旋转导向系统和地质导向钻井简介剖析
浅谈威远构造地质导向与旋转导向
浅谈威远构造地质导向与旋转导向四川威远是国家级页岩气资源开发区之一，页岩气水平井钻井是一个系统的施工作业，其中地质导向与旋转导向起着引导与实施对井眼轨迹的精确控制，探讨实钻中地质导向与旋转导向技术特点及多见的页岩卡钻和旋转导向工具无信号的问题，进一步提高钻井质量、效率和地质目标达标率。
标签：威远构造；地质导向；旋转导向1 区块介绍威远地区页岩气三维区块内地面地腹构造格局一致，构造简单，西北高东南低，轴线近东西向，龙马溪组优质页岩段发育在底部，井段为2534.00～2574.00m，厚度40.00m，最优储层位置为龙马溪组最底部，厚度6.00m[1]。
根据威远区块完钻井资料分析，钻进过程中钻遇漏层主要发生于表层和茅口组，超压层主要发生于长兴组、茅口组、栖霞组和龙马溪组部分井段，雷口坡组、嘉陵江组含有石膏层，但厚度较薄，沙溪庙组、凉高山组、自流井组、须家河组、飞仙关组、龙潭组和龙马溪组具有厚层泥岩、页岩，易发生垮塌。
2 地质导向与旋转导向技术概述一口水平井的鉆井实施，包括录井、导向、钻井、定向、钻井液等相关专业紧密结合在一起的系统施工。
在水平井钻井施工过程中地质导向技术起到指导作用，就好比指挥官，其根据多项资料及旋转导向随钻测量的参数，及时跟踪钻头钻进的地层位置情况，不断的修正深度和对井斜度数的控制，指导井眼轨迹顺利着陆后横穿最佳储层的走向，以保证实现开发地质目的；旋转导向熟悉工具工作性能，执行地质导向指令，及时调整井眼轨迹，在较高的应变能力下对井眼轨迹实行精度较高的连续控制。
旋转导向的钻井轨迹比常规井下马达导向钻具组合钻出的井眼更加规则、光滑，性能优越以减少起下钻次数，具有较快较稳的施工水平和边滑动边旋转的特点，对应地质导向的指令有指哪里打哪里的强大优势。
地质导向和旋转导向同时接手着陆井段，旋转导向在地质导向的指令下完成带随钻测量的定向井施工，完成造斜段和水平段作业。
地质导向利用邻井储层特征、厚度对比、地震资料与本井导向前实钻资料综合分析，准确预测入靶垂深，建立初始地质导向模型，考虑定向设备能力、井下安全等因素制定详细的着陆点方案和水平段控制措施，向现场施工方技术交底。
旋转导向钻井系统原理简介 (1)
旋转导向钻井系统 原理简介
该专利描述其目的是：使 钻铤相对井眼轴线有一个 很小的偏离，从而使钻头 具有横向前进。
早期的旋转导向钻井思想
这是1959年申请专利的旋 转导向系统。
导向 钻井
液压驱动一个靠近钻头的导 引鞋，同样控制井眼轨迹。 导引鞋处在非旋转筒内，液 压控制其伸出或缩回，而无 需起下钻。
可连续定向造斜。
早期的旋转导向钻井思想
• 结构：
– 下部偏置部分：在旋转过程中始终给钻头一个侧向力； – 中部控制部分：始终控制侧向力的方向； – 上部MWD部分：测量信息及传输；
• 关键是控制总成内的不转动的部分，具有一个称作“惯性平台” 的部分，实际上是由井下计算机控制的“电子液压伺服系统”， 可以保证控制轴不受整个钻柱转动的影响。控制轴可以给定偏 置部分一个轨迹控制所需要的导向方位角。
• 基本数据：
– – – – – – – – 长度：4.9米； 排量：500～1000gpm 转速：40～220rpm 压降：〈100psi 最小钻头压降：500psi 最高温度：120°C 泥浆密度：7.5～20ppg 数据传输：通过MWD
二. 大位移井的轨迹控制技术
• PowerDrive 的优越性
PowerDrive
• 完全的旋转导向系统： – 整个钻柱，从上到下，全部都在旋转，没 有静止的部分； – 但在下部控制总成内部，有不旋转的部分；
旋转导向+地质导向+水平井工具仪器介绍
导向(几何）井下仪器工具
3、导向测量仪器 3.1.2有线随钻测量仪器-SST
SST系列及规范
探管型号
哈里伯顿FEWD
贝克休斯MPR
吉奥林
可长时间连续工作
可长时间连续工作
150-180小时
明显优势，Windows NT与泥浆 录井、欠平衡钻井集成作业， 现场信息和控制/实时网络或 卫星传输
Windows NT，现场信息和 控制/可实时网络或卫星 传输
DOS、WINDOWS操作环境
4个发射极，2个接收极 4种探 多个发射极、2个接收极， 单个发射极、单个接收极，
3、导向测量仪器
MS3 技术规范
3.1.3有线随钻测量仪器-MS3
井斜角
井斜方位角
磁边工具面 角
高边工具面 角 外径 工作温度范围 抗压筒抗压 抗压筒外径
测量范围 系统精度 测量范围 系统精度 测量范围 系统精度 测量范围 系统精度
