旋转导向钻井技术(简版)课件.ppt

1、 Auto Trak RCLS Auto Trak RCLS（AutoTrak Rotary Closed AutoTrak Rotary Closed Loop Drilling SystemLoop Drilling System）是目前技术最成熟、应用是目前技术最成熟、应用最广泛的旋转闭环钻井系统之一。最广泛的旋转闭环钻井系统之一。 该系统是该系统是Baker Hughes INTEQBaker Hughes INTEQ公司与公司与AgipAgip公司在公司在早期的垂直钻井系统（早期的垂直钻井系统（VDSVDS）和直井钻井装置（和直井钻井装置（SDDSDD）基础上研制的旋转闭环系统。基础

2、上研制的旋转闭环系统。 1996 1996年在年在4 4口井中试验获得成功，口井中试验获得成功，19971997年注册为年注册为Auto TrakAuto Trak，正式推向市场。正式推向市场。二、国外主要旋转导向钻井系统二、国外主要旋转导向钻井系统该系统目前已开发应用成功的系列有三种：该系统目前已开发应用成功的系列有三种：168.0mm168.0mm旋转导向系统旋转导向系统( (用于用于215.9mm215.9mm井眼井眼) )210.0mm210.0mm旋转导向系统旋转导向系统( (用于用于311.1mm311.1mm井眼井眼) ) 2002 2002年推出的一体化的第三代年推出的一体化的

3、第三代Auto TrakAuto Trak系统。系统。 第三代第三代Auto TrakAuto Trak系统，整个钻井和地层评价部系统，整个钻井和地层评价部件都进行了重新设计，系统部件减少了件都进行了重新设计，系统部件减少了30%30%，井下，井下钻具组合进行了优化设计，取消了旋转密封，提高钻具组合进行了优化设计，取消了旋转密封，提高了强度，系统的可靠性大大提高。了强度，系统的可靠性大大提高。二、国外主要旋转导向钻井系统二、国外主要旋转导向钻井系统1 1、Auto TrakAuto Trak系统的组成系统的组成二、国外主要旋转导向钻井系统二、国外主要旋转导向钻井系统 JotunJotun油田位

4、于挪威外海油田位于挪威外海165165kmkm，水深水深127127m m。 目的层位于古新世的目的层位于古新世的HeimdalHeimdal砂岩，垂深约砂岩，垂深约20502050m m。 Baker Hughes Inteq Baker Hughes Inteq与与Esso Norge ASEsso Norge AS公司达成协议，公司达成协议，在在Joton BJoton B平台使用平台使用Auto TrakAuto Trak系统钻系统钻311.2mm311.2mm井段和井段和215.9mm215.9mm水平段。水平段。 这是世界上首次使用旋导技术进行油田开发，这是世界上首次使用旋导技术进

5、行油田开发，共钻了共钻了1414口水平生产井和一口注水井口水平生产井和一口注水井2 2、AutoTrakAutoTrak系统的现场应用实例系统的现场应用实例挪威挪威JotunJotun油田油田二、国外主要旋转导向钻井系统二、国外主要旋转导向钻井系统JotunJotun油田油田B-11B-11井套管程序和井眼轨迹井套管程序和井眼轨迹 可以开发半径可以开发半径6 6kmkm范围内的范围内的3 3个油藏，为了能够个油藏，为了能够在油藏中以需要的方向钻水平段，设计了复杂的在油藏中以需要的方向钻水平段，设计了复杂的三维井眼轨迹（见图）。三维井眼轨迹（见图）。二、国外主要旋转导向钻井系统二、国外主要旋转导

