国内外七大公司旋转导向技术盘点

1、贪吃蛇技术哪家强？国内外七大公司旋转导向技术盘点旋转导向钻井技术已经逐渐成为定向井、水平井钻井的主要工具，但主流技术依然以国外油月服产品为主。在多年持续攻关下，国产自主创新技术现已取得多项重大突破，国内外技术差距正在逐步缩小。当前，油气勘探开发过程正面临的挑战日益严峻。在资源品质劣质化、勘探目标多元化、开发对象复杂化等愈发恶劣的勘探开发大环境下，我国油气勘探开发领域正在由常规油气资源向三低、深层及超深层、深水及超深水等非常规资源拓展。而作为油气资源勘探开发过程中的关键环节，现有的钻井技术在应对上述挑战时却略显勉强。中石油经研院石油科技研究所总结出了未来10年极具发展潜力的20项油气勘探开发新技

2、术（点击查看：颠覆传统！未来十年这些油气勘探开发新技术最具潜力），其中，智能钻井技术位列其中。未来的智能钻井主要由智能钻机、智能导向钻井系统、现场智能控制平台、远程智能控制中心组成。智能导向钻井系统主要利用随钻数据的实时获取、传输与处理，通过井下控制元件对钻进方向进行智能调控，从而提高钻井效率和储层钻遇率。作为页岩气开发的芯片式技术，旋转导向钻井尚且年轻，但实际上从上世纪90年代起，国际各大油服公司便相继实现了旋转导向系统的现场应用。经过20余年的技术发展，油服巨头均取得了阶段性进展，并形成了各自的核心技术体系（点击查看：五大油服的旋转导向系统大比拼）。目前的主流旋转导向技术主要来自几大国际油

3、服巨头，并基本形成了两大发展方向：一是以贝克休斯AutoTrak系统为代表的不旋转外筒式闭环自动导向钻井系统，这类系统以精确的轨迹控制和完善的地质导向技术为特点，适用于开发难度高的特殊油藏导向钻井作业；二是以斯伦贝谢PowerDrive系统为代表的全旋转自动导向钻井系统，这类系统以同样精确的轨迹控制和特有的位移延伸钻井能力为特点，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。01.各大油服核心技术对比大宗商品价格暴跌给服务公司的定价和付款时间表带来了下行压力。无论何种程度的自动化规模提高，都可以改善前端的现金流。而在后端，实时和广泛的数据库报告功能则可以快速显示利润最高的领域

4、。这些信息使公司可以专注于自己最擅长的领域，并调整或取消表现最差的业务板块。与维持或取消某个业务或是让更多人失业不同，所有这些措施的最终价值都可以改善企业的账本底线。1斯伦贝谢斯伦贝谢是目前旋转导向专利数量最多的油服公司，其PowerDrive旋转导向系统包括推靠式(PowerDriveOrbit)、指向式(PowerDriveXceed)和混合式(PowerDriveArcher)三种。斯伦贝谢推靠式旋转导向系统由最开初的PowerDriveXtra，升级到PowerDriveX5、PowerDriveX6，目前升级已经至UPowerDriveOrbit。PowerDriveOrbitPow

5、erDriveOrbit在斯伦贝谢的旋转导向系列产品中，造斜能力是相对较弱的(点击查看：PowerDriveOrbit旋转导向系统)。其工具耐高温150C,狗腿度通常在(03)/30m范围内，少部分地层可以达到(45)/30m的造斜能力，但是由于侧向切削和井下钻具的不均匀转动引起的振动对PowerDriveOrbit的造斜能力影响很大，因此需要选择造斜能力强的钻头和简单的钻具组合才能实现上述指标。PowerDriveOrbit系统应用过程中全部部件全程旋转，能提供近钻头实时井斜和方位，提供近钻头伽马、方位伽马、近钻头伽马成像等参数及曲线，便于精确控制井眼轨迹，判断岩性及地层走向，实现在薄油层导

6、向钻进。加长短节i电子控制短节CCU-推力槻(Pad_短节(BU)-图1PowerDriveOrbit结构示意图PowerDriveXceedPowerDriveXceed由发电总成（CRSPA）、电子元器件总成（CRSEM）、导向控制总成（CRSSA）组成，结构见下图。传感器总成和控制累统马达逆时针旋转伺張马达涡轮发电泵统钻貝哌时针转动所钻井跟比钻头尺寸大3.2mm图2PowerDriveXceed结构示意图PowerDriveXceed系统在钻进过程中所有部件均为旋转状态，可实现在钻具转动时的全方位导向钻进，也可以放置于PowerPak螺杆钻具之下，共同组成附加动力旋转导向系统（Vorte

7、XXceed）。Xceed旋转导向系统具有近钻头的井斜方位测量，其独特的指向式定向方式和固定的钻头轴向夹角使指向式旋转导向系统在保留了推靠式旋转导向系统所具有的优势之外，还提供了更高的造斜能力,造斜能力可以达到（58）/30m，在一些高狗腿的三维定向井、水平井中能较好地发挥旋转导向系统的优势。工具耐高温150C，最大允许转速350r/min，最大允许堵漏液浓度为142.6kg/m3,该工具目前只能通过改变泥浆泵的排量来发送指令，但可以通过MWD接收指令并转发给Xceed。PowerDriveArcherPowerDriveArcher主要优点是可以实现高造斜率要求，通过推靠式”和指向式的优点结

8、合，PowerDriveArcher系统可以达到高达（1517）/30m的造斜率，工具耐高温150C。此外，基于Power-DriveX6系统精确控制单元的使用，可在钻井过程中有更大的排量选择范围。该系统保持了斯伦贝谢工具一贯的全旋转特性，同时，具有用改变排量和顶驱转速两种方法发送指令的功能。图3PowerDriveArcher工具原理示意图PowerDriveVorteX附加动力导向系统PowerDriveVorteX是旋转导向系统与大功率螺杆钻具和通讯短节CLINK组合在一起的的复合体。即在旋转导向系统和MWD之间，增加一根大功率螺杆钻具和一根通讯短节CLINK，钻头就获得了来自顶驱转速和

