1、第六节第六节 闭环钻井技术简介闭环钻井技术简介前言 环指钻井作业过程。闭环钻井是指钻环指钻井作业过程。闭环钻井是指钻井过程的整体优化。井过程的整体优化。闭环钻井的目标是实现钻井过程的全闭环钻井的目标是实现钻井过程的全面自动化、智能化面自动化、智能化,解放钻井人员、提高解放钻井人员、提高整体经济效益。整体经济效益。钻井自动化发展趋势钻井自动化发展趋势传统转盘钻具传统转盘钻具螺杆钻具螺杆钻具MWD计算机计算机导向马达导向马达自动化钻井自动化钻井PDC钻头钻头井下遥井下遥控工具控工具195019601970198019902000 2005 2010常规转盘钻井常规转盘钻井喷射钻井喷射钻井最优化钻井
2、最优化钻井定向井定向井丛式井丛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质导向钻井地质导向钻井自动化钻井自动化钻井一、钻井作业自动化的发展过程一、钻井作业自动化的发展过程 钻井作业自动化的发展过程可划分为井下开环、井钻井作业自动化的发展过程可划分为井下开环、井下半闭环、井下闭环和全闭环四个技术发展阶段：下半闭环、井下闭环和全闭环四个技术发展阶段：1 1、井下开环钻井阶段井下开环钻井阶段 指井下操作全部由人来完成指井下操作全部由人来完成,只有一般的井下测量只有一般的井下测量工具。井眼轨迹的控制只能利用预测技术和更换井底钻具工具。井眼轨迹的控制只能利用预测技术和更换
3、井底钻具组合来进行。井眼轨迹质量差组合来进行。井眼轨迹质量差,钻井效率低钻井效率低,安全性差。安全性差。如果井下开环钻井用自动化钻机如果井下开环钻井用自动化钻机,就成为地面闭环、就成为地面闭环、井下开环钻井井下开环钻井;否则为地面开环、井下开环钻井。否则为地面开环、井下开环钻井。2 2、井下半闭环钻井阶段、井下半闭环钻井阶段 有较先进的井下测量工具有较先进的井下测量工具(如如MWD)MWD)，有地面可控的井，有地面可控的井下工具。测量数据向地面传输下工具。测量数据向地面传输,经过计算机处理及地面模经过计算机处理及地面模拟拟,通过传输通道向井下传送操作指令通过传输通道向井下传送操作指令,随后对井
4、下操作随后对井下操作进行控制。进行控制。与井下开环系统相比与井下开环系统相比,测量精度高、实时性强、信测量精度高、实时性强、信息量大。操作指令更大程度上依靠计算机处理得到息量大。操作指令更大程度上依靠计算机处理得到,人为人为经验减少。井下可控工具经验减少。井下可控工具(包括可变径稳定器、可调弯接包括可变径稳定器、可调弯接头、可变弯角井下动力钻具、可伸缩偏心块等头、可变弯角井下动力钻具、可伸缩偏心块等)使得起下使得起下钻操作大幅度减少钻操作大幅度减少,钻井效率显著提高。目前许多水平井、钻井效率显著提高。目前许多水平井、定向井都是利用井下半闭环钻井技术完成的。定向井都是利用井下半闭环钻井技术完成的
5、。3 3、井下闭环阶段井下闭环阶段 指井身轨迹控制完全可以离开人的干预指井身轨迹控制完全可以离开人的干预(特特殊需要时例外殊需要时例外),),井下信息测量、传输、处理以井下信息测量、传输、处理以及控制指令的产生和执行完全自动进行。有先进及控制指令的产生和执行完全自动进行。有先进的随钻测量工具的随钻测量工具(MWD(MWD 等等)和功能较强的井下可调和功能较强的井下可调控工具。同时控工具。同时,必须有性能很好的微电脑必须有性能很好的微电脑(能承受能承受井下的恶劣环境井下的恶劣环境)。井下闭环钻井作业可分为两类井下闭环钻井作业可分为两类:(1)(1)中心电脑放在地面。通常是测量信息通过传输通道传到