0～180° ±0.3° 0～360° ±2.0° 0～360° ±2.0° 0～360° ±2.0° 35 mm -25～+125℃ 20000Psi 35mm
发展了无线、有线 随钻测斜系统，开 始引进带地质参数 的MWD系统
有线随钻测量仪 器仍在使用，无 线测量仪器开始 普及，引进部分 地质参数测量仪 器
测量仪器发展历程
3、地质导向仪器发展过程
上个世纪30年代,国外就开，由ARPS公司和LANE WELLS公司联合研制出了自然伽玛 和电阻率随钻测井仪器。由于遥测技术没有发展成熟，井下工具性能受到 限制，钻井工艺落后，该技术没有获得广泛推广，仅在有限的几口井中投 入使用。但为以后随钻地质测量仪器的发展奠定了基础。
旋转导向系统和地质导向钻井简介
随
地质参数
钻
测
量
井
底
信
息
钻井工程参数
自然伽玛 电阻率
声波 倾角
LWD/FEWD
密度
孔隙度
轨迹空间位置
井斜 方位 工具面
MWD
钻井参数
钻压 扭矩 压力
PWT
可视化三 维地质体
模型
导向
数据 处理
随钻测 量系统
地质导向 软件系统
曲线对比和 模型修正
7.2 地质导向钻井简介
三、地质导向钻井的概念
地质导向钻井就是在钻井过程中通过随钻测量多种地质和工 程参数对所钻地层的地质参数进行实时评价和对比，根据 评价对比结果而调整控制井眼轨迹，使之命中最佳地质目 标并在其中有效延伸。
旋转导向、地质导向钻井简介
• 7.1 旋转导向系统简介 • 7.2 地质导向钻井简介
7.1 旋转导向系统简介
一、导向钻井代初期发展起来的 一项钻井新技术，代表了钻井技术发展的最高水平。
LWD
斜 向 器
井 下 马
MWD
弯 外 壳 马
旋 革命性 转 进步
导
达 WLMWD 达 向
30' 40' 50' 60' 70' 80' 90' 2000' 年代
滑动导向
7.1 旋转导向系统简介
二、旋转导向钻井的主要优点
• 提高了机械钻速； • 增强了井眼清洁效果； • 增强了井眼轨迹控制精度和
灵活性； • 减少了起下钻次数； • 井眼规则、光滑； • 克服极限位移限制。
7.1 旋转导向系统简介
7.1 旋转导向系统简介
三、旋转导向系统的进展
旋转导向钻井技术简介
WE MUST DO BETTER
㈡ PowerDrive旋转导向钻井系统
2、井下定向控制单元
PowerDrive工具属调制式全旋转导向工具，该类工具的控制器、测量 传感器都密封在稳定平台内。三轴力反馈加速度计和磁通门传感器可 提供钻头倾斜角和方位角以及输入轴倾角位置信息；与控制器经信号 连接器接收的地面下行的井眼轨迹调控指令要求方向进行比较，推导 出涡轮发电机负载电流大小和通电时间。通过调节电流改变涡轮发电 机绕组回路阻抗，以使携带高强度永磁铁的涡轮叶片与稳定平台内的 扭矩线圈锅台产生不同的电磁转矩和加速度，进而使旋转换向阀保持 一个相对于井壁的固定转角，即工具面角，实现控制轴在受控状态下 的运动状态改变。 控制单元的运动由地面软件指令进行控制。在带井下实时通讯工具时， 该类工具可以通过编程实现对井斜角和方位角的内部自动控制，同时 会大大降低信号上传的要求。
WE MUST DO BETTER
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 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； · 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。
WE DO BETTER
㈠、AutoTrak旋转闭环钻井系统
1、系统组成:AutoTrak是旋转 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）。
探讨石油定向井钻井中的旋转导向技术
探讨石油定向井钻井中的旋转导向技术1. 引言1.1 石油定向井钻井的背景石油定向井钻井是指通过控制钻头在垂直方向以外的倾角和方向，使钻井井筒沿着特定轨迹或方向进行钻探的一种钻井技术。
与传统的直井钻井相比，定向井钻井可以更有效地开采油气资源，提高采收率，减少钻井成本，同时降低对地表环境的影响。
石油定向井钻井的背景可以追溯到20世纪初，当时人们对地下油气资源的开发需求不断增长，但直井钻探已经无法满足深层目标的要求。
石油行业开始探索各种定向井钻井技术，旨在提高钻探效率和成本效益。
随着技术的不断进步和发展，石油定向井钻井已经成为现代油田开发的重要手段之一。
通过精密的控制和引导，可以在地下准确地打击目标油气层，提高开采效率，降低生产成本。
石油定向井钻井已经成为石油行业中不可或缺的技术手段之一。
