[發(fā)明專利]一種泥漿驅(qū)動旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井控制系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202211055588.1
• 申請日: 2022-08-31
• 公開（公告）號: CN115434968A
• 公開（公告）日: 2022-12-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙建國;王國榮;劉清友;肖曉華;萬敏;曾杰;董學(xué)成;羅旭
• 申請（專利權(quán)）人: 西南石油大學(xué)
• 主分類號: F15B13/02
• 分類號: F15B13/02;F15B15/14;F15B21/08;E21B7/04;E21B44/00
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• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種泥漿驅(qū)動導(dǎo)向鉆井控制系統(tǒng)，涉及石油與天然氣鉆井領(lǐng)域。現(xiàn)有旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井控制系統(tǒng)包含發(fā)電機(jī)、電機(jī)、泵、轉(zhuǎn)閥等，結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜，可靠性較差，價(jià)格高昂；系統(tǒng)壓力不可控，無法實(shí)現(xiàn)精細(xì)化導(dǎo)向鉆井作業(yè)。本發(fā)明涉及一種泥漿驅(qū)動旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井控制系統(tǒng)，由電磁節(jié)流閥、徑向推力機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具泥漿脈沖發(fā)射器、上接頭、鉆桿、電池、電源管理模塊、CPU、測量模塊、放大控制器組A、電磁減壓閥、控制閥組A組成。本發(fā)明核心部件僅有電磁閥和放大控制器，控制原理簡單、可靠性好；通過電磁閥來控制徑向推力機(jī)構(gòu)，避免了使用高溫高壓電機(jī)、泵、動密封、壓力補(bǔ)償短節(jié)等價(jià)格高昂的元器件，成本低；可實(shí)現(xiàn)徑向推力機(jī)構(gòu)導(dǎo)向力的精細(xì)化控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及石油天然氣鉆井工程領(lǐng)域，尤其涉及一種泥漿驅(qū)動旋 轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)

2021年我國石油對外依存度上升至72％，天然氣攀升至46％，大 大超過國際公認(rèn)的警戒線，目前我國常規(guī)油氣資源開發(fā)已達(dá)極限，開 發(fā)頁巖氣等非常規(guī)油氣是緩解我國能源需求的必然選擇。長水平井是 促進(jìn)頁巖氣經(jīng)濟(jì)長效開發(fā)的重要手段，水平井眼的形成需要井眼軌跡 控制，當(dāng)前主要包括彎螺桿滑動導(dǎo)向和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向兩種井眼軌跡控制技 術(shù)：

彎螺桿滑動導(dǎo)向技術(shù)成本低，由此我國水平井導(dǎo)向依然以彎螺桿 滑動導(dǎo)向?yàn)橹鳎缭?020年，青海頁巖氣彎螺桿滑動導(dǎo)向占比超 過83％。在彎螺桿滑動導(dǎo)向過程中，鉆柱不旋轉(zhuǎn)，鉆柱摩阻大極易“托 壓”，導(dǎo)致鉆壓不能有效傳遞，機(jī)械鉆速通常僅為旋轉(zhuǎn)鉆井的1/10～ 1/5；“托壓”導(dǎo)致工具面不易調(diào)整和控制，鉆井時(shí)效降低超過30％； 且極易形成巖屑床，粘附卡鉆風(fēng)險(xiǎn)高。

旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)嚴(yán)重依賴進(jìn)口，費(fèi)用高昂：日費(fèi)15～20萬元，按45 天平均單井導(dǎo)向周期計(jì)算，僅旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)費(fèi)用達(dá)675～900萬元， 達(dá)到整個(gè)鉆井費(fèi)用的10-20％。旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具外徑尺寸較大，卡埋和經(jīng) 濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)極高：目前生產(chǎn)井井眼直徑多數(shù)為215.9mm，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向最大直 徑達(dá)210mm，間隙不到6mm，極易發(fā)生巖屑卡死埋鉆。因此在2020年 第32屆全國天然氣學(xué)術(shù)年會上，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)依然被列為典型的“卡 脖子”技術(shù)。綜上所述，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)是解決長水平段鉆井“托壓”、 提高鉆井效率、縮短建井周期的最有效手段。

旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)國外主要有US9556679B2、US9784036B2、US9528320、 US9714564、US6109372B2、US9828804B2等指向式專利，US8672056B2、 US9206644、US8672056B2、US7389830B2、US9476263B2等推靠式專利， 這些旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)均采用電機(jī)+泵+電磁閥+推靠塊(液壓油驅(qū)動)和 電機(jī)+轉(zhuǎn)閥+推靠塊(泥漿驅(qū)動)的驅(qū)動和控制模式，此類控制模式主要有以下缺點(diǎn)：

(1)電能需求量較大，需要配備發(fā)電機(jī)，電機(jī)抗振性能和轉(zhuǎn)速 控制精度要求高、難度大，成本居高不下；

(2)此類旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向涉及發(fā)電機(jī)、電機(jī)、泵、轉(zhuǎn)閥等多個(gè)動密封 結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜，可靠性較差；

(3)此類控制系統(tǒng)的系統(tǒng)壓力不可控，導(dǎo)向鉆井的導(dǎo)向力無法 實(shí)施精細(xì)化調(diào)控，同時(shí)這些超高溫超高壓電機(jī)、測控電路、高溫高壓 動密封、壓力補(bǔ)償短節(jié)等均被國外公司壟斷，形成了嚴(yán)重的技術(shù)壁壘， 致使我國旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)依然是我國未突破瓶頸技術(shù)。

國內(nèi)申請了CN201510134442.X、CN201810671572.0、 CN201811408149.8等相關(guān)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)專利，這些專利幾乎均采用 電機(jī)+泵+電磁閥+推靠塊(液壓油驅(qū)動)和電機(jī)+轉(zhuǎn)閥+推靠塊(泥漿 驅(qū)動)的驅(qū)動和控制模式，與國外專利相似，同樣存在導(dǎo)向力不可控、 系統(tǒng)可靠性差、成本高等技術(shù)難題。

基于此，擬發(fā)明一種泥漿驅(qū)動導(dǎo)向鉆井控制系統(tǒng)，有效解決現(xiàn)有 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)導(dǎo)向力不可控、系統(tǒng)可靠性差、成本高等技術(shù)難題。

發(fā)明內(nèi)容