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伦艰贡
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1 石油机械 20 CHINA PETROLEUM MACHINERY 2016 年第 44 卷第 7 期钻井技术与装备国外钻井装备与技术新进展郭先敏侯芳 ( 中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院 ) 摘要 : 介绍了国外最新的钻井装备与技术新型钻机 (Aecher 模块化钻机模块化海洋钻机快速移动钻机和理想钻机 ), 新型钻头 ( 两级双径 PDC 钻头新型混合式钻头双倒角 PDC 切削齿 Kymera TM 钻头 Pexus TM 混合式钻头 IRev TM 孕镶钻头和 StayCool 多维切削齿 ), 新型 MWD / LWD 与无线遥测系统 (XBATSM 声波和超声波 LWD 高温高压双加表 MWD 集成方位伽马的新型 LWD DigiScope 连续波钻井液脉冲遥测系统和 Twin 双模式电磁遥测系统 ), 新型井下振动测量工具 ( 井下振动随钻测量系统和高频钻井动力学测量工具 ) 最后指出了我国钻井装备和技术与国外的差距, 认为我国应把握世界钻井装备与技术的发展脉搏, 调整和优化当前钻井装备与技术的研发方向, 进一步拓展国际市场关键词 : 钻机 ; 钻头 ; MWD / LWD 与无线遥测系统 ; 井下振动测量工具中图分类号 : TE92 文献标识码 : A doi: / j cnki issn Foreign Drilling Equipment and Technology Progress Guo Xianmin Hou Fang (Drilling Technology Research Institute, Shengli Petroleum Engineering Ltd, SINOPEC) Abstract: The introductions have been given to the latest foreign drilling equipment and technologiesnew type drilling rig ( Aecher modular rig, modular offshore drilling rig, fast moving rig and Ideal rig), new drill bit ( two stage dual diameter PDC bit, new hybrid drill bit, Kymera TM drill bit with dual chamfer PDC cutter, Pexus TM hybrid bit, IRev TM impregnated bit and StayCool multidimensional cutter), new MWD / LWD and wire less telemetry system ( XBATSM sonic and ultrasonic LWD, high temperature and high pressure dual accelerometer MWD, new LWD integrated with azimuthal gamma, DigiScope continuous wave mud pulse telemetry system and Twin dual mode electromagnetic telemetry system), new downhole vibration measurement tools ( downhole vibra tion MWD system and high frequency drilling dynamics measurement tool) Finally, the drilling equipment and technology gap between China and foreign countries have been presented Our country should grasp the development trend of the world's drilling equipment and technology, adjust and optimize the development direction of the current drilling equipment and technology, and further expand the international market Key words: drilling rig; drill bit; MWD / LWD and wireless telemetry system; downhole vibration measure ment tool 0 引言纵观近年来国际钻井技术发展动向, 钻井正发生着深刻变化极端环境下的资源勘探开发极具挑战性, 正成为热点和焦点, 因此钻井装备与技术的优劣直接影响施工速度安全和经济效益材料通讯和计算机技术的飞速发展钻井的远程控制和自动化操作使得作业区域不断扩大目前, 我国钻井装备和技术水平与国外先进水平相比尚有很大差基金项目 : 中石化前瞻项目非油气领域科技成果的启示作用跟踪调研 (JP14023) 的部分研究内容

2016 年第 44 卷第 7 期郭先敏等 : 国外钻井装备与技术新进展 21 距, 为实现十三五钻井装备与技术发展目标, 跟踪世界钻井装备与技术发展动向, 相关研究机构及人员应把握世界钻井装备与技术发展脉搏, 这对于掌握未来发展领域, 调整和优化当前的装备与技术研发方向, 提前做好技术储备, 缩短与国外的差距, 进一步拓展国际市场, 实现国际化发展目标具有重要意义 1 新型钻机