1.2 旋转导向技术的重要性旋转导向技术在石油定向井钻井中扮演着至关重要的角色。
这一技术通过控制钻头方向的旋转来实现井眼轨迹的控制，使钻井工程师能够准确地钻出设计好的井眼轨迹。
在石油勘探开发过程中，石油公司通常都需要在地下进行复杂的水平或斜向钻井，以获取储层中的石油或天然气。
而旋转导向技术的应用可以帮助石油公司实现更高效、更精准的钻井，提高勘探开发的成功率。
旋转导向技术的重要性主要体现在以下几个方面：通过旋转导向技术，钻井工程师可以实现更精确的井眼轨迹控制，避免了误差累积导致的偏离设计轨迹的情况，确保了钻井的质量和效率。
旋转导向技术能够有效地减少钻井作业中的钻头卡钻、碰撞、结蜕等问题，提高了钻井作业的安全性和稳定性。
旋转导向技术可以实现快速、准确地调整井眼轨迹，满足不同井眼设计要求，为石油公司提供了更多的钻井选择和灵活度。
旋转导向技术在石油定向井钻井中的重要性不言而喻，具有不可替代的作用。
2. 正文2.1 旋转导向技术的原理旋转导向技术的原理是通过在钻井过程中控制钻头的旋转方向和速度，从而实现在水平和斜井中钻向目标油层的技术。
旋转导向钻井技术(简版)
扩大应用范围
03
旋转导向钻井技术的应用范围不断扩大，不仅适用于直井和斜
井，还可应用于水平井、分支井和多分支井的钻井作业。
旋转导向钻井技术的发展前景
技术创新
随着科技的不断进步，旋转导向钻井技术将不断创新和完善，提高 钻井效率和精度。
智能化发展
未来旋转导向钻井技术将与智能化技术相结合，实现钻井过程的自 动化和智能化，进一步提高钻井效率和安全性。
操作难度大
旋转导向钻井技术的操作 难度较大，需要专业技术 人员进行操作和维护。
维护保养成本高
旋转导向钻井技术的维护 保养成本较高，需要定期 进行检测和维修。
03
技术应用
旋转导向钻井技术在石油工业中的应用
水平井和复杂结构井的钻井
旋转导向钻井技术能够实现水平井和复杂结构井的高效钻井，提 高油藏的采收率。
案例概述
某研究机构致力于旋转导向钻井技术的研发，经过多年的 研究与实践，成功开发出具有自主知识产权的旋转导向钻 井系统。
技术研发
该研究机构在旋转导向钻井技术方面取得了多项突破，包 括高精度导航控制、钻头稳定器设计、信号传输技术等关 键技术。
成果与效益
该研究机构的旋转导向钻井技术成果得到了广泛应用，为 国内外石油公司提供了技术支持与解决方案，推动了该技 术的发展与进步。
地热能开发
在地热能开发领域，旋转导向钻 井技术有助于实现地热井的高效、 精确钻进。
地下水开采
在地下水开采领域，旋转导向钻 井技术能够优化井位布局，提高 开采效率。
旋转导向钻井技术的未来发展技术将不断 进行技术创新和改进，提高钻井精度和效率。
智能化与自动化
分析认为旋转导向钻井技术在该地区油气田开发中取得了良好的应用效 果，建议进一步推广该技术，提高油气勘探开发水平。
地质导向钻井技术概况
六、国外地质导向钻井技术现状及在油田应用效果
目前国外仅有Schlumberger和Baker Hughes公司拥有此项技术。 Schlumberger 公司 (Anadrill) 于 1993 年推出了 IDEAL 系统之后， 又推出了Power Drive系统： PowerDrive Xtra (475, 675, 900) PowerDrive Xceed PowerDrive vorteX PowerDrive X5 (475, 675, 825, 900, 1100) Baker Hughes拥有RCLS(闭环旋转自动导向)系统： AuotTrak RCLS AutoTrak G3 RCLS 和Navigator系统。但目前只进行高价技术服务而不出售商 品工具，已收到巨大经济回报。
18
六、国外地质导向钻井技术现状及在油田应用效果
国际第三大石油技术服务公司 Halliburton 目前也不掌握 此项尖端技术，但正在积极进行开发。
Halliburton 现有的 Pathfinder 系统只是 LWD( 随钻测井 ) ， 还无近钻头测量短节，当配用螺杆马达时其最下端的传感 器离钻头距离约为17m，最上端的传感器距离钻头约 22m， 尚无法用于地质导向，也不能实现果
IDEAL 系统已在北海获 得了成功应用，钻成几 口复杂的水平井。
在墨西哥湾的某一油田， 先前所钻 8 口井的总产 量仅为923桶/天；后来， Anadrill公司应用地质 导向技术在该油田钻成 一口高质量的水平井， 日产原油达1793桶，使 这一枯竭的油田得以重 新复活。
3
三、地质导向与其他几种技术概念间的区别与联系
