螺杆钻受控定向钻探技术在强造斜地层中的应用.pdf
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1、第 4 期螺杆钻受控定向钻探技术在强造斜地层中的应用杨毅(湖南省矿产资源调查所,湖南 长沙410000)冶 金 与 材 料Metallurgy and materials第 44 卷 第 4 期2024 年 4 月Vol.44 No.4Apr.2024摘要:螺杆钻受控定向钻探技术在强造斜地层中的应用具有显著的优势。该技术通过螺杆钻的工作原理、受控定向钻探技术的组成、强造斜地层的特点以及关键技术等方面,实现了钻井操作的精确控制。文章通过实际案例分析,进一步证实了此技术在提高钻井效率、降低钻井成本和保证钻井质量方面的优越性,该技术对于解决强造斜地层的钻探难题具有重要的实际应用价值。关键词:螺杆钻;
2、受控定向钻探技术;强造斜地层作者简介:杨毅(1990),男,湖北襄阳人,主要研究方向:探矿工程。定向钻探技术是现代石油和天然气勘探开发中的关键技术之一,其重要性在于能够精确地导向目标地层,实现有效的资源开采。特别是在强造斜地层中,由于其地质结构的复杂性,传统的钻探技术往往难以应对。而螺杆钻受控定向钻探技术,凭借其精细的控制机制和高效的钻探性能,能够有效地解决强造斜地层的钻探难题。此外,该技术还具有提高钻井效率、降低钻井成本和保证钻井质量的优点,对石油和天然气的勘探开发具有重大的经济和社会意义。1 螺杆钻受控定向钻探技术基础1.1螺杆钻的工作原理螺杆钻的工作原理是定向钻探技术中的一个关键组成部分
3、,其设计旨在实现精准的钻探操作,尤其是在强造斜地层等复杂地质结构中。螺杆钻利用一系列机械和液压组件来控制钻头的方向,从而精确地钻进特定的地层。在螺杆钻的核心是一个特殊设计的钻头,它能够根据需要调整钻进的角度和方向,而调整是通过在钻头附近安装的弯管或可调节弯曲角度的马达来实现的。这些组件使得钻头可以在不同角度上进行旋转,从而在钻进时改变其轨迹。螺杆钻的驱动主要来自地面上的钻机,它通过钻杆将转动力和压力传递到钻头。在钻头进行旋转的同时,钻井液被泵入钻杆中,通过钻头的喷嘴喷出,以清除切削物并冷却钻头。这种液压作用不仅有助于钻进过程,而且还通过调整钻井液的性质和流量,进一步精确控制钻进方向和速度。在遇
4、到强造斜地层时,螺杆钻的这种可控性显得尤为重要。强造斜地层由于其倾斜的结构和不均匀的岩石硬度,对钻头的方向控制提出了更高的要求。螺杆钻通过其精细的控制机制,能够有效应对这些挑战,确保钻头能够沿预定轨迹有效地穿透这些复杂的地层,从而实现定向钻探的目的。1.2受控定向钻探技术的组成受控定向钻探技术的组成涉及多个关键组件和系统,共同作用以实现精确的钻探控制。这些组件和系统包括钻头控制系统、钻杆组合、测量和监控设备、钻井液体系,以及数据处理和决策支持系统。首先,钻头控制系统是受控定向钻探的核心,通常包括可调节的钻头和弯曲部件,如可调节马达或弯管,以上部件允许钻头在钻进过程中改变其角度和方向,从而实现对