9、螺杆钻具转速叠加的高转速，通讯短节把旋转导向系统测得的参数和曲线传递给MWD，MWD把获得的数据传递到地面计算机。这样不但可以获得因钻头转速增高带来机械钻速提高，还解决了实时获得旋转导向系统近钻头数据的通讯问题。PowerDriveVorteX系统主要原理均为通过附加大功率螺杆钻具使钻头获得高转速，减少顶驱负荷;在研磨性地层，减少钻具与地层、BHA与地层之间的磨损。由于钻头转速大幅提高，从而提高机械钻速，减少钻具、BHA和套管磨损，提咼综合经济效益。2贝克休斯贝克休斯的AutoTrak不旋转闭环钻井系统（RCLS）是一种静态推靠式旋转导向系统，由地面与井下的双向通讯系统（地面监控计算机、解码系

10、统及钻井液脉冲信号发生装置）、导向系统（AutoTrak工具）和LWD组成。AutoTrak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通过上下轴承连接形成一个可相对转动的结构。旋转心轴上接钻柱，下接钻头，起传递钻压、扭矩和输送钻井液的作用。不旋转外套上设置有井下CPU、控制部分和支撑翼肋。定向传感器震击器电阻率传感器伽马射线传感器图4AtutoTrak工具结构示意图AutoTrak系统工作中非旋转可调节扶正器滑套的不转是相对于钻头驱动轴而言，在旋转钻进过程中，该扶正器滑套处于一种相对静止的状态，从而确保钻头可以沿着特定的方向钻进。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

11、力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1个侧向力，保证钻头沿这一方向定向钻进。图7头3rillBte计貝机站杆电用耳和仙马丸吊笨码苦站-AutorrakIH定向横映JUS朗測It檢块扶正裔图5AutoTrak系统主要组成部分示意图AutoTrakG3AutoTrakG3的理论造斜能力为20/100m，它的近钻头井斜零长1.2m，伽马零长5.54m，井斜与方位零长8.54m，该类型的工具除了提供另外两种工具的功能和作用外，它也能够进行相关的测量工作。这种第三代系统开拓了定向井钻井的新领域，包括地质导向和大位移井。该工具可以在旋转钻井过程中实现导向，改变井眼轨迹，并与地面实现双向通

12、讯。AutoTrakX-tremeAutoTrakX-treme是由井下钻井马达驱动的旋转导向系统。该系统综合了高动力马达和高速旋转闭环系统，并与导向装置实现双向通讯连接。在马达下的下部钻具组合更短。X-treme技术定子提供高扭矩，BHA可持续保持高钻速，额定最高转速可达到约400RPM。AutoTrakX-treme标准BHA组成中.阳率ftlDl/Q力IWD怖感誥医城J,X-trcm苕技术的动力部分及原理皆通3达动力定子特盒:-内还蛔冋揃國拄形期吏-啖匪定子部拾不等厚i-treme马达底子特点：一次性盛垄的談扶外於翎喪薄吕等停的她胶定子部守图7AutoTrakXtreme纟且成及原理示意

13、图AutoTrakeXpressAutoTrakeXpress便携式旋转导向工具的理论造斜能力为24。/100m它的近钻头井斜零长为1.2m,伽马零长为9.6m，井斜与方位零长为10.8m。eXpress的应用和发展是目前AutoTrak旋转导向系统中最为成熟AutoTrak的一类型。AutoTrakCurveAutoTrackCurve具有较强的造斜能力，专为陆地钻井设计。它的理论造斜能力为45/100m，它的近钻头井斜零长为2m，伽马零长为3.74m，井斜与方位角零长为6.81m。该系统在传统导向系统的基础上，对导向力学、水力学和导向板进行重新设计，导向板能适应从软到硬以及研磨性等各种地层

14、，BHA具有更强的柔性。AutoTrackCurve能够实现用一套钻具、一趟钻钻穿造斜段、稳斜段、着陆段和水平段。平症转盘叵罔疗暉為春动测诫电迪遏轮电亂近钻头椎寵巴家顽压泵扶正畫短挥逼信库議去不施转外蓋推盍翼肋体旋转生皓不施转控制机构巴耀1驱动轴图8AutoTrakCurve旋转导向系统结构示意图可伸缩肋板扶正器钻头不旋转井下工旦旋转轴惯转角度E2井壁图9AutoTrakCurve旋转导向系统导向原理结构示意图3哈里伯顿Geo-PilotGeoPilot旋转导向钻井系统也是一种不旋转外筒式导向工具，但与AutoTrak和PowerDrive不同的是，GeoPilot旋转导向钻井系统不是靠偏置钻

15、头进行导向，而是靠不旋转外筒与旋转心轴之间的一套偏置机构使旋转心轴偏置，从而为钻头提供一个与井眼轴线不一致的倾角，产生导向作用。其偏置机构是一套由几个可控制的偏心圆环组合形成的偏心机构，当井下自动控制完成组合之后，该机构将相对于不旋转外套固定，从而始终将旋转心轴向固定方向偏置，为钻头提供一个方向固定的倾角。该系统主要由驱动轴、外壳、驱动轴密封装置、非旋转设备、上下轴承、偏心装置、近钻头井斜传感器、近钻头稳定器、控制电路和传感器等部件构成。牠承居中铀承密封装瞥x5Lr近站头密封装置非旋转设备轴承压力补偿器近站头井斜传感器图10Geo-Pilot旋转导向系统结构图11Geo-Pilot旋转导向系统

