旋转导向系统和地质导向钻井简介

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旋转导向钻井智能钻井介绍 Auto Trak,Power Drive, Geo Pilot

旋转导向钻井工具简介
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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

地质导向钻井技术

优点：下井仪器结构简单、尺寸小，使用操作和维修方便，不需要专门的无磁钻铤。缺点：数据传输速度慢，不适合传输地质资料参数。
地质导向钻井技术
四种信号传输方式负脉冲
泥浆负脉冲发生器需要组装在专用的无磁钻铤中使用，开启泥浆负脉冲发生器的泄流阀，可使钻柱内的泥浆经泄流阀与无磁钻铤上的泄流孔流到井眼环空，从而引起钻柱内部的泥浆压力降低，泄流阀的动作是由探管编码的测量数据通过调制器控制电路来实现。在地面通过连续地检测立管压力的变化，并通过译码转换成不同的测量数据。
优点：数据传输速度较快，适合于普通泥浆、泡沫泥浆、空气钻井、激光钻井等钻井施工中传输定向和地质资料参数。
缺点是：地层介质对信号的影响较大，低电阻率的地层电磁波不能穿过，电磁波传输的距离也有限，不适合超深井施工。
地质导向钻井技术
导向钻井技术施工特点
导向钻井技术在提高钻井速度、缩短建井周期、精确控制轨迹几何走向方面发挥积极的作用，但不能确保轨迹一直在产层中穿行，对于油气的运移不能识别，在碰到意外地质变化的情况下仍需要借助电测仪器来确定真实的目的层或重新评价其开发价值
导向工具主要是井下动力钻井具导向工具主要是井下动力钻井具其它的配套钻井工具包括钻头定向接头弯接头定向弯接头无磁钻杆井下仪器mwd悬挂短无磁钻杆井下仪器mwd悬挂短铤短钻铤加重钻杆斜坡钻杆井下加力器震击器扶正杆井下加力器震击器扶正器单向阀和其它无磁非无磁配合接头等右图为两种典型的导向具组合地质导向钻井技术地质导向钻井技术地质导向钻井技术地质导向钻井技术导向钻井技术的导向工具主要是马达其它配套钻井工具包括钻头定向接头弯接头或定向弯其它配套钻井工具包括钻头定向接头弯接头或定向弯接头无磁钻杆井下仪器mwd悬挂短节无磁钻铤短无磁钻铤钻铤短钻铤加重钻杆斜坡钻杆井下加力无磁钻铤钻铤短钻铤加重钻杆斜坡钻杆井下加力器震击器扶正器单向阀和其它无磁非无磁配合接头地质导向钻井技术地质导向钻井技术地质导向钻井技术地质导向钻井技术有线随钻工作原理和施工工艺有线随钻工作原理和施工工艺sst地面仪器给井下仪器通过电缆供电sst地面仪器给井下仪器通过电缆供电井下仪器完成对数据的实时采集后按一定数据格式通过电缆传送至地面地面仪器对接受到的信号经解码处理计算后器对接受到的信号经解码处理计算后得到井下实时数据并在司钻阅读器上显需要利用sst进行导向钻进或测量时将井下仪器通过电缆下放到井底进行测量或座键后随钻施工

地质导向钻井技术介绍

第一章地质导向钻井技术介绍随着油田勘探开发程度提高和生产的需要，寻找可供继续开采的大规模整装油田难度加大，原先被认为没有工业开采价值的小油层、断块油层、薄油层和老油田衰竭剩余油藏等油藏的重新开发利用，逐渐引起了各国石油公司的高度重视。

