旋转导向钻井技术简介课件

WE MUST DO BETTER旋转导向钻井旋转导向钻井技术介绍技术介绍姚振华姚振华20072007年年6 6月月旋转导向钻井1 1WE MUST DO BETTER内容概述概述国际上已经投入使用的旋转导向钻井系统国际上已经投入使用的旋转导向钻井系统在渤海油田使用的旋转导向钻井系统介绍在渤海油田使用的旋转导向钻井系统介绍旋转导向方式的分类旋转导向方式的分类旋转导向技术的应用旋转导向技术的应用内容2 2WE MUST DO BETTER 迄今为止，定向钻井技术经历了三个里程碑：利用造斜器迄今为止，定向钻井技术经历了三个里程碑：利用造斜器(斜向器斜向器)定向钻定向钻井；利用井下马达配合弯接头定向钻井；利用导向马达井；利用井下马达配合弯接头定向钻井；利用导向马达(弯壳体井下马达弯壳体井下马达)定向定向钻井。这三种定向钻井工具的广泛使用，促进了定向钻井技术的快速发展，钻井。这三种定向钻井工具的广泛使用，促进了定向钻井技术的快速发展，使得今天人们能够应用斜井、丛式井、水平井、水平分支井技术开发油田。使得今天人们能够应用斜井、丛式井、水平井、水平分支井技术开发油田。随着石油工业的发展，为了获得更好的经济效益，需要钻深井、超深井、随着石油工业的发展，为了获得更好的经济效益，需要钻深井、超深井、大位移井和长距离水平井，而且常常要在更复杂的地层如高陡构造带钻井。大位移井和长距离水平井，而且常常要在更复杂的地层如高陡构造带钻井。这些都对定向钻井工具提出了更高的要求。这些都对定向钻井工具提出了更高的要求。为了克服滑动导向技术的不足，从为了克服滑动导向技术的不足，从2020世纪世纪8080年代后期，国际上开始研究年代后期，国际上开始研究旋转导向钻井技术，到旋转导向钻井技术，到2020世纪世纪9090年代初期多家公司形成了商业化技术。旋转年代初期多家公司形成了商业化技术。旋转导向钻井系统实质上是一个井下闭环变径稳定器与测量传输仪器导向钻井系统实质上是一个井下闭环变径稳定器与测量传输仪器（MWD/LWDMWD/LWD）联合组成的工具系统。它完全抛开了滑动导向方式，而以旋转）联合组成的工具系统。它完全抛开了滑动导向方式，而以旋转导向钻进方式，自动、灵活地调整井斜和方位，大大提高了钻井速度和钻井导向钻进方式，自动、灵活地调整井斜和方位，大大提高了钻井速度和钻井安全性，轨迹控制精度也非常高，非常适合目前开发特殊油藏的超深井、高安全性，轨迹控制精度也非常高，非常适合目前开发特殊油藏的超深井、高难度定向井、水平井、大位移井、水平分支井等特殊工艺井导向钻井的需要。难度定向井、水平井、大位移井、水平分支井等特殊工艺井导向钻井的需要。旋转导向钻井技术概述 迄今为止，定向钻井技术经历了三个里程碑：利用3 3WE MUST DO BETTER 旋转导向钻井系统的特点是：旋转导向钻井系统的特点是：在钻柱旋转的情况下，具有导向能力；在钻柱旋转的情况下，具有导向能力；如果需要，可以与井下马达一起使用；如果需要，可以与井下马达一起使用；配有全系列标准的地层参数及钻井参数检测仪器；配有全系列标准的地层参数及钻井参数检测仪器；配有地面配有地面井下双向通讯系统，可根据井下传来的数据，在不井下双向通讯系统，可根据井下传来的数据，在不起钻的情况下从地面发出指令改变井眼轨迹；起钻的情况下从地面发出指令改变井眼轨迹；工具设计制造模块化、集成化；工具设计制造模块化、集成化；可以在可以在150150以上的高温井中使用；以上的高温井中使用；定向钻井时不需要特殊的钻井参数，就可以保证最优的钻井过定向钻井时不需要特殊的钻井参数，就可以保证最优的钻井过程；程；导向自动控制，以保证准确光滑的井眼轨迹。导向自动控制，以保证准确光滑的井眼轨迹。旋转导向钻井技术概述 旋转导向钻井系统的特点是：旋转导向钻井技术概述4 4WE MUST DO BETTER 美国美国Schlumberger AnadrillSchlumberger Anadrill公司的公司的R RL LMontiMonti在在19871987年世界石油年世界石油大会上宣读的大会上宣读的“Optimized Drilling-Closing the loop”Optimized Drilling-Closing the loop”论文中，对自动化论文中，对自动化闭环优化钻井技术第一次做了系统的阐述。目前，世界上已有几家大石闭环优化钻井技术第一次做了系统的阐述。目前，世界上已有几家大石油公司形成了商业化应用技术：油公司形成了商业化应用技术：1 1、VDSVDS自动垂直钻井系统：自动垂直钻井系统：9090年代初德国年代初德国KTBKTB项目组与项目组与East Man East Man TeleoTeleo公司联合开发研制。公司联合开发研制。2 2、SDDSDD自动直井钻井系统：自动直井钻井系统：AGIPAGIP公司与公司与Baker Hughes InteqBaker Hughes Inteq公司合作公司合作在在VDSVDS系统的基础上开发研制。系统的基础上开发研制。3 3、ADDADD自动定向钻井系统：自动定向钻井系统：19911991年美国能源部资助研制，目前已达到年美国能源部资助研制，目前已达到商业应用阶段。商业应用阶段。