旋转导向钻井技术简介

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5、RCLS旋转闭环自动钻井系统：1993年AGIP公司与Baker Hughes RCLS旋转闭环自动钻井系统：1993年AGIP公司与Baker Inteq公司合作，经过3年的研制，于1996年在4 Inteq公司合作，经过3年的研制，于1996年在4口井中试验获得了成功。 1997年，RCLS系统注册为 1997年，RCLS系统注册为Auto Trak，正式推向市场。截至2002年7 系统注册为Auto Trak，正式推向市场。截至2002年 月累积钻进进尺超过1.609×106m。其63/4“系统创下了单次下井工作 月累积钻进进尺超过1.609×106m。其63/4“系统创下了单次下井工作 时间92h，进尺2986m的世界纪录，81/4”系统创下了单次下井工作时间 时间92h，进尺2986m的世界纪录，81/4”系统创下了单次下井工作时间 167h，进尺3620m的世界纪录。 167h，进尺3620m的世界纪录。 2、SDD自动直井钻井系统：AGIP公 SDD自动直井钻井系统：AGIP公 司与Baker 司与Baker Hughes Inteq公司合作在VDS系统的基础上开发研制。 Inteq公司合作在VDS系统的基础上开发研制。 6、SRD全旋转导向自动钻井系统：1994年英国Camco公司在英格兰 SRD全旋转导向自动钻井系统：1994年英国Camco公司在英格兰 Montrose地区进行了现场井下试验，获得了极大成功。该系统第一次 Montrose地区进行了现场井下试验，获得了极大成功。该系统第一次 被世界石油界认可，是其1997年在世界上第一口水平位移超过10000m 被世界石油界认可，是其1997年在世界上第一口水平位移超过10000m 的Wytch Farm油田M-11井的成功应用。1999年5月，Camco公司与 Farm油田M 11井的成功应用。1999年 月，Camco公司与 Schlumberger公司的Anadrill公司合并，其SRD系统注册为 Schlumberger公司的Anadrill公司合并，其SRD系统注册为 PowerDrive。截至1999年底，该系统已下井138次，累计工作时间 PowerDrive。截至1999年底，该系统已下井138次，累计工作时间 11610h，总进尺47780m。目前，世界上3口位移超过10000m的大位移 11610h，总进尺47780m。目前，世界上3口位移超过10000m的大位移 井中，有2 井中，有2口应用了该系统。
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目前，旋转导向钻井系统形成了两大发展方向：一个是 以Baker Hughes Inteq公司的Auto Trak RClS系统为代表的不 Inteq公司的Auto RClS系统为代表的不 旋转外筒式闭环自动导向钻井系统， 旋转外筒式闭环自动导向钻井系统，它以其精确的轨迹控制精 度和完善的地质导向技术为特点，非常适用于开发难度高的特 殊油藏的导向钻井作业；HulliboIton公司的Geo—Pi1ot系统也 殊油藏的导向钻井作业；HulliboIton公司的Geo—Pi1ot系统也 属于这一类导向钻井系统；另外一个是以Schlumberger 属于这一类导向钻井系统；另外一个是以Schlumberger Anadri11公司的Power Anadri11公司的Power Driver SRD系统为代表的全旋转自动 SRD系统为代表的全旋转自动 导向钻井系统，它以其同样精确的轨迹控制精度和特有的位移 导向钻井系统，它以其同样精确的轨迹控制精度和特有的位移 延伸钻井能力为特点，非常适用于超深、边缘油藏的开发方案 中的深井、大位移井的导向钻井作业。下面对Auto 中的深井、大位移井的导向钻井作业。下面对Auto Trak RClS 系统、Power 系统、Power Driver SRD系统和Geo-Pilot系统做简要介绍。 SRD系统和Geo-Pilot系统做简要介绍。
2、工作原理:AutoTrak RClS 工作原理: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可相 对转动的结构。 对转动的结构。旋转心轴上接 钻柱，下接钻头， 钻柱，下接钻头，起传递钻压 扭矩和输送钻井液的作用。 、扭矩和输送钻井液的作用。 不旋转外套上设置有井下CPU 不旋转外套上设置有井下CPU 控制部分和支撑翼肋（ 、控制部分和支撑翼肋（右图 ）。
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旋转导向钻井技术概述
旋转导向钻井系统的特点是： ·在钻柱旋转的情况下，具有导向能力； ·如果需要，可以与井下马达一起使用； ·配有全系列标准的地层参数及钻井参数检测仪器； ·配有地面—井下双向通讯系统，可根据井下传来的数据，在不 配有地面— 起钻的情况下从地面发出指令改变井眼轨迹； ·工具设计制造模块化、集成化； ·可以在150º以上的高温井中使用； 可以在150º以上的高温井中使用； ·定向钻井时不需要特殊的钻井参数，就可以保证最优的钻井过 程； ·导向自动控制，以保证准确光滑的井眼轨迹。
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㈠、AutoTrak旋转闭环钻井系统 AutoTrak旋转闭环钻井系统
1、系统组成:AutoTrak是旋转 系统组成: 导向钻井系统的代表产品，它 是基于推靠钻头的偏置原理来 导向的，其可变径稳定器的伸 缩块装在不旋转套筒上， AutoTrak旋转闭环钻井系统由 地面与井下的双向通讯系统( 地面监控计算机、解码系统及 钻井液脉冲信号发生装置)、 导向系统(AutoTrak工具)和 LWD(随钻测井)组成（图l）。
旋转导向钻井 技术介绍
姚振华 2007年 2007年6月
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内容
概述 国际上已经投入使用的旋转导向钻井系统 在渤海油田使用的旋转导向钻井系统介绍 旋转导向方式的分类 旋转导向技术的应用
