旋转导向钻井技术(简版)

导向方式：静态指向式 结构：不旋转外筒式 导向机理：偏置钻柱
二、国外主要旋转导向钻井系统
Geo-Pilot是Halliburton Sperry-sun公司开发的 目前现场应用最成熟的静态指向钻头式旋转导向钻 井系统。 该系统主要包括驱动心轴、不旋转套筒、偏心环
偏置机构、悬挂轴承、聚焦轴承等；另外还包括测 控部分、偏心环偏置机构驱动装置、不旋转套筒防
该系统在9小时内钻进477m，平均机械钻速53m/h， 最大狗腿度4°/30m。 工具没有遭受磨损和冲蚀的迹象，外部元件、导向块 和密封都处于良好状态。
• 2002年3月大尺寸Power Drive Xtra旋导系统投入
商业应用。
二、国外主要旋转导向钻井系统
国内应用：
Power Drive Xtra 首先应用于我国南海的海上深井
1999年推出第一代推靠式旋转导向系统 PD Xtra系统； 2004年推出第二代推靠式旋转导向系统 PD X5和垂直钻井系统 PowerV； 2006年推出指向式旋转导向系统 PD Exceed ； 2009年推出了泥浆马达一体化的旋转导向动力单元PD Vortex； 2010年将PD X5 升级为PD X6，提高系统的稳定性和可靠性； 2010年推出了用于高造斜率的复合式旋转导向系统 PD Archer 。
由此看出斯伦贝谢公司 的旋转导向系统是有先推 靠式再指向式然后复合式。
二、国外主要旋转导向钻井系统
由工具的适应性来看，推靠式工具覆盖了所有的常规井眼， 指向式和复合式工具分别只有两种尺寸型号。
二、国外主要旋转导向钻井系统
井大 使港 用油 旋田 转 31 1 导 2 口 向 3 定 情向 况井 统水 计平 。
BAKER HUGHES INTEQ公司的AUTO TRAK RCLS系统
导向方式：静态推靠式
结构：不旋转外筒式
动力：独立液压系统
二、国外主要旋转导向钻井系统
Auto Trak RCLS（AutoTrak Rotary Closed Loop Drilling System）是目前技术最成熟、应 用最广泛的旋转闭环钻井系统之一。
指向式 23口井 占74.2%
推靠式 7口井 占 22.6%
即用推 靠式又 用指向 式1口井， 占3.2%
从市场统计来看，指向式比推靠式旋转导向工具更能适应
现在市场需求。
垂直钻井工具
Schlumberger 公司的Power V*系统
Power V * 是一个闭环工作的旋转导向系统，该系统 可以自动保持井眼垂直状态而几乎不需要任何地面的干 预措施，与PowerDrive Xtra 类似，主要由偏置单元和 控制单元两部分组成。
该系统是 Baker Hughes INTEQ 公司与 Agip 公司 在早期的垂直钻井系统（ VDS）和直井钻井装置 （SDD）基础上研制的旋转闭环系统。 1996年在4口井中试验获得成功，1997年注册为 Auto Trak，正式推向市场。
二、国外主要旋转导向钻井系统
该系统目前已开发应用成功的系列有三种： •ф168.0mm旋转导向系统(用于ф215.9mm井眼)
旋转机构、旋转动密封及液压补偿系统等。
1998年该系统开始商业应用。
Weatherford 公司的RSS系统
导向方式：静态指向式
结构：不旋转扶正套 导向机理：偏置内轴
二、国外主要旋转导向钻井系统
工作原理
-直井段-驱动主轴位于井眼中心
在直井段，RSS处于空挡位置，驱动主轴与非旋转外筒同心。
二、国外主要旋转导向钻井系统
二、国外主要旋转导向钻井系统
1、Auto Trak系统的组成
二、国外主要旋转导向钻井系统
2、AutoTrak系统的现场应用实例 挪威Jotun油田
Jotun油田位于挪威外海165km，水深127m。 目的层位于古新世的Heimdal砂岩，垂深约2050m。
Baker Hughes Inteq与Esso Norge AS公司达成协议， 在 Joton B 平台使用 Auto Trak 系统钻 Ø311.2mm 井段 和Ø215.9mm水平段。
Schlumberger 公司的PowerDrive Xceed系统
