1、1旋转导向钻井技术简介旋转导向钻井技术简介2022-12-1421.1.旋转导向钻井技术概述旋转导向钻井技术概述2.2.井下旋转导向钻井系统分类井下旋转导向钻井系统分类3.3.典型的旋转导向钻井系统典型的旋转导向钻井系统（1 1）AutoTrak RCLSAutoTrak RCLS系统：系统：Baker HughesBaker Hughes公司公司（2 2）PowerDrive SRDPowerDrive SRD系统：系统：SchlumbergerSchlumberger公司公司（3 3）Geo-PilotGeo-Pilot系统：系统：HalliburtonHalliburton公司公司主要内
2、容主要内容3（1）技术关键：井下旋转导向l 核心是。l 钻柱在旋转钻进过程中实现准确增斜、稳斜、降斜及扭方位。（2）技术优势l 井下工具一直在旋转状态下工作，因此井眼净化效果更好，井身轨迹控制精度更高，位移延伸能力更强。（3）应用范围l 广泛用于井下马达滑动钻进比较困难的深井、大斜度井、大位移井、水平井、分支井，以及易发生粘卡的情况。4（1）根据导向方式分类l 推靠式（Push the Bit）：在钻头附近直接给钻头提供侧向力。l 指向式（Point the Bit）：通过近钻头处钻柱的弯曲使钻头指向井眼轨迹控制方向。钻头倾角钻头倾角侧向力侧向力推靠式推靠式指向式指向式偏置机构偏置机构5（2）
3、根据偏置机构的工作方式分类l 静态偏置式：偏置导向机构在钻进过程中不与钻柱一起旋转，从而在某一固定方向上提供侧向力。l 调制式：偏置导向机构在钻进过程中与钻柱一起旋转，依靠控制系统使其在某一位置定向支出提供导向力。旋转导向钻井系统的工旋转导向钻井系统的工作机理都是靠偏置机构作机理都是靠偏置机构(Bias Units)偏置钻偏置钻头或钻柱而产生导向。头或钻柱而产生导向。两种偏置工作方式对比两种偏置工作方式对比 6（3 3）综合考虑导向方式和偏置方式分类）综合考虑导向方式和偏置方式分类l 静态偏置推靠式：静态偏置推靠式：Baker Hughes InteqBaker Hughes Inteq公司公
4、司AutoTrak RCLSAutoTrak RCLS。l 动态偏置推靠式（调制式）：动态偏置推靠式（调制式）：Schlumberger AnadrillSchlumberger Anadrill公司公司PowerDrive SRDPowerDrive SRD。l 静态偏置指向式：静态偏置指向式：Halliburton Sperry-sunHalliburton Sperry-sun公司公司Geo-PilotGeo-Pilot系统。系统。工作方式工作方式代表系统代表系统旋转导向程度旋转导向程度造斜能力造斜能力（/30m/30m）位移延伸位移延伸能力能力螺旋螺旋井眼井眼井眼尺寸井眼尺寸（mmmm
5、）静态偏置静态偏置推靠式推靠式AutoTrak AutoTrak RCLSRCLS工具系统工具系统外筒不旋转外筒不旋转6.56.5低低存在存在216216311311调制式调制式PowerDrive PowerDrive SRDSRD全旋转全旋转8.58.5高高存在存在152152311311静态偏置静态偏置指向式指向式Geo-PilotGeo-Pilot工具系统工具系统外筒不旋转外筒不旋转5.55.5中中消除消除2162163113117（1）AutoTrak RCLS系统：Baker Hughes公司（2）PowerDrive SRD系统：Schlumberger公司（3）Geo-Pilo
6、t系统：Halliburton公司8l概述概述19931993年，意大利年，意大利AGIPAGIP公司与美国公司与美国BakerHughes INTEQBakerHughes INTEQ公司合作公司合作在早期的垂直钻井系统在早期的垂直钻井系统(VDS)(VDS)和直井钻井装置和直井钻井装置(SDD)(SDD)基础上研制基础上研制了旋转闭环系统了旋转闭环系统(RCLS)(RCLS)。19971997年注册为年注册为AutoTrakAutoTrak，正式推向市场，正式推向市场 。用连续旋转钻井方式钻成理想的井斜和方位，既可以精确地按照用连续旋转钻井方式钻成理想的井斜和方位，既可以精确地按照设计钻进