16、工作原理示意图GeoPilot旋转导向钻井系统的最小造斜角为5，设计造斜率为45/100m，扩眼最大狗腿度30/100m,最高转速250RPM,最高工作压力206MPa,最高工作温度175C,非工作状态下耐温200C。该系统适用于大摩阻、大转矩的大位移井和复杂程度较高的三维定向/水平井。iCruise2018年，合里伯顿发布了全球首款智能旋转导向系统iCruise（点击查看:iCruise旋转导向系统）。该系统采用模块化设计，集成了先进的传感器、电子设备、复杂算法以及高速处理器，具备400RPM和18/30m的造斜能力。iCruise智能旋转导向系统集成了自我诊断与分析和自动化钻井辅助决策功能

17、，实现设备健康监控、优化井眼轨迹、管理井下振动等实时功能。导向颐间地渍导冋启令钻机控制泵统更谏渥訓忌统4钻头投童*年向性録：戌聲导可和些险转导:旬等匚裂古粘压iifta控制执行自主学习物理导同模翌图12导向顾问及控制过程示意图4威德福RevolutionRevolution是一种指向式旋转导向系统，由控制系统和偏置稳定器短节2大部分组成，偏置稳定器短节由驱动芯轴、不旋转外筒和偏置机构等组成，驱动芯轴用于连接钻柱和钻头，传递钻压、扭矩和输送泥浆。偏置稳定器短节的动力机构是轴向均布的一组（12个）轴向方向的柱塞泵，依靠驱动芯轴的旋转带动起运动。Revolution旋转导向系统的最大造斜率为10/3

18、0m最高工作温度165C,最高工作压力172MPa,适用于5-7/8至17-1/2井眼。不舟转外筒图13Revolution系统结构及导向原理示意图Magnus推靠式旋转导向系统Magnus的关键功能包括完全独立的衬垫控制、具有最低井底钻具组合（BHA）稳定性的全旋转偏置单元、实时BHA诊断和自动驾驶功能（点击查看：Magnus旋转导向系统）。该系统具有高造斜率，可以10/30m的狗腿角连续造斜，最高转速300RPM最高工作压力206.8MPa,最高工作温度150C,最大垂向分辨能力480mm。Magnus旋转导向系统采用模块化设计，利用三个独立式推力块控制方位，可获得近钻头6ft处的实时数据

19、，具有实时诊断、自动稳斜和双向通信等功02.国内技术现状相比于国外已经发展了20余年，目前已经逐渐趋于成熟的旋转导向技术，国内在这方面的研究工作起步则相对较晚。近年来，面对油气勘探开发过程中的卡脖子问题，国内三桶油不断研究摸索，逐个攻关核心关键技术，目前已经获得了重大突破，且部分技术实现了现场应用，并取得了初步成效。1中国石油2019年，中国石油长城钻探自主研发的指向式旋转导向系统在辽河油田双229-36-72井完成水平井全井段现场试验，各项工程指标符合现场钻井条件要求，标志着我国自主研发的指向式旋转导向技术取得重大突破。2014年，长城钻探承担了中国石油集团重大科技专项指向式旋转地质导向系统

20、研制，历时5年，攻克了伺服电机偏置导向控制、大功率井下发电、井下无线短传、控制指令下传、地面监控软件等关键技术，研制了国内首套具有自主知识产权的指向式旋转导向系统，完成了地面水泥靶模拟钻井试验和4井次现场功能试验，最大造斜率大于11/30m。2010年以来，中国石油川庆钻探、航天科工、中国石油大学（华东）联合开展了CG-STEER旋转导向钻井系统研发，并取得了新一代CG-STEER旋转导向钻井系统在造斜率预测与调控领域的重大创新，造斜率由之前不足6.0/30m提高至10/30m以上。自2019年至今，新一代CG-STEER旋转导向系统已完成4口高难度页岩气水平井的造斜段和水平段钻井作业，累计进

21、尺7758m，创下了国产旋转导向系统最大造斜率11.2/30m，单趟钻最长寿命297h、进尺1090m等多项纪录。2中国石化2019年，中国石化胜利石油工程公司随钻测控技术中心自主研发的SINOMACSATSI型旋转导向仪器在胜利油区现场试验成功。在现场试验中，试验井段2070-2417m，使用60%导向力钻进，造斜率达到4.2/30m，实现了对轨迹的高精度控制；采用快速脉冲数据编码，平均物理传输速率1.8bps，下传成功率95%；一串旋转导向工具总进尺347m，累计工作时间52小时，地面监控、双向通讯、随钻测量和井下导向控制四大模块均达到理想效果。在国内技术尚未成熟、国外技术服务价格昂贵的窘

22、况下，中国石化胜利石油工程公司钻井院钻井信息中心成功研发了成本更低、功能比肩传统旋转导向的滑动钻进钻柱双向扭转自动控制技术，即TORSIONDRILLING-钻柱双向扭转控制系统（点击查看：TORSIONDRILLING钻柱双向扭转控制系统），其核心功能包括降低摩阻、减轻托压、自动控制工具面、快速摆放工具面等。自2019年以来，该系统已在黄河钻井、渤海钻井、胜利西南分公司等单位累计推广应用12口井。3中国海油中海油服自主研发的Welleader旋转导向钻井系统可以在钻柱旋转的同时实现井眼轨迹的自动控制。系统通过精准的导向力矢量控制实现钻头姿态的快速响应，具有高精度近钻头井斜角及工具面角测量能力

23、，能够实现井斜自动闭环控制，可适应复杂地层条件及钻井条件。Welleader近钻头测量模块位于钻头后1.3m以内，实钻造斜率约6.5/30m。Welleader可与Drilog无缝衔接，实现实时决策。03.结束语近年来，勘探开发环境恶劣、国际油价持续低迷以及外来技术强力冲击的多重压力，推动了油气行业针对类似旋转导向钻井等智能化技术的快速更新和广泛应用。旋转导向技术在钻探作业中的比重逐渐加大，发展和完善国产化旋转导向系统已经成为行业技术发展的重中之重。虽然国内的旋转导向技术近几年取得了重大进展，但暂时还未实现自动化、多元化、高效化的应用，与国外成熟技术仍存在一定差距。未来应加大研究力度，密切关注