6、向钻井系统 在在JotunJotun钻井项目钻井项目1515口井的施工中口井的施工中 311.2mm311.2mm井段都是一趟钻钻成，平均机械钻速是井段都是一趟钻钻成，平均机械钻速是507507m/dm/d，最快机械钻速达最快机械钻速达954954m/dm/d，而该地区而该地区311.2mm311.2mm井段使用传统井段使用传统的定向钻井系统的平均机械钻速只有的定向钻井系统的平均机械钻速只有198 198 m/dm/d； 215.9mm215.9mm水平段最快机械钻速是水平段最快机械钻速是591591m/dm/d，平均机械钻速平均机械钻速是是329329m/dm/d，而该地区而该地区215.9

7、mm215.9mm水平段使用传统的定向钻井水平段使用传统的定向钻井系统的平均机械钻速为系统的平均机械钻速为281 281 m/dm/d。 与邻井相比，与邻井相比，JotunJotun钻井项目由于采用了旋转导钻井项目由于采用了旋转导向系统比计划减少了约向系统比计划减少了约100100个钻机日。个钻机日。二、国外主要旋转导向钻井系统二、国外主要旋转导向钻井系统二、国外主要旋转导向钻井系统二、国外主要旋转导向钻井系统 迄今为止，迄今为止，AutoTrakAutoTrak系统已经钻出世界上系统已经钻出世界上2525口最长大口最长大位移井中的位移井中的1818口井口井。 Geo-Pilot Geo-Pi

8、lot是是Halliburton Sperry-sunHalliburton Sperry-sun公司开发的公司开发的目前现场应用最成熟的静态指向钻头式旋转导向钻目前现场应用最成熟的静态指向钻头式旋转导向钻井系统。井系统。 该系统主要包括驱动心轴、不旋转套筒、偏心环该系统主要包括驱动心轴、不旋转套筒、偏心环偏置机构、悬挂轴承、聚焦轴承等；另外还包括测偏置机构、悬挂轴承、聚焦轴承等；另外还包括测控部分、偏心环偏置机构驱动装置、不旋转套筒防控部分、偏心环偏置机构驱动装置、不旋转套筒防旋转机构、旋转动密封及液压补偿系统等。旋转机构、旋转动密封及液压补偿系统等。q19981998年该系统开始商业应用。

9、年该系统开始商业应用。 二、国外主要旋转导向钻井系统二、国外主要旋转导向钻井系统 -直井段-驱动主轴位于井眼中心在直井段，在直井段，RSS处于空挡位置，驱动主轴与非旋转外筒同心。处于空挡位置，驱动主轴与非旋转外筒同心。 二、国外主要旋转导向钻井系统二、国外主要旋转导向钻井系统13二、国外主要旋转导向钻井系统二、国外主要旋转导向钻井系统 -导向- 驱动主轴偏向低边 改变方向时，液压活塞使驱动主轴偏离中心线改变方向时，液压活塞使驱动主轴偏离中心线0到到6mm，从而使钻头从而使钻头“指向指向”相反方向。相反方向。14二、国外主要旋转导向钻井系统二、国外主要旋转导向钻井系统 阀阀+活塞：活塞：72个，

10、个，12个个/组组6组组 压力平衡的密闭清洁系统压力平衡的密闭清洁系统二、国外主要旋转导向钻井系统二、国外主要旋转导向钻井系统工具尺寸工具尺寸Tool Size475675825钻头尺寸钻头尺寸Bit Range6 - 6 in.8 3/8 - 9 7/8 in.12 in.造斜率造斜率Deviation Rate012 deg/30m012 deg/30m0-8 deg/30m转速转速Rotary Speed50-250 rpm50-250 rpm50-250 rpm最大排量最大排量Max Flow Rate1,325 l/min2,840 l/min5,678 gal/min最大钻压最大钻

11、压Max WOB 12.5 ton25 ton47.5 ton额定压力额定压力Pressure Rating30,000 psi30,000 psi30,000 psi最大工作温度最大工作温度MaxOperating Temp175 deg C175 deg C175 deg C *极限拉伸承受力极限拉伸承受力Max Tensile Load (Survival)125 ton175 ton350 ton钻头压降钻头压降Bit Pressure Drop无限制无限制No limitations无限制无限制No limitations无限制无限制No limitations最小造斜角度最小造斜角