7、，也可在油藏内精确地进行地质导向钻井。设计钻进，也可在油藏内精确地进行地质导向钻井。Non Rotating Sleeve w/Steering Ribs&Inclination SensorsNon Rotating SleeveRotating Drive ShaftMWDFormation Evaluation“Gamma Ray+Resistivity”Triple Combo 9核心工具 非旋转可调扶正器滑套：近钻头井斜传感器、电子控制元件、液压控制阀和活塞。10Oil ReservoirControl ValvesRotating DriveShaftSensor Electron
8、icsfor InclinationMeasurementSteerable StabilizerSleeveSteering RibsRotating M30Brush ConnectionHydraulic Piston11导向原理：通过液压可推动活塞分别对3 个稳定块施加不同的压力，其合力就使钻具沿某一特定方向偏移，从而在钻进过程中使钻头产生一个侧向力，保证钻头沿这一方向定向钻进。12Static side force,dynamic controlHigh SideSleeve OrientationP2P3P1Drive ShaftBearing Housing Sleeve=Hig
9、h SideBit Side ForceDirectionMagnitude13l整体设计整体设计非旋转固定套筒上装有能够单独操作的、可调的导向筋，导向筋非旋转固定套筒上装有能够单独操作的、可调的导向筋，导向筋可以在钻头上形成侧向力，以便进行造斜或保持现在的井眼轨迹；可以在钻头上形成侧向力，以便进行造斜或保持现在的井眼轨迹；井下计算机和传感器可连续监测和控制相对于下步目标的当前井井下计算机和传感器可连续监测和控制相对于下步目标的当前井眼轨迹，地面与地下的实时双向通信联系。眼轨迹，地面与地下的实时双向通信联系。14lAutomated Steering of the downhole tool
10、while drilling aheadlBypass valve at the stand pipe creates coded flow rate variations of 15%lCommands for Steering and to control the MWD/LWD operation15DrillByte ComputerSensor Interface/Decoding Unit(TR700)By Pass ControllerTransducer SignalOther SensorsCompressed AirBy Pass ActuatorHazardous Are
11、aSafe AreaStandpipe16lDogleg capabilityl0-6.5/30mlGood experience with TX445 and TX447 bitlSteerability in very hard to very soft formations,ROPs 2-150m/hrn New TX488 AutoTrak bits introduced with excellent results in Steerability:reliable doglegs of 6/100ft in various formations ROP:very good penet
12、ration rates Durability:less erosion and wear then competitor bits17nDirectional/Geosteering wells in 8.1/2”-12.1/4”hole sizenWhere the operator wants:better hole cleaning,less circulation time,less wiper tripsextented run lengths by using PDC bitsbetter hole quality to ease logging and completionsu
13、perior geometrical steering&geosteering to maximise productionextented reach&extented horizontal sections to maximise production and to decrease the No.of wells and platforms to develop a fieldand all together with high ROP and less BHAs18l概述概述l19941994年英国年英国CamcoCamco公司研制的旋转导向钻井公司研制的旋转导向钻井(SDR)(SDR