2 2016 年第 44 卷第 7 期郭先敏等 : 国外钻井装备与技术新进展 21 距, 为实现十三五钻井装备与技术发展目标, 跟踪世界钻井装备与技术发展动向, 相关研究机构及人员应把握世界钻井装备与技术发展脉搏, 这对于掌握未来发展领域, 调整和优化当前的装备与技术研发方向, 提前做好技术储备, 缩短与国外的差距, 进一步拓展国际市场, 实现国际化发展目标具有重要意义 1 新型钻机 1 1 [1] Aecher 模块化钻机挪威国家石油公司的 Aecher 系列最新的 VDD400 2 模块化钻机 ( 见图 1) 专为海上平台研制, 与其他模块钻机相比, 该钻机更轻便和紧凑, 3 星期就可完成组装, 可进行控压钻井和连续管钻井等作业该钻机包括钻台及相关设备钻井液系统和电力系统钻机及钻井液系统占地面积 14 m 12 m, 质量约 890 t 钻机桅杆式井架高 28 m, 钻台质量 220 t, 可容纳直径 63 5 ~ mm 的管材 150 t 钻机驱动采用齿轮齿条传动系统, 最大提升能力 kn, 最大加载 900 kn, 最大提升速度 45 m / min; 防喷器和井控设备额定压力 MPa; 钻井液系统包括 4 个 9 5 t 559 kw 的钻井泵, 4 个 98 m 3 的钻井液罐, 2 台流量 L / min 的振动筛此外, 还包括 1 个 ø950 mm 的液压驱动转盘和 1 个自动下入套管 / 油管系统已用 Archer 钻机在毛伊岛钻了 3 口开发井, 最大井深 m 1 2 [2] 模块化海洋钻机图 1 Fig 1 WJM 公司推出一款 kw 的模块化海洋钻机该钻机由主要钻井装备模块和钻井辅助模块组成钻井装备模块能完成 3 5 矩阵 15 口井的作业, 井深可达 m; 钻井辅助模块配有 1 对起重机由于模块尺寸紧凑, 利用起重系统安装极为简便, 无需驳船配合 1 3 [3] 快速移动钻机美国 Veristic 公司的快速移动钻机是一种步进式液压钻机, 具有便携快速灵活和安全等特点, 其液压系统能使钻机稳定可靠精确地移动和举升钻机提升能力 t, 可钻丛式水平井和大位移井移动系统能使钻机在 8 个方向移动, 速度达 0 2 m / min, 可实现钻机整体从一口井移至下一口井, 缩短了钻机搬迁时间美国西南能源公司使用该钻机在 Fayetteville 页岩气区完成了 5 口丛式水平井组的井工厂钻井作 VDD400 2 模块化钻机 VDD400 2 modular rig 业快速移动钻机与传统钻机的经济性对比如表 1 所示 1 4 表 1 Table 1 快速移动钻机与传统钻机的经济性对比 Economy comparison between the fast moving rig and the traditional drilling rig 参数快速移动钻机传统钻机搬迁所需货车数量 / 台安装时间 / h 24~ 移动到下一口井时间 / h 8 48~ 72 钻 5 口丛式水平井时间 / d [4] 理想钻机 National Oilwell Varco 公司针对当今钻井施工中的诸多挑战, 创新开发出理想钻机系列该理想钻机的模块化设计融入了诸多创新理念 ( 如钢趾移动系统 ), 大幅提高了钻机的现场机动性能, 缩短了钻机停工时间该钻机的技术关键 : 1 优异的钻井施工能力 ;

２２石油 ②能一次性自行运移３６６ｍ ③安装和拆卸省略了钢丝绳大大提高了安全性 ④钻台高度７３ｍ ⑤双重控制系统 ⑥采用ＴＤＳ１１ＳＨ型顶部驱动装置和ＳＴ１００型铁钻工功率和扭矩大幅提高２２１新型钻头机２０１６年械第４４卷第７期钻具所以进行了２次起下钻平均机械钻速高达２２４ｍｈ而邻井Ｔｅｒｒａ３

图３２３图２Ｆｉｇ２双径ＰＤＣ钻头ＤｕａｌＤｉａｍｅｔｅｒＰＤＣｂｉｔ该钻头是同心两级钻头由先导段和扩眼段２部分组成距离只有几英尺钻头与井壁的接触面积加大可有效减小钻柱的振动避免了常规双径钻头不稳定的问题且无需调整ＢＨＡ现场测试钻头采用 ø１６ｍｍ切割齿在 ø３１１２Ｆｉｇ３新型混合式钻头Ｔｈｅｎｅｗｈｙｂｒｉｄｄｒｉｌｌ