24、先进旋转导向技术发展，持续研发、优化和维护具有自主知识产权的创新技术，针对现存的核心技术问题进行重点攻关，大力推动国产化旋转导向技术在油田现场的大规模应用。颠覆传统！未来十年这些油气勘探开发新技术最具潜力低油价时代，技术创新是油气行业的生命。未来十年，极具发展潜力的油气勘探开发新技术有哪些？跟踪分析世界石油科技最新进展，日前,中国石油集团经济技术研究院石油科技研究所筛选出20项。这些在未来闪耀光彩的勘探开发新技术包括：智慧地质、勘探开发一体化智能化协同平台、智能油田、纳米智能驱油技术、井下油水分离技术、地下原位改质技术、高精准智能压裂、智能化海底工厂、浮式LNG装置、海域天然气水合物安全高效低

25、成本开发技术、压缩感知地震勘探技术、人工智能地震解释技术、弹性波成像技术、随钻前探与随钻远探技术、光纤测井技术、一趟测测井技术、耐超高温井下仪器及工具、智能钻井、连续运动智能钻机、双壁管反循环钻井。今天主要介绍国内先进的光纤测井技术。FOS光纤测井（分布式光纤监测）技术光纤材料具有抗电磁干扰、抗环境噪声、电气绝缘性及自身安全性强等特点，广泛应用于井下恶劣环境中的储层参数测量。用于油气井监测的光纤传感技术主要有分布式温度传感器、分布式应力传感器和分布式声波传感器。未来的油气井检测将会因光纤技术进步发生重大改变：衽油气井的全生产周期内沿井筒进行连续测，实现永久性监测；即使在恶劣环境下,也可以提供全

26、面的井下生产数据；在不影响油气生产的前提下，探测气、水突破，识别套后窜流，探测泄漏，检测各种管柱及完井设备的完整性。光纤技术的应用有利于促进智能完井、数字油田的发展。DA2频牽测妊范圉:0-20KHZ最近安东石油推出了FOS光纤测井（又称分布式光纤监测）技术，这种技术以光纤本身作为传感器，无需仪器，通过测量背向散射光（类似于雷达回波技术），探测出井下每个小层的温度、声波和应变等数据，从而实现对油气井生产、改造过程、输送管道的监测。光纤测井技术可以在不干扰油田生产情况下，提供完整、实时的油藏生产和注入动态，作业过程中无需生产测井仪器类仪器，一根光纤就可以对井生产情况实时监测，大大降低了井下作业的

27、风险，为油气田节省作业成本。光纤可以通过多种方式安装或送入井中，油气井全生命周期监测可以将光缆固定在油管或者套管外下入井中，临时监测可以通过连续油管、牵引器、钢丝等辅助设备将光缆送入到目的层进行监测。安东测井事业部介绍，FOS光纤测井技术是近几十年来，测井行业最先进的技术之一，颠覆了传统的测井技术。尤其对解决油气田产气产液注气注液剖面，压裂改造过程，液体及支撑剂的走向和进入量，井筒完性等问题效果明显。1解决油气田产气、产液、注气、注液剖面的问题目前油气田生产开发过程中，水平井越来越多，那么对于油气水平井的生产剖面的监测就显得越来越重要了，而传统的生产测井由于作业风险太高，好多井是无法完成测井任

28、务的。光纤测井技术可实时监测井下每个射孔簇的产量、供献率，提供真实的井下生产情况，为油气田了解生产规律提供准备的数据，为开发方案提供决策依据。2无死角监测井筒完整性精确识别泄漏、窜槽、出水、出砂位置当前各大油气田都会有一些老井或疑难井，对于井筒完整性不太清楚，特别是套管泄漏窜槽，地层出水出砂的问题不好解决。光纤测井技术恰恰是解决这一问题的最佳手段，只需要将一根光纤下入井里就能解决这一等系列的难题。3压裂改造过程监测识别液体和支撑剂的走向及注入量对于目前我们石油天燃气行业，我们谈论最多的话题是页岩油气致密油气，那么开发这种油气我们最常用的手段是水力压裂。而之前，没有任何一种技术可以直接监测改造过

29、程，我们不知道打到井下的液体到哪去了，支撑剂又进到哪儿了，哪个深度进了多少就更不知道了？光纤能监测至I压裂液支撑剂的走向和进入量，根据监测的结果及时调整压裂方案，使压裂更具针对性，可以真正达到甜点压裂的效果。4油气输送管道监测及时报告破损位置，将损失降至最低对油气输送管道来说，我们常规的监测手段是人为巡视，这种办法浪费人力不说，效率太低，往往是管道破了很长时间才知道，既浪费成本又污染环境。现在有了光纤监测技术，我们就可以通过光纤及时发现管道的破损点，并发出警报，然后及时处理，将成本和污染降到最低。5技术特点及优势光纤本身就是传感器，无需仪器，安全性高；静止式测量法，数据更真实、可信，为您提供最

30、可靠的决策依据；配套光纤测井精度最高的硬件设备；经验丰富的技术团队，现场实时数据解释，后期精细处理解释；独有的光纤定位仪，确保井下永久式光纤不受损伤。6应用案例目前在国内光纤测井服务油气田有：中石油西南油气田、塔里木油田、浙江油田、重庆页岩气等区块，我们最早实现了连油光纤测井技术在国内油气田的应用。在应用过程中，这项技术对区分油、气、水多相流，监测每个射孔簇的产量有明显优势，详见以下案例：气、水两相流测井案例五大油服的旋转导向系统大比拼本文结合NaborsDrillingSolutions、NOV、Halliburton、Schlumberger和BakerHughes公司专家们的解答，给大家

