旋转导向+地质导向+水平井工具仪器介绍
旋转导向钻井智能钻井介绍 Auto Trak,Power Drive, Geo Pilot
目录
旋转导向钻井技术概况
背景：为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。 发展：20世纪90年代初期,多家公司形成了商业化 的旋转导向技术，目前有三种比较成熟导向系统。 组成：旋转导向钻井系统实质上是一个旋转导向 工具与测量传输仪器（MWD/LWD）联合组成的井下 闭环工具系统。 应用：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、大位移井和水平分支井等。
3、动态指向式旋转导向钻井工具
4、基于旋转导向钻进方式的可控弯接头系统 5、指向式旋转导向钻井工具
动态推进式旋转导向钻井工具
• 胜利油田承担国家“863”计划“旋转导向钻井系统关键
技术研究”后,与西安石油大学联合开发 • 原理：斯伦贝谢的PowerDrive基本一样。
• 现状：进行了20 多次的地面试验,2006 年8 月在营122斜
动态指向式旋转导向钻井工具
由海洋石油工程股份有限公司及西南石油大学，结合了哈 里伯顿的Geo–Pilot的指向式结构和斯伦贝谢的Power Drive的随钻的下盘阀结构，提出了动态指向式旋转导向
钻井工具的设计思想,目前还停留在理论阶段。
基于旋转导向钻进方式的可控弯接头系统
由西安石油大学机械工程学院中原油田第三采油厂在CNPC
典型旋转导向钻井工具介绍
• Baker Hughes推出的Auto Trak不旋转外筒式 闭环自动导向钻井系统。
• Schlumberger Anadrill公司的Power Drive
全旋转导向钻井系统。 • Sperry-Sun 产品服务公司推出的Geo-Pilot 旋转导向自动钻井系统。
1.Auto Trak 旋转导向钻井系统
旋转导向钻井技术和工具
94
1995-1996
中国石油天然气总 1996.11公“九五”项目 国家863项目
1998.8- 2000.10 2000.11 通 过 科 技 部820主题办验收 2001.3 通 过 集 团 公司验收 进行中 进行中
国内：
西安石油学院付鑫生课题组自1993年起 研究闭 环旋转钻井系统-XTCS，并研制成样机：
井下闭环变径稳定器 可 控 偏 心 器 流 场 变 向 器
国内外导向工具比较
XTCS Autotrak Powerdr. GeoPilot
导向原理
不旋转套 数量 翼 肋 伸出方式 导向过程 控制动力 造斜能力 下 传
中国石油天然气集团公司钻井工程重点实验室
西安石油大学井下测控重点研究室
旋转导向钻井 技术 & 工具
2005.6.5
测控研究室的研究方向
研究方向：井眼轨迹遥控技术 目 标：
井下闭环旋转导向
智能钻井系统（XTCS）
XI’AN TRAJECTORY CONTROL SYSTEM
一、
XTCS系统
94.西安石油学院
渤海大油田勘探开发关键技术
闭环（可控）三维轨迹
钻井技术研究
注 ：CCTV 称为“三维轨迹闭环钻井技术”
CCTV报道
2002年6月19日科技部与中国海洋总公司和石化
集团公司签订专项合同，宣布项目启动！
依靠科技进步 实现2100万吨！
提高采收率1-5%！
“三维轨迹闭环钻井技术”
旋转导向钻井技术介绍
•1993年，意大利AGIP公司与美国BakerHughes INTEQ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)。
Triple Combo
Non Rotating
•199S7le年ev注e 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
Magnitude
12
（1）AutoTrak RCLS系统
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。
13
Control principle two way communication
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。
旋转导向钻井系统的工 作机理都是靠偏置机构 (Bias Units)偏置钻 头或钻柱而产生导向。
两种偏ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ工作方式对比
5
2、旋转导向钻井系统分类
（3）综合考虑导向方式和偏置方式分类
