GeoPilot Rotary Steerable System(GeoPilot 旋转导向钻井系统)

心环总成组成了精细、紧凑经久耐用的计算机控制的偏心单元，两
个偏心环驱动驱动轴偏离钻具中心，致使钻头产生偏斜力，从而实 现全部旋转的导向钻进模式。
Geo-Pilot® 旋转导向钻井系统是由Sperry和 JOGMEC公司（日本石油天然气和金属国家股份有 限公司）共同开发的。
Geo-Pilot® 的基本构成
Max Overpull Ultimate Overpull Max RPM: Design DLS:
30,000 ft.lbs
120,000 lbs 580,000 lbs 250 6 deg/30m
Break in the Seals 润滑密封
•


Before Circulation commenced above the cement, ensure that the Seals are broken on the GP tool. 作业之前先进行润滑密封 Rotate at 5rpm, 10rpm, 20rpm, 40rpm, 60rpm for every 2 min 每5，10，20，40，60转各自进行2分钟，共计10分钟左右
硬夹层 白云岩 / 菱铁矿 25 - 35 Kpsi Sand / Shale 5 – 10 Kpsi
硬夹层
钻井
方法
钻出硬夹层 • 当PDC钻出硬夹层时，ROP会缓慢增加，但钻井参数可能会 有明显的变化 • 在穿过硬地层的时候,不要立即改变参数提高钻速,避免使用过 高钻压将残余的硬夹层压碎从而导致硬块在井底滚动。 • 而是保持较小的RPM小钻压钻进大约0.5米，以防钻头包径牙 齿的损坏，直到钻头完全进入软地层。减少排量，以防在硬夹 层下部形成一个硬台阶，难以起钻。 • 一旦钻出硬夹层，缓慢调整钻井参数，如同前面钻进软地层的 一样，注意观察有大外径的钻具全部通过硬夹层。
Cement Quality 固井质量
Gravel Pack Success 砾石充填
Real-Time Communications 实时通讯
Geo-Span
DOWNLINK SYSTEM
®
On-the-fly
to 30,000+ feet（9143m)
Geo-Pilot® Rotary Steerable System Family 全系列
GP Tools Serials GP9600
Hole Size 12 1/4” - 26”
GP7600
GP5200
8 ½” – 10 5/8”
5 7/8” – 6 ¾”
Geo-Span Inlet/Outlet View 地面指令系统
Mud Flow Outlet Connection： 1502
软地层 砂岩 / 页岩 5 - 10 Kpsi
硬夹层 白云岩 / 菱铁矿 25 - 35 Kpsi
除此之外，PDC钻头接触井底、吃入地层不再稳定，同 时由于钻头的水利喷射对软地层的冲刷，也会造成钻头 的失稳。
若能监测到钻具的严重振动，立即提起钻并停止一切动 作，来耗散和释放钻具的能量。
硬夹层
钻井
软地层 砂岩 / 页岩 5 - 10 Kpsi

外筒、芯轴和控制单元
近钻头井斜和近钻头角方位伽玛传感器(距离钻头1米) 地面收发指令系统 长保径钻头 (专用钻头；接头配合常规钻头)
Geo-Pilot 原理示意图
芯轴偏离中心轴
指向式旋转导向工具，造斜率受地层因素很小
中性位置
造斜力最大
造斜力中等
“24小时连续钻进” – 发指令不需停止钻进 具有巡航模式 精细的工具面控制、受力大小的选择 近钻头角方位伽玛和井斜传感器，距离钻头最近，可以实现精确控
Mud Flow Inlet Connection：1502
2
Reference Stabiliser 支撑扶正器
•
Maintains 200 lbs of force on formation wall and are spring loaded - No
hydraulic pistons to blow apart on sudden step downs in hole diameter. 支撑弹簧可承受地层200lbs(89kg) 的力，无任何水力活塞等随井径的变
不是滑动，所以不会损坏滚轮更不会增加软地层的摩擦阻力
GP9600 Reference Stabiliser 支撑扶正器
12”
14 1/8”
Reference Stabiliser 支撑扶正器
GP9600
12”
14 1/8”
井眼尺寸
GP9600 GP7600 12-1/4” 8-1/2”
工具外径
9-5/8” 7-3/8”

裸眼钻进:
•
保持所推荐的最好的钻井程序
•
•
始终保持通讯畅通，下发指令前先通知司钻
必要时要进行耗时钻进
•
•
保证钻具提离井底时始终旋转
通常不需要进行倒划眼，但软硬交错的地层需要倒 划眼切缓慢通过
起钻

起钻或入井前保证 Geo-Pilot 设置力为零（中性状态） 对于难以通过井段，采用高钻速、低钻压、适当的排量， 进行划眼/倒划眼起钻 若遇到憋泵现象，要立即停泵并从地面释放压力，以保 护Geo-Pilot的工具密封不受到损坏（密封耐压最高2000 PSI）
基座
12” 8-1/8”
滚轮外径
14-1/8” 9-3/8”
Environmental Specifications 环境参数
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Max Temperature: Max Pressure: Max Vibration: Mud limitations: LCM limitations: Min Kick-off point:
• • • • • •
Rotary Steerable Systems
•
PUSH THE BIT 推靠式
– Power Drive
•
POINT THE BIT 指向式
– GeoPilot
Geo-Pilot® 的工作原理 - 指向式旋转导向钻井系统
Geo-Pilot® 的外筒装有两个偏心环，一个位于另一个的内部，该偏


REMEMBER: No Pumps when break seals, normally in Casing
注意： 润滑密封时不开泵，通常在套管里进行
胶塞-套管附件的钻进

如果GP的密封没有润滑, 请先GP的密封润滑. 注意: 润滑密封时不开泵. 钻具中灌满泥浆, 建立循环, 然后缓慢下放钻具直至探到水泥塞.


