石油鉆井設備與工具--閉環(huán)鉆井技術簡介(PPT28張)課件

1、第六節(jié)第六節(jié) 閉環(huán)鉆井技術簡介閉環(huán)鉆井技術簡介前言 環(huán)指鉆井作業(yè)過程。閉環(huán)鉆井是指鉆環(huán)指鉆井作業(yè)過程。閉環(huán)鉆井是指鉆井過程的整體優(yōu)化。井過程的整體優(yōu)化。 閉環(huán)鉆井的目標是實現(xiàn)鉆井過程的全閉環(huán)鉆井的目標是實現(xiàn)鉆井過程的全面自動化、智能化面自動化、智能化, , 解放鉆井人員、提高解放鉆井人員、提高整體經(jīng)濟效益。整體經(jīng)濟效益。鉆井自動化發(fā)展趨勢鉆井自動化發(fā)展趨勢傳統(tǒng)轉(zhuǎn)盤鉆具傳統(tǒng)轉(zhuǎn)盤鉆具螺桿鉆具螺桿鉆具MWD計算機計算機導向馬達導向馬達自動化鉆井自動化鉆井PDC鉆頭鉆頭井下遙井下遙控工具控工具195019601970198019902000 2005 2010常規(guī)轉(zhuǎn)盤鉆井常規(guī)轉(zhuǎn)盤鉆井噴射鉆井噴射鉆井最

2、優(yōu)化鉆井最優(yōu)化鉆井定向井定向井叢式井叢式井水平井水平井小井眼井小井眼井多分枝水平井多分枝水平井大位移井大位移井地質(zhì)導向鉆井地質(zhì)導向鉆井自動化鉆井自動化鉆井一、鉆井作業(yè)自動化的發(fā)展過程一、鉆井作業(yè)自動化的發(fā)展過程 鉆井作業(yè)自動化的發(fā)展過程可劃分為井下開環(huán)、井鉆井作業(yè)自動化的發(fā)展過程可劃分為井下開環(huán)、井下半閉環(huán)、井下閉環(huán)和全閉環(huán)四個技術發(fā)展階段：下半閉環(huán)、井下閉環(huán)和全閉環(huán)四個技術發(fā)展階段： 1 1、 井下開環(huán)鉆井階段井下開環(huán)鉆井階段 指井下操作全部由人來完成指井下操作全部由人來完成, , 只有一般的井下測量只有一般的井下測量工具。井眼軌跡的控制只能利用預測技術和更換井底鉆具工具。井眼軌跡的控制只能

3、利用預測技術和更換井底鉆具組合來進行。井眼軌跡質(zhì)量差組合來進行。井眼軌跡質(zhì)量差, , 鉆井效率低鉆井效率低, , 安全性差。安全性差。 如果井下開環(huán)鉆井用自動化鉆機如果井下開環(huán)鉆井用自動化鉆機, , 就成為地面閉環(huán)、就成為地面閉環(huán)、井下開環(huán)鉆井井下開環(huán)鉆井; ; 否則為地面開環(huán)、井下開環(huán)鉆井。否則為地面開環(huán)、井下開環(huán)鉆井。 2 2、井下半閉環(huán)鉆井階段、井下半閉環(huán)鉆井階段 有較先進的井下測量工具有較先進的井下測量工具( (如如MWD)MWD)，有地面可控的井，有地面可控的井下工具。測量數(shù)據(jù)向地面?zhèn)鬏斚鹿ぞ?。測量數(shù)據(jù)向地面?zhèn)鬏? , 經(jīng)過計算機處理及地面模經(jīng)過計算機處理及地面模擬擬, , 通過傳輸