静态偏置推靠式： Baker Hughes Inteq公司AutoTrak RCLS。 动态偏置推靠式（调制式）： Schlumberger Anadrill公司
PowerDrive SRD。 静态偏置指向式：Halliburton Sperry-sun公司Geo-Pilot系统。
旋转导向钻井技术介绍
High Side
Bearing Housing Sleeve
High Side
Sleeve Orientati on Direction
P2 Bit Side Force
=
P3
P1
Magnitude
Drive Shaft
13
（1）AutoTrak RCLS系统
15
Surface Equipment
Sensor Interface / Decoding Unit (TR700) Other Sensors Transducer Signal By Pass Controller DrillByte Computer
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。
14
Control principle two way communication
工作方式
静态偏置 推靠式 调制式 静态偏置 指向式
代表系统
AutoTrak RCLS PowerDrive SRD Geo-Pilot
旋转导向程度
工具系统 外筒不旋转 全旋转 工具系统 外筒不旋转
造斜能力 （°/30m） 6.5 8.5 5.5
位移延伸 能力 低 高 中
螺旋 井眼 存在 存在 消除
井眼尺寸 （mm） 216～311 152～311 216～311
Non Rotating • 1997 年注册为AutoTrak，正式推向市场 。 Sleeve
SL6000地质导向仪器的应用
SL6000地质导向仪器的应用摘要：本文首先阐述了SL6000地质导向仪器的组成、工作原理和应用领域，并结合现场应用实例介绍了SL6000地质导向仪器的优点，最后分析了SL6000地质导向仪器的应用前景。
SL6000地质导向仪器具有性能稳定、故障率低、使用和维护成本较低等特点，其整体技术性能指标在国内处于领先地位，有广阔的应用前景。
关键词：SL6000地质导向仪器，水平井，应用实例一、SL6000地质导向仪器简介1.1组成SL6000系统主要由地面系统和井下仪器两部分组成。
地面系统包括数据处理系统INSITE和其它进行数据采集、通讯、传输的辅助设备。
井下仪器由MWD系统和施工所需要的测量地质参数的传感器组合而成，地质参数传感器包括随钻电磁波电阻率及自然伽玛测井仪主体、电磁波电阻率接收电路和中控电路短接、电磁波电阻率发射电路和自然伽玛电路短接、电池短接等。
1.2结构井下地质参数传感器部分采用一体化结构，所有测量控制电路和电阻率发射、接收天线，安装在一支5.53m（未接双公）的无磁钻铤内。
仪器包括电磁波电阻率发射和接收天线，仪器电子线路和自然伽玛探头装入连接筒，结构见下图。
图1 SL6000地质导向仪器结构示意图仪器上部为中控/电阻率接收电路短接和电池装入筒，通过环空转换器与探管连接。
仪器下部为电阻率发射电路和自然伽玛电路短接装入筒，由仪器锁紧盘固定。
下部根据需要连接其它钻具。
1.3基本原理仪器有中央控制单元电路、电阻率接收控制电路、电阻率发射电路、自然伽玛测量电路和自然伽玛高压电路等电路组成。
中央控制单元电路、电磁波电阻率接收处理电路安装在仪器上部中控电路支架上。
电阻率发射电路及自然测量控制电路和自然伽玛探头安装在下部自然伽玛电路骨架上。
仪器以中央控制单元电路（以下简称中控）为主控电路，采用等时工作方式等间隔发送数据采集命令和数据发送命令，电阻率和自然伽玛仪器接收到命令后，完成数据采集并发送到中控，由中控完成数据存储，并且在整理后发送到探管由探管控制泥浆脉冲发生器发送地面系统。
旋转导向钻井技术和工具
钻井：促进钻头，泥浆，钻井工艺和测井技术的发展； 材料：高强度柔性钢材； 传感器：耐高温高压电磁传感器，微型抗强振加速度计； 液控元件：微型阀，无刷直流电机和泵； 电子元器件：耐高温存储器芯片，时钟芯片； 微处理器技术：快速高精度CPU和DSP技术； 数据处理及压缩技术；
钻头推向 一 侧
极板推出
控制阀盘
PowerDrive Xtra
4
伸出量
井壁
D1
D2
D3
不旋套转
旋转轴
高边
工具面角
P
P
AutoTrak
1
P1
P2
P3
“Push” & “Point” ？
支点
井 壁 两 侧 受力状态不同
钻头
