旋转导向钻井技术及Power-V
斯伦贝谢旋转导向系统 Power-V 使用介绍
斯伦贝谢旋转导向系统Power-V 使用介绍1 Power-V 简介和应用范围Power-V是斯伦贝谢旋转导向系统PowerDrive家族中的一员。
所谓旋转导向系统，是指让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，但相对于泥浆马达，PowerDrive有非常明显的优点。
旋转导向系统广泛用于使用泥浆马达进行滑动钻进时比较困难的深井、大斜度井、大位移井、水平井、分枝井(包括鱼刺井)，以及易发生粘卡的情况。
2 旋转导向系统PowerDrive的优点⑴反映和降低了所钻井段的真正狗腿度，使井眼更加平滑。
用泥浆马达打30m井段，滑动钻进15m，转动钻进15m，井斜角增加4°，得到平均狗腿度4°/30m。
实际上，转钻15m井斜角几乎没有变化，这15m的实际狗腿度是零；而4°的井斜角变化是由滑钻15m产生的，这15m的实际狗腿度是 8°/30m。
而用Power-V在同一设置下打出的每米都是同样均匀和平滑的，减少了井眼轨迹的不均匀度，从而减少了在起下钻和钻进过程中钻具实际所受的拉力和扭矩，减少了以后下套管和起下完井管串的难度。
⑵使用Power-V钻出的井径很规则。
使用传统泥浆马达在滑动井段的井径扩大很多，而转动井段的井径基本不扩大。
这种井径的忽大忽小是井下事故的隐患，也不利于固井时水泥量的计算。
⑶由于Power-V钻具组合中的所有部分都在不停的旋转，大大降低了卡钻的机会。
使用传统泥浆马达在滑动钻进时除钻头外，其它钻具始终贴在下井壁上，容易造成卡钻。
⑷在钻进过程中，由于Power-V组合中的所有钻具都在旋转，这有利于岩屑的搬移，大大减少了形成岩屑床的机会，从而更好的清洁井眼。
这对于大斜度井、大位移井、水平井意义很大。
⑸由于Power-V钻具组合一直在旋转，特别有利于水平井、大斜度井和3000m以下深井中钻压的传递，可以使用更高的钻压和转盘转速，有利于提高机械钻速。
Power—V垂直钻井技术及现场应用研究
［ 稿日期］２１ ０ 收 ０ ２— ４—１ ２ ［ 作者简介］徐超 （ ９ ６一 ，男 ，２ １ １８ ） ０ ０年大学毕业 ，硕士 生，现主要从事钻井工艺方面的研究工作。
第 ９卷 第 １ ｏ期
徐 超 等 ：Ｐ ｗｅ－ 垂 直 钻 井 技 术 及 现 场 应 用研 究 ｏ ｒ Ｖ
１ ２ 工 作 原 理 ．
开泵 后 ，发 电机 发 电 ，陀 螺测 量 到井底 的井 斜 角
表 １ Ｐ ｗ ｒＶ 系 统 工 作 尺 寸 ｏ ｅ＊
和方 位 角 （ 即高 边 ） ，然后 按 照 地 面 工 程 师 的要 求 把 其 内部 的 电子控 制部 分 固定 在 某 一个方 位 （ 即高边 工 具 面角 ） ，从 而 实 现 无 论 钻 柱 如 何 旋 转 ，Ｃ 内 部 的 Ｕ 控制 轴始 终对 准在 需 要 的方位 上 ，这个 方位 加上 一 个 校对 值后 就 是地 面工 程师所 需 要 的高边 工具 面 危 ！ 反方 向。如果 需 要调 整这 个控 制轴 的方 位 角 ，可 以 由 ｛ 勺 地 面工程 师 给 Ｐ ｗｅ ｅ ｒＶ发 送命 令 方 法是 ：按 照一 定 的时 间 编 排方 式 ，在不 同 的时 问 开不 同 的工 作 排 一 量 ，Ｃ 内部 的传 感器 探 测到 这个 排量 的变 化后 ， 由其 内部 的程 序 对 其进 行 核 对 ，如 果 与预 先设 定 的某 Ｕ 个 指 令相 符 ，就开 始执 行这 个 新 的工作 指令 。
系统和 Ｖ ｒＴ ａ ｅｔ ｒｋ系统 ３种 。下 面 ，笔者将重 点对 Ｐ ｗｅ Ｖ系统 进行 概述 。 ｉ ｏ ｒ －
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
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中的旋转导向技术是一种通过旋转钻杆来实现井眼轨迹控制的技术。
这种技术能够实现井眼的精确定位和控制，对于油气勘探和开发具有重要意义。
本文将探讨石油定向井钻井中的旋转导向技术的原理、应用和发展方向等内容。
在石油勘探和开发过程中，常常需要钻探非垂直的井眼。
旋转导向技术通过控制钻杆的旋转、下压和抗拉力等参数，使得钻头在地下井眼中沿着预定轨迹移动。
旋转导向技术的基本原理是利用钻头与地层的摩擦力和导向力之间的平衡关系，通过适当的控制井内钻具的运动，来实现井眼的定向控制。