1. 地质导向(Geosteering) 地质导向的任务是对准确钻入油气目的层负责，为此，它具有 测量、传输和导向三大功能，具体为： (1) 近钻头测量参数(电阻率、自然伽玛)和工程参数(井斜角) 测量； (2) 用随钻测量仪器(MWD)或随钻测井仪器(LWD)作为信息传输 通道，把所测的井下信息(部分)传至地面处理系统，作为导 向决策的依据； (3) 用井下导向马达(或转盘钻具组合)作为导向执行工具，用 无线短传技术把近钻头测量信息越过导向马达传至MWD(LWD) 并进一步上传； (4) 地面信息处理与导向决策软件系统,将井下测量信息进行 处理、解释、判断、决策，指挥导向工具准确钻入油气目的 层。
探讨石油定向井钻井中的旋转导向技术
探讨石油定向井钻井中的旋转导向技术
石油定向井钻井是一项关键的技术，它可以在地下岩层中定位和探测石油储层，并为石油开采提供准确的方向和轨迹。
在石油定向井钻井过程中，旋转导向技术起着重要的作用。
本文将探讨旋转导向技术在石油定向井钻井中的应用。
旋转导向技术是一种通过旋转钻杆来改变钻头方向和轨迹的方法，它能够增加井眼的弯曲程度，从而使钻头进一步定向。
旋转导向技术主要包括旋转底部驱动(MWD)和测量底部驱动(LWD)两种主要类型。
旋转底部驱动技术是一种通过安装在钻头下部的传感器来测量钻杆的旋转角度和方向的方法。
这些传感器能够测量井壁的压力、流量、温度等参数，并传输到地面设备上进行实时监测和分析。
通过这种方式，钻井工程师可以根据井壁的物理情况和岩层的性质来调整钻头的方向和轨迹，从而实现更精确的定向钻井。
除了测量底部驱动技术和测量底部驱动技术，还有其他一些辅助技术可以辅助旋转导向技术的实施。
方位传感器可以帮助钻井工程师确定钻杆的方位角度，从而提供更准确的定位数据。
流量控制阀可控制钻杆内部的流体流量，从而实现更好的动力和控制效果。
还有一些其他的传感器和控制装置，例如测量底部驱动系统和数据采集系统等，也可以用于优化旋转导向技术的实施。
旋转导向技术在石油定向井钻井中具有重要的作用。
通过测量底部驱动和测量底部驱动技术，钻井工程师可以实时监控钻头的运动和地层特性，从而调整钻头的方向和轨迹，实现更精确的定向钻井。
其他辅助技术也可以增强旋转导向技术的效果。
通过不断的研究和改进，旋转导向技术将继续为石油定向井钻井提供更高效、安全和可靠的解决方案。
地质导向钻井技术.
(四)
地质导向钻井系统的结构特征
下面以 Anadrill 公司于1993 年推出的 IDEAL 系统 (Intergrated Drilling Evaluation and Logging，综合钻井评价和测井系统)为例，来介绍地质 导向钻井系统的结构特征。
一 般 来 说 ， 地质 导 向 钻井系统包括：
IDEAL 地面综合处理信息系统
卫星通讯
井 场 信 息 系 统 是 IDEAL 系统的中枢，通过结合 所有的地面数据和井下 数据来监测钻井过程。 原始数据由解释程序转 换成井场决策人员所需 信息，并在高分辨率彩 色监控器上以彩图的方 式直观显示，使用方便。
司钻台
地面控制室 用户
(四)
地质导向钻井系统的结构特征
(六) 国外地质导向钻井技术现状及在油田应用效果
IDEAL 系统已在北海获 得了成功应用，钻成几 口复杂的水平井。
在墨西哥湾的某一油田， 先前所钻 8 口井的总产 量仅为923桶/天；后来， Anadrill公司应用地质 导向技术在该油田钻成 一口高质量的水平井， 日产原油达1793桶，使 这一枯竭的油田得以重 新复活。
(1) 具有近钻头参数的地质导向系统在每次油藏丢失之后，可 减少100ft的非生产进尺，这对于经济钻井十分关键；
(2) 由于有了地质导向钻井技术，现在考虑从英寸的精度而不 是英尺的精度来控制垂深已成为可能。这对于存在水、气运 移问题及较少渗透障碍的油藏来说，可带来巨大的经济效益。
(七) 我国十分需要此项技术
2. 几何导向
几何导向的任务就是对钻井井眼设计轨道负责，使实钻轨 道尽量靠近设计轨道，以保证准确钻入设计靶区 (由于地质 不确定度带来的误差，原设计靶区可能并非是储层) 在地质导向技术问世之前，常规的井眼轨道控制技术均应 属于几何导向范畴
地质导向钻井技术
Halliburton 现有的 Pathfinder 系统只是 LWD( 随钻测井 ) ， 还无近钻头测量短节，当配用螺杆马达时其最下端的传感器 离钻头距离约为 17m ，最上端的传感器距离钻头约 22m ，尚无 法用于地质导向，也不能实现精确的几何导向。
(三) 地质导向与其他几种技术概念间的区别与 联系
4. 随钻测量(MWD)
随钻测量 (Measurement While Drilling) 是在钻井过程 中进行井下信息的实时测量和上传的技术的简称(MWD)