由于上述油藏地质构造复，常规的直井、定向井和水平井钻井技术和普通的测量仪器无法引导井身轨迹准确的穿越储层。

为了满足生产的需要，提高施工效益，经过不断的探索和发展，在普通定向井和水平井钻井技术基础上，逐步形成了导向钻井技术、地质导向钻井技术、旋转导向钻井技术。

随着计算机应用领域的不断扩展，人们又研制出了可用计算机系统对钻井施工进行全方位控制的闭环钻井技术，但该技术目前还只是处于实验阶段，离现场应用还有很大的距离。

在此主要介绍地质导向钻井技术的发展过程、导向钻井技术、地质导向钻井技术。

第一节地质导向钻井技术的发展过程地质导向钻井技术的发展是随着钻井技术、井下工具、井下仪器、其它配套技术的发展和地质评价的需要而发展的。

一、水平井钻井技术的发展随着技术的发展和人们观念的变化，钻井工业从最初的以开采地下石油资源为主要目的逐步向以追求经济效益为主要目的发展。

在钻井过程中，人们越来越认识到，普通的直井、定向井穿透的油层面积有限，同一油层如果要实现大规模的完全开采，需要钻大量的井眼，投资大，效益低，如图1-1-1所示。

如何利用同一井眼穿透更多的油层、扩大井身与储层的接触面积来改变储层的流动条件、以最小的投资获取最优厚的回报成了人们最为关注的问题。

直井定向井水平井图1-1 直井、定向井和水平井穿透油层面积示意图为此各国石油公司都进行了积极的尝试。

前苏联是进行水平井钻井技术研究、开发最早的国家之一，并且在1950钻成了世界上第一口水平井。

此后他们在水平井钻井设备、测量技术和理论研究等方面作了很大的努力，并成功钻成了43口水平井。

70年代末，加拿大皇家石油有限公司和Texaco公司加拿大分公司也进行了几次水平井钻井尝试。

王长宁院长-地质导向与导向钻井简介10.17

井下仪器由工程参数和施工所需要的测量地质参数的传感器及泥浆脉冲器、涡轮发电机组合而成。
地质参数主要有：自然伽马(DGR)、电阻率(EWR)、岩石密度(SLD)和中子孔隙度(CNΦ)、声波时差和核磁共振等，此外还有测量钻具振动的传感器 (DDS)。
一、地质导向系统
⑷、地质导向随钻FEWD仪器简介
6、国内地质导向技术现状
一、地质导向钻井系统
) 地面系统(CFDS
中国石油集团钻井工程技术研究
院从1999年开始攻关，于2005研制成
功了具有我国独立知识产权的第一台
井下
CGDS－I近钻头地质导向钻井系统第一
无线短传
代产品(China Geosteering Drilling
System)。并先后在冀东、辽河等油
一、地质导向系统
⑷、地质导向随钻FEWD仪器简介
电磁波电阻率传感器(EWR—Phase4)
由四个发射极和两个接收极组成，通过测量每一组发射极和接收极之间的相位差和波幅衰减，可以合成4条不同探测深度(极浅、浅、中深、深)的电阻率曲线和组合电阻率曲线。
测量范围为0一2000-m ，系统测量误差土1％＠10-m ，垂直分辨率 153mm，探测深度762mm。对泥岩、薄砂岩夹层有很好的解释作用，提高油水界面的鉴别能力，可以发现可移动的碳氢物质。
这些参数通过电磁波传送到马达以上的 MWD或LWD，再由泥浆脉冲传送到地面。
借此，司钻和地质工程师可实时了解到钻头处的岩性变化以及检测钻头处的油气显示情况，并通过对钻头进行导向，保证井眼在储层内延伸，达到增大储层泄油面积、提高产量和降低完井成本的目的。
一、地质导向钻井系统
5、地质导向钻井系统的结构特征
一、地质导向钻井系统

地质导向钻井

Power Drive系统
Power Drive系统
Pad out
Pad in
地面指令
Geo一Pilot系统
Geo - Pilot系统是Halliburton公司下属的 SPerry
- Sun公司开发的旋转导向系统，又称RST ( RotarySteerable Tool)。这是一种和Auto Trak, Power Drive工作原理和结构形式有较大区别的另一种旋转导向系统，其主要特征是下部驱动主轴可在壳体内偏转成一定角度，相当于形成一个可调弯角，可对井斜和方位进行纠正，其工作原理如图所示。
导向钻井
导向钻井分类
按导向工具的工作方式
滑动导向旋转导向
滑动导向钻井技术
滑动导向钻井是指采用井下马达加弯接头、弯壳体马达等导向工具，锁住转盘使钻柱不旋转，随着进尺的增加不断下放钻具，从而改变井眼轨迹的前进方向。滑动导向钻井技术是目前广泛应用的一项成熟技术。
滑动导向钻井特点
（1）在进行滑动导向钻井时，钻柱不旋转，部分钻柱贴靠井壁，摩阻较大。尤其大角度斜井或水平井、大位移井中，井眼底边有岩屑床存在，既增大了钻柱与井壁的摩阻，又导致井眼净化不良。并且导向钻具弯角越大，摩阻越大。
德国 KTB工程美国能源部英国 Camco/法国 Schlumberger 意大利 Agip/美国 Baker Hughes 英国 Cambridge
1988年 1991年9月
1992年
1993年 1993年6月报道
1994年6月 1995年
旋转导向钻井系统，目前主要Shlumberger 公司的Power Drive, Baker Hughes公司的 Auto Trak和Halliburton ( Spery一Sun)公司的Geo一Pilot系统。

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+地质导向+水平井工具仪器介绍

SST 利用重力加速度计和磁通门分别感应地球的重力场和地磁场来测取井斜角和井斜方位角，并可测取大地磁场参数和井下温度，通过单芯铠装电缆为井下仪器供电并作为信号传输通道把井下探管测的信号传到地面。
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）。

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”

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。

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。

旋转导向钻井系统原理简介 (1)