12、度Minimum KO angle 垂直垂直Vertical垂直垂直Vertical垂直垂直Vertical二、国外主要旋转导向钻井系统二、国外主要旋转导向钻井系统 在北美陆地钻井明显增多，尤其是页岩气开发，在北美陆地钻井明显增多，尤其是页岩气开发， 美国美国15%15%17%17%，加拿大，加拿大20%,20%,近两年在美国页岩气开发应用近两年在美国页岩气开发应用统计：统计： 单趟钻进尺超单趟钻进尺超2100m2100m：5555次次 单趟钻进尺超单趟钻进尺超3000m3000m：1111次次 最高单趟钻进尺：最高单趟钻进尺：3985m3985m（未到工具极限）（未到工具极限） 实现最大造斜

13、率：实现最大造斜率： 24/100m 24/100m二、国外主要旋转导向钻井系统二、国外主要旋转导向钻井系统井眼支撑翼肋控制机构偏置方向 Power Drive XtraPower Drive Xtra系统系统是典型的调制式全旋转导向钻是典型的调制式全旋转导向钻井系统，它安装在钻头的上方，井系统，它安装在钻头的上方，是在控制机构的控制下，通过是在控制机构的控制下，通过支撑翼肋的伸出推靠钻头产生支撑翼肋的伸出推靠钻头产生偏置的原理来导向。偏置的原理来导向。二、国外主要旋转导向钻井系统二、国外主要旋转导向钻井系统 小井眼旋转导向系统小井眼旋转导向系统 Power Drive Xtra 475， 外

14、径外径120.7mm， 壳牌英国勘探开发公司和斯伦贝谢公司于壳牌英国勘探开发公司和斯伦贝谢公司于2002年年4月在北海试验成功；月在北海试验成功； 试验效果：试验效果： 利用该系统钻利用该系统钻 155.6mm井眼，井眼，43.5h钻进钻进 724.5m，平均平均 机械钻速机械钻速20.4m/h。二、国外主要旋转导向钻井系统二、国外主要旋转导向钻井系统 随着世界范围内深水勘探开发的迅速发展，提高随着世界范围内深水勘探开发的迅速发展，提高上部井段的钻井效率的需求越来越强烈，从而促进上部井段的钻井效率的需求越来越强烈，从而促进了用于大尺寸井眼（了用于大尺寸井眼（444.5mm 444.5mm 和和

15、463.6mm463.6mm）的旋的旋导工具的开发。导工具的开发。 斯伦贝谢公司与斯伦贝谢公司与BPBP公司合作，历时公司合作，历时9 9个月，于个月，于20022002年初推出了大尺寸年初推出了大尺寸Power DrivePower Drive旋导系统。旋导系统。二、国外主要旋转导向钻井系统二、国外主要旋转导向钻井系统 大尺寸大尺寸Power DrivePower Drive XtraXtra旋转导向系统的导旋转导向系统的导向原理向原理同步动态偏置。同步动态偏置。一个全旋转偏置机构一个全旋转偏置机构紧靠在钻头的后面，给钻头施加侧向力紧靠在钻头的后面，给钻头施加侧向力该侧向力经电子控制机构调制

16、，实现定向该侧向力经电子控制机构调制，实现定向控制。控制。二、国外主要旋转导向钻井系统二、国外主要旋转导向钻井系统 大尺寸大尺寸Power DrivePower Drive Xtra Xtra旋转导向系统旋转导向系统现场试验情况：现场试验情况： 该系统在该系统在9 9小时内钻进小时内钻进477477m m，平均机械钻速平均机械钻速5353m/hm/h， 最大狗腿度最大狗腿度4 4/30/30m m。 工具没有遭受磨损和冲蚀的迹象，外部元件、导向块工具没有遭受磨损和冲蚀的迹象，外部元件、导向块和密封都处于良好状态。和密封都处于良好状态。 20022002年年3 3月大尺寸月大尺寸Power Dr