通常意义的 MWD 仪器系统，主要限于对工程参数 ( 井斜，方 位，工具面)的测量 由井下部分 ( 脉冲发生器，驱动电路 , 定向测量探管，井下 控制器，电源等 ) 和地面部分 ( 地面传感器，地面信息处理 和控制系统)组成，以钻井液作为信息传输介质。脉冲发生 器有正脉冲、负脉冲和连续脉冲三种，井下电源可分为电 池和井下涡轮发电机两类 它只是一种测量仪器，而无直接导向钻进的功能
IDEAL 地面综合处理信息系统
卫星通讯
井 场 信 息 系 统 是 IDEAL 系统的中枢，通过结合 所有的地面数据和井下 数据来监测钻井过程。 原始数据由解释程序转 换成井场决策人员所需 信息，并在高分辨率彩 色监控器上以彩图的方 式直观显示，使用方便。
司钻台
地面控制室 用户
(四)
地质导向钻井系统的结构特征
(三) 地质导向与其他几种技术概念间的区别与 联系
1. 地质导向(Geosteering)
地质导向的任务是对准确钻入油气目的层负责，为此，它具有 测量、传输和导向三大功能，具体为：
(1) 近钻头测量参数(电阻率、自然伽玛)和工程参数(井斜角)测 量； (2) 用随钻测量仪器(MWD)或随钻测井仪器(LWD)作为信息传输通 道，把所测的井下信息(部分)传至地面处理系统，作为导向决 策的依据；
旋转导向系统和地质导向钻井简介
转 导
进步
达 WLMWD 达 向
30' 40' 50' 60' 70' 80' 90' 2000' 年代
滑动导向
整理课件
7.1 旋转导向系统简介
二、旋转导向钻井的主要优点
• 提高了机械钻速； • 增强了井眼清洁效果； • 增强了井眼轨迹控制精度和
灵活性； • 减少了起下钻次数； • 井眼规则、光滑； • 克服极限位移限制。
可视化三 维地质体
ห้องสมุดไป่ตู้模型
导向
数据 处理
随钻测 量系统
地质导向 软件系统
整理课件
曲线对比和 模型修正
7.2 地质导向钻井简介
三、地质导向钻井的概念
地质导向钻井就是在钻井过程中通过随钻测量多种地质和工 程参数对所钻地层的地质参数进行实时评价和对比，根据 评价对比结果而调整控制井眼轨迹，使之命中最佳地质目 标并在其中有效延伸。
三、旋转导向系统的进展
贝克休斯Inteq的AutoTrak系统最新进展
2002年推出了第三 代AutoTrak系统。
整理课件
7.2 地质导向钻井简介
一、地质导向钻井的仪器系统组成
井下仪器 + 地面系统 + 上位机系统软件
压力传感器
司钻阅读器 地面接口箱
泵冲传感器 计算机
电阻率、伽玛接口箱
打印机
井下仪器串
第7讲 旋转导向、地质导向钻井简介
• 7.1 旋转导向系统简介 • 7.2 地质导向钻井简介
整理课件
7.1 旋转导向系统简介
一、导向钻井的发展经过
旋转导向钻井技术是20世纪90年代初期发展起来的 一项钻井新技术，代表了钻井技术发展的最高水平。
动旋转导向钻井工具结构原理及特点
动旋转导向钻井工具结构原理及特点
一、结构原理：
1.器身：器身是工具的主要结构，由一根中空管组成。
中空管通常由高强度合金钢材料制成，具有足够的强度和刚度，以承受旋转和转向的作用力。
2.钻头：钻头位于器身的下端，用于切削岩层。
钻头一般采用合金钢制造，表面覆盖硬质合金，以提高抗磨损性能。
3.钻领：钻领位于钻头的上部，用于连接导向系统和起下钻工具。
钻领一般由海洋合金钢材料制造，具有足够的强度和刚度，以承受导向系统的作用力。
4.导向系统：导向系统是动旋转导向钻井工具的关键部分，通过控制导向力和扭矩，使钻头能够沿着预定方向前进。
导向系统主要由测量装置和调整机构组成，测量装置用于测量钻井工具与井眼的位置关系，调整机构用于调整钻井工具的导向力和扭矩。
5.起下钻工具：起下钻工具用于传递旋转力和推进力，使钻头能够切削岩层。
二、特点：
1.高效性：动旋转导向钻井工具能够实现同钻井作业，既可以完成钻井又可以进行导向，提高了钻井效率。
2.精确性：动旋转导向钻井工具通过测量装置和调整机构实现精确的导向控制，能够准确定位和导向井眼，提高了钻井的准确性。
3.可控性：动旋转导向钻井工具能够通过调整导向力和扭矩，实现对钻头的精确控制，能够适应不同的地质条件和井眼要求。
4.安全性：动旋转导向钻井工具能够实现对井眼的实时监测和控制，减少了钻井事故的发生概率，提高了作业安全性。
5.经济性：动旋转导向钻井工具能够提高钻井效率和准确性，降低钻井成本，提高经济效益。
总体而言，动旋转导向钻井工具结构简单，操作方便，能够提高钻井效率和准确性，降低钻井成本，是目前广泛应用的一种钻井工具。
旋转导向系统介绍