4 4、AGSAGS和和Geo-PilotGeo-Pilot旋转导向自动钻井系统：旋转导向自动钻井系统：Sperry-sunSperry-sun公司公司19931993年研年研制了制了AGSAGS；19991999年又推出新一代的年又推出新一代的Geo-PilotGeo-Pilot旋转导向自动钻井系统，旋转导向自动钻井系统，该系统的性能已达到该系统的性能已达到9090年代末世界先进的年代末世界先进的RCLSRCLS和和SRDSRD系统水平。系统水平。国际上已经投入使用的旋转导向钻井系统 国际上已经投入使用的旋转导向钻井系统5 5WE MUST DO BETTER 5 5、RCLSRCLS旋转闭环自动钻井系统：旋转闭环自动钻井系统：19931993年年AGIPAGIP公司与公司与Baker Hughes Baker Hughes InteqInteq公司合作，经过公司合作，经过3 3年的研制，于年的研制，于19961996年在年在4 4口井中试验获得了成功。口井中试验获得了成功。19971997年，年，RCLSRCLS系统注册为系统注册为系统注册为系统注册为Auto TrakAuto Trak，正式推向市场。截至，正式推向市场。截至20022002年年7 7月累积钻进进尺超过月累积钻进进尺超过1.609106m1.609106m。其。其63/4“63/4“系统创下了单次下井工作时系统创下了单次下井工作时间间92h92h，进尺，进尺2986m2986m的世界纪录，的世界纪录，81/4”81/4”系统创下了单次下井工作时间系统创下了单次下井工作时间167h167h，进尺，进尺3620m3620m的世界纪录。的世界纪录。2 2、SDDSDD自动直井钻井系统：自动直井钻井系统：AGIPAGIP公公司与司与Baker Hughes InteqBaker Hughes Inteq公司合作在公司合作在VDSVDS系统的基础上开发研制。系统的基础上开发研制。6 6、SRDSRD全旋转导向自动钻井系统：全旋转导向自动钻井系统：19941994年英国年英国CamcoCamco公司在英格兰公司在英格兰MontroseMontrose地区进行了现场井下试验，获得了极大成功。该系统第一次地区进行了现场井下试验，获得了极大成功。该系统第一次被世界石油界认可，是其被世界石油界认可，是其19971997年在世界上第一口水平位移超过年在世界上第一口水平位移超过10000m10000m的的Wytch FarmWytch Farm油田油田M-11M-11井的成功应用。井的成功应用。19991999年年5 5月，月，CamcoCamco公司与公司与SchlumbergerSchlumberger公司的公司的AnadrillAnadrill公司合并，其公司合并，其SRDSRD系统注册为系统注册为系统注册为系统注册为PowerDrivePowerDrive。截至。截至19991999年底，该系统已下井年底，该系统已下井138138次，累计工作时间次，累计工作时间11610h11610h，总进尺，总进尺47780m47780m。目前，世界上。目前，世界上3 3口位移超过口位移超过10000m10000m的大位移的大位移井中，有井中，有2 2口应用了该系统。口应用了该系统。旋转导向钻井技术简介课件6 6WE MUST DO BETTER 20002000年，年，SchlumbergerSchlumberger的的PowerDrive SRDPowerDrive SRD系系统引入中国境内应用，在设计井深统引入中国境内应用，在设计井深8800m8800m、水平位移、水平位移超过超过7500m7500m的南海西江油田的南海西江油田XJ243A18XJ243A18井井687168718610m8610m井段中成功应用，大大提高了井身质量，避免井段中成功应用，大大提高了井身质量，避免了了6871m6871m以上井段用滑动钻井方式多次出现的断马达以上井段用滑动钻井方式多次出现的断马达等井下复杂事故，大大提高了钻井效率和效益。尽管等井下复杂事故，大大提高了钻井效率和效益。尽管该工具的日租金高达数万美元，仍直接节约了该工具的日租金高达数万美元，仍直接节约了500500万万美元的钻井作业费用；而油田开发和后续完井、采油美元的钻井作业费用；而油田开发和后续完井、采油作业带来的间接经济效益更远远超过了直接经济效益。作业带来的间接经济效益更远远超过了直接经济效益。国际上已经投入使用的旋转导向钻井系统(续)国际上已经投入使用的旋转导向钻井系统7 7WE MUST DO BETTER 目前，旋转导向钻井系统形成了两大发展方向：一个是目前，旋转导向钻井系统形成了两大发展方向：一个是以以Baker Hughes InteqBaker Hughes Inteq公司的公司的Auto Trak RClSAuto Trak RClS系统为代表的系统为代表的不不不不旋转外筒式闭环自动导向钻井系统旋转外筒式闭环自动导向钻井系统旋转外筒式闭环自动导向钻井系统旋转外筒式闭环自动导向钻井系统，它以其精确的轨迹控制精它以其精确的轨迹控制精度和完善的地质导向技术为特点，非常适用于开发难度高的特度和完善的地质导向技术为特点，非常适用于开发难度高的特殊油藏的导向钻井作业；殊油藏的导向钻井作业；HulliboItonHulliboIton公司的公司的GeoPi1otGeoPi1ot系统也系统也属于这一类导向钻井系统；另外一个是以属于这一类导向钻井系统；另外一个是以Schlumberger Schlumberger Anadri11Anadri11公司的公司的Power Driver SRDPower Driver SRD系统为代表的系统为代表的全旋转自动导全旋转自动导全旋转自动导全旋转自动导向钻井系统向钻井系统向钻井系统向钻井系统，它以其同样精确的轨迹控制精度和特有的位移延，它以其同样精确的轨迹控制精度和特有的位移延伸钻井能力为特点，非常适用于超深、边缘油藏的开发方案中伸钻井能力为特点，非常适用于超深、边缘油藏的开发方案中的深井、大位移井的导向钻井作业。