地质导向技术

1、 地质导向钻井技术是在导向钻井技术的基础上发展地质导向钻井技术是在导向钻井技术的基础上发展 起来的。起来的。 地质导向钻井技术由地质导向仪器和导向工具共同地质导向钻井技术由地质导向仪器和导向工具共同 组成。地质导向仪器和导向工具的每一次发展，都会组成。地质导向仪器和导向工具的每一次发展，都会 带动地质导向钻井技术向新的境界发展。带动地质导向钻井技术向新的境界发展。 随着科学技术的不断发展，地质导向钻井技术也越随着科学技术的不断发展，地质导向钻井技术也越 来越完善，应用领域也越来越广泛，由此推动了现代来越完善，应用领域也越来越广泛，由此推动了现代 钻井工业的不断发展。钻井工业的不断发展。 606

2、0年代初期，年代初期，ARPSARPS公司和公司和LANE WELLSLANE WELLS公司公司 联合研制出了自然伽玛和电阻率随钻测井仪器，联合研制出了自然伽玛和电阻率随钻测井仪器， 在有限的几口井中成功投入使用。在有限的几口井中成功投入使用。 由于遥测技术没有发展成熟，井下工具性能由于遥测技术没有发展成熟，井下工具性能 受到限制，钻井工艺落后，该技术没有广泛推受到限制，钻井工艺落后，该技术没有广泛推 广，但为以后的地质导向钻井技术打下了基础。广，但为以后的地质导向钻井技术打下了基础。 60 60年代后期到年代后期到7070年代，人们认识到了测量技年代，人们认识到了测量技 术在钻井工业中的重

3、要地位，开始重点研制井下术在钻井工业中的重要地位，开始重点研制井下 测量仪器，先后开发出有线随钻测量仪器测量仪器，先后开发出有线随钻测量仪器(SST)(SST) 和无线随钻测量仪器和无线随钻测量仪器（MWD/DWDMWD/DWD）。）。 这一时期，井下作业工具也开始蓬勃发展，井这一时期，井下作业工具也开始蓬勃发展，井 下动力钻具的性能得到了极大的改善，并生产出下动力钻具的性能得到了极大的改善，并生产出 了即可转动又可滑动的异向双弯了即可转动又可滑动的异向双弯（DTUDTU）动力钻动力钻 具，导向钻井技术在钻井工业中进入应用阶段。具，导向钻井技术在钻井工业中进入应用阶段。 地质导向仪器也开始着手

4、研制，但没有达到商地质导向仪器也开始着手研制，但没有达到商 业应用地步，没有投入使用。业应用地步，没有投入使用。 80年代，年代，MWD/LWD 技术已经成熟，导向钻井技术进入技术已经成熟，导向钻井技术进入 大规模应用阶段，地质导向钻井技术也开始应用于生产。大规模应用阶段，地质导向钻井技术也开始应用于生产。 各种性能优良井下导向工具开始出现，如各种性能优良井下导向工具开始出现，如SPERRY-SUN 公司的可调弯度动力钻具、可变径动力钻具公司的可调弯度动力钻具、可变径动力钻具AGM、可变径、可变径 扶正器扶正器AGS、近钻头井斜传感器、近钻头井斜传感器ABI等，等，HALLIBURTON公司公

5、司 的的TRACE可变径稳定器等。可变径稳定器等。 各种地质测量仪器也相继出现，如各种地质测量仪器也相继出现，如SPERRY-SUN公司先公司先 后推出具有具有商业应用价值的电磁波感应电阻率、中子后推出具有具有商业应用价值的电磁波感应电阻率、中子 孔隙度、地层密度等随钻测井工具，孔隙度、地层密度等随钻测井工具， HALLIBURTON公司的公司的 CWRGDX系统等。系统等。 这一时期地质导向仪器能满足部分地质评价需要，但这一时期地质导向仪器能满足部分地质评价需要，但 不能进行全面的地质评价，地质导向钻井技术没有全面发不能进行全面的地质评价，地质导向钻井技术没有全面发 展。展。 90年代，地质