31、介绍旋转导向技术的最近进展情况。如今的旋转导向技术发展目标主要有一个：以低成本钻出高质量井眼。一些服务公司通过开发更加耐用的钻井工具，延长在恶劣环境下的钻进时间，从而降低成本，而有些公司则通过去除一些次要功能来降低成本。同时，还有些公司期望利用实时监测和数据分析来提高机械钻速，且不会产生破坏性振动。很多油服公司也在研究旋转导向钻井技术，期待能将他们自己的钻井装置、相关软件和控制装置整合到一起。无论采取什么样的办法来降低钻井成本，所有的公司都试图提高机械钻速，减少停钻时间，这样他们才能在成本压力下获得更大的投资回报。不过，这对于旋转导向钻井技术提供商来说具有一定压力，这也是各服务商自行业低迷时期

32、来所努力的方向，即提供最优价值的旋转导向技术。本文结合NaborsDrillingSolutions、NOV、Halliburton、Schlumberger和BakerHughes公司专家们的解答，给大家介绍旋转导向技术的最近进展情况。旋转导向技术亮点（1）旋转导向技术和钻井平台及软件的集成化处理使得钻井工作流发生新变化，同时降低钻进成本。（2）单独机械改造不能缓解钻进振动问题，旋转导向技术配合实时模拟和测量系统可以识别钻进中的偏差。（3）通过提高钻井工具的耐磨性和消除非必要的传感器进一步降低钻井成本。Nabors通过集成化改进钻井工作流旋转导向系统和钻井平台及软件的集成化处理更新了钻井工作

33、流，实现了低成本钻井。通过井筒内放置工具，Nabor公司将很快推出新的旋转导向系统，该系统可用于第三方钻井平台或者直接配合公司内Directional-Ready钻井平台使用，它包括了集成化的设备和仪表，使得测量更逼真，钻井时精准达到长水平段的目的层。Nabors公司的RigWatchNavigator软件可实现井眼的设计和实钻3D可视化。钻工可看到钻井目的层和钻头距目的层的位置。Nabors公司在挪威利用新的旋转导向技术试钻了一些井，目前正在OklaCatoosa地区利用自己的平台试验该技术。自从2014年开始，公司一直研制新的旋转导向技术，使其造斜速率达到15。/100英尺，该体系旋转导向

34、方式并非推靠式和指向式，而是采用持续定向控制技术，旋转导向系统包括近钻头倾斜装置、定向传感器和井下闭环控制模块。近钻头传感器直接向地面反馈钻进数据，在很高的机械钻速下，自动调整确保定向装置在合适的位置。为了降低磨损和减少工具维修，Nabors设计的旋转导向系统没有外部滑动块，它通过涡轮提供动力，而非电池，防止更换电池时不得不取出工具。将旋转导向系统提前运送至井场，提前和公司的专利仪器、设备监测和数据采集软件连接到一起，便于钻工下入井内。Nabors公司开发出软件应用系统用于优化旋转导向性能，其中的REVit软件可用于任何旋转导向系统，降低钻井过程中的粘滑振动问题，缓解损坏钻柱谐振，而钻柱谐振会

35、降低机械钻速，还会因MWD和钻头损坏影响钻进轨迹。基于顶驱加速器上钻柱的异常谐振感应，我们的控制软件会通过控制空心轴移动来消除或破坏钻柱振动，从而减弱一定转速下施加在钻柱上的高扭矩和钻头上的重量，消除粘滑振动可以延长钻头寿命，降低非生产时间。借助于Nabors公司的RigWatch系统，承包商可以从休斯敦的RigLine全天候远程操作中心监测旋转导向系统作业过程，并且只需一个定向井钻工，就能监督四到五个钻台作业，并为井场的钻工提供专业指导。这样让具有丰富经验的钻工同时远程监控多口井钻井作业有助于承包商扩大作业规模，让有能力的人同时管理多个钻台，也将会缓解因升级改造而带来的人力资源问题。NOV的

36、VectorEDGE虽然旋转导向系统上的传感器能够提供控制导向操作所需的数据，但这也意味着成本的增加，当在陆上易于钻进的水平段进行作业时，承包商们可能并不需要这样的设备。意识到这一点后，NOV有针对性的开发用于非常规井钻进的旋转导向系统，即VectorEDGE系统，它消除了近钻头传感器和内置MWD装置，使旋转导向系统成本缩减了一半。VectorEDGE通过钻杆旋转代替水力泥浆接收下行指令。系统下行指令已被测试至27000英尺。定向井钻工向软件输入工具面和攻击性参数，然后通知钻工如何调整钻杆转速，进而发送一个新的导向指令。NOV推出的这款旋转导向系统与钻台间的交互内容很少，该工具具有闭环轨迹特征

37、，它能根据传感器数据自动调整其攻击性，以配合定向作业。即它是自动完成指令的，无需连续发送导向指令，及下行指令给井下钻进工具，不过在调整钻井设计或地层特征发生变化时，则需要发送下行指令。发送下行指令是通过旋转钻杆完成，它比水力泥浆更可靠，VectorEDGE旋转导向系统下行指令已被测试至27000英尺。定向井钻工向软件输入工具面和攻击性参数，然后通知钻工如何调整钻杆转速，进而发送一个新的导向指令。虽然该工具没有内置MWD系统，但NOV公司将它设计成与任何泥浆脉冲或电磁遥测MWD系统都兼容，以防将来作业者或定向钻井公司会用到它。同时也能将工具与马达连接，以防作业者想要通过增加转速来提高机械钻速。N

38、OV公司于2012年开始设计VectorEDGE旋转导向系统，设备的主要测试，包括在德克萨斯州Navasota的NOV试验钻井平台实施的一些测试项目，都是在2014年和2015年完成的，在西德克萨斯州和美国东北地区油田的试验自2016年以来一直在进行当中，早期测试结果表明，与NOV公司的钻头和马达配合使用，该导向系统可以与市场上的其他旋转导向系统相媲美甚至更有优势。该公司计划到2017年年底，实现VectorEDGE旋转导向系统的商业化应用。哈里伯顿的GeoPilotDuro2016年哈里伯顿公司推岀的GeoPilotDuro旋转导向系统用于容易发生振动的地层环境。通过哈里伯顿ADTOptim