旋转导向技术在石油勘探和开发中具有广泛的应用。
首先，旋转导向技术能够在探井阶段减小井眼偏斜角度，提高探测工具在地层中的测量精度。
其次，旋转导向技术能够在井眼定向阶段实现井眼轨迹的精确控制，减小井眼偏斜角度，降低其对井口设备的占地面积和投资成本。
此外，旋转导向技术还能够在水平井和水平侧钻井中实现井眼轨迹的控制，提高油气井的产能。
石油定向井钻井中旋转导向技术的发展方向有以下几个方面。
首先，需要进一步提高旋转导向技术的可靠性和稳定性。
由于井深、温度和压力等因素的影响，旋转导向技术在实际应用中仍然存在一定的不足。
因此，需要通过改进导向工具和相关设备，提高其可靠性和稳定性。
其次，需要提高旋转导向技术的自适应能力。
在复杂地质条件和高井深井眼中，需根据实际情况进行调整和优化，以提供更好的导向效果。
此外，还需要加强旋转导向技术的自动化和智能化水平。
通过引入传感器和计算机控制等技术，提高旋转导向技术的自动化水平，使其能够更好地适应各种复杂环境和工况。
总之，石油定向井钻井中的旋转导向技术是一种实现井眼轨迹控制的重要技术。
它能够在石油勘探和开发过程中实现井眼的精确定位和控制，对于提高油气勘探和开发效率具有重要意义。
随着技术的不断进步和发展，旋转导向技术将进一步提高其可靠性、稳定性和自适应能力，以满足不断变化的勘探和开发需求。
【采油 精】旋转导向技术-斯伦贝谢
400
Footage Drilled per Quarter
900,000
Average MTBF
350
800,000 300
700,000
250 600,000
500,000
200
400,000 150
300,000 100
200,000
50 100,000
-
0
Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2
2001 World Record #2 PowerDrive900 drills 13.789ft of 12.25” hole in 1 run
2002 World’s First 6” RSS Run PowerDrive475 drills 4712ft of 6 1/8” hole in 1 run
Saved $536,000 1739m , 5705 ft 17.6 m 57.6 ft/hr
Inclination In 74.9 Out 51.1 Turned 10 right
旋转导向 - PowerDrive
• Improved drilling efficiency – 98 m/day with PDM, 193 m/day with RSS
旋转导向 – PowerDrive Xceed
Point-The-Bit Principle
旋转导向 – PowerDrive Xceed
钻进
内部控制导向系统
导向钻进
旋lumberger Rotary Steerable Experience
旋转导向钻井技术(简版)
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。
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Hale Waihona Puke 造斜角度Minimum KO angle
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。
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。
旋转导向钻井技术介绍-图文
旋转导向钻井技术介绍-图文引言近十几年来，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15km，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。
斯伦贝谢的PowerV自动垂直导向钻井系统
PowerV是一种旋转导向工具，可实现在旋转钻进中对井斜和方图5-11 PowerV简图位进行控制。
该工具应用泥浆驱动导向块作用于地层来控制井眼轨迹。
在钻井工程作业中，PowerV既可独立使用，也可与MWD/LWD联合使用，与地面实现实时传输功能。
PowerV主要有两个以下部分组成：1）电子控制部分：电子控制部分是一根无磁钻铤及固定在其内部轴承上的电子仪器组件组成，直接连接在机械导向部分上部。