6、导向钻井技术进入大规模应用阶段。年代，地质导向钻井技术进入大规模应用阶段。 井下导向工具功能更全，出现了近钻头地质仪器动力钻井下导向工具功能更全，出现了近钻头地质仪器动力钻 具，如具，如SPERRY-SUN公司的公司的EWR/ABI、DGR/ABI仪器动仪器动 力钻具等。力钻具等。 各种功能全面、性能优良、能满足各种井眼尺寸的地质各种功能全面、性能优良、能满足各种井眼尺寸的地质 测量仪器相继出现，如测量仪器相继出现，如SPERRY-SUN公司四极多深度电磁公司四极多深度电磁 波电阻率、声波、井径、井下压力测井仪器等系列随钻测波电阻率、声波、井径、井下压力测井仪器等系列随钻测 井仪、井仪、HAL

7、LIBURTON公司的公司的SCOUT随钻声波测井仪等。随钻声波测井仪等。 这一时期地质导向仪器全面发展，能实时进行全面的地这一时期地质导向仪器全面发展，能实时进行全面的地 质评价，地质导向钻井技术进入了极盛时期。质评价，地质导向钻井技术进入了极盛时期。 现在，在已经成熟的地质导向基础上，现在，在已经成熟的地质导向基础上， 人们又开始了性能更优越的旋转导向钻井人们又开始了性能更优越的旋转导向钻井 技术和闭环钻井技术的开发和研究。技术和闭环钻井技术的开发和研究。 相信在不久的将来，旋转导向钻井技相信在不久的将来，旋转导向钻井技 术、闭环钻井技术一定会成为钻井工业的术、闭环钻井技术一定会成为钻井工

8、业的 主导技术。主导技术。 闭环闭环 钻井技术钻井技术 导向钻井导向钻井 技术技术 导向导向 仪器仪器 导向导向 工具工具 有线随钻有线随钻SST SST（我国 （我国） 井下动力钻具井下动力钻具 无线随钻无线随钻MWD MWD 地质导向地质导向 钻井技术钻井技术 导向导向 仪器仪器 导向导向 工具工具 井下动力钻具井下动力钻具 FEWDFEWD 旋转导向旋转导向 钻井技术钻井技术 导向导向 仪器仪器 导向导向 工具工具 FEWD/MWDFEWD/MWD 旋转可调导向工具旋转可调导向工具 导向导向 工具工具 导向仪器导向仪器 地面地面 仪器仪器 导向导向 仪器仪器 计算机控制中心计算机控制中心

9、 井下计算机井下计算机 FEWD/MWDFEWD/MWD 旋转可调导向工具旋转可调导向工具 导向钻井钻具由导向仪器和导导向钻井钻具由导向仪器和导 向工具共同组成向工具共同组成 导向仪器是导向仪器是MWD，在我国有线，在我国有线 随钻测量仪随钻测量仪SST也用于导向钻井。也用于导向钻井。 导向工具主要是井下动力钻井具导向工具主要是井下动力钻井具 其它的配套钻井工具包括钻头、其它的配套钻井工具包括钻头、 定向接头、弯接头、定向弯接头、定向接头、弯接头、定向弯接头、 无磁钻杆、井下仪器无磁钻杆、井下仪器MWD悬挂短悬挂短 节、无磁钻铤、短无磁钻铤、钻节、无磁钻铤、短无磁钻铤、钻 铤、短钻铤、加重钻杆

10、、斜坡钻铤、短钻铤、加重钻杆、斜坡钻 杆、井下加力器、震击器、扶正杆、井下加力器、震击器、扶正 器、单向阀和其它无磁器、单向阀和其它无磁/非无磁配非无磁配 合接头等合接头等 右图为两种典型的导向具组合右图为两种典型的导向具组合 导向钻井技术的导向工具主要是马达导向钻井技术的导向工具主要是马达 其它配套钻井工具包括钻头、定向接头、弯接头或定向弯其它配套钻井工具包括钻头、定向接头、弯接头或定向弯 接头、无磁钻杆、井下仪器接头、无磁钻杆、井下仪器MWD悬挂短节、无磁钻铤、短悬挂短节、无磁钻铤、短 无磁钻铤、钻铤、短钻铤、加重钻杆、斜坡钻杆、井下加力无磁钻铤、钻铤、短钻铤、加重钻杆、斜坡钻杆、井下加力

11、 器、震击器、扶正器、单向阀和其它无磁器、震击器、扶正器、单向阀和其它无磁/非无磁配合接头非无磁配合接头 等等 。 SST地面仪器给井下仪器通过电缆供电地面仪器给井下仪器通过电缆供电 井下仪器完成对数据的实时采集后，按一井下仪器完成对数据的实时采集后，按一 定数据格式通过电缆传送至地面，地面仪定数据格式通过电缆传送至地面，地面仪 器对接受到的信号经解码、处理、计算后器对接受到的信号经解码、处理、计算后 得到井下实时数据，并在司钻阅读器上显得到井下实时数据，并在司钻阅读器上显 示。示。 需要利用需要利用SST进行导向钻进或测量时，进行导向钻进或测量时， 将井下仪器通过电缆下放到井底进行测量将井下