切割产生的岩屑更细井眼清洁也更容易ｍｍ井眼钻进井段２４０７３４３７ｍ平均机械钻速达１１３ｍｈ创造了该区块机械钻速纪录节约钻井时间５ｄ该井段火山岩厚度６７ｍ钻遇玄武岩时监测到钻头附近有较大的横向振动但 ø２０３２ｍｍ钻铤附近振动相对较小在其他地层的振动也很小２２新型混合式钻头６

3 ２２石油 ②能一次性自行运移３６６ｍ ③安装和拆卸省略了钢丝绳大大提高了安全性 ④钻台高度７３ｍ ⑤双重控制系统 ⑥采用ＴＤＳ１１ＳＨ型顶部驱动装置和ＳＴ１００型铁钻工功率和扭矩大幅提高２２１新型钻头机２０１６年械第４４卷第７期钻具所以进行了２次起下钻平均机械钻速高达２２４ｍｈ而邻井Ｔｅｒｒａ３井使用旋转导向系统进行了３次起下钻使用２只ＰＤＣ钻头和１只ＴＣＩ牙轮钻头平均机械钻速１７４ｍｈ比Ｔｅｒｒａ２１井低２８７两级双径ＰＤＣ钻头５道达尔公司研制出两级双径ＰＤＣ钻头见图２及其配套的低速高扭矩马达为在Ｓｈｅｔｌａｎｄ火山岩地层厚度达８０ｍ主要由玄武岩凝灰岩粘土岩和砂岩混层组成钻进提供了新的解决方案图３２３图２Ｆｉｇ２双径ＰＤＣ钻头ＤｕａｌＤｉａｍｅｔｅｒＰＤＣｂｉｔ该钻头是同心两级钻头由先导段和扩眼段２部分组成距离只有几英尺钻头与井壁的接触面积加大可有效减小钻柱的振动避免了常规双径钻头不稳定的问题且无需调整ＢＨＡ现场测试钻头采用 ø１６ｍｍ切割齿在 ø３１１２Ｆｉｇ３新型混合式钻头Ｔｈｅｎｅｗｈｙｂｒｉｄｄｒｉｌｌｂｉｔ双倒角ＰＤＣ切削齿ＫｙｍｅｒａＴＭ钻头７贝克休斯公司开发出了双倒角ＰＤＣ切削齿ＫｙｍｅｒａＴＭ钻头见图４该钻头采用双倒角结构设计增加了１条脊线并将所受压力分散到更大的面积上增强了切削齿在研磨性地层或受到冲击载荷时碎裂掉齿失效的抗力大大延长了钻头使用寿命试验结果表明采用双斜面ＰＤＣ切削齿的钻头反扭矩更小切割产生的岩屑更细井眼清洁也更容易ｍｍ井眼钻进井段２４０７３４３７ｍ平均机械钻速达１１３ｍｈ创造了该区块机械钻速纪录节约钻井时间５ｄ该井段火山岩厚度６７ｍ钻遇玄武岩时监测到钻头附近有较大的横向振动但 ø２０３２ｍｍ钻铤附近振动相对较小在其他地层的振动也很小２２新型混合式钻头６斯伦贝谢史密斯公司推出的新型混合式钻头兼具剪切和研磨２种破岩机理见图３钻进时首先是ＰＤＣ切削齿剪切破碎岩石严重磨损后采用金刚石混合孕镶块高转速研磨破碎岩石继续钻进与传统ＰＤＣ钻头和ＴＣＩ牙轮钻头相比该钻头配合涡轮钻具可显著减少起下钻次数提高机械图４Ｆｉｇ４双倒角ＰＤＣ切削齿ＫｙｍｅｒａＴＭ钻头ＫｙｍｅｒａＴＭｂｉｔｗｉｔｈｄｕａｌｃｈａｍｆｅｒＰＤＣｃｕｔｔｅｒｓ在英国北海油田钻１个 ø４４４５ｍｍ１７⅟ ｉｎ钻速改善井眼质量分支井眼井眼下段夹杂有石灰岩刚开始使用普８⅟ ｉｎ井眼４５２２９２４９００８７ｍ白垩系地层含速低至５０ｍｈ预计钻穿整段需要２４ｈ左右贝在墨西哥南部Ｔｅｒｒａ油田Ｔｅｒｒａ２１井 ø２１５９ｍｍ燧石井段使用１只新型混合式钻头由于更换涡轮通ＰＤＣ钻头在含有石灰岩夹层的下段机械钻克休斯公司的工程师决定采用新型ＫｙｍｅｒａＴＭ钻头