5、钻井轨迹的精准控制。钻杆组合是另一个关键元素。钻杆不仅作为力的传递介质,将地面钻机的旋转力和推进力传递到钻头,而且通过其组合和配置,还可以影响钻头的响应和钻探轨迹。特殊设计的钻杆可提高钻进过程中的稳定性和精度。测量和监控设备对于受控定向钻探至关重要,如测井工具和实时数据传输系统等,能够持续监测钻井过程中的各种参数,如钻头位置、钻井方向、地层特性和钻井液条件。这些信息对于实时调整钻井计划和确保钻探按预定轨迹进行至关重要。钻井液体系也是受控定向钻探技术的一个重要组成部分。钻井液不仅用于冷却和润滑钻头,还用于清除钻井过程中产生的岩屑。通过优化钻井液的性能,如其粘度和密度,可以提高钻井效率并减少钻井过
6、程中可能出现的问题。最后,数据处理和决策支持系统是实现有效受控定向钻探的关键。这些系统能够处理从钻井现场收集的大量数据,并提供实时的分析和决策支持,以优化钻井操作和应对突发情况咱1暂。1.3强造斜地层的特点及其对钻探的影响强造斜地层是地质结构中的一种特殊形态,其主要特点包括显著的倾斜角度、岩层的不均匀性,以及可能伴随的多种复杂地质现象,如断层、裂隙和不同硬度的岩石层。这些特点对钻探活动产生了深远的影响,对定向钻探技术提出了更高的要求。首先,强造斜地层的显著倾斜角度使得钻头在钻进时更容易偏离预定轨109冶金与材料第 44 卷迹。在这种地层中,重力对钻具的影响加剧,容易导致钻头“滑移”或“走斜”。
7、因此,钻井过程中需要更精准的方向控制和轨迹调整。其次,岩层的不均匀性,包括硬度和脆性的变化,对钻头的磨损和效率造成影响。在强造斜地层中,钻头可能会遇到不同硬度的岩石,这要求钻头设计具有较高的适应性和耐用性。此外,这种不均匀性还可能导致钻井过程中的振动和钻杆应力增加。此外,强造斜地层中可能存在的断层和裂隙会增加钻探的不确定性和风险。这些地质特征可能导致钻井液损失、井壁不稳定和钻具卡死等问题。因此,钻探过程中需要细致的地质预测和实时监测,以及相应的应急预案。最后,钻井液的角色在强造斜地层中尤为重要。由于地层条件的复杂性,需精心设计的钻井液体系来保持井壁稳定,清除钻屑,以及优化钻头的切削效果。2螺杆
8、钻受控定向钻探技术的关键技术2.1钻头设计与选择钻头设计与选择是定向钻探技术中的关键环节,它直接影响钻探的效率和成功率。钻头的设计必须考虑到地质条件、钻探目标和技术限制,以确保最佳的钻探性能。钻头的设计首先依赖于对地层特性的深入理解。不同类型的岩石,如软岩、硬岩或砾石层,对钻头的要求各不相同。软岩层可能需要大齿面积和高渗透率的钻头来提高清除钻屑的效率,而硬岩层则需要更坚固、耐磨的钻头来应对高磨损条件。在钻头的物理设计方面,钻头的尺寸、形状、齿型和布局都是关键因素。钻头的直径需要与预定的钻孔尺寸相匹配。钻头的形状,包括其前端的剖面和角度,决定了其钻进速率和方向控制能力。此外,齿型的选择(如切削齿
9、或破碎齿)和布局(密集或分散)也会影响钻头的切削效率和寿命。钻头材料的选择也至关重要。传统的钢制钻头适用于较软的地层,而对于更硬的地层,则可能需要采用碳化钨或金刚石等更硬的材料咱2暂。金刚石复合体(PDC)钻头因其出色的耐磨性和切削能力,在许多复杂地质条件下被广泛使用。除了物理特性外,钻头的液压设计也不可忽视。钻头上的喷嘴配置和流道设计决定了钻井液的流动方式,这对于清除钻屑、冷却钻头和维护井壁稳定性非常重要。适当的液压设计可以提高钻头的清洁效率,降低卡钻和井壁坍塌的风险。最后,钻头的选择还需考虑钻井设备的能力,如扭矩和推进力,以及预期的钻探深度和方向。2.2钻杆组合与配置钻杆组合与配置在定向钻
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