1.液動螺桿鉆具的應用
液動螺桿是目前施工定向井中造斜段、穩斜段、水平鉆進段的常用鉆具。液動螺桿以鉆井液作為動力介質,底部輸出動力,推動鉆頭工作,這種方法的優點是鉆具可以不轉動,減少了井下鉆具磨損及鉆桿折斷事故,可精確控制井眼軌跡。
螺桿鉆具分為直螺桿、彎螺桿和可調螺桿3種,水平定向鉆進壹般采用單彎螺桿鉆具鉆進,其角度有1°,1.25°,1.5°,1.75°等多種,可依據具體情況選用,並配合無磁鉆鋌和測斜儀器組成定向鉆具組合。通過液動鉆進方式實現增斜、降斜,通過復合鉆進方式穩斜,即達到連續鉆井目的,又可隨時調整井眼軌跡。
2.定向測斜儀的應用
定向鉆進主要控制的井身軌跡參數包括:井斜角、方位角、工具面和斜深。在鉆進過程中必須及時測得井眼軌跡參數。應用單點照相測斜儀,有線隨鉆測斜儀和無線隨鉆測斜儀可確定上述參數,水平對接井連通時,還需強磁連通工具。
(1)單點照相測斜儀
這類儀器在國內應用已很普遍,這類儀器在螺桿鉆具上部工作面方面設有定位座,單點照相測斜儀下到定位座位置時,在設定的時間內膠片曝光,膠片上留有該點的井斜角、方位角。適當轉動鉆具可實現工作面的調整,按設定井身軌跡鉆進。單點照相測斜儀操作簡單、性能穩定,但每次測量時需停鉆靜止等待,測出的軌跡不連續,適用於傾斜角不太大的定向井、叢式井施工。
(2)有線隨鉆測斜儀
此測斜儀通過電纜將信號從孔底輸到地表,此種方法傳輸信號衰減小,數據可靠,但需把測量探管的電纜從鉆桿中送入井底,在回次終了需提升儀器,需要專門的水龍頭和電纜絞車。有線隨鉆測斜儀實現了井身軌跡在鉆進時的連續測量,進而隨時控制鉆進軌跡。有線隨鉆儀器使用缺點在於每次加尺時需將探管提升和下放,影響作業時間,在水平段鉆進時,有時依靠鉆井液的沖力使探管下到井底。有線隨鉆適合於井斜較大、井身軌跡要求精度高的井,在地層穩定情況下,在水平段也有應用,但由於煤層的不穩定性,不適合在煤層中水平鉆進。
(3)泥漿脈沖無線隨鉆測斜儀———PMWD
PMWD系統(圖2-1)可將測量的井斜、方位、工具面、井深等數據通過泥漿脈沖介質傳遞到地面,還可在PMWD系統中按放伽馬探管進行隨鉆判層,這點在煤層氣水平鉆井中非常重要。
圖2-1 PMWD井下安裝示意圖
PMWD系統將采集數據通過確定的編碼方式轉化為電磁鐵動作,當泥漿脈沖泵打開時,電磁鐵的直線運動轉換為旋轉閥的開關模式,從而產生泥漿脈沖壓力變化。泥漿脈沖壓力信號傳到地面,經過濾波、譯碼等處理後,轉化為定向測量數據和伽馬電阻率等數據。PMWD 測斜儀不用電纜,只需用泥漿流作為傳輸介質,鉆進過程中可隨時讀取井眼的空間要素和巖層信息,對水平井井身軌跡可隨時控制,達到了真正意義上隨鉆目的。PMWD的工作原理依賴於泥漿,泥漿性能的好壞對 PMWD 工作影響很大。當泥漿中固相含量高到壹定程度時,容易堵塞PMWD 系統,由於泥漿流長時間沖刷PMWD系統,有些部件容易損失,影響水平井鉆井進程;煤層氣鉆井中常常采用欠平衡鉆井,PMWD 系統將不能應用。目前,PMWD已做到國產化,但伽馬探管需引進。
(4)電磁波無線隨鉆測斜儀———EM-MWD
電磁波無線隨鉆系統(圖2-2)利用低頻電磁波經過地殼將信息傳送到地面,通過地面天線接受,然後由計算機解碼和處理,發布到司鉆的顯示屏上。EM-MWD系統采用連續傳輸方式,能夠在鉆桿連接的時候傳輸靜態測量值。
以美國國民油井生產的 Blackstar EM-MWD 為例,它測量的關鍵數據點包括:①磁力、重力、工具面,②井斜,③近鉆頭井斜,④方位角,⑤高邊伽馬,⑥低邊伽馬,⑦定向伽馬和360度伽馬,⑧環空壓力。
EM-MWD適合:①欠平衡鉆井,②低壓地層,③循環損失地層,④受汙染的泥漿系統。
EM-MWD目前國內無生產,應用依賴國外引進。它的應用受電阻率限制,若地層電阻率低,信號容易發散損失,地面將接收不到傳輸信號。
(5)強磁連通儀器
圖2-2 EM-MWD結構圖
兩井連通過程中采用的技術為近鉆頭電磁測距法———RMRS。RMRS技術的硬件構成報包括強磁短節和強磁探管。強磁短節的長度約為40cm,由橫行排列的多個強磁體組成。它主要用來提供壹個恒定的待測磁場,電磁信號的有效傳播距離為40m。探管由3部分組成:扶正器、傳感器組件、加重桿,其長度約為3m。當旋轉的強磁短節通過另壹井洞穴附近區域時,洞穴中的探管可采集強磁短節產生的磁場強度信號,最後通過采集軟件可準確計算兩井間的距離及當前鉆頭的位置。RMRS必須與 MWD和螺桿馬達等配合使用,鉆具組合通常為:鉆頭+強磁短節+馬達+無磁鉆鋌+MWD+鉆桿。目前強磁連通儀器國內無生產,依靠國外引進或國外提供租賃服務。