6、中心电脑放在地面。通常是测量信息通过传输通道传到地面地面,经中心处理机处理后经中心处理机处理后,控制指令传给顶部驱动钻机控制指令传给顶部驱动钻机,由顶部驱动钻机来改变井下工具的工具面。也可以是中心由顶部驱动钻机来改变井下工具的工具面。也可以是中心电脑发出的控制指令传给井下可控工具电脑发出的控制指令传给井下可控工具,从而改变井下工从而改变井下工具的结构参数。具的结构参数。(2)(2)中心电脑放在井下。随钻测量信息传给井下电脑中心电脑放在井下。随钻测量信息传给井下电脑,由井由井下电脑发出控制指令来控制井下可控工具的工作状态。测下电脑发出控制指令来控制井下可控工具的工作状态。测量信息同时传给地面计算
7、机进行模拟研究量信息同时传给地面计算机进行模拟研究,用来监测井下用来监测井下作业效果。作业效果。4 4、全闭环钻井阶段、全闭环钻井阶段 这是钻井技术发展的最高阶段。井下这是钻井技术发展的最高阶段。井下采用智能化钻井系统采用智能化钻井系统,地面监控和操作采地面监控和操作采用规范的自动化系统。地面中心控制计算用规范的自动化系统。地面中心控制计算机控制整个钻井作业系统机控制整个钻井作业系统,井下智能钻井井下智能钻井系统则带有独立的井下微电脑。此时系统则带有独立的井下微电脑。此时,作作业人员就可全部或大部分从作业环节中解业人员就可全部或大部分从作业环节中解放出来放出来,从而实现钻井的整体优化。目前从而
8、实现钻井的整体优化。目前离实现全闭环钻井还有一段距离。离实现全闭环钻井还有一段距离。钻机计算机地面发射器/接收器公司办公室卫星通讯双向通讯井下发射器/接收器微处理器传感器组(随钻测量)可调接头井下马达钻头 执行机构 测量系统 控制系统 双向通讯闭闭环环钻钻井井技技术术的的流流程程框框图图二、闭环钻井技术的必要条件二、闭环钻井技术的必要条件 要实现闭环钻井作业的全过程要实现闭环钻井作业的全过程,必须必须具备以下六个条件具备以下六个条件:地面测量地面测量,主要包括泥浆录井主要包括泥浆录井,钻井参数钻井参数地面测量地面测量;井下随钻测量井下随钻测量,目前主要采用目前主要采用MWDMWD、LWD LW
9、D 等井下测量工具等井下测量工具;(1)(1)数据采集数据采集,同时包括地面计算同时包括地面计算;(4)(4)数据的整体综合解释数据的整体综合解释,主要包括把测量主要包括把测量数据解释成有用的参数以指导作业数据解释成有用的参数以指导作业,同时同时用用“人工智能人工智能”把全世界范围内的专家经把全世界范围内的专家经验应用于井场验应用于井场;(5)(5)地面操作控制自动化地面操作控制自动化,把人从钻井作业把人从钻井作业过程中解放出来过程中解放出来;(6)(6)井下操作自动控制井下操作自动控制,主要是利用主要是利用“智能智能”型井下工具和自动的井底钻具组合进行控型井下工具和自动的井底钻具组合进行控制
10、制 。三、实现闭环钻井的核心技术三、实现闭环钻井的核心技术 油气井钻井将发展为像航天、航海领油气井钻井将发展为像航天、航海领域的自主导弹那样高水平的域的自主导弹那样高水平的“自主钻井导自主钻井导弹弹”和双闭环和双闭环(井下与地面之间的大闭环及井下与地面之间的大闭环及井下导向工具与井下测量系统之间的井下井下导向工具与井下测量系统之间的井下小闭环小闭环)系统。实现这一目标的核心技术系统。实现这一目标的核心技术主要有：主要有：1、先进的导向钻井工具、先进的导向钻井工具 (1)(1)滑动式导向工具滑动式导向工具 滑动式导向工具是导向作业时钻柱不滑动式导向工具是导向作业时钻柱不旋转旋转(随钻头向前推进随