旋转导向系统介绍一、概述随着科学技术的发展，石油钻井的勘探仪器的信息化、自动化有了长远的进步，从20世纪80年代后期，在国际上开始研究旋转导向钻井技术，到90年代初期多家公司形成了商业化技术并最终实现了信息化和自动化钻井，旋转导向钻井技术作为目前发展的前沿钻井技术之一，代表着世界钻井技术发展的最高水平。
旋转导向钻井技术可以自动、灵活地调整井斜和方位，大大提高钻井速度和钻井安全性，精确控制井眼轨迹，完全适合目前开发特殊油藏的超深井、高难定向井、水平井、大位移井、智能井等特殊工艺井导向钻井的需要，极大的降低了石油勘探、钻井的成本。
目前该项技术主要被斯伦贝谢、贝克休斯和哈里伯顿公司所垄断，而国内旋转钻井技术仅处于初级阶段，未实现商业化。
二、系统组成1-固定钻铤 2-悬挂脉冲器 3-电池短节 4-测斜探管 5-无磁钻铤 6-无线接收短节7-无线发射短节 8-转换接头 9-旋转导向工具 10-钻头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。
同时配有地面—井下双向通讯系统，可根据井下传来的数据，在不起钻的情况下从地面发出指令改变井眼轨迹。
旋转自动导向闭环钻井系统包括由井下导向工具、MWD系统、地面监控系统组成，实现了全井闭环控制的双向通讯。
1. 井下导向工具导向工具采用推靠式，外壳不旋转，三个支腿(支撑力不低于2.5t)可独立控制；导向工具采用涡轮发电机供电(功率400-500W)，发电机的交流电进行整流后，一部分为导向工具主控电路供电，另一部分再逆变为交流电通过无线方式传输到外壳中的执行电路；导向工具需要计算自身井斜及高边，以便控制支腿，停泵再开泵后，各支腿恢复到停泵前的状态；导向工具通过无线发射短节及无线接收短节向MWD系统索取仪器的方位信息后，根据地面指令调整三个支腿的收缩状态以实现导向功能。
2. MWD系统MWD系统通过脉冲器将测斜数据上传的同时，需要根据井下导向工具要求将导向信息同时上传到地面，并为井下导向工具提供仪器的方位参数以便于导向工具调整支腿状态。
旋转导向+地质导向+水平井工具仪器介绍
±2.0°
±2.0°
0～360°
工具面角 外径 耐温 抗压筒抗压 抗压筒外径
系统精度
±2.0°
35mm 125℃ 15000 Psi 44.5mm
±2.0°
25mm 182℃ 15000 Psi 34.5mm
25mm 182℃ 15000 Psi 34.5mm
导向(几何）井下仪器工具
3、导向测量仪器 3.1.3有线随钻测量仪器-MS3
导向(几何）井下仪器工具
2、导向常用井下钻具组合
MWD导向钻具常用组合
SST 导向钻具常用组合
导向(几何）井下仪器工具
3、导向测量仪器
3.1 有线随钻测量仪
有线随钻测量仪采用单芯铠装电缆传输数据，整个系统 主要由 5 部分组成： 地面数据处理系统 井下仪器总成
地面数据显示系统
电缆操作设备 辅助作业工具。
发展成熟 带地质参 数的无线 随钻测斜 仪
无线随钻地质参 数仪器越来越全 面，随钻井底成 像技术日趋成 熟，地质仪器与 井下工具融为一 体
测量仪器发展历程
2)、国内测量仪器的发展
年代
内容
60-70 年代
年
80 代
90 代
年
旋转导向钻井技术介绍
旋转导向钻井技术介绍引言近十几年来，水平井、大位移井、多分支井等复杂结构井和“海油陆采”的迅速发展。
为了节约开发成本和提高石油产量，对那些受地理位置限制或开发后期的油田，通常通过开发深井、超深井、大位移井和长距离水平井来实现，进而造成复杂结构的井不断增多。
目前通行的滑动钻井技术已经不能满足现代钻井的需要。
于是，自20世纪80年代后期，国际上开始加强对旋转导向钻井技术的研究；到90年代初期，旋转导向钻井技术已呈现商业化。
国外钻井实践证明，在水平井、大位移井、大斜度井、三维多目标井中推广应用旋转导向钻井技术，既提高了钻井速度，也减少了钻井事故，从而降低了钻井成本。
旋转导向钻井技术是现代导向钻井技术的发展方向。
旋转导向钻井技术旋转导向钻井法是在用转盘旋转钻柱钻井时随钻实时完成导向功能。
钻进时的摩阻与扭阻小、钻速高、钻头进尺多、钻井时效高、建井周期短、井身轨迹平滑易调控。
此外，其极限井深可达15 km，钻井成本低。
旋转导向钻井技术的核心是旋转自动导向钻井统，如图1所示。
它主要由地面监控系统、地面与井下双向传输通讯系统和井下旋转自动导向钻井系统3部分组成。
1、地面监控系统旋转导向钻井系统的地面监控系统包括信号接收和传输子系统及地面计算存储分析模拟系统，有的还具有智能决策支持系统。
旋转导向钻井系统的主要功能通过闭环信息流监视并随钻调控井身轨迹，其关键技术是从地面发送到井下的下行控制指令系统。
2、地面与井下双向传输通讯系统目前已提出的信号传输方式有4种，即钻井液脉冲、绝缘导线、电磁波和声波。
