旋转导向钻井工具介绍（课堂PPT）

1、1旋转导向钻井工具简介报 告 人： 惠 坤 亮指导老师：丁庆新教授2目录3背景背景：为克服滑动导向技术的不足，从：为克服滑动导向技术的不足，从2020世纪世纪8080年代后期，国际上开始研究旋转导向钻井技术。年代后期，国际上开始研究旋转导向钻井技术。发展发展：2020世纪世纪9090年代初期年代初期, ,多家公司形成了商业化多家公司形成了商业化的旋转导向技术，目前有三种比较成熟导向系统。的旋转导向技术，目前有三种比较成熟导向系统。组成组成：旋转导向钻井系统实质上是一个旋转导向：旋转导向钻井系统实质上是一个旋转导向工具与测量传输仪器（工具与测量传输仪器（MWD/LWDMWD/LWD）联合组成的井

2、下）联合组成的井下闭环工具系统。闭环工具系统。应用应用：非常适合目前开发特殊油藏的超深井、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、大位移井和水平分支井等。难度定向井、水平井、大位移井和水平分支井等。旋转导向钻井技术概况4典型旋转导向钻井工具介绍 Baker HughesBaker Hughes推出的推出的Auto TrakAuto Trak不旋转外筒式不旋转外筒式闭环自动导向钻井系统。闭环自动导向钻井系统。 Schlumberger AnadrillSchlumberger Anadrill公司的公司的Power DrivePower Drive全旋转导向钻井系统。全旋转导

3、向钻井系统。 Sperry-Sun Sperry-Sun 产品服务公司推出的产品服务公司推出的Geo-PilotGeo-Pilot旋转导向自动钻井系统。旋转导向自动钻井系统。5工作原理工作原理: :AutoTrak RCLSAutoTrak RCLS系统的井下系统的井下偏置导向工具由不旋转外偏置导向工具由不旋转外套和旋转心轴两大部分通套和旋转心轴两大部分通过上下轴承连接形成一可过上下轴承连接形成一可相对转动的结构。旋转心相对转动的结构。旋转心轴上接钻柱，下接钻头，轴上接钻柱，下接钻头，起传递钻压、扭矩和输送起传递钻压、扭矩和输送钻井液的作用。不旋转外钻井液的作用。不旋转外套上设置有井下套上设置

4、有井下CPUCPU、控制、控制部分和支撑翼肋。部分和支撑翼肋。1.Auto Trak 旋转导向钻井系统6偏 置 原 理72.Power Drive 旋转导向钻井系统产品特点：产品特点：1 1、系统是全旋转式的。、系统是全旋转式的。2 2、该系统由稳定平台单元、工作液控制分配单元及偏置、该系统由稳定平台单元、工作液控制分配单元及偏置执行机构执行机构3 3部分组成。部分组成。8偏置单元偏置单元9导 向 原 理10主要特点：外筒不旋转，改变角度导向主要特点：外筒不旋转，改变角度导向3.Geo-Pilot旋转导向钻井系统11导 向 原 理12偏 置 原 理13旋转导向钻井工具的分类及对比 旋转导向系统

5、按导向方式可分为两类：推靠式旋转导向系统按导向方式可分为两类：推靠式(Push the (Push the bit) bit) 和指向式和指向式(Point the bit)(Point the bit)。 旋转导向系统按偏置机构的工作方式又可分为静态偏置式旋转导向系统按偏置机构的工作方式又可分为静态偏置式(Static Bias) (Static Bias) 和动态偏置式和动态偏置式(Dynamic Bias ,(Dynamic Bias ,即调制式即调制式(Modulated) ) (Modulated) ) 二种。二种。14静态偏置推靠钻头工作方式静态偏置推靠钻头工作方式动态偏置推靠钻头

6、工作方式动态偏置推靠钻头工作方式静态偏置指向钻头工作方式静态偏置指向钻头工作方式动态偏置指向钻头工作方式动态偏置指向钻头工作方式15 推靠式旋转导向系统的特点：侧向力大推靠式旋转导向系统的特点：侧向力大, , 造斜率高造斜率高, , 但旋转导向钻出的井眼狗腿大但旋转导向钻出的井眼狗腿大, , 轨迹波动大轨迹波动大, , 不平不平滑。钻头和钻头轴承的磨损较严重。滑。钻头和钻头轴承的磨损较严重。 指向式旋转导向系统的特点：能钻出较平滑的井眼；指向式旋转导向系统的特点：能钻出较平滑的井眼；摩阻和扭矩较小；可以使用较大的钻压；机械钻速摩阻和扭矩较小；可以使用较大的钻压；机械钻速较高；有助于发挥钻头的性

