钻柱跳起“扭扭舞”

  近日，中国石化胜利石油工程公司智能信息技术支持中心（以下简称智信中心）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，打破中国石化3500－4000米钻井最短周期纪录，其中商541－斜29井仅用时4．17天钻完3543米，比历史钻井周期缩短84％以上，机械钻速提高300％以上。

  钻柱双向扭转系统是一种在滑动导向过程中，经过控制顶驱或电动转盘，控制井下钻柱扭转辐度，减小钻柱与井壁间静摩擦，以此来降低摩阻，提高滑动定向速度和效率的系统。

  从外观上看，只有两只金属箱子和几根导线。就是这些看似简单的东西，发挥了神奇的控制作用，让深入地下几千米的钻柱按照设定程序扭动起来，有效地减小摩阻，避免托压，减少粘附卡钻和压差卡钻等井下复杂。

  近年来，勘探开发不断向深层超深层、非常规油气资源进军，丛式井、大位移井、长水平段水平井等复杂结构井成为主要井型，这些井型又对钻井轨迹控制和提速降本提出了苛刻要求。

  “目前轨迹控制主要有旋转导向和滑动导向两种方式。旋转导向技术先进，钻速快，导向精准，但价格昂贵，且受井下温度、地层条件等影响较大，有时综合性价比不高。”智信中心电气控制中心负责人兼项目经理尹文波介绍说。

  旋转导向的控制管理系统在井下靠近钻头的位置，能保证定位精准，但不耐高温，在深井和高温页岩油气井中，地层温度常常高达150℃以上，旋转导向故障率明显增高。于是，项目组另辟蹊径，从地上部分做文章，经过控制上部钻具实现近似旋转导向的功能。

  “土办法”叫板洋设备。胜利石油工程公司技术人员首先从提高系统兼容性上入手，对目前在用的不同厂家的顶驱反复研究，设计出一套对原设备改动小又能兼容各种各样不同型号的顶驱系统，连电动转盘也能完美适配，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，如何让这条巨蟒在狭窄的井眼里扭动身躯，还要保持井下工具面稳定，始终是智信中心技术人员努力攻克的难题。扭矩大了会影响工具面，甚至有可能导致钻具脱扣；扭矩小了，又起不到降低摩阻的效果。他们经过反复试验，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，保证工具面丝毫不受影响。

  针对顶驱及电动转盘电机编码器易损坏的问题，他们又专门研发出一套具有自主知识产权的控制算法，不用编码器亦可精确控制角度，大幅度的提升了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，既有研发经验，又有多年定向经验，不但有高效的研发能力，还能够给大家提供专业的现场技术服务，这是我们的核心竞争力。”智信中心经理何洪涛不无骄傲地说。目前，以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％以上。

  经过5年潜心研究，钻柱双向扭转系统已经更新至第三代，可以大范围的应用于长水平井段、井斜30°以上造斜井段、摩阻10吨以上、易粘卡井段等各种复杂井段，操作简单便捷、效果明显，在钻井提速提效方面发挥出巨大作用。

  尹文波介绍，该系统目前已在石化油服各地区公司和中国石油安装配套了92部钻机，在胜利东部老区、苏北页岩油、川渝页岩气、鄂北致密气等重点工区提速降本效果明显，受到国内同行高度认可。（中石化胜利石油工程公司智能信息技术支持中心 李亚男 江川）