地质导向方法研究。结果表明:①基于导眼井测井、地震、地层资料,建立钻前地质模型,利用空间几何关系,可较为准确的计算靶点的坐标和垂深;②总结出入窗前和水平段"两段式"地质导向方法,提出地质导向的关键是准确识别标志层、正确计算地层倾角、及时修改地质模型、适时优化最优甜点段、合理调整水平井轨迹,以提高最优甜点段钻遇率,同时确保井眼轨迹光滑,为后期完井和压裂顺利施工奠定基础;③LY1HF井使用该地质导向方法,甜点段钻遇率100%,气测显示良好,井眼轨迹光滑,取得了良好的钻探效果。