下面对的深井、大位移井的导向钻井作业。下面对Auto Trak RClSAuto Trak RClS系系统、统、Power Driver SRDPower Driver SRD系统和系统和Geo-PilotGeo-Pilot系统做简要介绍。系统做简要介绍。目前，旋转导向钻井系统形成了两大发展方8 8WE MUST DO BETTER、AutoTrak旋转闭环钻井系统 1 1、系统组成、系统组成:AutoTrak是旋转导向钻井系统的代表产品，它是基于推靠钻头的偏置原理来导向的，其可变径稳定器的伸缩块装在不旋转套筒上，AutoTrak旋转闭环钻井系统由地面与井下的双向通讯系统(地面监控计算机、解码系统及钻井液脉冲信号发生装置)、导向系统(AutoTrak工具)和LWD(随钻测井)组成（图l）。、AutoTrak旋转闭环钻井系统 1、系统组成:Aut9 9WE MUST DO BETTER、AutoTrak旋转闭环钻井系统井下偏置导向工具导向原理示意井下偏置导向工具导向原理示意图图、AutoTrak旋转闭环钻井系统井下偏置导向工具导向原理1010WE MUST DO BETTER、AutoTrak旋转闭环钻井系统、AutoTrak旋转闭环钻井系统1111WE MUST DO BETTER、AutoTrak旋转闭环钻井系统 2 2、工作原理、工作原理:AutoTrak RClS:AutoTrak RClS系统的井下偏置导向工具由不系统的井下偏置导向工具由不旋转外套和旋转心轴两大部分旋转外套和旋转心轴两大部分通过上下轴承连接形成一可相通过上下轴承连接形成一可相对转动的结构。旋转心轴上接对转动的结构。旋转心轴上接钻柱，下接钻头，起传递钻压、钻柱，下接钻头，起传递钻压、扭矩和输送钻井液的作用。不扭矩和输送钻井液的作用。不旋转外套上设置有井下旋转外套上设置有井下CPUCPU、控制部分和支撑翼肋（右图）。控制部分和支撑翼肋（右图）。图2 AutoTrak RCLS结构示意图、AutoTrak旋转闭环钻井系统 2、工作原理:Auto1212WE MUST DO BETTER、AutoTrak旋转闭环钻井系统 导向工具的执行机构有一不旋转导向套，中轴从导向套中间穿过与钻头连接，带动钻头随钻柱一起旋转，导向套与中轴通过轴承连接。当周向均布的三个支撑冀肋分别以不同液压力支撑于井壁时，将使不旋转外套不随钻柱旋转，同时，井壁的反作用力将对井下偏置导向工具产生一个偏置合力。通过控制三个支撑翼肋的支出液压力的大小，可控制偏置力的大小和方向，以控制导向钻井。液压力的大小由井下CPU控制井下控制系统来调整。井下CPU在下井前，预置了井眼轨迹数据。井下工作时，可将MWD测量的井眼轨迹信息或LWD测量的地层信息与设计数据进行对比，自动控制液压力，也可根据接收到的地面指令调整设计参数，控制液压力，以实现导向钻进。导向套内还有各种传感器，可测量井斜角、方位角及工具的工作状态。(右图是:井下偏置导向工具的导向原理示意图)、AutoTrak旋转闭环钻井系统 导向工具的执行机构有一1313WE MUST DO BETTER1 1、系统的组成及工作原理、系统的组成及工作原理、系统的组成及工作原理、系统的组成及工作原理 PowerDrivePowerDrive属调制式全旋转导向钻井属调制式全旋转导向钻井系统的典型代表产品，它也是利用推系统的典型代表产品，它也是利用推靠钻头的偏置原理来导向。该系统由靠钻头的偏置原理来导向。该系统由井下旋转导向工具、井下旋转导向工具、MWDMWD随钻测量随钻测量系统、地面井下双向信息通讯系统和系统、地面井下双向信息通讯系统和地面计算机监控系统组成地面计算机监控系统组成(见右图见右图)。Power Driver SRDPower Driver SRD系统由控制部分稳系统由控制部分稳定平台和翼肋支出及控制机构组成。定平台和翼肋支出及控制机构组成。控制部分稳定平台内部包括测量传感控制部分稳定平台内部包括测量传感器、井下器、井下CPUCPU和控制电路，通过上下和控制电路，通过上下轴承悬挂于外简内，靠控制两端的涡轴承悬挂于外简内，靠控制两端的涡轮在钻井液中的转速使该部分形成一轮在钻井液中的转速使该部分形成一个不随钻柱旋转的、相对稳定的控制个不随钻柱旋转的、相对稳定的控制平台。平台。