17、ivePower Drive Xtra Xtra旋导系统投入商旋导系统投入商业应用。业应用。二、国外主要旋转导向钻井系统二、国外主要旋转导向钻井系统 Power DrivePower Drive XtraXtra首先应用于我国南海的海上深井首先应用于我国南海的海上深井和大位移井，和大位移井，20002000年至今，已在中国南海、渤海湾和陆年至今，已在中国南海、渤海湾和陆上成功完成上成功完成3030多口大位移井作业，最大测深超多口大位移井作业，最大测深超8000m8000m，其，其中南海某区块大位移井位垂比中南海某区块大位移井位垂比4.584.58居国内之首。居国内之首。二、国外主要旋转导向钻井

18、系统二、国外主要旋转导向钻井系统 二、国外主要旋转导向钻井系统二、国外主要旋转导向钻井系统 TK238H TK238H 井设计井深井设计井深5111.76m ,5111.76m ,实钻井深实钻井深5177m , 5177m , 造斜点造斜点4163m , 4163m , 水平段水平段300m ,300m ,成功穿成功穿越油层越油层276m276m，机械钻速，机械钻速15.68m/h15.68m/h。 斜井段及水平段平均狗腿度斜井段及水平段平均狗腿度3.883.88/30m/30m, ,而而常规水平井平均狗腿度为常规水平井平均狗腿度为1010/30m /30m 以上以上, ,很好很好的控制了井眼

19、的光滑度的控制了井眼的光滑度, ,实际钻井周期实际钻井周期50d50d, ,节约节约钻井周期钻井周期27d27d, , 创造塔河油田水平井钻井周期最创造塔河油田水平井钻井周期最短记录。短记录。塔河油田塔河油田TK238H井井 工具通过内部伺工具通过内部伺服电机对钻头驱动服电机对钻头驱动轴的工具面进行连轴的工具面进行连续地控制而实现指续地控制而实现指向式导向。向式导向。 PowerDrive Xceed PowerDrive Xceed全旋转系统的优点是降低卡钻的机率，减少全旋转系统的优点是降低卡钻的机率，减少岩屑重复研磨机会，提高钻头动力传输效率。岩屑重复研磨机会，提高钻头动力传输效率。 Po

20、werDrive XceedPowerDrive Xceed工具的特点是：工具的特点是： 全旋转部件允许向后和向前旋转穿过几何形状变化井眼，可在全旋转部件允许向后和向前旋转穿过几何形状变化井眼，可在井眼尺寸和形状不符合要求而必须进行划眼时提供旋转导向能力。井眼尺寸和形状不符合要求而必须进行划眼时提供旋转导向能力。 采用了指向钻头（采用了指向钻头（point-the-bitpoint-the-bit）技术，允许工具在连续旋技术，允许工具在连续旋转时将钻头倾斜在期望的方向，可在狗腿严重度高达转时将钻头倾斜在期望的方向，可在狗腿严重度高达8 8/100/100ftft（30m30m）下钻成光滑的井段

21、。下钻成光滑的井段。 这项新技术能在转速高达这项新技术能在转速高达350350r/minr/min时完成从硬地层向软地层的时完成从硬地层向软地层的陡然过渡并保持稳定的工具面（在使用任何泥浆类型条件下），陡然过渡并保持稳定的工具面（在使用任何泥浆类型条件下），还可以采用偏心钻头进行定向钻井。还可以采用偏心钻头进行定向钻井。二、国外主要旋转导向钻井系统二、国外主要旋转导向钻井系统二、国外主要旋转导向钻井系统二、国外主要旋转导向钻井系统 渤海湾地区已成为世界上使用指向式旋转导向系统频率最渤海湾地区已成为世界上使用指向式旋转导向系统频率最高的地区，以大港油田为例，到目前为止共有高的地区，以大港油田为例