11、钻头向前推进,钻柱沿井壁轴向滑钻柱沿井壁轴向滑动动)。目前这类导向工具占主导地位。目前这类导向工具占主导地位,主要主要有弯壳体马达有弯壳体马达(含单弯、同向双弯、异向双含单弯、同向双弯、异向双弯导向马达弯导向马达)、可调弯接头、可变径稳定器、可调弯接头、可变径稳定器等。等。Q Q (2)(2)旋转式导向工具旋转式导向工具 旋转式导向工具是导向作业时钻柱旋旋转式导向工具是导向作业时钻柱旋转。现有的旋转式导向工具分为两类：转。现有的旋转式导向工具分为两类：静止式旋转导向工具静止式旋转导向工具(即导向工具的即导向工具的导向翼肋相对井壁不转动导向翼肋相对井壁不转动)；可调节式的旋转导向工具可调节式的旋
12、转导向工具(即在旋转即在旋转过程中实现导向过程中实现导向)。PowerDrive Principle of Operation Side force or push the bit tool Pads extend dynamically 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
13、rotating at bit speed2 2、导向方式、导向方式 不论是滑动式还是旋转式井下闭环钻井系统不论是滑动式还是旋转式井下闭环钻井系统,都必须选择合适的导向方式。导向方式主要有两都必须选择合适的导向方式。导向方式主要有两种种:(1)(1)几何导向几何导向 主要是以预置的井眼轨迹或井下实时设计的主要是以预置的井眼轨迹或井下实时设计的井眼轨迹为参考量。导向作业时井眼轨迹为参考量。导向作业时,将实测的轨迹将实测的轨迹参数与控制参考量作比较参数与控制参考量作比较,由控制机构给出合适由控制机构给出合适的控制指令的控制指令,从而使钻头沿最优的井眼轨迹钻进。从而使钻头沿最优的井眼轨迹钻进。(2)
14、(2)地质导向地质导向 在拥有几何导向能力的同时在拥有几何导向能力的同时,又能根据随钻又能根据随钻测井测井(LWD)(LWD)得出的地层岩性、地层层面、油层特得出的地层岩性、地层层面、油层特点等地质特征参量点等地质特征参量,随时控制井下轨迹随时控制井下轨迹,使钻头沿使钻头沿地层最优位置钻进。在预先并不掌握地层性质特地层最优位置钻进。在预先并不掌握地层性质特点、层面特征的情况下点、层面特征的情况下,实现精确控制。实现精确控制。当前导向技术大多是以几何导向为特征。对当前导向技术大多是以几何导向为特征。对于一些油层变化不大、油层较厚、对地层性质特于一些油层变化不大、油层较厚、对地层性质特点了解较清楚
15、的场合点了解较清楚的场合,使用几何导向较适宜。而使用几何导向较适宜。而对于一些地层性质特点了解较少、油层厚度很薄对于一些地层性质特点了解较少、油层厚度很薄的场合的场合,使用地质导向更为合适。使用地质导向更为合适。几 何 导 向 钻 进几 何 参 数 测 量（井 斜，方 位，装 置 角）地 质 导 向 钻 进地 质 参 数 测 量（伽 马，电 阻 率，密 度 等）参 数 优 选 控 制力 学 参 数 测 量（钻 压，扭 矩，振 动 等）井 下 随 钻 测 量 系 统（D M W D)3 3、参数测量与传输系统、参数测量与传输系统 随钻实时参数测量是实现全闭环钻井的重要随钻实时参数测量是实现全闭环