PowerDrive旋转导向钻井系统图5 PowerDrive系统主要组成部分PowerDrivePowerDrive系统主要组成部分系统主要组成部分 1、系统的组成及工作原理 PowerDrive旋转导向钻井1414WE MUST DO BETTER 与与Auto Trak RClSAuto Trak RClS系统靠独立的液压系统为支系统靠独立的液压系统为支撑翼肋的支出提供动力来源不同的是，撑翼肋的支出提供动力来源不同的是，Power Power DrIver SRDDrIver SRD系统的支撑翼肋的支出动力来源系统的支撑翼肋的支出动力来源是钻井过程中自然存在的钻柱内外的钻井液是钻井过程中自然存在的钻柱内外的钻井液压差。如图压差。如图6 6所示，有一控制轴从控制部分稳所示，有一控制轴从控制部分稳定平台延伸到下部的翼肋支出控制机构，底定平台延伸到下部的翼肋支出控制机构，底端固定上盘阀，由控制部分稳定平台控制上端固定上盘阀，由控制部分稳定平台控制上盘阀的转角。下盘阀固定于井下偏置工具内盘阀的转角。下盘阀固定于井下偏置工具内部，随钻柱一起转动，其上的液压孔分别与部，随钻柱一起转动，其上的液压孔分别与翼肋支撑液压腔相通。在井下工作时，由控翼肋支撑液压腔相通。在井下工作时，由控制部分稳定平台控制上盘阀的相对稳定性；制部分稳定平台控制上盘阀的相对稳定性；随钻柱一起旋转的下盘阀上的液压孔将依次随钻柱一起旋转的下盘阀上的液压孔将依次与上盘阀上的高压孔接通，使钻柱内部的高与上盘阀上的高压孔接通，使钻柱内部的高压钻井液通过该临时接通的液压通道进入相压钻井液通过该临时接通的液压通道进入相关的翼肋支撑液压腔，在钻柱内外钻井液压关的翼肋支撑液压腔，在钻柱内外钻井液压差的作用下，将翼肋支出。这样，随着钻柱差的作用下，将翼肋支出。这样，随着钻柱的旋转，每个支撑翼肋都将在设计位置支出，的旋转，每个支撑翼肋都将在设计位置支出，从而为钻头提供一个侧向力，产生导向作用。从而为钻头提供一个侧向力，产生导向作用。PowerDrive旋转导向钻井系统图6 PowerDrive盘阀控制机构示意图PowerDrivePowerDrive盘阀控制机构示意盘阀控制机构示意图图 与Auto Trak RClS系统靠独立的液压系统为支撑翼肋1515WE MUST DO BETTER PowerDrive旋转导向钻井系统 它的导向力大小由液压机构所在井深它的导向力大小由液压机构所在井深的钻柱内外压差决定。控制导向块在的钻柱内外压差决定。控制导向块在某个方向上的伸出时间可调整井眼曲某个方向上的伸出时间可调整井眼曲率，最大造斜率可达率，最大造斜率可达8830m30m。PowerDrivePowerDrive工具把旋转钻井条件下测工具把旋转钻井条件下测得的井斜角、方位角和工具面角等数得的井斜角、方位角和工具面角等数据上传到地面，地面计算机监控系统据上传到地面，地面计算机监控系统根据实钻井眼与设计井眼的相对位置根据实钻井眼与设计井眼的相对位置来产生改变工具面角等参数的下传指来产生改变工具面角等参数的下传指令，经钻井液同步传输到井下仪器，令，经钻井液同步传输到井下仪器，微处理器对钻井液脉冲信号加以识别，微处理器对钻井液脉冲信号加以识别，与储存在仪器里的指令对比解释后，与储存在仪器里的指令对比解释后，由井下旋转导向工具执行指令，从而由井下旋转导向工具执行指令，从而实现钻柱旋转状态下的三维全导向。实现钻柱旋转状态下的三维全导向。PowerDrive旋转导向钻井系统1616WE MUST DO BETTER2 2、井下定向控制单元、井下定向控制单元、井下定向控制单元、井下定向控制单元 PowerDrivePowerDrive工具属调制式全旋转导向工具，该类工具的控制器、测量工具属调制式全旋转导向工具，该类工具的控制器、测量传感器都密封在稳定平台内。三轴力反馈加速度计和磁通门传感器可传感器都密封在稳定平台内。三轴力反馈加速度计和磁通门传感器可提供钻头倾斜角和方位角以及输入轴倾角位置信息；与控制器经信号提供钻头倾斜角和方位角以及输入轴倾角位置信息；与控制器经信号连接器接收的地面下行的井眼轨迹调控指令要求方向进行比较，推导连接器接收的地面下行的井眼轨迹调控指令要求方向进行比较，推导出涡轮发电机负载电流大小和通电时间。通过调节电流改变涡轮发电出涡轮发电机负载电流大小和通电时间。通过调节电流改变涡轮发电机绕组回路阻抗，以使携带高强度永磁铁的涡轮叶片与稳定平台内的机绕组回路阻抗，以使携带高强度永磁铁的涡轮叶片与稳定平台内的扭矩线圈锅台产生不同的电磁转矩和加速度，进而使旋转换向阀保持扭矩线圈锅台产生不同的电磁转矩和加速度，进而使旋转换向阀保持一个相对于井壁的固定转角，即工具面角，实现控制轴在受控状态下一个相对于井壁的固定转角，即工具面角，实现控制轴在受控状态下的运动状态改变。的运动状态改变。控制单元的运动由地面软件指令进行控制。在带井下实时通讯工具时，控制单元的运动由地面软件指令进行控制。在带井下实时通讯工具时，该类工具可以通过编程实现对井斜角和方位角的内部自动控制，同时该类工具可以通过编程实现对井斜角和方位角的内部自动控制，同时会大大降低信号上传的要求。会大大降低信号上传的要求。