通过比较分析，笔者发现这4种传输方式各有优缺点和应用局限，如表1所示。
3、井下旋转自动导向钻井系统井下旋转自动导向钻井系统是旋转自动导向系统的核心，它主要由3部分构成，即测量系统、导向机构、CPU和控制系统。
（1）测量系统测量系统主要用于监测井眼轨迹的井斜、方位及地层情况等基本参数，使钻井过程中井下地质参数、钻井参数和井眼参数能够实时测量、传输、分析和控制。
旋转导向钻井技术介绍
2020/9/5
1
主要内容
1. 旋转导向钻井技术概述 2. 井下旋转导向钻井系统分类 3. 典型的旋转导向钻井系统
（1）AutoTrak RCLS系统： Baker Hughes公司 （2）PowerDrive SRD系统：Schlumberger公司 （3） Geo-Pilot系统：Halliburton公司
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。
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PowerDrive 结构及工作参数
• 长度：16 ft [4.9 m] • 排量：500 - 1000 gpm [1900 - 3800 lpm] • 转速：40 - 220 rpm • 工具压降：少于100 psi [6 bar] • 最小钻头所需压降：500 psi [34 bar] • 现最高运行温度：250ºF [120º C] • 泥浆比重：7.5 - 20 ppg [0.9 - 2.4 sg] • LCM ：使用MWD 指示
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Application Areas
Directional / Geosteering wells in 8.1/2” - 12.1/4” hole size Where the operator wants:
– better hole cleaning, less circulation time, less wiper trips – extented run lengths by using PDC bits – better hole quality to ease logging and completion – superior geometrical steering & geosteering to maximise
旋转导向钻井技术及Power-V
旋转导向钻井技术及Power-V第一篇：旋转导向钻井技术及Power-V旋转导向钻井技术及Power-V导向系统介绍摘要：旋转导向钻井技术主要指井眼轨迹自动控制的闭环自动钻井技术，是20世纪90年代初期发展起来的一项钻井新技术，代表着当今国际钻井技术的最新发展方向，对超深井、超薄油层水平井、大位移井、分支水平井等轨迹控制具有独特效果。
本文分析了旋转导向钻井系统的技术特点，介绍了国内外旋转导向钻井系统的发展、应用情况。
并详细介绍了斯伦贝谢公司旋转导向系统Power-V的组成和工作原理。
1.概述所谓旋转导向钻井，是指钻柱在旋转钻进过程中实现过去只有传统泥浆马达才能实现的准确增斜、稳斜、降斜或者纠方位功能。
旋转导向钻井技术的核心是旋转导向钻井系统，如图1所示。
它主要由井下旋转自动导向钻井系统、地面监控系统和将上述2部分联系在一起的双向通讯技术3部分组成。
旋转导向钻井系统的核心是井下旋转导向工具，旋转导向钻井系统主要由以下几部分组成：①测量系统:包括近钻头井斜测量、地层评价测量，MWD/LWD 随钻测量仪器等，用于监测井眼轨迹的井斜、方位及地层情况等基本参数。
②控制系统:接收测量系统的信息或对地面的控制指令进行处理，并根据预置的控制软件和程序，控制偏置导向机构的动作。
图1 旋转自动导向钻井系统功能框图2.旋转导向钻井技术的特点旋转导向钻井技术与传统的滑动导向方式相比有如下突出特点：①旋转导向代替了传统的滑动钻进：一方面大大提高了钻井速度，另一方面解决了滑动导向方式带来的诸如井身质量差、井眼净化效果差及极限位移限制等缺点，从而大大提高了钻井安全性，解决了大位移井的导向问题；②具有不必起下钻自动调整钻具导向性能的能力，大大提高了钻井效率和井眼轨迹控制的灵活性，可满足高难特殊工艺井的导向钻井需要；③具有井下闭环自动导向的能力，结合地质导向技术使用，使井眼轨迹控制精度大大提高。
旋转导向钻井技术的上述特点，使其可以大大提高油气开发能力和开发效率，降低钻井成本和开发成本，满足了油气勘探开发形势的需要。
旋转导向钻井技术简介.