2016 年第 44 卷第 7 期郭先敏等 : 国外钻井装备与技术新进展 23 该钻头共钻进 828 m, 平均机械钻速 23 3 m / h 钻头从井下取出后磨损评级为 1 1, 所有的双倒角 PDC 切削齿都没有发生崩裂与掉齿现象 2 4 Pexus TM [8] 混合式钻头在顶部为碎屑岩底部为软砂岩和页岩的地层中, 钻头选择非常困难, 因为碎屑岩会对 PDC 钻头造成严重破坏,

孕镶钻头先与高速 (0 205 r / L) 马达匹配, 钻进 33 m, 平均机械钻速 1 5 m / h, 提钻后发现钻头几乎没有磨损 ; 与低速 (0 033 r / L) 马达匹配后再次下井, 钻进 202 7 m, 平均机械钻速 1 2 m / h 与邻井 PDC 钻头 80% 的磨损率相比, IRev TM 孕镶钻头的磨损率仅为 15% 2 6 Fig 6 图 6 IRev

hybrid drill bit 2015 年 3 月, 在加拿大 Fort McMurray 油田用 Pexus TM 混合式钻头钻穿一个非常浅的 450 m 增斜段, 定向段有一部分碎屑岩, 平均机械钻速达到 49 98 m / h 与邻井相比, 平均机械钻速比牙轮钻头提高 30%, 比 PDC 钻头提高 66%, 起出钻头良好 2 5 IRev TM [9] 孕镶钻头

4 2016 年第 44 卷第 7 期郭先敏等 : 国外钻井装备与技术新进展 23 该钻头共钻进 828 m, 平均机械钻速 23 3 m / h 钻头从井下取出后磨损评级为 1 1, 所有的双倒角 PDC 切削齿都没有发生崩裂与掉齿现象 2 4 Pexus TM [8] 混合式钻头在顶部为碎屑岩底部为软砂岩和页岩的地层中, 钻头选择非常困难, 因为碎屑岩会对 PDC 钻头造成严重破坏, 而在底部使用牙轮钻头会导致钻井效率下降为此, Shear 公司推出了两级切削结构的 Pexus TM 混合式钻头 ( 见图 5) 第 1 级为可旋转的硬质合金切削齿, 其材质类似于牙轮钻头的硬质合金齿, 突出于钻头表面, 可用于钻穿上部地层碎屑岩井段 ; 第 2 级主要为 PDC 切削齿, 钻穿上部井段后, 这些内部的 PDC 切削齿将会发挥作用, 钻穿软夹层行试验孕镶钻头先与高速 (0 205 r / L) 马达匹配, 钻进 33 m, 平均机械钻速 1 5 m / h, 提钻后发现钻头几乎没有磨损 ; 与低速 (0 033 r / L) 马达匹配后再次下井, 钻进 m, 平均机械钻速 1 2 m / h 与邻井 PDC 钻头 80% 的磨损率相比, IRev TM 孕镶钻头的磨损率仅为 15% 2 6 Fig 6 图 6 IRev TM 孕镶钻头 IRev TM impregnated bit [10] StayCool 多维切削齿在砂岩与碳酸盐岩等耐磨性极强的钻井环境中, 钻头攻击性能与切削齿的耐热性能密切相关过热会引起切削齿磨损速率加大, 导致机械钻速降低为此, 贝克休斯公司推出了聚晶金刚石切削齿 StayCool 多维切削齿 ( 见图 7) 图 5 Pexus TM 混合式钻头 Fig 5 Pexus TM hybrid drill bit 2015 年 3 月, 在加拿大 Fort McMurray 油田用 Pexus TM 混合式钻头钻穿一个非常浅的 450 m 增斜段, 定向段有一部分碎屑岩, 平均机械钻速达到 m / h 与邻井相比, 平均机械钻速比牙轮钻头提高 30%, 比 PDC 钻头提高 66%, 起出钻头良好 2 5 IRev TM [9] 孕镶钻头贝克休斯公司推出的 IRev TM 孕镶钻头如图 6 所示, 其切削齿由金属基金刚石复合材料制成, 采用全新结构设计, 更好地平衡了工作载荷, 可承受更大的钻压, 有效地利用井下高速马达系统的强劲动力和扭矩, 切削岩石更快而本身磨损更慢, 适用于极硬和研磨性极高地层哥伦比亚的山前构造地层属于极硬和研磨性极高地层, 夹杂着粘土岩和粉砂岩, 采用了多晶金刚石钻头 (PDC) 和牙轮钻头等多种钻头进行钻进, 结果都不甚理想大部分钻头在井下工作时间很短, 主要是由于钻头肩部严重磨损, 导致井眼缩径贝克休斯公司的工程师采用 IRev TM 孕镶钻头分别与低速和高速马达进行匹配, 下入到同一口井进图 7 StayCool 多维切削齿 Fig 7 StayCool multidimensional cutter StayCool 切削齿采用独特的空间嵌合技术和 StaySharp TM 抛光技术, 能最大程度减小钻进过程中钻头与井底岩石表面之间的摩擦力, 避免产生过多的热量, 使切削齿尽可能保持较低温度, 从而延长钻头寿命, 提高钻井效率贝克休斯公司采用金刚石分层工艺, 精确定制

