新工具定位需要探測和控制反向旋轉(zhuǎn)降低井下鉆探作業(yè)的風(fēng)險。這是由于反向旋轉(zhuǎn)影響著鉆井的經(jīng)濟(jì)性，降低了鉆井效率和鉆速，增加了非生產(chǎn)時間(NPT)，并對井下工具有破壞性。
當(dāng)鉆柱通過井眼從滑動接觸切換到滾動接觸時，反向旋轉(zhuǎn)就產(chǎn)生了。一旦鉆柱組合通過井眼進(jìn)入滾動接觸，它圍繞中心點(diǎn)反向旋轉(zhuǎn)，尤其是滑升到井眼，接著鉆柱開始向后進(jìn)行工作，形成井眼中的牽引，繼續(xù)高頻率地旋轉(zhuǎn)，這主要依賴鉆柱和井眼之間的間隙，最終，它在圍繞井眼內(nèi)部逆時旋轉(zhuǎn)的同時，順時轉(zhuǎn)動它的軸線。如果任其旋轉(zhuǎn)，反向旋轉(zhuǎn)將可能通過關(guān)閉鉆井作業(yè)而停止。
盡管反向旋轉(zhuǎn)在任何鉆井環(huán)境中可能發(fā)生，但它最可能發(fā)生在較低的傾斜(垂直井)，估計隨時發(fā)生在所有鉆井的40%中。隨著鉆井傾斜的增加和鉆井軌跡逐漸變得更水平，反向旋轉(zhuǎn)的可能性減少，但并不排除發(fā)生的可能性。
創(chuàng)新系統(tǒng)
鉆柱接觸點(diǎn)之間的摩擦——鉆頭、鉆頭切削齒、鉆具穩(wěn)定器或鉆鋌和鉆孔是至關(guān)重要的。隨著接觸點(diǎn)和鉆孔之間的摩擦不斷增加，反向旋轉(zhuǎn)變得更容易。此外，鉆柱鋒利的邊緣能夠切入巖石中，便形成導(dǎo)致反向旋轉(zhuǎn)的牽引力。
反向旋轉(zhuǎn)可以達(dá)到鉆柱速度5~30倍的頻率，該速度使力，尤其是歪曲力可形成高疲勞載荷與強(qiáng)沖擊載荷條件，這能夠引起顯著的震動及對井下工具組合的損壞。
威德福國際公司的實(shí)時旋轉(zhuǎn)探測器經(jīng)實(shí)踐證明在控制反向旋轉(zhuǎn)中是非常有價值的工具，其更多地隨旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)使用的增加而發(fā)生，尤其是旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)(RSS)，這要求鉆井機(jī)械在鉆井的同時持續(xù)旋轉(zhuǎn)，該工具的設(shè)計是與威德福國際公司的革新旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)相一致的。
實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場測試
該技術(shù)理論已在Oklahoma一個油井作業(yè)中得到現(xiàn)場測試，工程師們觀察到，在一個旋轉(zhuǎn)事件中，鉆柱上的摩擦在增加。因此，所要求的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩也在增加，形成越來越多的能量進(jìn)入井筒中刺激反向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)驅(qū)動系統(tǒng)逐步聚集在表面上時，鉆柱停止，幾秒鐘后，重新開始，接著在旋轉(zhuǎn)出來之前以較高的速度旋轉(zhuǎn)。反向旋轉(zhuǎn)被認(rèn)為發(fā)生在旋轉(zhuǎn)出來的階段。該系統(tǒng)在三個地理區(qū)域的6口油井中得到了成功的應(yīng)用。
該探測系統(tǒng)是通過發(fā)送一個實(shí)時報警信號到井下傳感器的表面進(jìn)行工作的，這可以計算出顯示反向旋轉(zhuǎn)嚴(yán)重性的數(shù)字，以至于能夠采取適當(dāng)及時的措施。反向旋轉(zhuǎn)有三個級別即低反向旋轉(zhuǎn)、中反向旋轉(zhuǎn)、高反向旋轉(zhuǎn)。一旦反向旋轉(zhuǎn)行為達(dá)到嚴(yán)重的程度，鉆井必須停止并立即采取措施。如果事件是適中的，需要的措施就比較少，像調(diào)整鉆井參數(shù)轉(zhuǎn)移到低范圍，最終的目的是減少旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，以至于鉆井不需要停止。
應(yīng)用成功
該系統(tǒng)在各種井環(huán)境中對優(yōu)化鉆井有著顯著的影響。在中歐，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)組合已經(jīng)在水平氣井中展開了一段時間。但在一個氣井中，作業(yè)者使用探測系統(tǒng)開始收到需要采取措施的實(shí)時報警信號應(yīng)對高反向旋轉(zhuǎn)讀數(shù)。在檢查底部鉆具組合(BHA)時，發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定器尺寸小于標(biāo)準(zhǔn)，是一個質(zhì)量差，尺寸大于井眼，并增加了井眼和穩(wěn)定器之間的間隙，由此，鉆孔的偏差造成了旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度的增加。
使用井下數(shù)據(jù)，工程師決定在底部鉆具組合(BHA)安裝新的穩(wěn)定器，這使得作業(yè)者在特定的鉆井環(huán)境下，保持穩(wěn)定鉆井的同時，實(shí)現(xiàn)了鉆井機(jī)械鉆速的最大化。當(dāng)?shù)撞裤@具組合(BHA)跟隨鉆井作業(yè)檢查時，顯然，高速反向旋轉(zhuǎn)時間段要比低反向旋轉(zhuǎn)時間段帶來的損壞很大。接著，采取類似底部鉆具組合(BHA)的穩(wěn)定措施，跟隨穩(wěn)定器磨損可以探測旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度的增加。
此外，該系統(tǒng)在一個北海鉆井中也得到了成功的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)在鉆井機(jī)械鉆速的最大化。在安裝系統(tǒng)之前，調(diào)整好鉆井參數(shù)以便支持更大重量的鉆頭，并提高RPM。這些調(diào)整產(chǎn)生了反向鉆井動力，影響著定向性能和工具的可靠性。反向旋轉(zhuǎn)探測器允許作業(yè)者應(yīng)用一組鉆井參數(shù)，實(shí)現(xiàn)欠平衡鉆井性能和部件的可靠性。隨著平衡的恢復(fù)，鉆井繼續(xù)以最大的鉆速在鉆井條件下進(jìn)行。反向旋轉(zhuǎn)的嚴(yán)重性每隔一分鐘都會傳到表面上。
2010年年中以來，威德福國際公司已經(jīng)在上百個鉆井作業(yè)中應(yīng)用了反向旋轉(zhuǎn)探測系統(tǒng)，包括世界上所有革新的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)。該系統(tǒng)已竭力預(yù)防井下工具發(fā)生故障，提高了鉆井機(jī)械的平均鉆速，并減少了非生產(chǎn)性鉆井時間(NPT)。
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