4、通道向井下傳送操作指令通過傳輸通道向井下傳送操作指令, , 隨后對井下操作隨后對井下操作進行控制。進行控制。 與井下開環(huán)系統(tǒng)相比與井下開環(huán)系統(tǒng)相比, , 測量精度高、實時性強、信測量精度高、實時性強、信息量大。操作指令更大程度上依靠計算機處理得到息量大。操作指令更大程度上依靠計算機處理得到, , 人為人為經(jīng)驗減少。井下可控工具經(jīng)驗減少。井下可控工具( (包括可變徑穩(wěn)定器、可調(diào)彎接包括可變徑穩(wěn)定器、可調(diào)彎接頭、可變彎角井下動力鉆具、可伸縮偏心塊等頭、可變彎角井下動力鉆具、可伸縮偏心塊等) ) 使得起下使得起下鉆操作大幅度減少鉆操作大幅度減少, , 鉆井效率顯著提高。目前許多水平井、鉆井效率顯著提

5、高。目前許多水平井、定向井都是利用井下半閉環(huán)鉆井技術完成的。定向井都是利用井下半閉環(huán)鉆井技術完成的。3 3、 井下閉環(huán)階段井下閉環(huán)階段 指井身軌跡控制完全可以離開人的干預指井身軌跡控制完全可以離開人的干預( (特特殊需要時例外殊需要時例外) , ) , 井下信息測量、傳輸、處理以井下信息測量、傳輸、處理以及控制指令的產(chǎn)生和執(zhí)行完全自動進行。有先進及控制指令的產(chǎn)生和執(zhí)行完全自動進行。有先進的隨鉆測量工具的隨鉆測量工具(MWD (MWD 等等) ) 和功能較強的井下可調(diào)和功能較強的井下可調(diào)控工具。同時控工具。同時, , 必須有性能很好的微電腦必須有性能很好的微電腦( (能承受能承受井下的惡劣環(huán)境井

6、下的惡劣環(huán)境) )。井下閉環(huán)鉆井作業(yè)可分為兩類井下閉環(huán)鉆井作業(yè)可分為兩類: :(1) (1) 中心電腦放在地面。通常是測量信息通過傳輸通道傳到中心電腦放在地面。通常是測量信息通過傳輸通道傳到地面地面, , 經(jīng)中心處理機處理后經(jīng)中心處理機處理后, , 控制指令傳給頂部驅(qū)動鉆機控制指令傳給頂部驅(qū)動鉆機, , 由頂部驅(qū)動鉆機來改變井下工具的工具面。也可以是中心由頂部驅(qū)動鉆機來改變井下工具的工具面。也可以是中心電腦發(fā)出的控制指令傳給井下可控工具電腦發(fā)出的控制指令傳給井下可控工具, , 從而改變井下工從而改變井下工具的結(jié)構參數(shù)。具的結(jié)構參數(shù)。(2) (2) 中心電腦放在井下。隨鉆測量信息傳給井下電腦中心

7、電腦放在井下。隨鉆測量信息傳給井下電腦, , 由井由井下電腦發(fā)出控制指令來控制井下可控工具的工作狀態(tài)。測下電腦發(fā)出控制指令來控制井下可控工具的工作狀態(tài)。測量信息同時傳給地面計算機進行模擬研究量信息同時傳給地面計算機進行模擬研究, , 用來監(jiān)測井下用來監(jiān)測井下作業(yè)效果。作業(yè)效果。4 4、全閉環(huán)鉆井階段、全閉環(huán)鉆井階段 這是鉆井技術發(fā)展的最高階段。井下這是鉆井技術發(fā)展的最高階段。井下采用智能化鉆井系統(tǒng)采用智能化鉆井系統(tǒng), , 地面監(jiān)控和操作采地面監(jiān)控和操作采用規(guī)范的自動化系統(tǒng)。地面中心控制計算用規(guī)范的自動化系統(tǒng)。地面中心控制計算機控制整個鉆井作業(yè)系統(tǒng)機控制整個鉆井作業(yè)系統(tǒng), , 井下智能鉆井井下智

