蔡偉

（中國(guó)石油大慶鉆探工程公司鉆井工程技術(shù)研究院，大慶163000）

旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井儀器是目前廣泛應(yīng)用于長(zhǎng)水平段施工的新一代智能化閉環(huán)鉆井系統(tǒng)。通過(guò)整個(gè)井下鉆具管柱的360°旋轉(zhuǎn)模式，既能精準(zhǔn)控制井眼軌跡，又能避免傳統(tǒng)井下螺桿馬達(dá)等動(dòng)力鉆具滑動(dòng)鉆進(jìn)帶來(lái)的大摩阻和鉆進(jìn)效率低等問(wèn)題，因此，采用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)能夠有效地減少鉆井周期和提高井眼軌跡質(zhì)量[1-2]。 尤其目前致密油和頁(yè)巖油均利用長(zhǎng)水平段水平井進(jìn)行開采，那么自研旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向的應(yīng)用可以有效改善企業(yè)對(duì)于相關(guān)技術(shù)服務(wù)所用高端儀器短缺的問(wèn)題，但是對(duì)于儀器接下來(lái)的大面積推廣應(yīng)用，其井下工作的可靠性便顯得尤為重要。因此，如果想要提升儀器的整體質(zhì)量，那么研制出適合自研旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)各模塊功能可靠性檢測(cè)的檢測(cè)設(shè)備具有重要意義。

1 DQXZ旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)多功能檢測(cè)設(shè)備

1.1 設(shè)備結(jié)構(gòu)組成及功能簡(jiǎn)介

經(jīng)過(guò)前期設(shè)計(jì)和加工定制，成功研制出了DQXZ旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)多功能檢測(cè)設(shè)備（如圖1所示）。本檢測(cè)設(shè)備的結(jié)構(gòu)主要包含主控及存儲(chǔ)模塊、模擬泥漿脈沖上傳模塊、模擬地面旁通器下傳功能模塊（如圖2所示）及相應(yīng)端口、箱體和專用跨接線組成。主要功能如下：

圖1 本檢測(cè)設(shè)備外觀（正面、背面）實(shí)物圖示意圖

圖2 本檢測(cè)設(shè)備內(nèi)部各功能模塊實(shí)物圖

首先，其內(nèi)部集成度高，免除大量外部導(dǎo)線連接，專門制作的跨接線消除了所有出錯(cuò)隱患。此外，本成果包含的核心功能模塊能夠?qū)崿F(xiàn)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向在整裝前于實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行上半部電子系統(tǒng)帶載能力檢測(cè)、井下數(shù)據(jù)上傳功能檢測(cè)及地面指令下傳功能檢測(cè)。最后，設(shè)計(jì)的4個(gè)通用接口實(shí)現(xiàn)了各模塊與所有相關(guān)檢測(cè)設(shè)備的互聯(lián)互通。

表1 DQXZ旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)多功能檢測(cè)一體機(jī)技術(shù)指標(biāo)

1.2 設(shè)備主要核心功能模塊介紹

該設(shè)備的主要核心功能模塊包括：模擬泥漿脈沖上傳模塊和模擬地面旁通器指令下傳模塊。研制成功后能夠?qū)崿F(xiàn)在旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向儀器整裝前于實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行系統(tǒng)工程參數(shù)測(cè)量模塊和地質(zhì)參數(shù)測(cè)量模塊各部分的井下數(shù)據(jù)上傳和地面指令對(duì)主控模塊下傳的可靠性檢測(cè)，徹底取代了之前只能在儀器整裝后于車間進(jìn)行模擬井下泥漿循環(huán)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行上述檢測(cè)的工藝技術(shù)，真正做到有問(wèn)題在儀器整裝前早發(fā)現(xiàn)早解決，而且在提升了測(cè)試效果的同時(shí)，做到操作簡(jiǎn)便、不影響儀器使用壽命、安全環(huán)保和低能耗等需求。