导向方式：动态指向式
工作原理：
工具通过内部伺 服电机对钻头驱动 轴的工具面进行连 续地控制而实现指 向式导向。
二、国外主要旋转导向钻井系统
PowerDrive Xceed全旋转系统的优点是降低卡钻的机率，减少 岩屑重复研磨机会，提高钻头动力传输效率。
二、国外主要旋转导向钻井系统
• 大尺寸Power Drive Xtra旋转导向系统的导
向原理—同步动态偏置。
•一个全旋转偏置机构
•紧靠在钻头的后面，给钻头施加侧向力
•该侧向力经电子控制机构调制，实现定向
控制。
二、国外主要旋转导向钻井系统
• 大尺寸Power Drive Xtra旋转导向系统现场试验情况：
•ф210.0mm旋转导向系统(用于ф311.1mm井眼)
• 2002年推出的一体化的第三代Auto Trak系统。
第三代 Auto Trak 系统，整个钻井和地层评价部 件都进行了重新设计，系统部件减少了 30% ，井下 钻具组合进行了优化设计，取消了旋转密封，提高 了强度，系统的可靠性大大提高。
二、国外主要旋转导向钻井系统
大尺寸系统
随着世界范围内深水勘探开发的迅速发展，提高 上部井段的钻井效率的需求越来越强烈，从而促进 了用于大尺寸井眼（ Ø444.5mm 和 Ø463.6mm）的旋 导工具的开发。 斯伦贝谢公司与BP公司合作，历时9个月，于2002 年初推出了大尺寸Power Drive旋导系统。
二、国外主要旋转导向钻井系统
国内应用：
渤海湾地区已成为世界上使用指向式旋转导向系统频率最 高的地区，以大港油田为例，到目前为止共有 24 口井使用了指 向式旋转导向系统，其中庄海8NM-H3井水平位移4195.5m，垂深 1071m，位垂比3.92创造了渤海湾地区大位移井位垂比新记录。
Schlumberger 公司的PowerDrive Archer系统
12 ¼ in.
0-8 deg/30m 50-250 rpm 5,678 gal/min 47.5 ton 30,000 psi 175 deg C * 350 ton 无限制No limitations 垂直Vertical
钻头压降Bit Pressure Drop
最小造斜角度Minimum KO angle
和大位移井， 2000 年至今，已在中国南海、渤海湾和陆 上成功完成30多口大位移井作业，最大测深超8000m，其 中南海某区块大位移井位垂比4.58居国内之首。
二、国外主要旋转导向钻井系统
国内应用：
塔河油田TK238H井
TK238H 井 设 计 井 深 5111.76m , 实 钻 井 深
5177m , 造斜点 4163m , 水平段 300m , 成功穿 越油层276m，机械钻速15.68m/h。 斜井段及水平段平均狗腿度 3.88°/30m,而 常规水平井平均狗腿度为 10°/30m 以上 , 很好 的控制了井眼的光滑度,实际钻井周期50d,节约 钻井周期27d, 创造塔河油田水平井钻井周期最 短记录。
二、国外主要旋转导向钻井系统
应用情况
Schlumberger 公司的PowerDrive Xtra系统
井眼 支撑翼肋 控制机构 偏置方向
导向方式：动态推靠式
动力：钻井液压差
二、国外主要旋转导向钻井系统
工作原理
Power Drive Xtra系统 是典型的调制式全旋转导向钻
井系统，它安装在钻头的上方，
二、国外主要旋转导向钻井系统
国内应用：
2004 年首次在塔里木油田进行应用，目前已应用 92 口井， 总进尺205216m；最大垂深5500m，最大单趟进尺2834m，最大日 进尺895m。
在Jotun钻井项目15口井的施工中
Ø311.2mm 井 段 都 是 一 趟 钻 钻 成 ， 平 均 机 械 钻 速 是 507m/d，最快机械钻速达 954m/d，而该地区 Ø311.2mm 井
段使用传统的定向钻井系统的平均机械钻速只有 198 m/d；
Ø215.9mm 水平段最快机械钻速是 591m/d，平均机械钻 速是 329m/d，而该地区 Ø215.9mm 水平段使用传统的定向
PowerDrive Xceed工具的特点是：