8、能鉆井系統(tǒng)則帶有獨立的井下微電腦。此時系統(tǒng)則帶有獨立的井下微電腦。此時, , 作作業(yè)人員就可全部或大部分從作業(yè)環(huán)節(jié)中解業(yè)人員就可全部或大部分從作業(yè)環(huán)節(jié)中解放出來放出來, , 從而實現(xiàn)鉆井的整體優(yōu)化。目前從而實現(xiàn)鉆井的整體優(yōu)化。目前離實現(xiàn)全閉環(huán)鉆井還有一段距離。離實現(xiàn)全閉環(huán)鉆井還有一段距離。鉆機計算機地面發(fā)射器/接收器公司辦公室衛(wèi)星通訊雙向通訊井下發(fā)射器/接收器微處理器傳感器組(隨鉆測量)可調(diào)接頭井下馬達鉆頭 執(zhí)行機構 測量系統(tǒng) 控制系統(tǒng) 雙向通訊閉閉環(huán)環(huán)鉆鉆井井技技術術的的流流程程框框圖圖二、閉環(huán)鉆井技術的必要條件二、閉環(huán)鉆井技術的必要條件 要實現(xiàn)閉環(huán)鉆井作業(yè)的全過程要實現(xiàn)閉環(huán)鉆井作業(yè)的全過程

9、, , 必須必須具備以下六個條件具備以下六個條件: : 地面測量地面測量, ,主要包括泥漿錄井主要包括泥漿錄井, , 鉆井參數(shù)鉆井參數(shù)地面測量地面測量; ;井下隨鉆測量井下隨鉆測量, , 目前主要采用目前主要采用MWDMWD、LWD LWD 等井下測量工具等井下測量工具; ; (1)(1)數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集, , 同時包括地面計算同時包括地面計算; ; (4) (4) 數(shù)據(jù)的整體綜合解釋數(shù)據(jù)的整體綜合解釋, , 主要包括把測量主要包括把測量數(shù)據(jù)解釋成有用的參數(shù)以指導作業(yè)數(shù)據(jù)解釋成有用的參數(shù)以指導作業(yè), , 同時同時用用“人工智能人工智能”把全世界范圍內(nèi)的專家經(jīng)把全世界范圍內(nèi)的專家經(jīng)驗應用于井場驗

10、應用于井場; ; (5) (5) 地面操作控制自動化地面操作控制自動化, , 把人從鉆井作業(yè)把人從鉆井作業(yè)過程中解放出來過程中解放出來; ; (6) (6) 井下操作自動控制井下操作自動控制, , 主要是利用主要是利用“智能智能”型井下工具和自動的井底鉆具組合進行控型井下工具和自動的井底鉆具組合進行控制制 。三、實現(xiàn)閉環(huán)鉆井的核心技術三、實現(xiàn)閉環(huán)鉆井的核心技術 油氣井鉆井將發(fā)展為像航天、航海領油氣井鉆井將發(fā)展為像航天、航海領域的自主導彈那樣高水平的域的自主導彈那樣高水平的“自主鉆井導自主鉆井導彈彈”和雙閉環(huán)和雙閉環(huán)( (井下與地面之間的大閉環(huán)及井下與地面之間的大閉環(huán)及井下導向工具與井下測量系統(tǒng)

11、之間的井下井下導向工具與井下測量系統(tǒng)之間的井下小閉環(huán)小閉環(huán)) ) 系統(tǒng)。實現(xiàn)這一目標的核心技術系統(tǒng)。實現(xiàn)這一目標的核心技術主要有：主要有：1、先進的導向鉆井工具、先進的導向鉆井工具 (1) (1) 滑動式導向工具滑動式導向工具 滑動式導向工具是導向作業(yè)時鉆柱不滑動式導向工具是導向作業(yè)時鉆柱不旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)( (隨鉆頭向前推進隨鉆頭向前推進, , 鉆柱沿井壁軸向滑鉆柱沿井壁軸向滑動動) )。目前這類導向工具占主導地位。目前這類導向工具占主導地位, , 主要主要有彎殼體馬達有彎殼體馬達( (含單彎、同向雙彎、異向雙含單彎、同向雙彎、異向雙彎導向馬達彎導向馬達) )、可調(diào)彎接頭、可變徑穩(wěn)定器、可調(diào)彎接頭、