22、，到目前为止共有2424口井使用了指口井使用了指向式旋转导向系统，其中庄海向式旋转导向系统，其中庄海8NM-H38NM-H3井水平位移井水平位移4195.5m4195.5m，垂深，垂深1071m1071m，位垂比，位垂比3.923.92创造了渤海湾地区大位移井位垂比新记录。创造了渤海湾地区大位移井位垂比新记录。 偏执单元内置，偏执单元内置，不与井壁接触，不与井壁接触，导向时内推块通导向时内推块通过万向轴使钻头过万向轴使钻头轴向发生偏移，轴向发生偏移，造斜率高。造斜率高。二、国外主要旋转导向钻井系统二、国外主要旋转导向钻井系统 在美国在美国MarcellusMarcellus区块应用区块应用10

23、10口井，累计节省作业时间口井，累计节省作业时间10d,10d,节省经费节省经费1 1百万美元。百万美元。二、国外主要旋转导向钻井系统二、国外主要旋转导向钻井系统u 1999 1999年推出第一代推靠式旋转导向系统年推出第一代推靠式旋转导向系统 PD XtraPD Xtra系统系统；u 2004 2004年年推出第二代推靠式旋转导向系统推出第二代推靠式旋转导向系统 PD X5PD X5和垂直钻井系统和垂直钻井系统PowerVPowerV；u 2006 2006年年推出指向式旋转导向系统推出指向式旋转导向系统 PD ExceedPD Exceed ；u 2009 2009年推出了泥浆马达一体化的

24、旋转导向动力单元年推出了泥浆马达一体化的旋转导向动力单元PD VortexPD Vortex；u 2010 2010年将年将PD X5 升级为升级为PDPD X6X6，提高系统的稳定性和可靠性，提高系统的稳定性和可靠性；u 2010 2010年推出了用于高造斜率的复合式旋转导向系统年推出了用于高造斜率的复合式旋转导向系统 PD Archer PD Archer 。 由此看出斯伦贝谢公司由此看出斯伦贝谢公司的旋转导向系统是有先的旋转导向系统是有先推推靠式靠式再再指向式指向式然后然后复合式复合式。二、国外主要旋转导向钻井系统二、国外主要旋转导向钻井系统 由工具的适应性来看，推靠式工具覆盖了所有的常

25、规井眼，由工具的适应性来看，推靠式工具覆盖了所有的常规井眼，指向式和复合式工具分别只有两种尺寸型号。指向式和复合式工具分别只有两种尺寸型号。二、国外主要旋转导向钻井系统二、国外主要旋转导向钻井系统 从市场统计来看，指向式比推靠式旋转导向工具更能适应从市场统计来看，指向式比推靠式旋转导向工具更能适应现在市场需求。现在市场需求。大港油田31口定向井水平井使用旋转导向情况统计。指向式23口井占74.2%推靠式7口井占22.6%即用推靠式又用指向式1口井，占3.2% Power VPower V* *是一个闭环工作的旋转导向系统，该系统是一个闭环工作的旋转导向系统，该系统可以自动保持井眼垂直状态而几乎不需要任何地面的干可以自动保持井眼垂直状态而几乎不需要任何地面的干预措施，与预措施，与PowerDrive Xtra PowerDrive Xtra 类似，主要由偏置单元和类似，主要由偏置单元和控制单元两部分组成。控制单元两部分组成。二、国外主要旋转导向钻井系统二、国外主要旋转导向钻井系统 20042004年首次在塔里木油田进行应用，目前已应用年首次在塔里木油田进行应用，目前已应用9292口井，口井，总进尺总进尺205216m205216m；最大垂深；最大垂深5500m5500m，最大单趟进尺，最大单趟进尺2834m2834m，最大日，最大日进尺进尺895m895m。