扶正器
翼块
钻头
第二类旋转导向系统的原理
导向钻井
工具2所示，钻头也总是指向曲线的外侧。但比情况1的度数要小。工具2，例如Halliburton公司的Geo-Pilot系统，Cambridge 的AGS系统，是一个变形的连续旋转的驱动轴处在一个非旋转套筒内。在套筒的中部，有一对偏心环，迫使驱动轴偏心变形，导致钻头轴线倾斜，形成三点定圆趋势。钻头的轨迹由三点几何确定，而钻头轴线趋向于和井眼轴线相一致。
扶正器
非旋转套筒
钻头轴
钻头
旋转导向系统的“三巨头”
目前市场上比较成熟的旋转导向钻井系统有三种：
导向钻井
1. Halliburton‟s rotary steerable drilling system, dubbed GeoPilot 。由Sperry Sun 和Japan National Oil Corporation 联合设计。指引钻头原理(Point the bit)。在北海进行裸眼侧钻，从两个主井眼中侧钻出6个分支水平井。在第二口的四分支水平井中，垂深误差在±1英尺之内。
PowerDrive
二. 大位移井的轨迹控制技术
• 总运行情况：
– – – – – – – – 井数：47 口；下井次数：138次；工作时间：11610小时；总进尺：47780米；最大井深：11278米；最大井眼曲率：11°/ 30米；最长一次进尺：1389米；最长一次下井时间：163小时
旋转导向钻井系统原理简介
石油大学（华东）韩志勇 2003.07.10
作者郑重声明：本文件属于讲课的讲稿，并非公开发行材料。仅供学习人员学习时参考，不得在撰写论文、报告或编写教材、书籍中引用。

旋转导向钻井技术应用研究及其进展

旋转导向钻井技术应用研究及其进展
旋转导向钻井技术是指利用钻头本身的旋转引导钻柱前进方向的一种钻井技术。

它具
有导向准确、操作简单、钻井速度快、成本相对较低等优点，在油气田、地热井、水井等
领域有广泛应用。

本文将对旋转导向钻井技术的原理、分类、应用现状及未来发展趋势进
行分析和探讨。

一、旋转导向钻井技术原理
旋转导向钻井技术是以钻头的旋转运动为基础实现钻井方向控制的。

钻头旋转运动产
生了副反力，同时地层阻力又使得钻头产生推力，将钻柱不断向前推进。

当钻头稍微偏离
钻井轨迹时，钻柱的副反力和阻力不再共线，形成了一个力矩，使得钻柱产生了角转动，
从而实现了钻井方向的调整。

旋转导向钻井技术按照操作方式可以分为手动导向钻井和自动导向钻井两类；按照应
用领域可以分为油气田开发导向钻井、地热井导向钻井、水井导向钻井等。

根据所需导向
精度可分为低精度导向、中精度导向和高精度导向。

旋转导向钻井技术已经广泛应用于油气田开发、地热井和水井钻探等领域。

在油气田
开发中，旋转导向钻井技术可以实现复杂井型和多层次钻探，提高采气采油效率。

在地热
井和水井钻探中，旋转导向钻井技术可以提高钻井效率、降低钻井成本。

未来旋转导向钻井技术将继续朝着快速、高效、低成本、高精度的方向发展。

一方面，钻井技术将逐渐自动化，实现更加精准和高效的导向钻井；另一方面，随着油气田、地热
井和水井等应用领域的不断扩大，导向精度将会更加重要。

因此，未来旋转导向钻井技术
将面临更高的技术挑战和发展机遇。

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

MS3 是美国SPERRY-SUN公司生产的一种组合式随钻测量仪器，可以进行有线随钻测量，也可进行单、多点测量。具有磁扫描功能、错误和状态诊断功能。 MS3 利用重力加速度计和磁通门分别感应地球的重力场和地磁场来测取井斜角和井斜方位角，并可测取大地磁场参数和井下温度，通过单芯铠装电缆为井下仪器供电并作为信号传输通道把井下探管测的信号传到地面。 MS3作为电子单、多点时，可以在起下钻过程中实现全井或部分井段的静态测量。
±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

旋转导向钻井技术简介
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
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

旋转导向钻井技术介绍

27.5K psi LWD 27.5K psi Geo-Pilot
30K psi LWD 30K psi Geo-Pilot
2006
2007
2008
2009

17
35K psi MWD
2010
2011 January 2010
2009年哈里伯顿钻井工具的温度和压力能力
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

14
受力回到初始状态继续钻进
January 2010
全系列的旋转导向工具
井眼尺寸工具外径
5200系列
5-5/8” x 6” 6” 6-1/8” 6-1/4” 6-1/2” 6-3/4”
5.25”
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™
175 175 175 175 175 175 175
25,000 150 25,000 150 25,000 175 25,000 150

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January 2010
哈里伯顿HPHT作业经验
高压作业
High pressure defined as over 20,000 psi 高压定义为 20,000 PSI (137MPa) Evaluated number of feet drilled year on year 每年钻进的总英尺数

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。

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。