39、ization服务，旋转导向系统能够自动运行作业前工程项目和实时监测系统。油服公司正努力寻找方法改善旋转导向系统的抗振性，特别是像巴西盐下和多山地区，比如Rockies和Andes，在这些地方，振动是一个棘手的问题。最近，哈里伯顿的GeoPilot指向式旋转导向平台上增加了新应用，即GeoPilotDuro,该系统于2016年推岀，用于容易发生振动的地层环境。该套工具的轴承和电子器件都进行了加固，增加了抗振性，因此能够挑战工具的应用极限，进一步提高机械钻速，同时不偏离轨迹。另外，重新设计的深层稳定器，增加73%的流动面积，减少岩屑在工具周围的堆积，使井眼更清洁。然而，仅有这样的机械设计还不能完

40、全抵抗振动影响，我们应该清楚最佳钻井参数是什么，不同环境下钻进的风险和挑战，包括极易发生钻柱振动的地层、不易导向的地层和不稳定地层。为此，通过哈里伯顿ADTOptimization服务，旋转导向系统自动运行作业前工程项目和实时监测系统。借助于加固的工具系统、预设计工程和实时监测系统，该公司能够进一步扩大服务体系的工作窗口。据哈里伯顿公司介绍，目前钻井转速提高至300转/分钟，而对于高振地层，转速范围增加了33%-100%。新的技术极限提高了钻井速度，大大降低非生产时间。旋转导向系统会监测钻柱振动，特别是粘滑振动以及井眼清洁和摩阻扭矩。在模拟阶段，将钻井设计和钻井参数输入到系统中，识别潜在风险和

41、解决方法。同时借此知道最佳的性能参数是什么，即最佳机械钻速、最佳井眼清洁参数和最有效的轨迹结构，以便于花最少时间直接钻遇目的层。钻井开始时，模型实时更新钻井数据，如数据匹配模型，以便知道目前正以最佳性能钻进。如果发现参数有偏移，井下一定发生了异常情况需要处理。工人们需要判断出异常情况的原因并加以修正，让钻进保持最佳状态。GeoPilot中的传感器，包括加速计、陀螺仪和磁力计，能够探测到钻柱振动和严重程度，将这些数据与地面数据结合，用于分析发生振动的机理和原因，然后采取相应措施。弄明白何时如何发生振动后，就能通过参数设置以最高机械钻速钻进而不产生钻柱振动。据哈里伯顿介绍，拉丁美洲的一家公司想一次

42、完成盐层水平段的钻进，这家公司计划10天内完钻，但借助GeoPilotDuro旋转导向系统配合其他设施仅用7天就完成了，节省三天钻井时间。斯伦贝谢的PowerDrivevorteXMax提高机械钻速和降低钻井时间是斯伦贝谢公司旋转导向系统研发的主要目标。2017年第一季度，该公司将其新的PowerDriveRSS系统组合，即PowerDrivevorteXMax进行商业化应用。通过IDEAS综合动态设计和分析平台，斯伦贝谢高性能旋转导向系统结合了高扭矩高转速能力以及先进的模型。通过模型，它解除高转速模式，同时优化动力部分，给出了一个非常强劲的导向系统。工具的动力部分将泥浆液压动力转化为机械能，

43、增加的转速和钻压转化为井底高的机械钻速。根据先进模型、样品实验分析结果和现场经验，公司称相比于标准的旋转导向系统，我们的导向系统能够增加转速接近60%。PowerDriveOrbit为金属密封方式，它能用于橡胶密封不能用的油基泥浆和复杂流体中。工具的动力部分将泥浆液压动力转化为机械能，增加的转速和钻压转化为井底高的机械钻速。作为一个附加功能，利用IDEAS软件进行作业前模拟，优化驱动系统性能，评估影响导向系统的钻井和井眼条件。该软件于2011年发行，为了预测和优化井下钻具组合性能和寿命，它采用基于时间的四维模拟技术，能够捕捉到整个钻柱和井筒的几何形态。该软件能模拟出不同地层和岩石条件下各种钻头

44、和旋转导向系统的性能，让作业者有信心高效完成钻进作业。旋转导向系统具有自动导向功能，它无需钻工输入参数，就可以得到预想的倾角和方位角。一般情况下，钻工会跟踪倾角和方位角变化情况，如果必要他们会发出下行指令改变设置，例如在遇到交互层时。这种旋转导向系统能够自动跟踪轨迹变化并进行修正，钻工们的任务不再是执行，而是监督，确保工具正常运转，保持工具的高性能和稳定性，无需钻工进行命令、指令和解释。依靠方位和倾角的软件程序，旋转导向系统能够自动调整轨迹，它是由早期倾角闭环控制得来的相关控制步骤。在过去一年里，ParsleyEnergy公司在Midland和Delaware盆地应用PowerDrivevor

45、teXMax旋转导向系统80井次，应用结果表明，作业者可以降低钻井天数17%，并且钻井成本降低30%。来自PowerDrive平台的另外一个旋转导向系统Orbit于2014年商业应用，它可用于陆上和海上大位移井的钻井作业，其特点之一就是采用了金属对金属密封形式，增加了弹性。金属密封能用于橡胶密封不能用的油基泥浆和复杂流体中。它耐高温，而橡胶会与钻井流体发生反应，会受到油基泥浆的影响，或者在高温下、高固相含量时也会有影响，如果将薄弱环节去掉，就可以提高相应的性能参数，比如转速。2016年，LaredoPetroleum公司利用PowerDriveOrbitRSS系统在二叠纪的上部Wolfcamp

