让钻柱跳起“扭扭舞”

  近日，胜利石油工程公司智能信息技术支持中心研发的钻柱双向扭转系统在商541区块成功应用，钻井周期缩短至5天以内，创中国石化3500米~4000米钻井最短周期纪录。其中，商541-斜29井用时4.17天钻完3543米，比历史钻井周期缩短84%，机械钻速提高300%。

  从外观上看，该系统仅有两个金属箱子和几根导线。虽然看似简单，但它能够在滑动导向过程中，经过控制顶驱或电动转盘，调整井下钻柱扭转幅度，减小钻柱与井壁间静摩擦，以此来降低摩阻，提高滑动定向的效率。

  多年来，胜利石油工程公司聚焦智能化发展趋势，成功研发并持续升级钻柱双向扭转系统，有效控制复杂结构井的钻井轨迹，让深入地下几千米的钻柱按照设定程序扭动起来，跳起“扭扭舞”，助力钻井提速提效。目前，该系统已在石化油服各地区公司安装配套80部钻机，有力支撑了中国石化胜利东部老区、胜利济阳和苏北页岩油、川渝页岩气、鄂北致密气等重点工区的滑动定向提速降本；在中国石油渤海钻探和海洋工程公司安装配套12部钻机，应用效果得到甲方认可。

  近年来，随着勘探开发向深层超深层、非常规油气资源拓展，丛式井、大位移井、长水平段水平井等复杂结构井成为效益开发的主要井型，这些井型对钻井轨迹控制和提速降本提出了更高要求。

  “目前，钻井轨迹控制主要有旋转导向和滑动导向两种方式。旋转导向很先进，钻速快、导向更精准，但价格昂贵，且使用工况受井下温度、地层条件等影响较大，综合性价比在有些情况下不高。”智能信息技术支持中心电气控制中心负责人兼项目经理尹文波介绍。

  据悉，旋转导向的控制管理系统安装在井下靠近钻头的位置，这保证了其定位的精准性。在深井和高温页岩油气井中，地层温度常常高达150摄氏度以上，旋转导向不能适应高温环境，故障率明显增高，甚至不能使用。

  于是，智能信息技术上的支持中心就考虑换一个思路，另辟蹊径，在地面部分做文章，经过控制上部钻具实现近似旋转导向的功能。2016年，智能信息技术上的支持中心对此研发方向立项；2019年7月，他们研发的钻柱双向扭转系统首次现场试验成功。

  想法是好的，但实现起来却没那么容易。首先要解决系统与顶驱之间的兼容性问题。目前，胜利石油工程公司在用的顶驱产自国内外五家以上不一样的品牌，PLC、变频器型号及通信方式等也各不相同，要在尽可能减少改动的前提下实现对不同顶驱的控制，就只能从提高钻柱双向扭转系统的兼容性上入手。

  经过反复研究，他们设计的钻柱双向扭转系统不但能兼容各种各样不同型号的顶驱，而且适配电动转盘，这也成为该系统得以广泛应用的最大优势。

  上百吨重的钻柱，深入地下几千米，扭矩大了会影响井下工具面，甚至有可能导致钻具脱扣；扭矩小了，又起不到降低摩阻的作用。通过多次试验，他们摸索出各种工况下的最佳参数，开发出一种独特的算法，可以精确控制扭转参数，做到6500多米井深连续正反向旋转3000度以上零误差，保证了定向作业工具面不受影响。

  为解决顶驱及电动转盘电机编码器损坏导致角度扭转功能没办法使用的问题，他们专门研发出一套具有自主知识产权的无编码器角度扭转控制算法，在不用编码器的情况下，即可对顶驱和电动转盘进行精确角度控制，大幅度的提升了钻柱双向扭转系统的适配性和安装效率。

  “我们有一支20余人的技术服务队伍，他们都是既有研发经验又有多年定向经验的工程师，具备高效的研发能力，还可以为井队提供专业的现场技术服务。”智能信息技术支持中心经理何洪涛说。

  他们并没有因取得的成绩而停下前进的脚步，而是致力于让该系统向着更人性化、更智能化的方向发展。经过多年迭代升级，目前，该系统已更新至第三代，可大范围的应用于长水平井段、井斜30度以上造斜井段、摩阻10吨以上等各种复杂井段，在钻井提速提效方面发挥作用。该系统也因简单易操作、效果明显深受钻井队的喜爱。

  随着智能化程度的增加，胜利石油工程公司的钻井队已经完全掌握该系统的使用技巧，几乎不需要指导就能操作了。尹文波惊喜地发现，胜利石油工程公司一季度进尺排名前10的国内8支队伍中，有6支队伍应用了钻柱双向扭转系统。“虽然这并不全是我们的功劳，但也绝不是巧合。”尹文波难掩内心的喜悦。

  目前，以钻柱双向扭转系统为依托为外部市场提供技术服务慢慢的变成了该团队的主要创收渠道，占比达80%。