24 石油机械 2016 年第 44 卷第 7 期每一个切削齿的结构, 包括异常耐磨的工作面锐利的切削边缘和持久耐冲击的支承结构切削齿独特的多维几何形状, 使之以较大的角度与岩石接触, 提高了耐用性俄克拉荷马州伍德福德页岩地层硬砂岩与硬灰岩互层井段测试结果表明, 与常规 PDC 钻头相比, StayCool 切削齿钻头平均机械钻速提高了 10%, 单只钻头进尺提高了 37%

5 24 石油机械 2016 年第 44 卷第 7 期每一个切削齿的结构, 包括异常耐磨的工作面锐利的切削边缘和持久耐冲击的支承结构切削齿独特的多维几何形状, 使之以较大的角度与岩石接触, 提高了耐用性俄克拉荷马州伍德福德页岩地层硬砂岩与硬灰岩互层井段测试结果表明, 与常规 PDC 钻头相比, StayCool 切削齿钻头平均机械钻速提高了 10%, 单只钻头进尺提高了 37% 怀俄明州派恩代尔背斜地层砂岩与页岩互层井段钻进也显示了 StayCool 切削齿良好的钻进性能 : 平均机械钻速提高了 12%, 50 只钻头共完成进尺 m 3 新型 MWD / LWD 与无线遥测系统 3 1 XBATSM 声波和超声波 LWD [11] 哈里伯顿公司推出 ø120 7 mm ( 4 in) 的 XBATSM 声波和超声波 LWD 可以服务的井眼尺寸范围为 ø146 1 ~ ø914 4 mm (5 ~36 in) XBATSM 声波和超声波 LWD 是第 3 代 Sperry 声波仪器, 采用对钻井噪声不敏感的传感器和电子元器件, 测量范围广, 频率响应宽, 信噪比大, 即使在嘈杂的钻井环境和较差的井眼质量下, 也能很好地进行测量该仪器结合多阵列方位角声速测量和多轴超声波测量技术, 提高了岩性勘测能力, 具有以下特点 : 1 可通过选择最优化钻井液密度窗口优化钻井过程, 并进行井眼稳定性分析 2 能提供有价值和低成本的井筒数据, 包括钻井时时间深度地震相关性和实时合成地震记录 3 可结合其他 LWD 工具, 提供气体探测岩石力学复杂岩性和孔隙度测量 ( 孔隙度测量不需要核能源 ) XBATSM 声波和超声波 LWD 已成功运行 500 次以上, 进尺超过 km 3 2 高温高压双加表 MWD [12] 斯伦贝谢公司最近研发了一种高温高压双加表测井工具 SURVIVOR HDS-1G, 耐温 175, 耐压 MPa 工具采用 2 组加表的形式计算方位和井斜, 适用于有磁干扰的测量环境, 且测量过程中对工具的运动不敏感, 可取代陀螺应用于钻具不稳定场合其特点有 : 1 自带伽马测量装置 ; 2 可编程控制设计, 具有高速正脉冲钻井液遥测和双向数据传输功能 ; 3 本身带有 1 组磁表测量装置, 如现场需要, 可通过程序控制自动挂接, 作为标准的 MWD 测量工具使用 ; 4 带有振动传感器, 