7、能；钻头及其轴承承受较高；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；极限位移增加。但是造斜率较低。的侧向载荷较小；极限位移增加。但是造斜率较低。16推靠式指向式17旋转导向钻井系统18三种不同方式旋转导向系统对比19三种主流钻井旋转系统结构对比 Auto Track RCLSAuto Track RCLS：位移工作方式、静止外套、小：位移工作方式、静止外套、小型化能力差、结构复杂等。型化能力差、结构复杂等。 Power Drive SRDPower Drive SRD：钻头和钻头轴承的磨损较严重：钻头和钻头轴承的磨损较严重, ,工作寿命有待进一步提高。工作寿命有待进一步提高。 Ge

8、o-PilotGeo-Pilot：钻柱承受高强度的交变应力：钻柱承受高强度的交变应力, ,钻柱容钻柱容易发生疲劳破坏。易发生疲劳破坏。20国外旋转导向工具研究的新进展1、结合了哈里伯顿的GeoPilot的指向式原理和斯伦贝谢的Power Drive的动态全旋转结构；2、2000年的SPE年度技术大会上斯伦贝谢公司就提出了一种新的动态偏置指向式旋转导向系统；3、在2004年投入市场使用，定型为Power Drive Xceed，同年被美国Harts E&P杂志评出2004年世界16大工程技术创新特别贡献奖，被称为是划时代的产品。2122 重要的组成部分重要的组成部分：近钻头稳定器近钻头稳定器(

9、(枢轴稳定器枢轴稳定器) )，拥有拥有4 4个螺旋个螺旋形刀锋翼肋且相互形刀锋翼肋且相互“环布环布”连接连接，并为旋转中心轴提供固定支并为旋转中心轴提供固定支点点；导向作业时导向作业时，枢轴稳定器给钻头提供一个固定的支点以便指向枢轴稳定器给钻头提供一个固定的支点以便指向钻头顺利完成导向钻头顺利完成导向，并且支点离钻头的距离越近钻头获得的指并且支点离钻头的距离越近钻头获得的指向力就越大向力就越大。23国内旋转导向工具研究状况 1 1、动态推进式旋转导向钻井工具、动态推进式旋转导向钻井工具 2 2、可控偏心器旋转导向钻井工具、可控偏心器旋转导向钻井工具 3 3、动态指向式旋转导向钻井工具、动态指向

10、式旋转导向钻井工具 4 4、基于旋转导向钻进方式的可控弯接头系统、基于旋转导向钻进方式的可控弯接头系统 5 5、指向式旋转导向钻井工具、指向式旋转导向钻井工具24 胜利油田承担国家胜利油田承担国家“863”“863”计划计划“旋转导向钻井系统关键旋转导向钻井系统关键技术研究技术研究”后后, ,与西安石油大学联合开发与西安石油大学联合开发 原理：斯伦贝谢的原理：斯伦贝谢的PowerDrivePowerDrive基本一样。基本一样。 现状：进行了现状：进行了20 20 多次的地面试验多次的地面试验,2006 ,2006 年年8 8 月在营月在营122122斜斜225 225 井上进行了整个旋转导向

11、钻井系统的联合现场试验井上进行了整个旋转导向钻井系统的联合现场试验, ,获得了成功。目前已基本成熟。获得了成功。目前已基本成熟。动态推进式旋转导向钻井工具25262728可控偏心器旋转导向钻井 由中海石油研究中心、西安石油大学及中海油田服务股份由中海石油研究中心、西安石油大学及中海油田服务股份有限公司联合研制。有限公司联合研制。 导向原理与贝克休斯基本一样，液压动力来源于钻井液导向原理与贝克休斯基本一样，液压动力来源于钻井液 20052005年年1111月分别在长庆油田西月分别在长庆油田西28-02228-022井、宁井、宁37-3237-32井和渤井和渤海油田海油田LD5-2-A1LD5-2

12、-A1井进行了现场钻井作业试验。井进行了现场钻井作业试验。29 由海洋石油工程股份有限公司及西南石油大学，结合了哈由海洋石油工程股份有限公司及西南石油大学，结合了哈里伯顿的里伯顿的GeoPilotGeoPilot的指向式结构和斯伦贝谢的的指向式结构和斯伦贝谢的Power Power DriveDrive的随钻的下盘阀结构，提出了动态指向式旋转导向的随钻的下盘阀结构，提出了动态指向式旋转导向钻井工具的设计思想钻井工具的设计思想, ,目前还停留在理论阶段。目前还停留在理论阶段。动态指向式旋转导向钻井工具30 由西安石油大学机械工程学院中原油田第三采油厂在由西安石油大学机械工程学院中原油田第三采油厂在CNPCCNPC钻井工程重点实验室的支持下钻井工程重点实验室的支持下, ,对可控弯接头导向机构基对可控弯接头导向机构基本原理进行了探索性研究本原理进行了探索性研究, ,研制出原理性样机研制出原理性样机, ,取得了初步取得了初步的成果。的成果。 基于旋转导向钻进方式的可控弯接头系统31可控弯接头导向结构示意图可控弯接头导向结构示意图可控弯接头导向原理图可控弯接头导向原理图32指向式旋转导向钻井工具 中国地质大学的李颖对