12、可變徑穩(wěn)定器等。等。Q Q (2) (2) 旋轉(zhuǎn)式導向工具旋轉(zhuǎn)式導向工具 旋轉(zhuǎn)式導向工具是導向作業(yè)時鉆柱旋旋轉(zhuǎn)式導向工具是導向作業(yè)時鉆柱旋轉(zhuǎn)?，F(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)式導向工具分為兩類：轉(zhuǎn)。現(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)式導向工具分為兩類： 靜止式旋轉(zhuǎn)導向工具靜止式旋轉(zhuǎn)導向工具( (即導向工具的即導向工具的導向翼肋相對井壁不轉(zhuǎn)動導向翼肋相對井壁不轉(zhuǎn)動) ) ； 可調(diào)節(jié)式的旋轉(zhuǎn)導向工具可調(diào)節(jié)式的旋轉(zhuǎn)導向工具( (即在旋轉(zhuǎn)即在旋轉(zhuǎn)過程中實現(xiàn)導向過程中實現(xiàn)導向) )。PowerDrive Principle of Operation Side force or push the bit tool Pads extend dynami

13、cally from a rotating housing Curvature defined by 3 points of contactPowerDrive Bias Unit Has 3 pads driven by hydraulic actuators Actuators apply lateral force to the bit while always rotating at bit speed2 2、導向方式、導向方式 不論是滑動式還是旋轉(zhuǎn)式井下閉環(huán)鉆井系統(tǒng)不論是滑動式還是旋轉(zhuǎn)式井下閉環(huán)鉆井系統(tǒng), ,都必須選擇合適的導向方式。導向方式主要有兩都必須選擇合適的導向方式。導向方式

14、主要有兩種種: : (1) (1) 幾何導向幾何導向 主要是以預置的井眼軌跡或井下實時設計的主要是以預置的井眼軌跡或井下實時設計的井眼軌跡為參考量。導向作業(yè)時井眼軌跡為參考量。導向作業(yè)時, , 將實測的軌跡將實測的軌跡參數(shù)與控制參考量作比較參數(shù)與控制參考量作比較, , 由控制機構給出合適由控制機構給出合適的控制指令的控制指令, , 從而使鉆頭沿最優(yōu)的井眼軌跡鉆進。從而使鉆頭沿最優(yōu)的井眼軌跡鉆進。(2) (2) 地質(zhì)導向地質(zhì)導向 在擁有幾何導向能力的同時在擁有幾何導向能力的同時, , 又能根據(jù)隨鉆又能根據(jù)隨鉆測井測井(LWD) (LWD) 得出的地層巖性、地層層面、油層特得出的地層巖性、地層層面

15、、油層特點等地質(zhì)特征參量點等地質(zhì)特征參量, , 隨時控制井下軌跡隨時控制井下軌跡, ,使鉆頭沿使鉆頭沿地層最優(yōu)位置鉆進。在預先并不掌握地層性質(zhì)特地層最優(yōu)位置鉆進。在預先并不掌握地層性質(zhì)特點、層面特征的情況下點、層面特征的情況下, , 實現(xiàn)精確控制。實現(xiàn)精確控制。 當前導向技術大多是以幾何導向為特征。對當前導向技術大多是以幾何導向為特征。對于一些油層變化不大、油層較厚、對地層性質(zhì)特于一些油層變化不大、油層較厚、對地層性質(zhì)特點了解較清楚的場合點了解較清楚的場合, , 使用幾何導向較適宜。而使用幾何導向較適宜。而對于一些地層性質(zhì)特點了解較少、油層厚度很薄對于一些地層性質(zhì)特點了解較少、油層厚度很薄的場