控制部分可在钻铤内自由转动，当钻具组合随整个钻柱转动时，它可保持相对静止状态，将工具面摆在设计图5-12 内部结构图图5-12 内部结构图的方向上。
其控制功能通过以下组件实现：进行测量定位的内部传感器；电子扭矩仪。
2）机械导向部分：机械导向部分与控制部分通过一引鞋相连。
导向部分有三个导向/推力（Pad）组成。
它可以通过伸缩来作用于井壁实现变钻进方向的目的。
控制部分可以控制装在导向部分内的一个旋转阀，该旋转阀在导向部分中的相对位置决定那一个导向/推力块来作用于地层。
通过将控制部分控制在一个特定的角度上，当导向部分旋转时能使不同的导向/推力块来作用于同一个方向的地层上，这样就以图5-13导向/推力块图使钻进朝同一个固定方向进行。
PowerV下入井底钻进后，电子控制部分的内部传感器（磁力仪和重力加速仪等）测量到井斜和方位，与地表设定的设计工具面进行比较，然后通过引鞋（控制部分）及与之相连的控制导向轴（导向部分）控制旋转阀，决定那个导向/推力块在设计的方向伸出作用于井图5-14 旋转阀壁，实现对井眼轨迹的控制。
当PowerV起出井眼后，可以通过编程口下载出存储在控制部分内部存储器内的数据然后对数据进行详细分析，确定工具在井下的工作情况。
PowerV防斜打直机理PowerV在井下工作后，电子控制部分的内部传感器（磁力仪和重力加速仪等）测量到井底的井斜和方位，与设定的工具面（180度，重力低边）进行比较，控制引鞋的方向，使机械导向部分的三个导向/推力块在每个转动周期当转到上井壁（高边）时在泥浆液压作用下伸出，作用于上井壁，改变钻头作用方向，切削下井壁（低边），实现降斜的目的。
POWERV简介
POWERV 简介
示意图
POWERV 是一种旋转导向工具，它可用于在旋转钻进中实现对井斜和方位的控制。
该系统是有控制器和偏置器两部分组成的，其中控制器是由一根无磁钻挺及固定在内部轴乘上的控制部件组成的，该控制部件轴向固定在无磁钻挺内，并通过以下部件实现其控制作用。
1.可以在空间及在钻挺内部进行测量定位的内部传感器。
2.电子扭距仪用来实现磁力刹车。
控制部件机械连接于一个偏置装置。
偏置装置（BU）
偏置装置有三个支撑块组成，它可以通过泥浆压力的作用使其伸缩来作用于井壁—从而达到实现改变钻井方向的目的。
控制部件可以通过控制装在偏置装置内的一个旋转阀，该旋转阀在偏置装置中的相对位置来决定使那一个支撑块来作用与地层。
通过将控制部件控制在一个特定的角度上，当偏置装置旋转时能使不同的支撑块来作用于同一个方向的地层，这样就可以使钻进朝同一个固定方向进行，从而达到降斜和控制井眼轨迹的目的。
斜口引鞋控制旋转阀
旋转阀
控制部件的控制是通过对所需要的角度与从磁力计和重力加速计等所得到的角度进行比较来实现的。
BHA的导向方位是通过对控制部件与地层的相对角度来控制的。
当控制部件起出井眼后，可以输出自动存储在内部存储器内的数据并进行分析，通过对数据的详细分析可以了解工具的工作情况。
通过顶部可对其编程，输入指令及导出数据。
降斜措施:
1.提高转盘转速，每提高一转，多作用于井壁3次；
2.提高排量（泵冲）以提高对井壁的作用力-降斜力；
3.减少钻压，降低增斜力；。
旋转导向钻井技术简介
WE MUST DO BETTER
㈠、AutoTrak旋Trak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）。
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 ）。
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 )
斯伦贝谢POWER-V
【机械仪表】斯伦贝谢旋转导向系统 Power-V 简介1 Power-V 简介和应用范围Power-V是斯伦贝谢旋转导向系统PowerDrive家族中的一员。
所谓旋转导向系统，是指让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，但相对于泥浆马达，PowerDrive有非常明显的优点。
旋转导向系统广泛用于使用泥浆马达进行滑动钻进时比较困难的深井、大斜度井、大位移井、水平井、分枝井(包括鱼刺井)，以及易发生粘卡的情况。
2 旋转导向系统PowerDrive的优点⑴反映和降低了所钻井段的真正狗腿度，使井眼更加平滑。