实现随钻测量 ; 5 带有 2 套独立的电池组, 可分别供电 ; 6 模块化组合模式, 方便更换不同尺寸的钻铤 ; 7 特别适用于各种救援井多分支侧向井和加密井施工 ; 8 可用于开窗侧钻和套管钻井作业 ; 9 可进行精确的井眼轨迹测量, 避免多井交碰风险 3 3 集成方位伽马的新型 LWD [13] APS 公司研制了新型方位伽马传感器部件 SureLog-AZG, 将其集成于现有 WPR LWD 上, 可作为 LWD 功能的一种补充 SureLog-AZG 传感器具有成像功能, 将其加装到 WPR LWD 上后, LWD 便具有了准确的地质导向能力该传感器包含 3 个伽马射线探测器和光电倍增管, 将其与定向模块一同集成到特制的钻铤上, 可使钻铤在高频振动下为 LWD 提供有效保护, 还能保持 LWD 对地层的敏感性 ; 可提供 API 标准的伽马射线测量它将井眼一周最多分成 24 个扇形区域, 每个扇形区域的数据可单独采集也可同时采集, 然后通过通信设备将信息传递到地面该传感器功耗很低, 由涡轮发电机联合电池供电, 所有的 LWD 传感器部件都可用于常规钻井液流速 ( 最大 76 L / s) 和 175 的环境 3 4 [14] DigiScope 连续波钻井液脉冲遥测系统斯伦贝谢公司研发的 DigiScope 连续波钻井液脉冲遥测系统 ( 见图 8) 专为小井眼设计, 数据传输频率 0 25 ~ Hz, 传输率可达 36 bit / s, 兼容 OrionⅡ 数据压缩系统, 实际位数高达 140 bit 以上, 信号强度及质量较高该系统的涡轮发电机配备 2 个螺旋叶轮 1 个高密度交流发电机, 分别提供 110 W 上行功率和 110 W 下行功率另外, 它对钻井液流速的要求不高, 适用范围广, 其电子器件效率高, 输出功率稳定 Fig 8 图 8 DigiScope 连续波脉冲遥测系统 DigiScope continuous wave pulse telemetry system 由于首次采用 SPSK 平滑相位解调算法, 所以该仪器在高机械钻速下仍可保持较高传输率及分辨率其调制器具有优良的电气性能, 可消除钻井液马达启动和停止时的抖动, 提高了电子器件的整体可靠性 3 5 [15] Twin 双模式电磁遥测系统 Enteq 公司与英国 Leading Magnetic Design 公司

2016 年第 44 卷第 7 期郭先敏等 : 国外钻井装备与技术新进展 25 以及加拿大 Drill Tek 公司联合开发出 Twin 双模式电磁遥测系统该系统采用钻井液脉冲和电磁遥测 2 种数据传输模式, 可作为钻井液脉冲遥测系统的替代或补充, 既拥有电磁遥测高传输速度的优点, 也拥有可靠的钻井液脉冲备份手段 ; 使用电磁波来传输上行的钻井数据,

