SmartMag定向中靶系统工业试验研究

SmartMag定向中靶系统由安装于钻头后部的磁信标、安装于靶井中的磁信号采集探管、地表接口箱和磁信号解析软件等组成,它通过测量磁信标在钻进过程中所产生的动态磁场,从而解析出钻头和靶点之间的相对位置参量,最终引导钻进进入靶区或避让靶区。介绍了SmartMag定向中靶系统在土耳其贝帕扎里天然碱矿采集卤钻井工程中的工业性入井试验的应用情况。该系统在前期研发中打下了良好的技术基础,因此在首次入井试验中就取得了一次中靶的良好效果。     

土耳其天然碱矿水平对接井水溶开采技术回顾

土耳其是世界上最早应用定向对接井进行天然碱商业化开采的国家,其所使用的核心技术——对接井水溶开采技术,就是引进我国自主研发的定向水平对接井水溶开采技术。与常规旱采方法相比,该技术具有劳动强度低、人工成本少、不排放尾矿、绿色环保等优点。在过去10多年里,我国以对接井水溶开采技术为依托,深度参与了土耳其贝帕扎里和卡赞两大碱矿从试验到生产的开发,在整个工程实施过程中持续对开采井组模式、定向器具、井底钻具总成、测井仪器等进行了改进,尤其是磁中靶系统方面取得了突出成果和广泛应用,开发了第四代“慧磁”钻井中靶导向系统,设计施工了三井组模式。一方面,通过该项技术的应用使土耳其天然碱资源得到广泛开发,其纯碱工业在世界上占有了一席之地;另一方面,通过广泛的生产实践进一步推动了定向钻探技术的发展,提升了我国定向水平对接井技术水平。     

“慧磁”定向钻井中靶系统超高精度中靶技术研究

随着“慧磁”定向钻井中靶系统应用范围的不断扩大,对中靶精度的要求也随之不断提高。在现有仪器设备的基础上,如何进一步提高其导向测量的精度,实现超高精度中靶,是在现场对接井施工中亟待解决的问题。本文对 “慧磁”测量精度的影响因素进行了分析研究,阐述了工具面向角、测点的磁环境、探管的振动和探管的居中度等因素对测量结果的影响,并提出了相应的解决方案。在此基础上开展了地面水平井对接中靶试验,结果表明,通过采取上述措施,能有效提高“慧磁”系统测量精度,实现超高精度中靶。论文的研究成果对于在小溶腔水平对接井施工轨迹控制能力及一次中靶成功率具有一定的指导意义。     

子午线收敛角对定向钻进精度的影响

在定向钻进井眼轨迹计算时,以前方位计算只考虑磁偏角,而没有考虑子午线收敛角对定向控制精度的影响。在井距400m以上时,子午线收敛角最大误差可达10m以上,说明子午线收敛角对水平定向钻进精度影响较大。文中给出了通过井口的地理坐标简便计算子午线收敛角方法,其误差在20％以内,可满足对接连通井工程需要。并通过与美国产高精度磁中靶系统RMRS在土耳其29对对接连通井工程应用进行了验证,结果中靶误差较小。说明在定向钻进井眼轨迹计算时,考虑子午线收敛角对长距离水平定向井、定向对接连通井和非开挖工程精确设计和施工具有重要指导意义。     

两水平井“点对点”精确中靶对接施工技术

自煤层气水平对接井领域引入美国Vector公司生产的RMRS旋转磁测距系统以来,我国煤层气和水溶开采领域的定向对接井的施工技术取得了重大突破。然而,大多数应用仍局限于传统的U形井组,属于由一个垂直井和一个水平井组成的井组。而华晋焦煤柳林煤层气项目DS井组是由2个水平井组成的煤层气井组,采用国产“慧磁”钻井中靶引导系统使2井实现“点对点”对接。重点介绍了“点对点”精确中靶作业施工技术方法。     

基于EXCEL的定向钻井应用程序及其工程应用

定向钻井轨迹设计及控制软件较多,为方便工程现场应用,采用EXCEL计算公式及绘图功能,编制了EX—CEL在定向对接井的应用程序,通过工程实例,说明EXCEL能满足定向对接连通井计算精度要求。该程序简单易用,通过与地层信息相联,可及时判断轨迹穿过地层情况,大大地减少水平落平点失误。其EXCEL在定向对接连通井方面的应用,对长距离水平定向井、定向井和非开挖工程精确设计和施工具有指导意义。     

矿盐地层水平定向钻进对接技术应用

以山东肥城海晶盐化有限公司100万t/a卤折盐采输卤工程钻井项目中H17/H18对接井为例,首先介绍了定向钻进对接技术在采卤井中的应用以及定向钻孔轨迹设计,在对地层详细勘探的基础上对定向钻孔进行可靠精确的轨迹设计是钻探施工的基础。其次,介绍了定向水平井的施工工艺。本项目关键技术是MWD无线测斜仪技术和旋转磁铁测距系统（RMRS）,以及钻进时钻井液选取和参数调控。MWD无线测斜仪技术和旋转磁铁测距系统（RMRS）可以实时测量钻进方向,进而根据工程需要调整钻进方向,保证了中靶作业成功连通。本项目施工过程中的难点及所采取的技术对策可为同类钻井施工提供借鉴和指导依据。     

水平定向对接穿越及导向技术研究

水平定向对接穿越技术有效解决了传统水平定向钻进无法完成长距离穿越,以及无法穿越两侧均含砾石等复杂地层的问题。介绍了水平定向对接穿越技术以及该技术在国内外的应用,详细分析了基于三轴加速度计和三轴磁阻传感器的对接穿越导向技术,基于轴向磁铁产生的磁场建立了对接模型。     