12、仪器通过电缆下放到井底进行测量 或座键后随钻施工。测量完毕或地面所接或座键后随钻施工。测量完毕或地面所接 单根钻完后，起出仪器。根据施工需要重单根钻完后，起出仪器。根据施工需要重 复上述过程进行测量或接单根继续施工。复上述过程进行测量或接单根继续施工。 在大位移、大角度井段，仪器难以下放在大位移、大角度井段，仪器难以下放 到井底，需要采用开泵泵冲仪器到井底、到井底，需要采用开泵泵冲仪器到井底、 开泵座键等施工工艺。开泵座键等施工工艺。 井下仪器随钻具下井下仪器随钻具下 到井底，系统进入工到井底，系统进入工 作状态以后，随时可作状态以后，随时可 以根据施工的需要进以根据施工的需要进 行测量或随钻

13、施工。行测量或随钻施工。 四种信号传输方式四种信号传输方式 连续发生器的转子在泥浆的作用连续发生器的转子在泥浆的作用 下产生正弦或余弦压力波，由井下探下产生正弦或余弦压力波，由井下探 管编码的测量数据通过调制系统控制管编码的测量数据通过调制系统控制 的定子相对于转子的角位移使这种正的定子相对于转子的角位移使这种正 弦或余弦压力波在时间上出现相位移，弦或余弦压力波在时间上出现相位移， 在地面连续地检测这些相位移的变化，在地面连续地检测这些相位移的变化， 并通过译码、计算得到测量数据。并通过译码、计算得到测量数据。 优点：数据传输速度快、精度高。优点：数据传输速度快、精度高。 缺点：结构复杂，数字

14、译码能力较差。缺点：结构复杂，数字译码能力较差。 四种信号传输方式四种信号传输方式 泥浆正脉冲发生器的针阀与小孔泥浆正脉冲发生器的针阀与小孔 的相对位置能够改变泥浆流道在此的的相对位置能够改变泥浆流道在此的 截面积，从而引起钻柱内部的泥浆压截面积，从而引起钻柱内部的泥浆压 力的升高，针阀的运动是由探管编码力的升高，针阀的运动是由探管编码 的测量数据通过调制器控制电路来实的测量数据通过调制器控制电路来实 现。在地面通过连续地检测立管压力现。在地面通过连续地检测立管压力 的变化，并通过译码转换成不同的测的变化，并通过译码转换成不同的测 量数据。量数据。 优点：下井仪器结构简单、尺寸小，优点：下井仪

15、器结构简单、尺寸小， 使用操作和维修方便，不需要专门的使用操作和维修方便，不需要专门的 无磁钻铤。无磁钻铤。 缺点：数据传输速度慢，不适合传输缺点：数据传输速度慢，不适合传输 地质资料参数。地质资料参数。 四种信号传输方式四种信号传输方式 负脉冲负脉冲 泥浆负脉冲发生器需要组装在专用的泥浆负脉冲发生器需要组装在专用的 无磁钻铤中使用，开启泥浆负脉冲发生器无磁钻铤中使用，开启泥浆负脉冲发生器 的泄流阀，可使钻柱内的泥浆经泄流阀与的泄流阀，可使钻柱内的泥浆经泄流阀与 无磁钻铤上的泄流孔流到井眼环空，从而无磁钻铤上的泄流孔流到井眼环空，从而 引起钻柱内部的泥浆压力降低，泄流阀的引起钻柱内部的泥浆压力

16、降低，泄流阀的 动作是由探管编码的测量数据通过调制器动作是由探管编码的测量数据通过调制器 控制电路来实现。在地面通过连续地检测控制电路来实现。在地面通过连续地检测 立管压力的变化，并通过译码转换成不同立管压力的变化，并通过译码转换成不同 的测量数据。的测量数据。 优点：数据传输速度较快，适合传输定优点：数据传输速度较快，适合传输定 向和地质资料参数。向和地质资料参数。 缺点是：下井仪器的结构较复杂，组装、缺点是：下井仪器的结构较复杂，组装、 操作和维修不便，需要专用的无磁钻铤。操作和维修不便，需要专用的无磁钻铤。 四种信号传输方式四种信号传输方式 电磁波电磁波 电磁波信号传输主要是依靠地层介质