PowerDrive旋转导向钻井系统2、井下定向控制单元 PowerDrive旋转导向钻井系统1717WE MUST DO BETTER调制式旋转导向工具定向控制原理图 图7 调制式旋转导向工具定向控制原理调制式旋转导向工具定向控制原理图 图7 调制式旋转导向工具1818WE MUST DO BETTERPowerDriveSide force or“push the bit”toolSide force or“push the bit”toolAvailable Sizes 1100*,900,675,475*Available Sizes 1100*,900,675,475*PowerDriveSide force or“push 1919WE MUST DO BETTERPowerDrive675 Control Unit Control of BiasControl of Bias Provision of survey dataProvision of survey dataPowerDrive675 Control UnitCont2020WE MUST DO BETTERPowerDrive Bias Unit Has 3 pads driven by hydraulic Has 3 pads driven by hydraulic actuatorsactuators Actuators apply lateral force to Actuators apply lateral force to the bit while always rotating at the bit while always rotating at bit speedbit speedPowerDrive Bias UnitHas 3 pads2121WE MUST DO BETTERPowerDrive675Pad outPad outPad inPad inPowerDrive675Pad outPad in2222WE MUST DO BETTERPowerDrive BHA ConfigurationsPowerDrive BHA Configurations2323WE MUST DO BETTER 整整个个钻钻具具组组合合对对井井眼眼没没有有静静止止点点，能能减减小小摩摩阻阻、利利于于井井眼眼清清洗洗、优优化化井井身身质质量、减小卡钻风险；有利于延长位移。量、减小卡钻风险；有利于延长位移。内部故障诊断和工具维护指示减小了井下故障发生的几率。内部故障诊断和工具维护指示减小了井下故障发生的几率。用用连连续续的的钻钻井井液液脉脉冲冲波波可可同同步步发发送送和和接接收收MWDMWD、LWDLWD等等数数据据，一一体体化化的的设设计计特特色色和和软软件件使使其其获获得得6-126-12bit/sbit/s的的数数据据传传输输速速度度，传传输输质质量量通通过过提提高高信信噪噪比比得得到提高。到提高。地地面面监监控控系系统统能能改改善善对对钻钻压压、钻钻井井泵泵的的控控制制。通通过过改改变变钻钻井井泵泵的的流流量量，可可改改编编数数据据传传输输速速度度，存存贮贮记记录录频频率率和和数数据据帧帧格格式式。通通过过改改变变数数据据帧帧，它它能能随随钻钻井井和地质条件的改变而选择哪个数据实时传输和哪个数据存贮起来。和地质条件的改变而选择哪个数据实时传输和哪个数据存贮起来。可可配配套套使使用用特特制制的的PDCPDC钻钻头头，大大幅幅度度提提高高机机械械钻钻速速。与与GST(GST(地地质质导导向向工工具具)、MWDMWD、LWDLWD等等工工具具组组合合使使用用，能能测测地地层层密密度度、孔孔隙隙度度、双双电电阻阻率率和和定定向向参参数数，实现地质导向。实现地质导向。旋旋转转控控制制阀阀在在垂垂直直井井段段随随钻钻柱柱一一起起旋旋转转，导导向向块块产产生生的的导导向向力力也也不不断断变变化化，会会造造成成井井眼眼扩扩径径和和井井下下钻钻具具的的横横向向冲冲击击与与振振动动。同同时时由由于于活活塞塞伸伸缩缩频频繁繁和和液液压压控制系统的工作介质的影响，工具的耐磨损与密封是关键技术。控制系统的工作介质的影响，工具的耐磨损与密封是关键技术。PowerDrive系统的特点 整个钻具组合对井眼没有静止点，能减小摩阻、利于井眼清洗、2424WE MUST DO BETTER Sperry-SunSperry-Sun公公司司的的Geo-PilotGeo-Pilot旋旋转转导导向向钻钻井井系系统统也也是是一一种种不不不不旋旋旋旋转转转转外外外外筒筒筒筒式式式式导导导导向向向向工工工工具具具具，但但与与Auto Auto Trak Trak RClSRClS系系统统和和Power Power Driver Driver SRDSRD系系统统不不同同的的是是，Geo-Geo-PilotPilot旋旋转转导导向向钻钻井井系系统统不不是是靠靠偏偏置置钻钻头头进进行行导导向向，而而是是靠靠不不旋旋转转外外筒筒与与旋旋转转心心轴轴之之间间的的一一套套偏偏置置机机构构使使旋旋转转心心轴轴偏偏置置，从从而而为为钻钻头头提提供供了了一一个个与与井井眼眼轴轴线线不不一一致致的的倾倾角角，产产生生导导向向作作用用。其其偏偏偏偏置置置置机机机机构构构构是是一一套套由由由由几几几几个个个个可可可可控控控控制制制制的的的的偏偏偏偏心心心心圆圆圆圆环环环环组组组组合合合合形形形形成成成成的的的的偏偏偏偏心心心心机机机机构构构构，当当井井下下自自动动控控制制完完成成组组合合之之后后，该该机机构构将将相相对对于于不不旋旋转转外外套套固固定定，从从而而始始终终将将旋旋转转心心轴轴向向固固定定方方向向偏偏置置，为为钻钻头头提提供供一一个个方方向向固定的倾角（如下图：井下偏置导向工具结构示意图固定的倾角（如下图：井下偏置导向工具结构示意图 ）。）