水平对接井钻井技术在天然气水合物试采中的应用

2016年,在祁连山冻土区完成了天然气水合物试采水平对接井钻井施工,针对不同井段分别制定了合理的钻进参数及泥浆配方,采用MWD技术及慧磁中靶导向系统,实现了小曲率半径下精准对接,将水平对接井钻井技术成功应用于水合物试采,取得了良好的效果。水合物试采对接井钻井施工不同于可溶性矿藏,其对接精准度要求更高,施工难度更大,主要介绍了水合物水平对接井钻井施工工艺的相关内容。     

煤矿井下远端水平对接钻孔钻进技术应用

为了提高地面煤层气井组抽采效率,通过对煤矿井下远端水平对接钻孔的结构设计、钻孔轨迹控制技术及对接工艺技术等施工技术进行研究,利用泥浆脉冲无线随钻测量复合定向钻进技术和主动磁测距技术来实现钻孔轨迹控制、精准对接贯通。结合保德煤矿生产需要施工完成一个主孔孔深为1 544 m远端水平对接钻孔,该钻孔成功与地面U型井组直井洞穴顺利连通,首次实现煤矿井下水平定向长钻孔与地面直井远端对接连通,平均日产气量超过3 000 m~3。结果表明,主动磁测距技术可以有效的降低定向钻孔轨迹测量累积误差、消除靶点标定误差,实现精确中靶。井下远端水平对接钻孔与地面U型井组直井成功贯通为煤矿区井下和地面井组抽采系统构建了连通通道,降低了煤矿区域瓦斯排采成本,为井下、地面立体式联合抽采模式的应用提供了技术支持。     

土耳其贝帕扎里矿区边缘对接井施工中的问题分析与处理

土耳其贝帕扎里天然碱矿是土耳其现已发现的2个天然碱矿之一,现今采矿区域到达矿区边缘,为了在规范条件下最大程度提高资源回采率,需在矿区边缘布置对接井组对矿区边缘的矿产进行水溶开采。矿区边缘地质条件复杂,多条褶皱带和断裂带位于本文研究区域。在前期钻井施工过程中,发现此区域有明显的地质异常情况,如首采层的尖灭、呈V形变化、倾角大且不规则变化等。针对贝帕扎里矿区边缘对接井组施工中出现的几个典型异常问题,采用了套管锻铣技术、方位伽马配合定向钻进及“慧磁”中靶系统、增加勘探井布井密度等技术措施,有效地解决了出现的问题。     

Development of a discontinuous approach for modeling fluid flow in heterogeneous media using the numerical manifold method

In the numerical modeling of fluid flow in heterogeneous geological media, large material contrasts associated with complexly intersected material interfaces are challenging, not only related to mesh discretization but also for the accurate realization of the corresponding boundary constraints. To address these challenges, we developed a discontinuous approach for modeling fluid flow in heterogeneous media using the numerical manifold method (NMM) and the Lagrange multiplier method (LMM) for modeling boundary constraints. The advantages of NMM include meshing efficiency with fixed mathematical grids (covers), the convenience of increasing the approximation precision, and the high integration precision provided by simplex integration. In this discontinuous approach, the elements intersected by material interfaces are divided into different elements and linked together using the LMM. We derive and compare different forms of LMMs and arrive at a new LMM that is efficient in terms of not requiring additional Lagrange multiplier topology, yet stringently derived by physical principles, and accurate in numerical performance. To demonstrate the accuracy and efficiency of the NMM with the developed LMM for boundary constraints, we simulate a number of verification and demonstration examples, involving a Dirichlet boundary condition and dense and intersected material interfaces. Last, we applied the developed model for modeling fluid flow in heterogeneous media with several material zones containing a fault and an opening. We show that the developed discontinuous approach is very suitable for modeling fluid flow in strongly heterogeneous media with good accuracy for large material contrasts, complex Dirichlet boundary conditions, or complexly intersected material interfaces. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

土耳其贝帕扎里天然碱矿钻井工程MWD实地校核

土耳其贝帕扎里天然碱矿采卤工程是目前世界范围内采用对接井水溶开采方法进行采矿的最大规模的天然碱采矿工程。在对接井施工过程中，由于出现了地磁变化异常和地质条件变化，致使MWD导向系统出现了一定偏差。为减少仪器偏差，设计并对仪器进行了实地校核。校核结果表明，探管的安装条件对其数据精度有较大的影响。其校核结果被应用于实际生产中，起到了良好的指导作用。     

螺线管磁定位技术初探

随着钻探工艺的不断发展,对井身轨迹的要求不断增加。一般依靠地磁定位的仪器已无法满足精度要求,于是研发出了多种近场磁导向系统,如MGT、RMRS和慧磁中靶仪等。以发射源种类为依据,可分为主动测量技术和被动测量技术。螺线管磁定位系统属于主动测量技术,它具有数据传输量小、耐温高等优点。目前国外已经商用化,而国内研究不多。本文简单介绍了螺线管测量的理论模型,着重阐述了室内实验和误差分析。实验共测量了144个点数据,总距离平均误差为4.9%,平面距离平均误差为5.6%,初步验证了螺线管磁定位系统的可行性。     

采卤对接井钻井技术的研究

为了改变岩盐矿单井水溶采卤和其它采卤方法的缺点，采用螺杆钻受控定向钻控技术，使两口中曲率半径大斜度向井在盐层中交叉对接，实现对接井水溶采卤。本文，着重介绍对接井施工新技术及对接井试验研究结果。