Push the bit first,Then Point the bit
AutoTrak ——压力矢量调整（7500个可调挡位）； 光滑的井眼轨迹 XTCS —— 偏心矢量调整（无级变角调整）； 光滑的井眼轨迹 Geopilot —— 预置角导向，6挡变角；变造斜率——“导向模式”+“稳斜模式” 折线轨迹； Powerdrive Direct —— 预置力导向，可设置81 个挡位； 无稳斜模式，造成稳斜段扩径
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
水平井地质导向技术简介
MagTrak
37
工程应用软件和电脑技术
38
地质导向服务的组成部分
甲方现场管理人员 的作用不可或缺。
39
人员紧密结合，实时互动式导向模式
Petrophysical Analysis
Drilling Parameters Trajectory monitoring against Seismic
O
水平位移——过测点铅垂线 与过井口的铅垂线之间的距 离 视平移——测点水平位移在 设计方位线上的投影 水平投影长度——测点与井 口之间的井眼长度在水平面 的投影长度 闭合方位角——在水平投影 图上测点处正北方向与闭合 方位线间的夹角
10
dN
dE
dH
L
井眼的曲率K：井眼切线的 方向相对于井深的变化率 全角变化率，狗腿严重度 井斜变化率 ：井斜角对井 深的变化率。 方位变化率：方位角对井 深的变化率。
28
随钻测井技术的发展
方向GR
15
近钻头 4-6in探测深度
5
29
随钻测井技术的发展
非方向性电阻率
15
低分辨率 4ft 探测深度
5
30
随钻测井技术的发展
方向性成像
15
高分辨率 1in 探测深度 必须钻遇构造层面、断层等
5
31
传统的钻井方式---地质几何钻井
Geometric al
水泥伞
177.8mm激光割缝筛管， 钢级TP100H，壁厚 9.19mm，BTC扣。
17
表层套管273mm，BTC扣
177.8mm油层套管，钢级 TP100H，壁厚9.19mm，BTC扣
全井注水泥，油层段 射孔完井。
旋转导向钻井技术介绍
高
静态偏置 指向式
Geo-Pilot
工具系统 外筒不旋
转
6.5°/30m
高
低
存在
216～ 311mm
高
存在
152～ 311mm
高
消除
149311mm
7
January 2010
Geo-Pilot® - 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。
3
January 2010
全套的解决方案
INCREASING DIFFICULTY
OF WELL
施工难度 增加
GXT™
Geo-Pilot® system
V-Pilot ™
EZ-Pilot™
Rotary Steerable Systems 旋转导向系统
GeoForce™
SlickBore®
AGM™
AGS™
• 90秒完成指令的发送并计算机确认、正常钻进 • 保养维护简便
13
January 2010
巡航模式
近钻头井斜表明工具 面和受力不需改变
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 90.0 90.0 90.0 90.0 89.8 89.7 89.6 89.7 89.8 89.9 90.0 90.0 90.0 90.0
7600系列
8-3/8” 8-1/2” 8-3/4” 9-1/2” 9-7/8” 10-5/8”
7.375”- 7.625”
钻头导向旋转导向系统Geo-Pilot
“钻头导向”旋转导向系统Geo-Pilot TM早期的第一代旋转导向工具时采用“侧推钻头”的方式，利用工具外部的零部件侧推钻头，给钻头施加一个强大的外力，迫使钻头偏离钻具轴心运动而切入地层，从而达到定向钻井的效果。
这种工作方式，由于钻头是在强大外力的作用下工作的，钻头受力不均匀，井眼有扩大的趋势，容易造成井眼螺旋。
同时业由于钻头是在强大外力的作用下工作的，还会导致很多问题发生，最主要的一点就是推动钻头侧向运动的零部件往往容易损坏，同时容易导致钻头螺旋、涡动、高振动，以及MWD/LWD的非正常损坏。
其后果是井眼质量受到限制，清洁井眼、反划眼都要浪费大量的时间，测井、下套管、完井作业困难，难以体现施工效益。
由此Sperry-Sun加强了对系统的不断改进，终于设计制造出了目前世界上性能最为可靠的钻头定位旋转导向钻井系统Geo-Pilot TM。