16、合的場合, , 使用地質(zhì)導向更為合適。使用地質(zhì)導向更為合適。 幾 何 導 向 鉆 進幾 何 參 數(shù) 測 量（ 井 斜 ， 方 位 ， 裝 置 角 ）地 質(zhì) 導 向 鉆 進地 質(zhì) 參 數(shù) 測 量（ 伽 馬 ， 電 阻 率 ， 密 度 等 ）參 數(shù) 優(yōu) 選 控 制力 學 參 數(shù) 測 量（ 鉆 壓 ， 扭 矩 ， 振 動 等 ）井 下 隨 鉆 測 量 系 統(tǒng)（ D M W D )3 3、參數(shù)測量與傳輸系統(tǒng)、參數(shù)測量與傳輸系統(tǒng) 隨鉆實時參數(shù)測量是實現(xiàn)全閉環(huán)鉆井的重要隨鉆實時參數(shù)測量是實現(xiàn)全閉環(huán)鉆井的重要環(huán)節(jié)。環(huán)節(jié)。 測量參數(shù)包括實鉆井身軌跡隨鉆井身幾何參測量參數(shù)包括實鉆井身軌跡隨鉆井身幾何參數(shù)與隨鉆地

17、層評價、隨鉆測井、隨鉆地震等評價數(shù)與隨鉆地層評價、隨鉆測井、隨鉆地震等評價參數(shù)以及隨鉆工程參數(shù)等。參數(shù)以及隨鉆工程參數(shù)等。 各種信息的地面與井下雙向?qū)崟r傳輸通訊。各種信息的地面與井下雙向?qū)崟r傳輸通訊。隨鉆地震(SWD)原理Utilizing the bit as the source is generally ineffective in soft sediments, horizontal wells and while drilling with PDC bits.4、地面監(jiān)控系統(tǒng)、地面監(jiān)控系統(tǒng) 旋轉(zhuǎn)導向鉆井系統(tǒng)的地面監(jiān)控系統(tǒng)包旋轉(zhuǎn)導向鉆井系統(tǒng)的地面監(jiān)控系統(tǒng)包括信號接收和傳輸子系統(tǒng)和地面計

18、算存儲括信號接收和傳輸子系統(tǒng)和地面計算存儲分析模擬系統(tǒng)分析模擬系統(tǒng), ,有的還具有智能決策支持系有的還具有智能決策支持系統(tǒng)。主要功能是通過閉環(huán)信息流監(jiān)視并隨統(tǒng)。主要功能是通過閉環(huán)信息流監(jiān)視并隨鉆調(diào)控井身軌跡鉆調(diào)控井身軌跡, ,它的關鍵技術是從地面發(fā)它的關鍵技術是從地面發(fā)送到井下的下行控制指令系統(tǒng)送到井下的下行控制指令系統(tǒng) 。1、最孤獨的時光，會塑造最堅強的自己。2、把臉一直向著陽光，這樣就不會見到陰影。3、永遠不要埋怨你已經(jīng)發(fā)生的事情，要么就改變它，要么就安靜的接受它。4、不論你在什么時候開始，重要的是開始之后就不要停止。5、通往光明的道路是平坦的，為了成功，為了奮斗的渴望，我們不得不努力。6

19、、付出了不一定有回報，但不付出永遠沒有回報。7、成功就是你被擊落到失望的深淵之后反彈得有多高。8、為了照亮夜空，星星才站在天空的高處。9、我們的人生必須勵志，不勵志就仿佛沒有靈魂。10、拼盡全力，逼自己優(yōu)秀一把，青春已所剩不多。11、一個人如果不能從內(nèi)心去原諒別人，那他就永遠不會心安理得。12、每個人心里都有一段傷痕，時間才是最好的療劑。13、如果我不堅強，那就等著別人來嘲笑。14、早晨給自己一個微笑，種下一天旳陽光。15、沒有愛不會死，不過有了愛會活過來。16、失敗的定義：什么都要做，什么都在做，卻從未做完過，也未做好過。17、當我微笑著說我很好的時候，你應該對我說，安好就好。18、人不僅要