WE MUST DO BETTER
㈡ PowerDrive旋转导向钻井系统
2、井下定向控制单元
PowerDrive工具属调制式全旋转导向工具，该类工具的控制器、测量 传感器都密封在稳定平台内。三轴力反馈加速度计和磁通门传感器可 提供钻头倾斜角和方位角以及输入轴倾角位置信息；与控制器经信号 连接器接收的地面下行的井眼轨迹调控指令要求方向进行比较，推导 出涡轮发电机负载电流大小和通电时间。通过调节电流改变涡轮发电 机绕组回路阻抗，以使携带高强度永磁铁的涡轮叶片与稳定平台内的 扭矩线圈锅台产生不同的电磁转矩和加速度，进而使旋转换向阀保持 一个相对于井壁的固定转角，即工具面角，实现控制轴在受控状态下 的运动状态改变。 控制单元的运动由地面软件指令进行控制。在带井下实时通讯工具时， 该类工具可以通过编程实现对井斜角和方位角的内部自动控制，同时 会大大降低信号上传的要求。
图2
AutoTrak RCLS结构示意图
WE MUST DO BETTER
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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LWD/FEWD
MWD
工具面
PWT
曲线对比和 模型修正
可视化三 维地质体 模型 导向 随钻测 量系统
数据 处理
地质导向 软件系统
7.2 地质导向钻井简介
旋转导向、地质导向钻井简介
• 7.1 旋转导向系统简介 • 7.2 地质导向钻井简介
7.1 旋转导向系统简介
一、导向钻井的发展经过
旋转导向钻井技术是20世纪90年代初期发展起来的 一项钻井新技术，代表了钻井技术发展的最高水平。 LWD 斜 向 器
井 下 马 达
MWD WLMWD
弯 外 壳 马 达
旋 转 导 向
革命性 进步
30' 40' 50' 60' 70' 80' 90' 2000'
年代
滑动导向
7.1 旋转导向系统简介
二、旋转导向钻井的主要优点
• • 提高了机械钻速； 增强了井眼清洁效果；
•
• • •
增强了井眼轨迹控制精度和
灵活性； 减少了起下钻次数； 井眼规则、光滑； 克服极限位移限制。
7.1 旋转导向系统简介
7.2 地质导向钻井简介
一、地质导向钻井的仪器系统组成Байду номын сангаас井下仪器 + 地面系统 + 上位机系统软件
司钻阅读器 压力传感器 泵冲传感器
地面接口箱
计算机
打印机
电阻率、 伽玛接口箱
电阻率短接 井下仪器串
脉冲发生器 电子控制短节
电源系统短节
MWD电子测量短节 伽玛测量短节
7.2 地质导向钻井简介
二、地质导向钻井的随钻测量参数
7.1 旋转导向系统简介
三、旋转导向系统的进展
斯伦贝谢公司的PowerDrive 系统最新进展
1）小井眼旋导系统 PowerDrive Xtra 475 外径：120.7mm 2）大尺寸旋导系统 所钻最大井眼：463.6mm
7.1 旋转导向系统简介
三、旋转导向系统的进展
贝克休斯Inteq的AutoTrak系统最新进展 2002年推出了第三 代AutoTrak系统。
三、地质导向钻井的概念
地质导向钻井就是在钻井过程中通过随钻测量多种地质和工 程参数对所钻地层的地质参数进行实时评价和对比，根据 评价对比结果而调整控制井眼轨迹，使之命中最佳地质目
标并在其中有效延伸。
三、旋转导向系统的原理
动态推靠式 Power Drive SRD
静态推靠式 Auto Trak RCLS
静态指向式 Geo-pilot
7.1 旋转导向系统简介
三、旋转导向系统的原理
斯伦贝谢公司的PowerDrive系统
7.1 旋转导向系统简介
三、旋转导向系统的原理
哈里伯顿斯派里森公司的Geo-Pilo系统