确保GP的设置在中性状态.
开始钻开水泥塞及其套管附件时, 要求钻压较小, 转速40-60RPM, 大排量. 胶塞钻完之后, 钻压可适当增大. 如果常规方法未有果效，可以使用先压后转的方法钻胶塞. 先在胶塞上直接加压2-3 T, 提起钻具, 转动90度, 然后再在胶塞上直接加 压2-3 T, 以破坏胶塞. 重复以上步骤3-4次, 然后一较小的钻压和40 – 60 RPM的参数钻进.
制井眼轨迹，进行高水平的地质导向作业
近钻头井斜和角方位 伽玛@ 3 英尺
近钻头角方位伽玛 – 目前市场距离钻头最近
闪烁器 加速器与温度 传感器 处理器
120°
120°
120°
闪烁器 闪烁器
e 耐压套
巡航模式
近钻头数据回到允许范 围，GP工具自动降低受 力，阻止井斜继续增大
90.0 89.8 89.7 89.6 89.7

软地层钻进：
• • • •
大钻压、小转速，小排量，控制ROP小于80m/h
提离井底一个单根，大排量倒划眼
禁止井底循环 不要定点循环
硬夹层
钻井
方法
进入硬夹层 • 当钻入硬夹层, ROP急剧降低，钻压缓慢减少 • 2分钟之后, 开始逐渐降低排量 • 同时, 逐渐降低RPM，注意观察WOB的变化较大 • 一定要有耐心, 尤其是大井斜定向井的夹层或者结核状/ 聚结状尖锐岩层边缘磨铣经过预处理的钻头表面。其目 的是钻出一个光滑的井眼而不是扭曲或歪歪扭扭的井眼 ，从而可能造成假的的硬夹层。 当进入硬夹层，钻具的振动是显然的，原因是由于WOB ，RPM以及扭拒的突然变化。
140°C 20,000 psi 20 g rms 5-500 Hz None 40 bbls (medium) 0 degree
Mechanical specifications 机械性能
•
Max WOB:
45 K lb.f (limitation by the M/LWD)
•
• • • •
Max Torque:
ShortGauge Bit
ExtendedGauge Bit
3/4” 3/4”
Spiraling Results 螺旋井眼的危害
Excess Sliding Friction 摩擦系数大 Poor sliding ROP, weight transfer Casing hangs up
Logging tools won’t go to bottom
GeoPilot Rotary Steerable System GeoPilot 旋转导向钻井系统
Table of Contents 目录
•
What’s GP 什么是GP？
Principle of Operation 工作原理 GeoPilot main parts 基本结构 Long Gauge bit 长保径钻头 Geospan 地面指令系统 Geo-pilot Specifications 技术参数 Technical Discussion 问题讨论
胶塞-套管附件的钻进

钻穿套管鞋之后, 钻具停止旋转, 在套管鞋处上下多次活动钻具, 确保胶塞 碎屑不粘附在GP上..


如果胶塞的钻进中非常缓慢，可将钻压提高到8-10吨，同时将转速提高到 80rpm
钻开新地层3-6米(如果需要快速增斜，可以在出少于2米的新地层), 将钻具 提回套管内, 确定GP在套管鞋处自由通过, 无杂物等缠绕在GP的支撑扶正 器上, 或者GP支撑扶正器的下部, 或者钻头等, 其现象类似憋泵. 如有此种情况发生, 请小心进行下一步操作. 采用较好的所在地区的经验清 洗套管鞋附近井段, 确保其光滑过渡. 注意钻具中的扶正器, 在套管鞋处要 小心缓慢通过.
Ambiguous Logging Responses 电测差 Unstable bit 钻头寿命短 Higher vibration Cuttings Bed Traps 岩屑床 Hole hard to clean Avalanche Stuck Pipe Poor Mud Displacement More failures Shortened bit life More trips
近钻头井斜表明工具面 和受力不需改变
90.0 90.0 90.0 90.0
89.8
89.9
90.0
90.0
90.0
90.0
近钻头井斜超出允许范围， GP自 动采用高边和最大的力改变钻具状 况
受力回到初始状态继续 钻进
Long Gauge Bit 长保径钻头
•
Centralizes bit so hole is drilled straighter 井眼光滑
化有部件损害(全是机械作用)
•
Because rollers roll and don’t slide the rollers do not wear out like fixed pads do and they do not increase drag in soft formations.支撑轮滚动而
Minimizes destructive motion and vibration 井下震动最小
•
FullDrift™ Drilling Systems
不同钻头的效果比较

Comparison of short-gauge and long gauge wood bits Long-gauge bit generates a旦确认钻头进入硬夹层大约0.5米，首先逐渐缓慢 地增加钻压，然后如果需要的话，微调RPM，优化钻 井参数，减少钻具的振动。 • 通常钻遇硬地层，保持较高的WOB和较低的RPM。 • 重新建立新的排量大小，以便清洗井眼。 例如：对 于较厚的硬夹层钻进可用较低的排量，但要注意硬夹 层上部的软地层的冲蚀和兼顾硬地层用大排量时而造 成的水力反冲作用从而使作用在钻头上的有效钻压大 打折扣。 • 保持此钻井参数继续钻进。