。Geo-Pilot系统 Sperry-Sun公司的Geo2525WE MUST DO BETTERGeo-PilotSystemGeo-PilotSystem2626WE MUST DO BETTERGeo-Pilot Basic Operating PrincipleRotating Shaft is Rotating Shaft is deflected indeflected inCenter between Center between bearings bearings With dual With dual eccentric camseccentric camsResults in bit tilt Results in bit tilt in opposite in opposite directiondirectionGeo-Pilot Basic Operating Prin2727WE MUST DO BETTER旋转导向钻井技术简介课件2828WE MUST DO BETTER旋转导向钻井技术简介课件2929WE MUST DO BETTER旋转导向钻井技术简介课件3030WE MUST DO BETTER 综综合合上上述述各各种种旋旋转转导导向向钻钻井井工工具具，从从导导向向方方式式上上可可以以分分为为两两类类：推推靠靠式式(Push-Push-the-bit)the-bit)和和 指指 向向 式式(Point-the-bit)Point-the-bit)。其其中中Auto Auto TrackTrack、Power Power DriveDrive属属于于推推靠靠式式旋旋转转导导向向工工具具；Geo-PilotGeo-Pilot属属于于指指向向式式旋旋转转导导向向工具。工具。四、旋转导向方式的分类图9 推靠式旋转导向工具导向原理图图10 指向式旋转导向工具导向原理图推靠式旋转导向推靠式旋转导向工具导向原理图工具导向原理图 指向式旋转导向指向式旋转导向工具导向原理图工具导向原理图 综合上述各种旋转导向钻井工具，从3131WE MUST DO BETTER 推推推推靠靠靠靠式式式式旋旋旋旋转转转转导导导导向向向向井井下下工工具具中中，偏偏置置稳稳定定器器安安放放在在靠靠钻钻头头位位置置，其其后后面面串串接接一一个个或或多多个个钻钻柱柱稳稳定定器器，为为了了减减小小上上部部的的钻钻柱柱力力学学性性能能对对底底部部钻钻具具组组合合导导向向性性能能的的影影响响，串串接接了了一一根根柔柔性性钻钻具具。在在旋旋转转导导向向过过程程中中，偏偏置置工工具具的的偏偏心心产产生生的的钻钻头头侧侧向向力力起起主主要要导导向向作作用用。这这样样导导向向方方式式的的特特点点是是钻钻头头的的侧侧向向力力大大。造造斜斜率率高高，但但旋旋转转导导向向钻钻出出的井眼狗腿大，轨迹波动大，不平滑。的井眼狗腿大，轨迹波动大，不平滑。指指指指向向向向式式式式旋旋旋旋转转转转导导导导向向向向井井下下工工具具中中，偏偏置置稳稳定定器器安安放放在在两两个个稳稳定定器器之之间间，为为了了减减小小上上部部的的钻钻柱柱力力学学性性能能对对底底部部钻钻具具组组合合导导向向性性能能的的影影响响，串串接接了了一一根根柔柔性性钻钻具具。在在旋旋转转导导向向过过程程中中，偏偏置置工工具具的的偏偏心心导导致致其其上上下下两两跨跨钻钻柱柱发发生生弯弯曲曲，使使钻钻头头处处钻钻柱柱的的轴轴线线和和井井眼眼轴轴线线之之间间出出现现夹夹角角，当当然然也也有有侧侧向向力力，但但主主要要是是由由于于钻钻头头的的转转角角而而实实现现的的旋旋转转导导向向。这这样样导导向向方方式式的的特特点点是是钻钻头头的的侧侧向向力力较较小小，造造斜斜率率较较低低。但但旋旋转导向钻出的井眼狗腿小，轨迹平缓。转导向钻出的井眼狗腿小，轨迹平缓。旋转导向方式的分类 推靠式旋转导向井下工具中，偏置稳定器安放在靠钻3232WE MUST DO BETTER旋转导向方式的分类 推靠式和指向式导向方式的对比图推靠式和指向式导向方式的对比图工具类型工具类型推靠式旋转导向钻具推靠式旋转导向钻具指向式旋转导向钻具指向式旋转导向钻具工具特点工具特点造斜率较高；造斜率较高；侧向载荷较大；侧向载荷较大；钻钻头头和和钻钻头头轴轴承承的的磨磨损损较严重。较严重。能钻出较平滑的井眼；能钻出较平滑的井眼；摩阻和扭矩较小；摩阻和扭矩较小；可以使用较大的钻压；可以使用较大的钻压；机械钻速较高；机械钻速较高；有助于发挥钻头的性能；有助于发挥钻头的性能；钻头及其轴承承受的侧向载荷较小；钻头及其轴承承受的侧向载荷较小；极限位移增加。极限位移增加。旋转导向方式的分类 推靠式和指向式导向方式的对比图工具特点3333WE MUST DO BETTER以以Geo-Pilot Geo-Pilot 为例介绍旋转导向工具的应用为例介绍旋转导向工具的应用五、旋转导向技术的应用 2005 2005年，我公司首次与年，我公司首次与HalliburtonHalliburton公司合作，在渤海的公司合作，在渤海的NB35-2NB35-2油油田水平分支井田水平分支井8-1/28-1/2井眼作业中，使用该公司的旋转导向工具和我公井眼作业中，使用该公司的旋转导向工具和我公司的司的FELWDFELWD测井工具联合作业，取得了预期的效果。