20、做好事，更要以準確的方式做好事。19、我們并不需要用太華麗的語言來包裹自己，因為我們要做最真實的自己。20、一個人除非自己有信心，否則無法帶給別人信心。21、為別人鼓掌的人也是在給自己的生命加油。22、失去金錢的人損失甚少，失去健康的人損失極多，失去勇氣的人損失一切。23、相信就是強大，懷疑只會抑制能力，而信仰就是力量。24、那些嘗試去做某事卻失敗的人，比那些什么也不嘗試做卻成功的人不知要好上多少。25、自己打敗自己是最可悲的失敗，自己戰(zhàn)勝自己是最可貴的勝利。26、沒有熱忱，世間便無進步。27、失敗并不意味你浪費了時間和生命，失敗表明你有理由重新開始。28、青春如此華美，卻在煙火在散場。29、

21、生命的道路上永遠沒有捷徑可言，只有腳踏實地走下去。30、只要還有明天，今天就永遠是起跑線。31、認真可以把事情做對，而用心卻可以做到完美。32、如果上帝沒有幫助你那他一定相信你可以。33、只要有信心，人永遠不會挫敗。34、珍惜今天的美好就是為了讓明天的回憶更美好。35、只要你在路上，就不要放棄前進的勇氣，走走停停的生活會一直繼續(xù)。36、大起大落誰都有拍拍灰塵繼續(xù)走。37、孤獨并不可怕，每個人都是孤獨的，可怕的是害怕孤獨。38、寧可失敗在你喜歡的事情上，也不要成功在你所憎惡的事情上。39、我很平凡，但骨子里的我卻很勇敢。40、眼中閃爍的淚光，也將化作永不妥協(xié)的堅強。41、我不去想是否能夠成功，既

22、然選了遠方，便只顧風雨兼程。42、寧可自己去原諒別人，莫等別人來原諒自己。43、踩著垃圾到達的高度和踩著金子到達的高度是一樣的。44、每天告訴自己一次：我真的很不錯。45、人生最大的挑戰(zhàn)沒過于戰(zhàn)勝自己！46、愚癡的人，一直想要別人了解他。有智慧的人，卻努力的了解自己。47、現(xiàn)實的壓力壓的我們喘不過氣也壓的我們走向成功。48、心若有陽光，你便會看見這個世界有那么多美好值得期待和向往。49、相信自己，你能作繭自縛，就能破繭成蝶。50、不能強迫別人來愛自己，只能努力讓自己成為值得愛的人。51、不要拿過去的記憶，來折磨現(xiàn)在的自己。52、汗水是成功的潤滑劑。53、人必須有自信，這是成功的秘密。54、成功

23、的秘密在于始終如一地忠于目標。55、只有一條路不能選擇那就是放棄。56、最后的措手不及是因為當初游刃有余的自己57、現(xiàn)實很近又很冷，夢想很遠卻很溫暖。58、沒有人能替你承受痛苦，也沒有人能搶走你的堅強。59、不要拿我跟任何人比，我不是誰的影子，更不是誰的替代品，我不知道年少輕狂，我只懂得勝者為。60、如果你看到面前的陰影，別怕，那是因為你的背后有陽光。61、寧可笑著流淚，絕不哭著后悔。62、覺得自己做得到和做不到，只在一念之間。63、跌倒，撞墻，一敗涂地，都不用害怕，年輕叫你勇敢。64、做最好的今天，回顧最好的昨天，迎接最美好的明天。65、每件事情都必須有一個期限，否則，大多數(shù)人都會有多少時間就花掉多少時間。66、當你被壓力壓得透不過氣來的時候，記住，碳正是因為壓力而變成閃耀的鉆石。67、現(xiàn)實會告訴你，不努力就會被生活給踩死。無需找什么借口，一無所有，就是拼的理由。68、人生道路，絕大多數(shù)人，絕大多數(shù)時候，人都只能靠自己。69、不是某人使你煩惱，而是你拿某人的言行來煩惱自己。70、當一個人真正覺悟的一刻，他放棄追尋外在世界的財富，而開始追尋他內(nèi)心世界的真正財富。71、失敗并不意味