6 2016 年第 44 卷第 7 期郭先敏等 : 国外钻井装备与技术新进展 25 以及加拿大 Drill Tek 公司联合开发出 Twin 双模式电磁遥测系统该系统采用钻井液脉冲和电磁遥测 2 种数据传输模式, 可作为钻井液脉冲遥测系统的替代或补充, 既拥有电磁遥测高传输速度的优点, 也拥有可靠的钻井液脉冲备份手段 ; 使用电磁波来传输上行的钻井数据, 电磁遥测工具将井下随钻测量数据编码成低频电磁波并发射出去, 通过地面上的探测装置接收相比以往的电磁遥测系统, Twin 系统工作深度更深传输速度更快, 是市面上可用的第 1 种双模式遥测系统, 其功率远远优于以往的产品, 在北美和国际市场上表现不俗 4 新型井下振动测量工具器等 BHA 组件和钻头为了获得高品质的井下振动数据, 斯伦贝谢公司研发了高频钻井动力学测量工具该工具可测量和记录井下温度转速横向和轴向加速度等数据, 数据采集和记录频率高达 2 khz 分析结果证实, 相比低频数据, 高频数据可获得更详细的井下动态特性资料该工具采用电池供电, 可连续工作 120 h, 外观与接头极为相似目前主要有 2 种规格 ( 见图 9), 一种是连接钻头的 IDart 接头, 另一种是布置在 BHA 中任意位置的钻柱 IDart 接头现场测试结果表明, 新型高频钻井动力学测量工具与基于时间的动态模拟系统配合使用, 有助于研发工程师更好地了解并解决井下动力学问题 4 1 [16] 井下振动随钻测量系统 GE 公司研发的井下振动随钻测量系统在钻井过程中可实时测量底部钻具的冲击和振动, 实时调整和修正钻进参数, 以提高作业效率, 降低作业成本该系统以数值和色标谱 2 种形式对底部钻具的冲击和振动进行描述, 色标谱设定了 8 级离散冲击水平和振动水平若冲击加速度小于 20g, 则为微小冲击, 标示绿色, 司钻无需采取任何修正措施 ; 若冲击加速度在 (20 ~ 40) g 之间, 则为中等冲击, 标示橙色, 司钻应采取修正措施, 具体调整措施取决于引起振动的主导因素类型传感器套件能连续工作于 175 和 MPa (20 000psi) 环境中, 其稳定性是行业标准的 4 倍 ; 用四通道探测器将测量模块简化为单主板设计目前, 很多工具都处于欠维护状态, 只有发生严重失效时, 才会送回维修 ; 另一方面, 不适当的超前维护计划使得一些工具处于过维护状态通过分析系统的主处理单元 ( MPU) 在全寿命内记录的事件数据集, 得到基于井下状态的维护计划, 可很好地改善这一现状为监测随钻测量系统作业的全过程, 完成全寿命记忆存储任务, MPU 容量由 8 Mb 增至 32 Mb 经过一段时间后, 采集到足够数据, 就能真正建立一套预测系统 GE 公司还拥有一套改变地面参数 ( 钻压和转速等 ) 或重新建立钻头切削方式的方法通过改变这些参数, 能有效避免设备损坏, 将未传递到钻头的能量损失降到最低 4 2 [17] 高频钻井动力学测量工具钻井过程中, 井下振动会损坏 MWD / LWD 仪 5 结论与认识图 9 高频钻井动力学测量工具 Fig 9 The high frequency drilling dynamics measurement tool 近年来, 国外钻井装备与技术发展很快, 极大地推动了钻井的实时化信息化数字化可视化集成化自动化和智能化, 使钻井变得更聪明, 但国内钻井装备与技术发展相对缓慢, 具体表现在以下几个方面 (1) 国外新型钻机的自动化智能化已从理论变为现实, 而国内钻机的自动化程度差, 智能化基本属于空白 (2) 在持续研发个性化钻头的同时, 国外公司又先后研发了锥形旋转和多维等多种创新型设计的切削齿及 Kymera 混合式钻头, 但国内钻头的设计材料和制造技术能力差, 种类少, 更新换代慢 (3) 国外已实现了连续波钻井液脉冲钻井液脉冲和电磁波双模式遥测, 电磁波套管天线遥测系统解决了信号衰减问题, 声波遥测技术已在钻杆

