智能钻井理论与技术及其发展.ppt

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1、论智能钻井理论与技术及其发展1第一代和第二代智能钻井的基本理论、基本技术和发展趋势。论述了基于电子钻柱的第二代智能钻井技术的优点与功能，阐述它是研发的重点和发展方向。第二代智能钻井技术的优点。基于对接式电子钻柱的智能钻井技术的主要内容和技术难点。摘要2序言石油钻井存在大量非均质性、不确定性、非结构性、非数值化的难题，解决这些工程“黑箱”问题迫切需要信息技术、智能技术和当代高端科学技术。智能钻井理论与技术将迎难而进，快速发展。3远程遥控钻井作业4智能钻井理论1.契机石油钻井、完井和采油正在进入信息化、智能化、自动化阶段，并呈现快速发展的趋势。我国随着海上油气资源的扩大开发，随

2、着陆上复杂油气田和难采难动用储量开发的需求日增，复杂结构井（水平井、大位移井、多分支井)欠平衡钻井、气体钻井等正在不断发展。国内外日益发展现代旋转导向钻井技术，以随钻测井和随钻地震技术为依据的先进地质导向钻井技术以及钻井动态参数的井下诊断和控制等，越来越使得泥浆脉冲等无线随钻测量技术不能满足上述钻井新技术的要求。5智能钻井理论1.契机近60年来国内外一直研究既能由地面向井下输送电能，又能在井下使用电控钻井硬件（含井下工具、仪表和传感器等）并能建立有线随钻实时双向闭环钻井测控信息高速公路。近年，智能油井管的设计研制与生产应用已经和正在取得突破性进展。这项研究工作表明智能油井管

3、（智能钻杆、智能油管、智能柔性连续管等）是实现智能钻井、完井、采油的必要条件和技术关键。6智能钻井理论发展2.瓶颈2.1当钻井循环流体介质为气体或气液两相流体时，泥浆脉冲MWD就不能传输信息了；2.2现用的泥浆脉冲MWD的信息传输能力非常有限（国内水平为3~5bps，国外最高水平为12bps）而发展目标也只能是30~40bps；2.3闭环钻井的随钻测控作业要求井下与地面双向传输。目前上传通道主要是应用泥浆脉冲MWD，而下传的泥浆脉冲通道技术国外也还不很成熟，国内则尚未解决；无线随钻传输存在的主要技术问题7智能钻井理论发展2.瓶颈2.4泥浆脉冲MWD的数据传输时间滞后。当传输

4、较少参数时，在浅井中滞后数秒，在深井中滞后可达1分多钟甚至更慢。如果需传输稍多几个参数时，就不得不采用分时传输的办法，这就滞后得更严重。2.5电滋波无线传输法，由于电磁波在井壁地层中衰减严重，所以仍只限于在浅井中研究，尚未能实现工业应用。2.6应该看到无线传输法的上述问题是不能或很难解决的，它不能真正实现众多参数随钻实时测控传输的功能，更难以建立地面与井下双向闭环信息高速公路。由此，研发新一代有线传输技术的成为必然。无线随钻传输存在的主要技术问题8智能钻井理论3.形成3.1在数据传输方面的前期进展①1940年左右开始研究电钻杆。例如：·1940年Dickson,Dennis

5、on等研究解决了在导电介质（有研磨性、腐蚀性的高压钻井液）中接头丝扣连接导电性的问题；·1942年D.C.Hare研究使用感应接头的方式进行钻柱上下数据通讯连接（获专利），研究使用电容器、整流、放大原理从一个单根传送信号到另一单根；9智能钻井理论3.形成②20世纪70年代，美Shell公司研制湿接头对接式的有线随钻传输。这一技术不断发展，并一直沿用至今；③·1987年MigHoward利用霍尔效应传感器连接钻柱接头传输数据，其传输速率高达100bps。10智能钻井理论3.形成3.2在井下送电方面的前期进展①20世纪40年代末/50年代初前苏联开始研制并应用井下（有杆、无杆）

6、电钻。到1997年用电钻具钻井3200口，进尺6,422,421,000米。基本上是用管内吊线与电插头的方法（图1），其缺点是可靠性差，往往钻进1,000m左右接头就因磨损而失效。②70年代，美GE公司研究电钻杆，1977年获专利。但基本上未能商业化应用。③80-90年代，法IFP公司研究唇密封的电钻杆（1985年获专利），试用于1000m浅井。④1990年A.f.Veneru用连续导线从地面传送电力到井下，可使供电能力几乎不受限制，并获得专利。11图1-A有线随钻测控系统1－钻头2－旋转导向工具3－钻杆4－导线5－转盘7－导线8－电接头10－水龙头11－水龙带12图1－B

7、管柱内孔悬挂导线法之一13智能钻井理论3.形成3.3智能钻杆的形成与进展①从20世纪80年代末（90年代初）钻井技术上提出了需要解决既能随钻实时双向高速传输测控数据的需求，同时又能随钻往井下送电的要求。于是开始研究智能钻杆。其主要理由：一、无线脉冲传输能力太低，而智能钻杆能成千上万倍地提高传输能力；二、井下需电能，而用电池和/或井下涡轮发电机等方法其供电能力有限、费用贵，特别是加长了MWD、LWD、旋转导向钻井工具（PowerDrive、Antotrak、GeoPilot）等硬件的长度，难以满足近钻头测量的轴向距离