该系统并不是利用系统外部的零部件推动钻头来达到定向效果，取而代之的是一套偏心装置，该偏心装置使钻头驱动轴弯曲，驱动轴弯曲就会使使钻头轴心偏离钻具轴心，从而达到定向钻进的效果。
Geo-Pilot TM是美国斯派里森公司（现为美国Halliburton一分公司）和日本国家石油有限公司JNOC联合开发的产品。
相对于第一代“侧推钻头”旋转导向工具而言，该工具是第一代“钻头导向”旋转导向工具。
系统的斜向驱动轴部分由JNOC设计，斜向轴外部的旋转导向部分由斯派里森公司设计。
在获得JNOC专利授权的情况下，该系统由美国斯派里森公司加工制造并投入商业化运营。
1 系统结构系统主要由驱动轴、外壳、驱动轴密封装置、非旋转设备、上下轴承、偏心装置、近钻头井斜传感器、近钻头稳定器、控制电路和传感器等部件构成，如下图1。
驱动轴贯穿整个系统，其两端安装在轴承上，上部和钻具连接，下部和钻头连接，是整个系统的动力传输部分。
外壳是系统的外尾部结构，相对于地层不转动。
其上端和系统的非旋转设备连接，下端装有一个近钻头稳定器。
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。
29
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
16
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
SL6000 地质导向系统及现场应用
SL6000 地质导向系统及现场应用摘要：SL6000 是胜利伟业公司研制的一种无线随钻测量仪器，目前已应用于国内的水平井开发。
本文对仪器的组成、工作原理及现场应用进行了介绍。
总结出在现场使用该仪器应该注意的一些问题，对现场出现的问题进行了分析。
1．SL6000 地质导向仪器简介SL6000 是一种将地质参数测量传感器与定向井参数传感器组合在一起的随钻测量系统，除实时测量定向施工所需要的工程参数外，还可以是实提供井下地质参数。
现场地质工程师可可以根据随钻获取的地质参数对地层变化作出准确、及时的判断和预报，配合工程施工，对井身轨迹进行及时调整，确保井眼准确命中储层并穿行于储层中有利于油气开采的最佳位置。
1.1 SL6000 地质导向仪器的组成SL6000 系统主要由地面系统和井下仪器两部分组成。
井下部分主要由无磁短节、脉冲发射器、定向测量探管、锂电池、中央处理器、电阻率测量探管、伽马射线测量探管等几大模块组成，工具总长约11 米。
地面控制设备包括中控计算机、防爆箱、UPS、深度传感器、压力传感器、勾载传感器以及司钻显示器。
1.2 SL6000 地质导向仪器的工作原理井下各种传感器根据设置的内容测量数据，并将数据储存于各自使用的储存器内。
PCD 探管根据设置的内容顺序采集最新的工程、地质数据，统一编码后由脉冲信号发生器以正脉冲的方式，通过钻柱内的钻井液传至地面。
地面设备对钻井液脉冲检波、编码、处理，最后得到井下传递上来的数据并向需要该数据的地方发送。
仪器出井后，在地面读取中控内的原始测量数据，经软件处理后的得到测井曲线。
1.3 SL6000 地质导向仪器测量参数SL6000 地质导向仪器所测的参数包括地质参数、定向井工程参数、井下仪器工况诊断参数、磁参数。
地质参数包括自然伽马和3 种探测深度的电阻率（R10、R20、R40）；定向井工程参数包括井斜角、方位角、实时机械钻速、磁性工具面和高边工具面；井下仪器工况诊断参数是仪器工作温度；磁参数包括地磁场强度、磁倾角。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
测量仪器发展历程
6、国内无线随钻测量仪器配备现状
目前国内配备的MWD 包括：
•
斯派里森公司MWD 通用公司QDT-MWD 科学钻井SDI-MWD 北京海蓝YST-48X 英国吉奥林公司Orienteer 哈里伯顿公司的探路者系统、 斯伦贝谢SLIM-ONE 贝克休斯公司Navi-Gator
测量仪器发展历程
•
向中石油集团公司领导 专家学习！
•
•容
一、测量仪器发展历程
•
二、几何导向井下工具仪器
三、地质导向井下工具仪器
四、案例1：FEWD应用于胜利油田水平井开发
五、案例2：FEWD应用于哈得逊油田薄层水平井开发
六、案例3：FEWD应用于磨152H井施工
•
一、测量仪器发展历程
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
80
年代
年代
90 年 代
现在
测量仪 器
氢氟酸测斜 仪，机械式 罗盘
引进有线随钻 测斜系统，电 子单多测量系 统及陀螺测量 系统