46、岩层中钻岀8%英寸井眼。作业者曾经用常规钻具组合钻进，但在长水平段钻进中由于摩阻问题遇到了困难，当利用斯伦贝谢公司的PowerDriveOrbit旋转导向系统钻进时，一次下井就完成了13602英尺长的水平段钻井作业，机械钻速达125英尺/小时，累计钻井时间为108小时。2016年年末，EclipseResources公司在Utica应用PowerDriveOrbit旋转导向系统钻井，利用SmithBitsPDC钻头和斯伦贝谢TelePacer模块化的MWD平台钻岀8%英寸井眼，在本次作业中，一次完成18752英尺长的水平段钻井作业，钻井深度为27048英尺，平均机械钻速118英尺/小时，累计钻

47、井时间为157小时。与PowerDrivevortexMax一样，该系统具有自动导向功能，钻进过程的大部分时间，该工具自动导向，不需要钻工干预，因为工具一直能够保持预定的倾角和方位角钻进。另外在整个钻井过程中，钻具组合始终保持在地质窗口中。贝克休斯的AutoTrakCurveRSS美国页岩气的兴起推动着旋转导向系统的发展，它能完成高狗腿度和长水平段的钻井作业，例如贝克休斯的AutoTrakCurveRSS,该系统自2013年推岀以来，连续钻进作业增多，经常一次下井便完成垂直段、造斜段和水平段的钻井作业。2017年年初，在WyomingDJ盆地的Niobrara地层，利用AutoTrakCurv

48、eRSS系统一次完成81/2英寸单井眼的垂直段、造斜段和水平段的钻进作业。在6%英寸井眼钻进作业中，结合了贝克休斯的Navi-DrillUltraXL45马达和8%TalonForce高速钻头，作业者在1.95天内钻进15261英尺，创造了该盆地记录，同时也创造出日进尺8267英尺的记录。酋*工占带口近期在DJ盆地，AutoTrakCurveRSS系统在1.95天内钻进15261英尺，创造了该盆地记录，同时也创造岀日进尺8267英尺的记录。在应用AutoTrakRSS前，作业者利用传统的导向马达，平均日进尺仅为3194英尺，从地表到完钻总深度的平均钻井天数为5.2天。贝克休斯应用的钻井组合包括

49、AutoTrakRSS、马达和钻头，在造斜点以后水基泥浆改为油基泥浆，单次入井作业钻进总深度为17857英尺，机械钻速平均为443英尺/小时，作业者达到了预期的10/100英尺造斜率。本次作业从一开到完钻耗时3.5天，创造了盆地钻井记录，与临井相比，钻井时间降低了33%。该系统能够保持连续钻进的关键因素在于其近钻头传感器设置，该传感器可以在MWD测量之前预测岀造斜率，精准控制水平段垂深，改善井眼质量，减少弯曲，降低水平段摩阻扭矩，并且利用近钻头振动传感器，还能快速识别钻头附近的功能障碍，进而尽快采取措施缓解问题，大大提高钻井效率。连续均衡导向机理是AutoTrakportfolio旋转导向系统

50、的根本，他控制着钻井沿预定轨迹钻进，使得井眼光滑、弯曲度小，导向系统上均匀分布着三个推力块，这三个推力块不像推靠式或指向式旋转导向系统时断时续，他们会一直保持工作状态，持续钻进直达目标层。PowerDriveOrbit旋转导向系统斯伦贝谢推出的PowerDriveOrbit旋转系统采用了一套独特的定向钻井技术，能够克月服严苛的作业环境，提供准确的井眼轨迹，提速增效，已在北海等地区取得了成功应用。来自|SchlumbergerPowerDriveOrbit旋转导向系统(RSS)是一种相当可靠的推动钻头型旋转导向系统，这种旋转导向系统通过使用新研发的触发板导向设计，有效提升钻井的效率的同时，也提升

51、了系统对井眼轨迹的控制。技术概况1对定向钻井进行优化斯伦贝谢PowerDrive系列旋转导向系统采用了一整套专为井下管柱完全旋转而设计的定向钻井技术，包括在各种工况下均适用的减小管柱阻力技术、提升机械钻速（ROP）技术、降低管柱粘滑性技术以及井眼清洁技术。此套井下管柱完全旋转导向系统，通过消除管串中固定部件产生的磨阻和低效率运动，有效提升了机械钻速。2在高难度钻井条件下拓宽钻井作业窗口随着油井的日趋复杂化，油公司需要的解决方案将会超出常规钻井技术的服务能力。而PowerDriveOrbit旋转导向系统拓展了常规旋转导向系统的作业信封曲线，能为用户提供更持久、更可靠、更高效的定向井钻井服务。Po

52、werDriveOrbit系统内置一套新开发的触发板，使用金属对金属密封，使系统可以承受最具腐蚀性的钻井液冲蚀，并可应对最苛刻的钻井液压设计。触发板通过推动井壁来导向钻井，由此为复杂3D井眼轨迹提供精确的导向控制。3提供准确的井眼轨迹PowerDriveOrbit旋转导向系统内置了一套新型复杂6轴连续倾角和方位角测量系统，可以在钻进时自动锁定倾角和方位角；拥有的自导向能力可在闭路系统内维持特定的倾角和方位角；在使用更好的井眼轨迹控制系统后，PowerDriveOrbit有效提升了井眼质量，使造斜变得更平顺，同时也使井眼的迂曲度维持在最小的数值。系统的延伸Gamma射线测量功能为钻井作业提供了更