测井工具联合作业，取得了预期的效果。（截止目前，使用（截止目前，使用该工具共作业该工具共作业1212口井；另外，口井；另外，20062006年还有年还有1010口水平分支井要使用以上口水平分支井要使用以上工具联合作业）工具联合作业）在该油田水平分支井在该油田水平分支井8-1/28-1/2井眼作业中使用的钻具组合为：井眼作业中使用的钻具组合为：8-1/2 PDC Bit(18x2,20 x3 W/28 Restrictor,0.43m)+GP7600TL085(7.07m)+5 1/16 FLEX Sub(W/DM inside,2.76m)+6-3/4 FELWD(14.64m)+6-3/4 HOC(3.07m)+6-3/4 F/V(0.69m)+5HWDPx1+6-3/4(F/J&JAR)+5 HWDPx2+5DPx90+5HWDPx24+5DP 以Geo-Pilot 为例介绍旋转导向工具的应用五、旋转导向3434WE MUST DO BETTER NB35-2NB35-2NB35-2NB35-2油田水平分支井油田水平分支井油田水平分支井油田水平分支井8-1/28-1/28-1/28-1/2井眼作业时，轨迹的控制是定向井井眼作业时，轨迹的控制是定向井井眼作业时，轨迹的控制是定向井井眼作业时，轨迹的控制是定向井工作的重中之重。为了控制好轨迹，作业中我们严格按照设计钻进工作的重中之重。为了控制好轨迹，作业中我们严格按照设计钻进工作的重中之重。为了控制好轨迹，作业中我们严格按照设计钻进工作的重中之重。为了控制好轨迹，作业中我们严格按照设计钻进（如果油层走向同设计对比存在少许偏差，那我们严格按照陆地项目（如果油层走向同设计对比存在少许偏差，那我们严格按照陆地项目（如果油层走向同设计对比存在少许偏差，那我们严格按照陆地项目（如果油层走向同设计对比存在少许偏差，那我们严格按照陆地项目组的要求作业），勤跟踪、预测轨迹变化趋势，增强工作人员责任心组的要求作业），勤跟踪、预测轨迹变化趋势，增强工作人员责任心组的要求作业），勤跟踪、预测轨迹变化趋势，增强工作人员责任心组的要求作业），勤跟踪、预测轨迹变化趋势，增强工作人员责任心（整个钻井作业中，钻台至少保持了一名经验丰富的定向井工程师指（整个钻井作业中，钻台至少保持了一名经验丰富的定向井工程师指（整个钻井作业中，钻台至少保持了一名经验丰富的定向井工程师指（整个钻井作业中，钻台至少保持了一名经验丰富的定向井工程师指导钻进），确保导钻进），确保导钻进），确保导钻进），确保GPGPGPGP能够正常工作，同时避免轨迹控制上能够正常工作，同时避免轨迹控制上能够正常工作，同时避免轨迹控制上能够正常工作，同时避免轨迹控制上“大起大落大起大落大起大落大起大落”。根据已钻井的作业情况根据已钻井的作业情况根据已钻井的作业情况根据已钻井的作业情况,我们控制轨迹主要使用以下钻井参数我们控制轨迹主要使用以下钻井参数我们控制轨迹主要使用以下钻井参数我们控制轨迹主要使用以下钻井参数:（另外，在保护好油层的条件下，同时确保（另外，在保护好油层的条件下，同时确保（另外，在保护好油层的条件下，同时确保（另外，在保护好油层的条件下，同时确保GPGPGPGP能够发挥更好的效果，根能够发挥更好的效果，根能够发挥更好的效果，根能够发挥更好的效果，根据不同的地层情况据不同的地层情况据不同的地层情况据不同的地层情况,可使用的泥浆性能为：可使用的泥浆性能为：可使用的泥浆性能为：可使用的泥浆性能为：1.1.1.1.地层特别松软地层特别松软地层特别松软地层特别松软,可钻性好可钻性好可钻性好可钻性好,机械钻速高于机械钻速高于机械钻速高于机械钻速高于120120120120米米米米/小时小时小时小时,其漏斗粘度其漏斗粘度其漏斗粘度其漏斗粘度90100sec/qt,90100sec/qt,90100sec/qt,90100sec/qt,密度密度密度密度1.16g/cm3;1.16g/cm3;1.16g/cm3;1.16g/cm3;2.2.可钻性相对来说较差的地层可钻性相对来说较差的地层,其其ROP100ROP100米米/小时小时,其漏斗粘度其漏斗粘度其漏斗粘度其漏斗粘度7585sec/qt,7585sec/qt,7585sec/qt,7585sec/qt,密度密度密度密度1.15g/cm3.)1.15g/cm3.)1.15g/cm3.)1.15g/cm3.)NB35-2油田水平分支井8-1/2井眼作业时，轨3535WE MUST DO BETTER增斜钻进：增斜钻进：增斜钻进：增斜钻进：F/RF/R：9501000l/min,RPM:409501000l/min,RPM:4080,80,WOB:1016t TFWOB:1016t TF：0deg,Deflection:100%.0deg,Deflection:100%.