17、电磁波信号传输主要是依靠地层介质 来实现的。井下仪器将测量的数据加载来实现的。井下仪器将测量的数据加载 到载波信号上，测量信号随载波信号由到载波信号上，测量信号随载波信号由 电磁波发射器向四周发射。地面检波器电磁波发射器向四周发射。地面检波器 在地面将检测到的电磁波中的测量信号在地面将检测到的电磁波中的测量信号 卸载并解码、计算，得到实际的测量数卸载并解码、计算，得到实际的测量数 据。据。 优点：数据传输速度较快，适合于普优点：数据传输速度较快，适合于普 通泥浆、泡沫泥浆、空气钻井、激光钻通泥浆、泡沫泥浆、空气钻井、激光钻 井等钻井施工中传输定向和地质资料参井等钻井施工中传输定向和地质资料参

18、数。数。 缺点是：地层介质对信号的影响较大，缺点是：地层介质对信号的影响较大， 低电阻率的地层电磁波不能穿过，电磁低电阻率的地层电磁波不能穿过，电磁 波传输的距离也有限，不适合超深井施波传输的距离也有限，不适合超深井施 工。工。 导向钻井技术在提高钻井速度、缩短建井周期、精确导向钻井技术在提高钻井速度、缩短建井周期、精确 控制轨迹几何走向方面发挥积极的作用，但不能确保轨控制轨迹几何走向方面发挥积极的作用，但不能确保轨 迹一直在产层中穿行，对于油气的运移不能识别，在碰迹一直在产层中穿行，对于油气的运移不能识别，在碰 到意外地质变化的情况下仍需要借助电测仪器来确定真到意外地质变化的情况下仍需要借助

19、电测仪器来确定真 实的目的层或重新评价其开发价值实的目的层或重新评价其开发价值 地质导向钻井技术由地质导向仪地质导向钻井技术由地质导向仪 器和导向工具共同组成器和导向工具共同组成 地质导向仪器包括地质导向仪器包括LWD， 此外还有井径测量仪、钻压此外还有井径测量仪、钻压/扭矩扭矩 传感器、传感器、 井下压力传感器等井下压力传感器等 导向工具主要是井下动力钻具、导向工具主要是井下动力钻具、 近钻头井斜传感器、可调径稳定器、近钻头井斜传感器、可调径稳定器、 仪器马达等仪器马达等 其它的配套钻井工具与导向钻井技其它的配套钻井工具与导向钻井技 术的相同术的相同 右图为两种地质导向具组合实例。右图为两种

20、地质导向具组合实例。 电阻率电阻率 MWDMWD 导向钻井技术的导向钻井技术的 导向工具主要是马导向工具主要是马 达达 为了满足施工的为了满足施工的 需要，又陆续开发需要，又陆续开发 除了可调径马达、除了可调径马达、 仪器马达、可调径仪器马达、可调径 稳定器、近钻头井稳定器、近钻头井 斜传感器、井下加斜传感器、井下加 力器等先进工具。力器等先进工具。 其它配套钻井工其它配套钻井工 具与导向钻井的相具与导向钻井的相 同。同。 地质导向仪器主要包括电地质导向仪器主要包括电 阻率测量仪、自然伽玛测量阻率测量仪、自然伽玛测量 仪、中子孔隙度测量仪器、仪、中子孔隙度测量仪器、 地层密度测量仪、随钻声波地

21、层密度测量仪、随钻声波 测井仪、井径测量仪等。如测井仪、井径测量仪等。如 右图所示。右图所示。 为了满足施工的需要，现为了满足施工的需要，现 在又出现了在又出现了ABI、EWR/ABI、 DGR/ABI等新的地质仪器，等新的地质仪器， 同时还有钻头压力同时还有钻头压力/扭矩测量扭矩测量 仪、井底压力测量仪等钻井仪、井底压力测量仪等钻井 参数测量仪。参数测量仪。 其它配套钻井工具与导其它配套钻井工具与导 向钻井的相同向钻井的相同 井下仪器随钻具下到井下仪器随钻具下到 井底，系统进入工作状井底，系统进入工作状 态以后，随时可以根据态以后，随时可以根据 工程或地质施工的需要工程或地质施工的需要 进行

