百吨钻柱在深层地下跳起“扭扭舞”

    ◎本报记者 王延斌

    通 讯 员 李亚男  江 川

    4月2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）自主研发的钻柱双向扭转系统投入应用。应用了该系统的商541区块钻井周期从25天以上缩短至5天以内，打破中国石化系统3500—4000米钻井最短周期纪录。其中，商541-斜29井仅用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。

    在钻井界，钻柱是钻头以上，水龙头以下的钢管柱总称。它的主体包括方钻杆、钻杆、钻铤、各种连接接头及稳定器等井下工具，是快速优质钻井的重要工具，也是连通地面与地下的枢纽。

    智信中心电气控制中心负责人兼项目经理尹文波向记者表示，钻柱双向扭转系统是一种在滑动导向过程中，通过控制井上的顶驱或电动转盘，控制井下钻柱扭转幅度，减小钻柱与井壁间静摩擦，从而降低摩阻，提高滑动定向速度和效率的系统。

    记者注意到，从外观上看，这个系统只有两只金属箱子和几根导线。但就是这个看似简单的装置，可控制深入地下几千米的钻柱按照设定程序扭动起来，像跳起“扭扭舞”，从而应对井下复杂情况，比如有效减小摩阻，避免托压，减少黏附卡钻和压差卡钻等。

    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。国外的旋转导向技术先进，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。”尹文波说。

    旋转导向的控制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。

    针对这个问题，研发项目组另辟蹊径，在地上部分做文章，通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顶驱反复研究，设计出一套对原设备改动小又能兼容各种型号的顶驱系统。这套系统可完美匹配电动转盘，这也成为它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，同时保持井下工具面稳定？这是摆在技术人员面前的难题。尹文波明白，扭矩大了会影响工具面，甚至可能导致钻具脱扣；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，实现在6500多米的井深，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，大大提高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。这支队伍既有研发经验，又有多年定向经验，不但有高效的研发能力，还可以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说。目前，以双向扭转系统为依托，为外部市场提供技术服务已经成为该团队主要创收渠道。

    据了解，经过5年潜心研究，该团队的钻柱双向扭转系统已经更新至第三代，可以广泛应用于长水平井段、井斜30°以上造斜井段、易黏卡井段等各种复杂井段，操作简便、效果明显，在钻井提速提效方面发挥巨大作用。

    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，受到业内高度认可。