53、为超前的目标层位探测，为地面工程人员做出实时决定提供了宝贵的井眼数据。4提升钻井效率PowerDriveOrbit旋转导向系统可与现有的所有钻井井下工具总成和其它PowerDrive配套工具配套使用。PowerDriveOrbitvorteX*井下马达双动力旋转导向系统可以以350转/分钟的钻速钻进，同时保持系统定向控制能力和连续导向能力。系统可在钻井时提供多重功能。其中，时间节省系统模块可以优化系统设计，使其可以从套管鞋到设计井深一次打完。5使用双重井底通讯的扩展应用PowerDriveOrbit旋转导向系统可为作业者提供双重井底链接的功能：一是使用传统的流动变化来为井下工具传递命令；二是一

54、种新型的基于钻铤钻速的命令传递系统。管柱的粘滑性和高扭矩对通过流速来传递指令的方式的影响很小；钻井时，泥浆泵对新型的钻铤钻速命令传递方式影响又很小。这种双重井底链接特性，使得PowerDriveOrbit系统可以用于任何井场。采用中心化设计赋予了PowerDriveOrbit旋转导向系统高速钻进的能力，同时也使其具备了更长期的有效性，提升了系统在常规和复杂环境下钻井的速率。吋亘1屯OCT13.0M节吉8$天时间计划118M:PowerDriveOrbit旋转导向系统大约用了3天的时间，在Misoa地层中钻了一口14200ft深的8in井眼，时间比作业计划的8.8天缩短过半。PoweDriveO

55、rbit系统目前已在中东、美国、墨西哥湾、哥伦比亚、委内瑞拉、中国和北海等全球常规和复杂环境中均实现了成功应用系统特点和优势这套触发板使用了金属对金属密封，系统可以承受最具腐蚀性的钻井液冲蚀，能够应对最严苛的井下环境；系统扩展后，系统可以350转/分钟进行钻进，远高于现有的220转/分钟的转速极限，可提高机械钻速和粘滑性控制；这套系统内置的新型复杂6轴连续倾角和方位角测量系统，可以获得更准确的垂深和轨迹的测量；双井下命令系统，可以使用任何地面井场设备对井下工具发出指令。应用案例11作业地点北海2作业背景壳牌需要一种可以承受165C高温高压环境、并在钻井时能够保持油井垂直的旋转导向工具。3作业结

56、果作业者使用了PowerDriveOrbit的触发板设计和自动导向设计，将单位进尺从4085m提升至4704m;同时，该系统将这口井的垂直度控制在0.5以内。应用案例21作业地点中东2作业背景作业方需要使用旋转导向设备来保证作业井深层的定向转进。钻井区域有高度的粘滑性，同时还会钻遇严重的震动地层。3作业结果在钻井的过程中，高粘性峰值达到了350rpm。PowerDriveOrbit旋转导向系统帮助作业者克服了严重的扭矩问题，一次下钻提前21天钻完了12690ft的进尺。iCruise智能RSS:自动化定向钻井又迈新阶近年来，得益于电子技术、传感技术、复杂算法以及高速遥传等技术的进步，自动化钻井

57、由此取得了长足发展。来自|Worldoil预测分析、物联网、人工智能对我们而言已不仅仅是遥不可及的潮词。作为数字化和自动化技术的集中代表，它们正在快速地改变着油气行业。各技术要素紧密的结合，数据共享和传输方式的极大改善，以及最重要的，数据传输到执行模块速度的提升，已经深刻地改变了油气勘探开发领域。该项数字传输技术已经改变了我们的商业模式，为我们实现储层、操作平台及设备（地面及井下）的连接提供了全新的、更加有力的武器，保证了各要素之间更加紧密的联系。通过在井身施工生命周期内采用智能决策系统和与之适应的结构，哈里伯顿正在加速推进该数字化转型。作为我们技术核心，我们将系统、实际应用、大数据分析、高级

58、建模以及各种实际工作流相整合。在现场，我们依据具体井场施工计划及预先设定的钻井参数来进行钻井作业。感应技术、井下大规模复杂运算处理器以及高速数据遥传技术的发展，为井下和地面系统实时数据的传输和分析提供了保障，在这点上，其速度和精度都是远非人为操作可以比拟的。机器学习与数据分析，配合复杂算法，可以帮助现场和实时操作控制中心（ROC）专家对于钻井状况进行实时分析，从而依据具体情况调整和优化钻井计划，并且在井场作出更合理的决策。通过采用自动钻井系统，我们可以帮助降低非生产时间（NPT），减少井场操作人员，降低每桶原油成本，同时提供预测准确、稳定可靠、连续不断的产出，从而实现资产最大化。智能设计满足钻

59、井自动化需求最优化的井场计划应当包含一整套的井上井下高级智能系统，该系统需要能够获取实时数据，并且能够发出连续指令来调整当前的钻井情况。该自动定向钻井系统中心安装有iCruise智能旋转导向系统（RSS），该导向系统可有效提高钻井精度，减少井期，提高稳定性，进而取得预期结果（点击查看原在地质导向应用方面，Earthstar公司提供超深随钻测井服务以及地质导向软件服务，可现实井下与自动钻井控制软件的数据双向交流。地质导向目标直接发送至自动钻井控制软件，进而自动控制旋转导向控制系统开展井下作业，朝着既定方向作业，并且同时向操作人员提供实时数据。钻井液的管理和监控同样被纳入到钻井一体化作业当中。在钻

60、井现场，无需泥浆工程师每隔一两天对泥浆参数进行人工测量。如今，BaraLogix系统可以每天向我们自动测算和发送100次泥浆数据。这些数据包括密度和流变性，将会被发送到泥浆实时监测中心。在这里，工程师们可以观察并且提前预测井壁稳定性问题，由此节约钻井时间，降低钻井成本。在钻井施工过程中，除了关注井眼位移问题外，其他的问题同样重要。采用控压钻井系统（MPD），可通过水力学模型控制井口压力，从而起到快速控制调节井内压力的效果。以上模型经过测压钻井（PWD）实时数据和控压钻井系统高级算法比对校准，数据准确可靠。该控压钻井系统接收旋转导向系统（RSS）指令，并且据此调整井底压力，同时实现井底与地面控制