1.3 設(shè)備工作原理

圖3 模擬泥漿脈沖信號(hào)上傳功能模塊原理圖

圖4 模擬地面旁通器指令下傳功能模塊實(shí)物圖

將旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)各功能模塊采用跨接線“一對(duì)一”形式連接在本設(shè)備36V總線電源上。通電40秒后采用光耦電路設(shè)計(jì)的模擬泥漿脈沖上傳功能模塊，即可模擬井下脈沖器產(chǎn)生的泥漿脈沖，用匹配的跨接線連接地面解碼系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行井下數(shù)據(jù)上傳的可靠性測(cè)試。有信號(hào)通過(guò)時(shí)光耦芯片驅(qū)動(dòng)本成果的信號(hào)指示燈亮起，直觀判斷信號(hào)上傳功能是否正常[3-6]。同時(shí)模擬地面旁通器下傳功能模塊通過(guò)采樣記錄4～20mA電流和地面旁通器盤閥開啟角度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可以完全模擬旁通器分流量大小調(diào)節(jié)所帶來(lái)的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速變化，實(shí)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行下傳功能的可靠性測(cè)試[7]。因此，可實(shí)現(xiàn)將原來(lái)只能整裝后在車間進(jìn)行的檢測(cè)工作改進(jìn)成整裝前在實(shí)驗(yàn)室完成。

圖5 本設(shè)備實(shí)際使用場(chǎng)景的3D效果圖

圖6 通用接線端口實(shí)現(xiàn)各模塊和各檢測(cè)設(shè)備的互聯(lián)互通

圖7 本設(shè)備發(fā)明前旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向可靠性檢測(cè)工藝

圖8 本設(shè)備發(fā)明后旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向可靠性檢測(cè)工藝

2 應(yīng)用情況說(shuō)明

2.1 本設(shè)備應(yīng)用范圍及數(shù)量

截至目前，本成果已應(yīng)用于大慶油田采油一廠、二廠及海拉爾等區(qū)塊進(jìn)行水平井及直井施工的同行業(yè)隨鉆儀器DQXZ旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)和垂直鉆井等系統(tǒng)核心功能的可靠性測(cè)試22套次，累計(jì)測(cè)試585小時(shí)，其中連續(xù)通訊測(cè)試51小時(shí)，上傳功能測(cè)試434小時(shí)，下傳功能測(cè)試97次。篩選出可靠性低的模塊7套，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。

2.2 通過(guò)本設(shè)備檢測(cè)后的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

為了驗(yàn)證本檢測(cè)設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用效果，將通過(guò)檢測(cè)的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)各功能模塊完成整裝進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。截止目前共試驗(yàn)8口井，總進(jìn)尺2268米，累計(jì)工作時(shí)間339小時(shí)，最大造斜率每30米6.5度，最大單井水平段進(jìn)尺841米，砂巖鉆遇率最高86.4%，平均機(jī)械鉆速較同區(qū)塊LWD施工提高了129.49%，為產(chǎn)業(yè)化推廣奠定了基礎(chǔ)。下面主要介紹臺(tái)36-平83井現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況，詳細(xì)數(shù)據(jù)如表2所示：

表2 本設(shè)備發(fā)明前后旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向可靠性檢測(cè)工藝對(duì)比

表2 DQXZ-172型旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)臺(tái)36-平83井現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況

儀器下鉆次數(shù)times 1總誤工時(shí)間h 0平均鉆壓t 4～5平均排量L/S 30-35平均轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速r/min 90～100鉆井液密度g/cm3 1.25～1.3粘度s 52～55含沙%0.5

期間在薄差油層地質(zhì)導(dǎo)向鉆井中工程參數(shù)測(cè)量模塊、地質(zhì)參數(shù)測(cè)量模塊及液壓導(dǎo)向執(zhí)行單元均能夠正常工作，穩(wěn)定上傳相關(guān)井下數(shù)據(jù)。此外，泥漿泵穩(wěn)定工作時(shí)下傳指令能夠正確解碼，實(shí)施隨鉆雙向通訊，實(shí)現(xiàn)在鉆進(jìn)時(shí)下傳指令，提升鉆進(jìn)效率。

3 結(jié)論

通過(guò)DQXZ-172型旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果可以確定，該多功能檢測(cè)設(shè)備的研制將本應(yīng)儀器整裝完成在車間進(jìn)行地面循環(huán)實(shí)驗(yàn)的檢測(cè)工藝成功改進(jìn)為在儀器整裝前于實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行同等測(cè)試?？梢杂脕?lái)進(jìn)行自研旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向上半部電子系統(tǒng)帶載能力、數(shù)據(jù)上傳以及指令下傳功能的可靠性檢測(cè)試驗(yàn)。長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，本設(shè)備的應(yīng)用不僅可以增加測(cè)試時(shí)長(zhǎng)，提升檢測(cè)效果，而且無(wú)需使用車間大型設(shè)備，大幅降低能耗、儀器損耗以及人員工作強(qiáng)度并且消除工作中的安全風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)用性強(qiáng)，應(yīng)用后得到了油田相關(guān)同行業(yè)人員的一致好評(píng)。所以，該成果具有非常可觀的推廣應(yīng)用前景。