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,国外就开始研究随钻地质测量仪器。
到60年代初期，由ARPS公司和LANE WEL• LS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。
60年代后期到70年代，人们认识到了随钻测量技术在钻井工业中的重 要地位，开始重点研制井下遥测系统，先后开发出了有线随钻测量仪器 （SST）和无线随钻测量仪器（MWD）。特别是无线随钻测量技术，为以后 随钻地质测量仪器的发展打下了坚实的基础。
80年代初期,研究出具有商业应用价值的随钻地质测量仪器，为导向钻 井、大斜度井、水平井的发展打下了基础。
电阻率探测精度 探测范围 电阻率发射电极 电阻率接收射极 频率类型 传感器类型 井下电源 脉冲方式
哈里伯顿 FEWD-RLL 伽玛 / 电阻率 / 振动 是
Windows NT集成软件/
±3API @ 50API 0 – 380 API ±1% 10 欧姆米 0.05 - 2000欧姆米 4个 2个 2MHz, 1MHz 钻铤式 涡轮发电 正脉冲
此后,伴随具有商业应用价值的地质导向仪器和工具的出现，随钻地质 测量仪器开始大规模应用于生产。
测量仪器发展历程
4、SPERRY-SUN公司
SPERRY-SUN公司(现在属于HALLIBURTON公司)是一家综合性的钻井 技术服务公司。 该公司率先采用短无磁钻铤测量方法 1968年在世界上首次推出有线随钻测量仪器 1983年首家推出具有商业应用价值的电磁波感应电阻率随钻测井工具 1986年首家推出具有商业应用价值的中子孔隙度随钻测井工具 1988年首家推出具有商业应用价值的地层密度随钻测井工具 1992年首家推出具有商业应用价值的四极多深度随钻电阻率测井工具 1994年首家推出具有商业应用价值的4-3/4“随钻测井工具 1996年首家推出具有商业应用价值的随钻声波测井工具
测量仪器发展历程
2、测量仪器发展历程
1）国外测量仪器的发展
•
年代
内容
50 年 代
60 年 代
70 年 代
80 年 代 90 年 代
现在
测量方式
氢氟酸玻 璃管刻线 法和地面 定向法
有线随钻测 机械式罗 斜仪投入工 盘，精度较 业性使用， 高的单多点 无线随钻测 照相测斜仪 斜仪研制成
功
多种无线随 钻测斜系统 投入工业使 用和发展了 电子测量系 统和陀螺测 量系统
贝克休斯 MPR L•WD 伽玛/ 电阻率 / 振动 是
B. 借助于地磁场测量方位角或磁性工具面, 采用的 测量元件为罗盘或磁通门等。这类仪器的测量基准是磁 性北极, 所以磁性仪器测量的方位角数据必须根据当地 的磁偏角修正成真北极, 即地理北极的数据。主要测取 方位角
C. 借助于天体坐标系测量方位角或磁性工具面, 采 用的测量元件为陀螺仪。陀螺仪为惯性测量仪器, 不以 地球上任何一点为基准, 这类仪器下井测量之前必须对 陀螺仪的自转轴进行地理北极的方位标定。
测量仪器发展历程
5、目前的技术水平
90年代，地质导向钻井技术进入了大规 模•应用阶段。各种功能全面、性能 优良、能满足各种井眼尺寸随钻施工的新型随钻地质测量仪器相继出现。目 前,已完全可以取代电缆测井。
目前已开发出的随钻地质导向测井工具包括： 自然伽玛 电阻率 岩石密度 孔隙度 井 径 井底压力 声波测井 核磁成像等。
7、国内地质导向无线随钻测量仪器配备现状
目前国内配备的MWD 主要包 括• ： 斯派里森公司FEWD 英国吉奥林公司Orienteer 贝克休斯公司Navi-TRACK
测量仪器发展历程
8、国内在用的几种进口地质参数仪器对比
性能参数 仪器类型 测量参数 具备扩展孔隙度/岩 石密度能力否 地面系统
伽玛探测精度
测量仪器发展历程
1、测量的基本概念
测量的定义：测量是指用仪 器• 确定空间、时间、温度、 速度、功能等的有关数值。
石油钻井过程中的测量属于工程测量的一种类型。从 物理意义上讲, 测量井下钻具的工具面角, 即为井下钻具定 向或测量井眼的轨迹均属于空间姿态的测量。由于石油钻井 工程的特殊性使得这一测量过程必须借助专门的工具和仪器, 采取间接测量的方法来完成。
目前, 石油钻井过程中的测量需要借助三种媒介, 即大 地的重力场、大地磁场和天体坐标系, 由此产生了与这三种 测量媒介有关的测量仪器元器件。
测量仪器发展历程
A. 借助于重力场测量井斜角或高边工具面, 采用的 测量元件为测角器、罗盘重锤或重力加速度计等。这类 仪器的测量基准是测点与地心的 连•线, 即铅垂线。主要 测取井斜角