16、钻井的重要环节。环节。测量参数包括实钻井身轨迹随钻井身几何参测量参数包括实钻井身轨迹随钻井身几何参数与随钻地层评价、随钻测井、随钻地震等评价数与随钻地层评价、随钻测井、随钻地震等评价参数以及随钻工程参数等。参数以及随钻工程参数等。各种信息的地面与井下双向实时传输通讯。各种信息的地面与井下双向实时传输通讯。随钻地震(SWD)原理Utilizing the bit as the source is generally ineffective in soft sediments,horizontal wells and while drilling with PDC bits.4、地面监控系统、地面
17、监控系统 旋转导向钻井系统的地面监控系统包旋转导向钻井系统的地面监控系统包括信号接收和传输子系统和地面计算存储括信号接收和传输子系统和地面计算存储分析模拟系统分析模拟系统,有的还具有智能决策支持系有的还具有智能决策支持系统。主要功能是通过闭环信息流监视并随统。主要功能是通过闭环信息流监视并随钻调控井身轨迹钻调控井身轨迹,它的关键技术是从地面发它的关键技术是从地面发送到井下的下行控制指令系统送到井下的下行控制指令系统 。1、最孤独的时光，会塑造最坚强的自己。2、把脸一直向着阳光，这样就不会见到阴影。3、永远不要埋怨你已经发生的事情，要么就改变它，要么就安静的接受它。4、不论你在什么时候开始，重要
18、的是开始之后就不要停止。5、通往光明的道路是平坦的，为了成功，为了奋斗的渴望，我们不得不努力。6、付出了不一定有回报，但不付出永远没有回报。7、成功就是你被击落到失望的深渊之后反弹得有多高。8、为了照亮夜空，星星才站在天空的高处。9、我们的人生必须励志，不励志就仿佛没有灵魂。10、拼尽全力，逼自己优秀一把，青春已所剩不多。11、一个人如果不能从内心去原谅别人，那他就永远不会心安理得。12、每个人心里都有一段伤痕，时间才是最好的疗剂。13、如果我不坚强，那就等着别人来嘲笑。14、早晨给自己一个微笑，种下一天旳阳光。15、没有爱不会死，不过有了爱会活过来。16、失败的定义：什么都要做，什么都在做，
19、却从未做完过，也未做好过。17、当我微笑着说我很好的时候，你应该对我说，安好就好。18、人不仅要做好事，更要以准确的方式做好事。19、我们并不需要用太华丽的语言来包裹自己，因为我们要做最真实的自己。20、一个人除非自己有信心，否则无法带给别人信心。21、为别人鼓掌的人也是在给自己的生命加油。22、失去金钱的人损失甚少，失去健康的人损失极多，失去勇气的人损失一切。23、相信就是强大，怀疑只会抑制能力，而信仰就是力量。24、那些尝试去做某事却失败的人，比那些什么也不尝试做却成功的人不知要好上多少。25、自己打败自己是最可悲的失败，自己战胜自己是最可贵的胜利。26、没有热忱，世间便无进步。27、失败
20、并不意味你浪费了时间和生命，失败表明你有理由重新开始。28、青春如此华美，却在烟火在散场。29、生命的道路上永远没有捷径可言，只有脚踏实地走下去。30、只要还有明天，今天就永远是起跑线。31、认真可以把事情做对，而用心却可以做到完美。32、如果上帝没有帮助你那他一定相信你可以。33、只要有信心，人永远不会挫败。34、珍惜今天的美好就是为了让明天的回忆更美好。35、只要你在路上，就不要放弃前进的勇气，走走停停的生活会一直继续。36、大起大落谁都有拍拍灰尘继续走。37、孤独并不可怕，每个人都是孤独的，可怕的是害怕孤独。38、宁可失败在你喜欢的事情上，也不要成功在你所憎恶的事情上。39、我很平凡，但