全旋转部件允许向后和向前旋转穿过几何形状变化井眼，可在 井眼尺寸和形状不符合要求而必须进行划眼时提供旋转导向能力。
采用了指向钻头（ point-the-bit）技术，允许工具在连续旋 转时将钻头倾斜在期望的方向，可在狗腿严重度高达 8° /100ft （30m）下钻成光滑的井段。 这项新技术能在转速高达350r/min时完成从硬地层向软地层的 陡然过渡并保持稳定的工具面（在使用任何泥浆类型条件下）， 还可以采用偏心钻头进行定向钻井。
导向方式：复合式
工作原理：
偏执单元内置， 不与井壁接触， 导向时内推块通 过万向轴使钻头 轴向发生偏移， 造斜率高。
二、国外主要旋转导向钻井系统
在美国Marcellus区块应用10口井，累计节省作业时间10d, 节省经费1百万美元。
二、国外主要旋转导向钻井系统
Schlumberger 公司旋转导向系统发展历程
二、国外主要旋转导向钻井系统
应用情况
在北美陆地钻井明显增多 ，尤其是页岩气开发， 美国15%～17%，加拿大20%,近两年在美国页岩气开发应用 统计： 单趟钻进尺超2100m：55次 单趟钻进尺超3000m：11次
最高单趟钻进尺：3985m（未到工具极限）
实现最大造斜率： 24º/100m
是在控制机构的控制下，通过 支撑翼肋的伸出推靠钻头产生 偏置的原理来导向。
二、国外主要旋转导向钻井系统
小井眼系统
小井眼旋转导向系统 Power Drive Xtra 475， 外径120.7mm，
壳牌英国勘探开发公司和斯伦贝谢公司于2002
年4月在北海试验成功；
试验效果：
利 用 该 系 统 钻 Ø155.6mm 井 眼 ， 4 3 . 5 h 钻 进 724.5m，平均 机械钻速20.4m/h。
工作原理
-导向- 驱动主轴偏向低边
改变方向时，液压活塞使驱动主轴偏离中心线0到6mm， 从而使钻头“指向”相反方向。
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二、国外主要旋转导向钻井系统
偏执机构
阀+活塞：72个，12个/组×6组 压力平衡的密闭清洁系统
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二、国外主要旋转导向钻井系统
技术指标
工具尺寸 Tool Size 475 675 825
这是世界上首次使用旋导技术进行油田开发， 共钻了14口水平生产井和一口注水井

二、国外主要旋转导向钻井系统
可以开发半径 6km 范围内的 3 个油藏，为了能够 在油藏中以需要的方向钻水平段，设计了复杂的 三维井眼轨迹（见图）。
Jotun油田B-11井套管程序和井眼轨迹
二、国外主要旋转导向钻井系统
6 - 6 ¾ in.
0–12 deg/30m 50-250 rpm 1,325 l/min 12.5 ton 30,000 psi 175 deg C 125 ton 无限制No limitations 垂直Vertical
8 3/8 - 9 7/8 in.
0–12 deg/30m 50-250 rpm 2,840 l/min 25 ton 30,000 psi 175 degFra Baidu bibliotekC 175 ton 无限制No limitations 垂直Vertical
钻头尺寸Bit Range
造斜率 Deviation Rate 转速 Rotary Speed 最大排量 Max Flow Rate 最大钻压 Max WOB 额定压力Pressure Rating 最大工作温度 MaxOperating Temp 极限拉伸承受力Max Tensile Load (Survival)
钻井系统的平均机械钻速为281 m/d。
与邻井相比，Jotun钻井项目由于采用了旋转导 向系统比计划减少了约100个钻机日。
二、国外主要旋转导向钻井系统
迄今为止，AutoTrak系统已经钻出世界上25口最长大 位移井中的18口井。
HALLIBURTON SPERRY-SUN公司的GEO-PILOT系统