旋转导向钻井技术介绍

1旋转导向钻井技术简介2024/2/272旋转导向钻井技术概述井下旋转导向钻井系统分类典型的旋转导向钻井系统（1）AutoTrakRCLS系统：

BakerHughes公司（2）PowerDriveSRD系统：Schlumberger公司（3）Geo-Pilot系统：Halliburton公司主要内容3（1）技术关键：井下旋转导向核心是井下旋转导向钻井工具系统。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。1、旋转导向钻井技术概述4（1）根据导向方式分类推靠式（PushtheBit）：在钻头附近直接给钻头提供侧向力。指向式（PointtheBit）：通过近钻头处钻柱的弯曲使钻头指向井眼轨迹控制方向。2、旋转导向钻井系统分类钻头倾角侧向力推靠式指向式偏置机构5（2）根据偏置机构的工作方式分类静态偏置式：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。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。2、旋转导向钻井系统分类旋转导向钻井系统的工作机理都是靠偏置机构(BiasUnits)偏置钻头或钻柱而产生导向。两种偏置工作方式对比6（3）综合考虑导向方式和偏置方式分类静态偏置推靠式：BakerHughesInteq公司AutoTrakRCLS。动态偏置推靠式（调制式）：SchlumbergerAnadrill公司PowerDriveSRD。静态偏置指向式：HalliburtonSperry-sun公司Geo-Pilot系统。2、旋转导向钻井系统分类工作方式代表系统旋转导向程度造斜能力（°/30m）位移延伸能力螺旋井眼井眼尺寸（mm）静态偏置推靠式AutoTrakRCLS工具系统外筒不旋转6.5低存在216～311调制式PowerDriveSRD全旋转8.5高存在152～311静态偏置指向式Geo-Pilot工具系统外筒不旋转5.5中消除216～3117（1）AutoTrakRCLS系统：BakerHughes公司（2）PowerDriveSRD系统：Schlumberger公司（3）Geo-Pilot系统：Halliburton公司3、典型的旋转导向钻井系统8概述1993年，意大利AGIP公司与美国BakerHughesINTEQ公司合作在早期的垂直钻井系统(VDS)和直井钻井装置(SDD)基础上研制了旋转闭环系统(RCLS)。1997年注册为AutoTrak，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，既可以精确地按照设计钻进，也可在油藏内精确地进行地质导向钻井。（1）AutoTrakRCLS系统NonRotatingSleevew/SteeringRibs&InclinationSensorsNonRotatingSleeveRotatingDriveShaftMWDFormationEvaluation“GammaRay+Resistivity”TripleCombo

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。（1）AutoTrakRCLS系统10NonRotatingSteerableStabilizer11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。（1）AutoTrakRCLS系统12SteeringPrinciple

Staticsideforce,dynamiccontrolHighSideSleeve

OrientationP2P3P1Drive

ShaftBearingHousing

Sleeve=HighSideBitSideForceDirectionMagnitude13整体设计①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；②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。（1）AutoTrakRCLS系统14ControlprincipletwowaycommunicationAutomatedSteeringofthedownholetoolwhiledrillingaheadBypassvalveatthestandpipecreatescodedflowratevariationsof±15%CommandsforSteeringandtocontroltheMWD/LWDoperation15SurfaceEquipmentDrillByteComputerSensorInterface/DecodingUnit(TR700)ByPassControllerTransducerSignalOtherSensorsCompressedAirByPassActuatorHazardousAreaSafeAreaStandpipe16AutoTrakBitDevelopmentDoglegcapability0-6.5°/30mGoodexperiencewithTX445andTX447bitSteerabilityinveryhardtoverysoftformations,ROP’s2-150m/hrNewTX488AutoTrakbitsintroducedwithexcellentresultsinSteerability:reliabledoglegsof6°/100ftinvariousformationsROP:verygoodpenetrationratesDurability:lesserosionandwearthencompetitorbits17Directional/Geosteeringwellsin8.1/2”-12.1/4”holesizeWheretheoperatorwants:betterholecleaning,lesscirculationtime,lesswipertripsextentedrunlengthsbyusingPDCbitsbetterholequalitytoeaseloggingandcompletionsuperiorgeometricalsteering&geosteeringtomaximiseproductionextentedreach&extentedhorizontalsectionstomaximiseproductionandtodecreasetheNo.ofwellsandplatformstodevelopafieldandalltogetherwithhighROPandlessBHA’sApplicationAreas18概述1994年英国Camco公司研制的旋转导向钻井(SDR)系统在英格兰Montrose地区井中试验获得成功。1999年5月，Camco公司与美国Schlumberger公司的Anadrill公司合并，SR系统注册为PowerDrive。2000年改进为PowerDriveXtra。（2）PowerDriveSRD系统19PowerDrive系统20PowerDrive优点更少的每桶成本更少的进尺造价与/或与/或稳定的偏离由井下工具控制

无关于钻头扭矩.避免调整工具面所遇困难定向时连续地转动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洞眼的曲折由更好的定向所减少更少的磨阻改善对钻压的控制减少卡钻风险完井费用降低

作业更简单油层中良好的定向更长的水平井段

更少的开发井更长的大位移井可接受的磨阻节省时间更快地定向

减少划眼与/或更少的平台21PowerDrive

工作原理侧向力支撑座从旋转的本体中定时伸出井眼曲线由3个接触点决定22井下滑动钻进存在如下问题稳定方位不理想的ROP不好的洞眼清洁不能滑动压差卡钻井下钻杆挠曲高狗腿度地层影响造斜率23PowerDrive改善机械钻速优化钻头切削齿结构优化钻井参数钻具连续旋转不因滑动钻进而降低机械钻速更好的井眼清洁更少的划眼机械钻速的全面提高24PowerDrive系统25PowerDrive

定向机构由液压驱动3片支撑座定向机构与钻头同转速转动且施钻头侧向力26

定向机构支撑座支撑座出支撑座入27

定向机构的协调行为28控制范围81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%=半量设置]29PowerDrive钻具组合BasicPowerDriveConfigurationPowerDrivewithMWDPowerDrivewithMWDandflexjoint30PowerDrive结构及工作参数长度：16ft[4.9m]排量：500-1000gpm[1900-3800lpm]转速：40-220rpm工具压降：少于100psi[6bar]最小钻头所需压降：500psi[34bar]现最高运行温度：250ºF[120ºC]泥浆比重：7.5-20ppg[0.9-2.4sg]LCM：使用MWD指示31PowerDrive优越性集成化工具-简单，平台设置无额外设备、费用工具压降低(<100psi)实时的MWD,LWD,APWD卓越的MWD-高速度传输（6bps）

极适合快速钻井接收与发送数据同时进行=>持续钻井无静止点更好的洞眼清洁更少的卡钻风险无局限－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（3）Geo-Pilot系统33核心工具：可遥控且能自动控制的可变径稳定器①扩大了稳定器的径向调整范围，加强了井斜的控制能力。如Φ215.90mm稳定器可在184.15～215.90mm之间调节。Φ311.15mm稳定器可在266.70～311.15mm之间调节。②为稳定器设置了多个控制位置，采用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。③通过MWD向地面通报稳定器的工作状态。④降低了对稳定器所受的压力要求，不影响钻井参数的优选。（3）Geo-Pilot系统34AUTOTRAK系统原理：采用了静态式工作原理，主要靠钻具的