22、测量或随钻施工，进行测量或随钻施工， 以有效控制轨迹在产层以有效控制轨迹在产层 中的走向。中的走向。 地质导向钻井施工过程中，任何时候地面都可以得到所需地质导向钻井施工过程中，任何时候地面都可以得到所需 要的实时工程、地层、岩性等方面的参数，工程、地质人员要的实时工程、地层、岩性等方面的参数，工程、地质人员 根据这些参数，可以对所钻地层的性质、轨迹所处的位置进根据这些参数，可以对所钻地层的性质、轨迹所处的位置进 行实时分析和评价，及时采取措施对轨迹按地质要求进行调行实时分析和评价，及时采取措施对轨迹按地质要求进行调 控，使轨迹能最大限度地在产层中穿行，在提高产层暴露程控，使轨迹能最大限度地在产

23、层中穿行，在提高产层暴露程 度、高效开发复杂油藏、节省钻井时间、提高采收率及回避度、高效开发复杂油藏、节省钻井时间、提高采收率及回避 风险等方面具有重要意义。风险等方面具有重要意义。 地质导向不能有效克服井下动力钻具转动施工时高扭矩、地质导向不能有效克服井下动力钻具转动施工时高扭矩、 滑动施工时高摩阻的限制，由此导致其钻进深度有限、施工滑动施工时高摩阻的限制，由此导致其钻进深度有限、施工 安全不能得到有效保障、不适于大位移延伸井施工。安全不能得到有效保障、不适于大位移延伸井施工。 旋转导向钻井技术简介旋转导向钻井技术简介 滑动钻进不利于井眼清洁和有效克服摩阻，轨迹控滑动钻进不利于井眼清洁和有效

24、克服摩阻，轨迹控 制难度增加，井制难度增加，井深和施工安全都受到限制，深和施工安全都受到限制，使地质导使地质导 向向钻井技术钻井技术在大位移井、深水平井或复杂多侧向井、在大位移井、深水平井或复杂多侧向井、 超长水平段水平井中的应用受到限制。超长水平段水平井中的应用受到限制。 旋转导向钻井技术就是为了克服上述缺陷而产生的，旋转导向钻井技术就是为了克服上述缺陷而产生的， 其目的就是为了取消滑动钻进工作方式、使钻具在旋其目的就是为了取消滑动钻进工作方式、使钻具在旋 转钻进的同时，实现轨迹的控制。转钻进的同时，实现轨迹的控制。 旋转导向钻井是通过井下旋转导向工具实现的。旋转导向钻井是通过井下旋转导向工

25、具实现的。 旋转导向钻井技术采用旋转导向钻井技术采用MWDMWD实现几何导向，采用实现几何导向，采用 LWDLWD实现地质导向。实现地质导向。 工作原理工作原理 在靠近钻头的地方安装一个稳定在靠近钻头的地方安装一个稳定 器器, ,使近钻头钻具居中。使近钻头钻具居中。 在近钻头稳定器上方安装一个偏在近钻头稳定器上方安装一个偏 心稳定器，使钻具产生一个偏心效心稳定器，使钻具产生一个偏心效 果。这样就使钻头产生了一个侧向果。这样就使钻头产生了一个侧向 力。力。 偏心控制装置控制偏心稳定器的偏心控制装置控制偏心稳定器的 偏心方向，其方向由测角装置测出，偏心方向，其方向由测角装置测出， 由地面或井底工具

26、进行控制。由地面或井底工具进行控制。 偏心方向不同，钻头受到的侧向偏心方向不同，钻头受到的侧向 力不同，转动钻具就可实现旋转导力不同，转动钻具就可实现旋转导 向。向。 旋转导向钻井技术简介旋转导向钻井技术简介 旋转导向钻井技术由导向旋转导向钻井技术由导向 仪器和旋转导向工具共同组仪器和旋转导向工具共同组 成成 导向仪器包括导向仪器包括MWD或或LWD 导向工具主要是井下旋转导向工具主要是井下旋转 导向工具，其它的配套工具导向工具，其它的配套工具 都相同。都相同。 旋转导向钻井技术简介旋转导向钻井技术简介 旋转导向钻井技术简介旋转导向钻井技术简介 静态可调式旋转导向工具的静态静态可调式旋转导向工具的静态 稳定器套装在钻具外面，不随钻具稳定器套装在钻具外面，不随钻具 转动。转动。 稳定器套外面