21、骨子里的我却很勇敢。40、眼中闪烁的泪光，也将化作永不妥协的坚强。41、我不去想是否能够成功，既然选了远方，便只顾风雨兼程。42、宁可自己去原谅别人，莫等别人来原谅自己。43、踩着垃圾到达的高度和踩着金子到达的高度是一样的。44、每天告诉自己一次：我真的很不错。45、人生最大的挑战没过于战胜自己！46、愚痴的人，一直想要别人了解他。有智慧的人，却努力的了解自己。47、现实的压力压的我们喘不过气也压的我们走向成功。48、心若有阳光，你便会看见这个世界有那么多美好值得期待和向往。49、相信自己，你能作茧自缚，就能破茧成蝶。50、不能强迫别人来爱自己，只能努力让自己成为值得爱的人。51、不要拿过去的
22、记忆，来折磨现在的自己。52、汗水是成功的润滑剂。53、人必须有自信，这是成功的秘密。54、成功的秘密在于始终如一地忠于目标。55、只有一条路不能选择那就是放弃。56、最后的措手不及是因为当初游刃有余的自己57、现实很近又很冷，梦想很远却很温暖。58、没有人能替你承受痛苦，也没有人能抢走你的坚强。59、不要拿我跟任何人比，我不是谁的影子，更不是谁的替代品，我不知道年少轻狂，我只懂得胜者为。60、如果你看到面前的阴影，别怕，那是因为你的背后有阳光。61、宁可笑着流泪，绝不哭着后悔。62、觉得自己做得到和做不到，只在一念之间。63、跌倒，撞墙，一败涂地，都不用害怕，年轻叫你勇敢。64、做最好的今天
23、，回顾最好的昨天，迎接最美好的明天。65、每件事情都必须有一个期限，否则，大多数人都会有多少时间就花掉多少时间。66、当你被压力压得透不过气来的时候，记住，碳正是因为压力而变成闪耀的钻石。67、现实会告诉你，不努力就会被生活给踩死。无需找什么借口，一无所有，就是拼的理由。68、人生道路，绝大多数人，绝大多数时候，人都只能靠自己。69、不是某人使你烦恼，而是你拿某人的言行来烦恼自己。70、当一个人真正觉悟的一刻，他放弃追寻外在世界的财富，而开始追寻他內心世界的真正财富。71、失败并不意味你浪费了时间和生命，失败表明你有理由重新开始。72、人生应该树立目标，否则你的精力会白白浪费。73、山涧的泉水
24、经过一路曲折，才唱出一支美妙的歌。74、时间告诉我，无理取闹的年龄过了，该懂事了。75、命运是不存在的，它不过是失败者拿来逃避现实的借口。76、人总是在失去了才知道珍惜！77、要铭记在心：每天都是一年中最美好的日子。78、生活远没有咖啡那么苦涩，关键是喝它的人怎么品味！每个人都喜欢和向往随心所欲的生活，殊不知随心所欲根本不是生活。79、别拿自己的无知说成是别人的愚昧！80、天空的高度是鸟儿飞出来的，水无论有多深是鱼儿游出来的。81、思想如钻子，必须集中在一点钻下去才有力量。82、如果我坚持什么，就是用大炮也不能打倒我。83、我们要以今天为坐标，畅想未来几年后的自己。84、日出时，努力使每一天都
25、开心而有意义，不为别人，为自己。85、有梦就去追，没死就别停。86、今天不为学习买单，未来就为贫穷买单。87、因为一无所有这才是拼下去的理由。88、只要我还有梦，就会看到彩虹!89、你既认准这条路，又何必在意要走多久。90、尽管社会是这样的现实和残酷，但我们还是必须往下走。91、能把在面前行走的机会抓住的人，十有八九都会成功。92、你能够先知先觉地领导产业，后知后觉地苦苦追赶，或不知不觉地被淘汰。93、强烈的信仰会赢取坚强的人，然后又使他们更坚强。94、人生，不可能一帆风顺，有得就有失，有爱就有恨，有快乐就会有苦恼，有生就有死，生活就是这样。95、好习惯的养成，在于不受坏习惯的诱惑。96、凡过于把幸运之事归功于自我的聪明和智谋的人多半是结局很不幸的。97、如果我们一直告诫自己要开心过每一天，就是说我们并不开心。98、天气影响身体，身体决定思想，思想左右心情。99、不论你在什么时候结束，重要的是结束之后就不要悔恨。100、只要还有明天，今天就永远是起跑线。