在增斜钻进过程中，使用高钻压，低转速，低排量，其目的在增斜钻进过程中，使用高钻压，低转速，低排量，其目的在增斜钻进过程中，使用高钻压，低转速，低排量，其目的在增斜钻进过程中，使用高钻压，低转速，低排量，其目的是为了减少钻头对地层的水力冲蚀，增加井眼轨迹的规则性，是为了减少钻头对地层的水力冲蚀，增加井眼轨迹的规则性，是为了减少钻头对地层的水力冲蚀，增加井眼轨迹的规则性，是为了减少钻头对地层的水力冲蚀，增加井眼轨迹的规则性，确保井眼扩大率小，只有这样，确保井眼扩大率小，只有这样，确保井眼扩大率小，只有这样，确保井眼扩大率小，只有这样，GPGP才能够很好地确保侧向才能够很好地确保侧向才能够很好地确保侧向才能够很好地确保侧向力在高钻压，低转速时能够很好的发挥出来，从而达到在油力在高钻压，低转速时能够很好的发挥出来，从而达到在油力在高钻压，低转速时能够很好的发挥出来，从而达到在油力在高钻压，低转速时能够很好的发挥出来，从而达到在油层中的增斜效果层中的增斜效果层中的增斜效果层中的增斜效果Geo-Pilot井眼轨迹控制理念增斜钻进：F/R：9501000l/min,RPM:43636WE MUST DO BETTER降斜钻进：降斜钻进：降斜钻进：降斜钻进：F/RF/R：15001700l/min,RPM:120,WOB:05t 15001700l/min,RPM:120,WOB:05t TFTF：180deg,Deflection:100%.180deg,Deflection:100%.在降斜钻进过程中，使用低钻压，高转速，高排量，其目的在降斜钻进过程中，使用低钻压，高转速，高排量，其目的在降斜钻进过程中，使用低钻压，高转速，高排量，其目的在降斜钻进过程中，使用低钻压，高转速，高排量，其目的充分依靠钻具自身重力和充分依靠钻具自身重力和充分依靠钻具自身重力和充分依靠钻具自身重力和GPGP向下的侧向力，达到降斜效果。向下的侧向力，达到降斜效果。向下的侧向力，达到降斜效果。向下的侧向力，达到降斜效果。Geo-Pilot井眼轨迹控制理念降斜钻进：F/R：15001700l/min,RPM:13737WE MUST DO BETTER稳斜钻进：稳斜钻进：稳斜钻进：稳斜钻进：F/RF/R：15001600l/min,RPM:120,WOB:312t 15001600l/min,RPM:120,WOB:312t TFTF：0deg,Deflection:100%;0deg,Deflection:100%;使用以上参数钻进时，一个是底部钻具在松软的地层中有降使用以上参数钻进时，一个是底部钻具在松软的地层中有降使用以上参数钻进时，一个是底部钻具在松软的地层中有降使用以上参数钻进时，一个是底部钻具在松软的地层中有降斜趋势，另一个是底部钻具在斜趋势，另一个是底部钻具在斜趋势，另一个是底部钻具在斜趋势，另一个是底部钻具在GPGP向上的侧向力作用下，有向上的侧向力作用下，有向上的侧向力作用下，有向上的侧向力作用下，有增斜趋势，两者矢量上的叠加，能够较好的起到稳斜作用。增斜趋势，两者矢量上的叠加，能够较好的起到稳斜作用。增斜趋势，两者矢量上的叠加，能够较好的起到稳斜作用。增斜趋势，两者矢量上的叠加，能够较好的起到稳斜作用。Geo-Pilot井眼轨迹控制理念稳斜钻进：F/R：15001600l/min,RPM:13838WE MUST DO BETTER耗时悬空钻进：耗时悬空钻进：耗时悬空钻进：耗时悬空钻进：F/RF/R：11001300l/min,RPM:140,11001300l/min,RPM:140,WOB:02t ROPWOB:02t ROP：15m/hr15m/hr 耗时钻进时，使用以上参数原因有：耗时钻进时，使用以上参数原因有：耗时钻进时，使用以上参数原因有：耗时钻进时，使用以上参数原因有：1.1.确保该井段井眼轨迹确保该井段井眼轨迹确保该井段井眼轨迹确保该井段井眼轨迹规则，平滑，通畅，为后面完井作业打好基础（如果耗时钻规则，平滑，通畅，为后面完井作业打好基础（如果耗时钻规则，平滑，通畅，为后面完井作业打好基础（如果耗时钻规则，平滑，通畅，为后面完井作业打好基础（如果耗时钻进排量太高，那么井眼扩大率肯定较高，这样不利于主支与进排量太高，那么井眼扩大率肯定较高，这样不利于主支与进排量太高，那么井眼扩大率肯定较高，这样不利于主支与进排量太高，那么井眼扩大率肯定较高，这样不利于主支与分支尽快分离，同时给下筛管留下安全隐患）；分支尽快分离，同时给下筛管留下安全隐患）；分支尽快分离，同时给下筛管留下安全隐患）；分支尽快分离，同时给下筛管留下安全隐患）；2.2.确保该井确保该井确保该井确保该井段轨迹走向有向下的趋势，保证筛管能够顺利下到主支里面，段轨迹走向有向下的趋势，保证筛管能够顺利下到主支里面，段轨迹走向有向下的趋势，保证筛管能够顺利下到主支里面，段轨迹走向有向下的趋势，保证筛管能够顺利下到主支里面，而不是分支里面；而不是分支里面；而不是分支里面；而不是分支里面；3.3.确保所钻轨迹在较少井段尽快与分支分确保所钻轨迹在较少井段尽快与分支分确保所钻轨迹在较少井段尽快与分支分确保所钻轨迹在较少井段尽快与分支分离。离。离。离。Geo-Pilot井眼轨迹控制理念耗时悬空钻进：F/R：11001300l/min,RPM3939WE MUST DO BETTER 在在NB35-2NB35-2油油田田A A平台所钻平台所钻的水平分支的水平分支井中，其中井中，其中A7mA7m井共钻井共钻6 6个分支，一个分支，一个主支，总个主支，总计进尺计进尺1135.331135.33米，米，如右图如右图:实钻井眼轨迹投影图 在NB35-2油田A平台所钻的水平分支井中，其中A7m井4040WE MUST DO BETTER谢谢！谢谢！4141