7 26 石油机械 2016 年第 44 卷第 7 期 ( 中途 ) 测试中得到了成功应用, 正在攻关随钻声波遥测技术, 双模式和声波遥测是未来井下数据传输的主要发展趋势 ; 国内的无线遥测技术主要以正负钻井液脉冲为主, 虽已研发了 EM-MWD, 但测量深度受限, 声波遥测技术还处于研究阶段国外 MWD / LWD 品种多, 抗温能力强, 如哈里伯顿公司的 ULtraHT - 230TMMWD / LWD 传感器耐温 230, LWD 已实现 30 多种参数测量, 声波 LWD 已实现商业化应用 ; 国内的 MWD / LWD 与无线遥测技术进展缓慢 (4) 国外已经可以长时间测量和记录高频数据, 实现了可视化, 而国内井下振动测量正处于基础研究阶段参考文献 [1] BECKMAN J First modular drilling rig designed for North Sea P&A operations [J / OL] Offshore, 2014, 74 (8): [ ] http: www off shore mag com / 1 / volume 74 / issue 8/ north sea / first modular drilling rig / first modular drilling rig designed for north sea p a operations full html [2] WILLIAM JACOB MANAGEMENT Modular offshore rig design reduces deployment costs [ EB / OL] [ ] http: www drillingcontractor org / [3] VERISTIC Fast moving land rig [ EB / OL] [ ] http: veristic com / product / rocket rig [4] NATIONAL OILWELL VARCO Ideal rig series [ EB / OL] [ ] https: www nov com / Segments / Rig_ Systems / Land / Land_ Rigs / Ideal_ Rig _ Series aspx [5] TEASDALE, PAUL, JOHN, et al Innovative dual di ameter PDC bit design provides unique solution to suc cessful drilling of challenging volcanic interval [R] SPE , 2014 [6] VARELA R, GUZMAN F, CRUZ D, et al First appli cation of turbodrill and hybrid bit to optimize drilling times in cretaceous formations with high chert content in Mexico south region [R] SPE , 2014 [7] BAKER HUGHES Dual chamfer cutters on Kymera hy brid bit added durability, improved ROP by 74% in limestone stringers [EB / OL] [ ] http: assets cmp bh mxmcloud com / system / 53 / 512fe0797d11e4b004b5e469d9c144 / 42340_ Dual_ Chamfer_ Kymera_ UK_ ch pdf [8] HSICH L, MANAGING, ENDRESS A Better and bet ter, bit by bit [ J / OL] Drilling Contractor, 2015, 71 (4): [ ] http: www drill ingcontractor org / better and better bit by bit [9] BAKER HUGHES IRev impregnated diamond drill bits [EB / OL] [ ] http: www bakerhu ghes com / products and services / drilling / drill bit syste ms / pdc bits / hughes christensen irev impregnated diam ond bits [10] BAKER HUGHES Stay cool multidimensional cutter technology [EB / OL] [ ] http: www bakerhughes com / products and services / drill ing / drill bit systems / pdc bits / staycool multidimen sional cutter technology [11] HALLIBURTON XBAT TM azimuthal sonic and ultra sonic LWD service [EB / OL] [ ] http: www halliburton com / en US / ps / sperry / drill ing / logging while drilling / acoustic / XBAT page [12] SCHLUMBERGER Survivor HPHT MWD [EB / OL] [ ] http: www slb com / services / drilling / mwd_ lwd / mwd / survivor_ hpht_ mwd aspx [13] APS TECHNOLOGY APS technology announces the a ddition of azimuthal gamma (AZG) LWD [EB / OL] [ ] http: www aps tech com / news / aps announces azimuthal gamma ray lwd [14] SCHLUMBERGER DigiScope slimhole measurements while drilling service [ EB / OL] [ ] http: www slb com / services / drilling / mwd _ lwd / mwd / slimhole_ measurement_ while_ drilling aspx [15] DRILLTEKMWD Drill tek twin EM system [EB/ OL] [ ] http: drilltekmwd com / wp con tent / uploads / 2015 / 08 / drill tek twin EM system pdf [16] GE OIL & GAS Introducing a paradigm shift in the ac curacy and reliability of directional measurements [EB / OL] [ ] https: www geoil andgas com / sites / geog dev local / files / directive tech article pdf [17] WANG Y O, SHEN Y L, CHARTER M High fre quency vibration measurement coupled with time based dynamic simulations: New system to predict / solve instability issues [R] SPE , 2014 第一作者简介 : 见本刊 2016 年第 6 期收稿日期 : ( 本文编辑丁莉萍 )

Fig. 1 1 The sketch for forced lead shear damper mm 45 mm 4 mm 200 mm 25 mm 2 mm mm Table 2 The energy dissip

Fig. 1 1 The sketch for forced lead shear damper mm 45 mm 4 mm 200 mm 25 mm 2 mm mm Table 2 The energy dissip * - 1 1 2 3 1. 100124 2. 100124 3. 210018 - ABAQUS - DOI 10. 13204 /j. gyjz201511033 EXPERIMENTAL STUDY AND THEORETICAL MODEL OF A NEW TYPE OF STEEL-LEAD DAMPING Shen Fei 1 Xue Suduo 1 Peng Lingyun 2 Ye