14、)系统在英格系统在英格兰兰MontroseMontrose地区井中试验获得成功。地区井中试验获得成功。l19991999年年5 5月，月，CamcoCamco公司与美国公司与美国SchlumbergerSchlumberger公司的公司的AnadrillAnadrill公司合并，公司合并，SRSR系统注册为系统注册为PowerDrivePowerDrive。l20002000年改进为年改进为PowerDriveXtraPowerDriveXtra。1920更少的每桶成本更少的每桶成本更少的进尺造价更少的进尺造价与与/或或与与/或或稳定的偏离稳定的偏离 由井下工具控制 无关于钻头扭矩.避免调整工
15、具面所遇困难定向时连续地转动定向时连续地转动更清洁洞眼更清洁洞眼 高井斜所带来的困难由连续转动的钻杆所克服平滑的井眼平滑的井眼洞眼的曲折由更好的定向所减少更少的磨阻更少的磨阻改善对钻压的控制减少卡钻风险减少卡钻风险 完井费用降低完井费用降低 作业更简单作业更简单油层中良好的定向更长的水平井段更长的水平井段 更少的开发井更少的开发井更长的大位移井更长的大位移井可接受的磨阻节省时间节省时间更快地定向 减少划眼与与/或或更少的平台更少的平台21l侧向力l支撑座从旋转的本体中定时伸出l井眼曲线由3个接触点决定22l稳定方位稳定方位l不理想的不理想的ROPROPl不好的洞眼清洁不好的洞眼清洁l不能滑动不
16、能滑动l压差卡钻压差卡钻l井下钻杆挠曲井下钻杆挠曲l高狗腿度高狗腿度l地层影响造斜率地层影响造斜率23l优化钻头切削齿结构l优化钻井参数l钻具连续旋转l不因滑动钻进而降低机械钻速l更好的井眼清洁l更少的划眼l机械钻速的全面提高2425l由液压驱动 3 片支撑座l定向机构与钻头同转速转动且施钻头侧向力26支撑座出支撑座出支撑座入支撑座入27QuickTime and aMicrosoft Video 1 decompressorare needed to see this picture.2881处位置，现场决策；每处位置有2个控制因数：工具面、狗腿度强度 0,100%=最大量设置,180,50
17、%=半量设置29Basic PowerDrive ConfigurationPowerDrive with MWDPowerDrive with MWD and flex joint30长度：16 ft 4.9 m排量：500-1000 gpm 1900-3800 lpm转速：40-220 rpm工具压降：少于100 psi 6 bar最小钻头所需压降：500 psi 34 bar现最高运行温度：250F 120 C 泥浆比重：7.5-20 ppg 0.9-2.4 sgLCM：使用MWD 指示31集成化工具-简单，平台设置无额外设备、费用工具压降低(持续钻井无静止点 更好的洞眼清洁更少的卡钻风
18、险无局限通常钻井作业32概述1989年日本国家石油公司(JNOC)开始研究遥控动态定向系统(RCDOS)；1993年美国Sperry-Sun公司研制了适合于转盘钻进的自动定向系统(AGS)；1999年，2公司合作以Halliburton公司的名义推出了Geo-Pilot旋转导向自动钻井系统。核心工具可变径稳定器：可遥控且能自动控制33l核心工具：可遥控且能自动控制的可变径稳定器扩大了稳定器的径向调整范围，加强了井斜的控制能力。如215.90mm 稳定器可在184.15215.90mm 之间调节。311.15mm 稳定器可在266.70311.15mm 之间调节。为稳定器设置了多个控制位置，采用
19、钻井液脉冲遥控技术、电子及液压技术对稳定器的径向位置进行控制。通过MWD 向地面通报稳定器的工作状态。降低了对稳定器所受的压力要求，不影响钻井参数的优选。34AUTOTRAK系统 原理：采用了静态式工作原理，主要靠钻具的偏心控制来改变钻头上的侧向力。优点：可以利用成熟的控制技术来实现偏心距的控制。缺点：井下复杂条件，如位移工作方式、静止外套、小型化能力差、结构复杂等，影响这种系统的发展。35lPowerDrive系统l原理：采用调制式（动态偏置推靠式）工作原理。l优点：在结构设计方面更为简单，小型化趋势好，全旋转工作方式使钻柱对井壁没有静止点，从而可以保证这种系统更能适合各种复杂的环境，钻井极限井深更深，速度更快，在大位移井、三维多目标井及其它高难度特殊工艺井中更具竞争力。l缺点：工作寿命有待进一步提高。