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旋转导向钻井技术概述
迄今为止，定向钻井技术经历了三个里程碑：利用造斜器(斜向器) 迄今为止，定向钻井技术经历了三个里程碑：利用造斜器(斜向器)定向钻 井；利用井下马达配合弯接头定向钻井；利用导向马达(弯壳体井下马达) 井；利用井下马达配合弯接头定向钻井；利用导向马达(弯壳体井下马达)定向 钻井。这三种定向钻井工具的广泛使用，促进了定向钻井技术的快速发展， 使得今天人们能够应用斜井、丛式井、水平井、水平分支井技术开发油田。 随着石油工业的发展，为了获得更好的经济效益，需要钻深井、超深井、 大位移井和长距离水平井，而且常常要在更复杂的地层如高陡构造带钻井。 这些都对定向钻井工具提出了更高的要求。 为了克服滑动导向技术的不足，从20世纪80年代后期，国际上开始研究 为了克服滑动导向技术的不足，从20世纪80年代后期，国际上开始研究 旋转导向钻井技术，到20世纪90年代初期多家公司形成了商业化技术。旋转 旋转导向钻井技术，到20世纪90年代初期多家公司形成了商业化技术。旋转 导向钻井系统实质上是一个井下闭环变径稳定器与测量传输仪器 （MWD/LWD）联合组成的工具系统。它完全抛开了滑动导向方式，而以旋 MWD/LWD）联合组成的工具系统。它完全抛开了滑动导向方式，而以旋 转导向钻进方式，自动、灵活地调整井斜和方位，大大提高了钻井速度和钻 井安全性，轨迹控制精度也非常高，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、水平分支井等特殊工艺井导向钻井的需 要。
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㈠、AutoTrak旋转闭环钻井系统 AutoTrak旋转闭环钻井系统
井下偏置导ETTER
㈠、AutoTrak旋转闭环钻井系统 AutoTrak旋转闭环钻井系统
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㈠、AutoTrak旋转闭环钻井系统 AutoTrak旋转闭环钻井系统
图2
AutoTrak RCLS结构示意图
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导向工具的执行机构有一不旋转导向套，中轴 从导向套中间穿过与钻头连接，带动钻头随钻 柱一起旋转，导向套与中轴通过轴承连接。当 周向均布的三个支撑冀肋分别以不同液压力支 撑于井壁时，将使不旋转外套不随钻柱旋转， 同时，井壁的反作用力将对井下偏置导向工具 产生一个偏置合力。通过控制三个支撑翼肋的 支出液压力的大小，可控制偏置力的大小和方 向，以控制导向钻井。液压力的大小由井下CPU 控制井下控制系统来调整。井下CPU在下井前， 预置了井眼轨迹数据。井下工作时，可将MWD测 量的井眼轨迹信息或LWD测量的地层信息与设计 数据进行对比，自动控制液压力，也可根据接 收到的地面指令调整设计参数，控制液压力， 以实现导向钻进。导向套内还有各种传感器， 可测量井斜角、方位角及工具的工作状态。(右 图是:井下偏置导向工具的导向原理示意图 )
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国际上已经投入使用的旋转导向 钻井系统( 钻井系统(续)
2000年，Schlumberger的 2000年，Schlumberger的PowerDrive SRD系 SRD系 统引入中国境内应用，在设计井深8800m、水平位移 统引入中国境内应用，在设计井深8800m、水平位移 超过7500m的南海西江油田XJ24— 超过7500m的南海西江油田XJ24—3—A18井6871— A18井6871— 8610m井段中成功应用，大大提高了井身质量，避免 8610m井段中成功应用，大大提高了井身质量，避免 了6871m以上井段用滑动钻井方式多次出现的断马达 6871m以上井段用滑动钻井方式多次出现的断马达 等井下复杂事故，大大提高了钻井效率和效益。尽管 该工具的日租金高达数万美元，仍直接节约了500万 该工具的日租金高达数万美元，仍直接节约了500万 美元的钻井作业费用；而油田开发和后续完井、采油 作业带来的间接经济效益更远远超过了直接经济效益。
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国际上已经投入使用的旋转 导向钻井系统
美国Schlumberger Anadrill公司的R 美国Schlumberger Anadrill公司的R．L．Monti在1987年世界石油 Monti在1987年世界石油 大会上宣读的“Optimized Drilling大会上宣读的“Optimized Drilling-Closing the loop”论文中，对自动化 loop”论文中，对自动化 闭环优化钻井技术第一次做了系统的阐述。目前，世界上已有几家大石 油公司形成了商业化应用技术： 1、VDS自动垂直钻井系统：90年代初德国KTB项目组与East Man VDS自动垂直钻井系统：90年代初德国KTB项目组与East Teleo公司联合开发研制。 Teleo公司联合开发研制。 2、SDD自动直井钻井系统：AGIP公司与Baker Hughes Inteq公司合作 SDD自动直井钻井系统：AGIP公司与Baker Inteq公司合作 在VDS系统的基础上开发研制。 VDS系统的基础上开发研制。 3、ADD自动定向钻井系统：1991年美国能源部资助研制，目前已达到 ADD自动定向钻井系统：1991年美国能源部资助研制，目前已达到 商业应用阶段。 4、AGS和Geo-Pilot旋转导向自动钻井系统：Sperry-sun公司1993年研 AGS和Geo-Pilot旋转导向自动钻井系统：Sperry-sun公司1993年研 制了AGS；1999年又推出新一代的Geo-Pilot旋转导向自动钻井系统， 制了AGS；1999年又推出新一代的Geo-Pilot旋转导向自动钻井系统， 该系统的性能已达到90年代末世界先进的RCLS和SRD系统水平。 该系统的性能已达到90年代末世界先进的RCLS和SRD系统水平。