用泥浆马达打30m井段，滑动钻进15m，转动钻进15m，井斜角增加4°，得到平均狗腿度4°/30m。
实际上，转钻15m井斜角几乎没有变化，这15m的实际狗腿度是零；而4°的井斜角变化是由滑钻15m产生的，这15m的实际狗腿度是8°/30m。
而用Power-V在同一设置下打出的每米都是同样均匀和平滑的，减少了井眼轨迹的不均匀度，从而减少了在起下钻和钻进过程中钻具实际所受的拉力和扭矩，减少了以后下套管和起下完井管串的难度。
⑵使用Power-V钻出的井径很规则。
使用传统泥浆马达在滑动井段的井径扩大很多，而转动井段的井径基本不扩大。
这种井径的忽大忽小是井下事故的隐患，也不利于固井时水泥量的计算。
⑶由于Power-V钻具组合中的所有部分都在不停的旋转，大大降低了卡钻的机会。
使用传统泥浆马达在滑动钻进时除钻头外，其它钻具始终贴在下井壁上，容易造成卡钻。
⑷在钻进过程中，由于Power-V组合中的所有钻具都在旋转，这有利于岩屑的搬移，大大减少了形成岩屑床的机会，从而更好的清洁井眼。
这对于大斜度井、大位移井、水平井意义很大。
⑸由于Power-V钻具组合一直在旋转，特别有利于水平井、大斜度井和3000m以下深井中钻压的传递，可以使用更高的钻压和转盘转速，有利于提高机械钻速。
PowerV 旋转导向垂直钻井系统
180 180 180 180 180 180 180 180 180
60 60 60 40 40 40 40 40 40 40 40 40
180
25
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25
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%
100 100 100 100 60 60 60 60 60
SURVEY DEPTH
INCL.
AZ
ROP m/hr
180 180 180 180
40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40
831.70 861.00 889.12 918.00
降低卡钻风险 低狗腿度) 井眼更平滑 (低狗腿度) 减少井眼净化问题 最大限度提高钻速
Rotates”
减少摩擦力和阻力 (钻压和扭矩传输更有效) 钻压和扭矩传输更有效)
解放钻压, 解放钻压, 正常钻进提高钻速 可以划眼和倒划眼 提高井身质量， 提高井身质量，降低每米成本
Schlumberger Public Schlumberger Public
2002 World’s First 6” RSS Run PowerDrive475 drills 4712ft of 6 1/8” hole in 1 run
1999
2000
2001
2002
大位移井世界记录
Schlumberger Public Schlumberger Public
• M-16SPZ井, Wytch farm, UK. 完钻井深11278米，水平位移10,728米，垂深1637 米 123 天完钻并下完套管 • XJ24-3 A14井，Phillips，南中国海， 完钻井深9236米，水平位移8062米，垂深2985米
斯伦贝谢的PowerV自动垂直导向钻井系统
斯伦贝谢的PowerV旋转导向钻井系统PowerV仪器组成PowerV是一种旋转导向工具，可实现在旋转钻进中对井斜和方图5-11 PowerV简图位进行控制。
该工具应用泥浆驱动导向块作用于地层来控制井眼轨迹。
在钻井工程作业中，PowerV既可独立使用，也可与MWD/LWD联合使用，与地面实现实时传输功能。
PowerV主要有两个以下部分组成：1）电子控制部分：电子控制部分是一根无磁钻铤及固定在其内部轴承上的电子仪器组件组成，直接连接在机械导向部分上部。
控制部分可在钻铤内自由转动，当钻具组合随整个钻柱转动时，它可保持相对静止状态，将工具面摆在设计图5-12 内部结构图图5-12 内部结构图的方向上。
其控制功能通过以下组件实现：进行测量定位的内部传感器；电子扭矩仪。
2）机械导向部分：机械导向部分与控制部分通过一引鞋相连。
导向部分有三个导向/推力（Pad）组成。
它可以通过伸缩来作用于井壁实现变钻进方向的目的。
控制部分可以控制装在导向部分内的一个旋转阀，该旋转阀在导向部分中的相对位置决定那一个导向/推力块来作用于地层。
通过将控制部分控制在一个特定的角度上，当导向部分旋转时能使不同的导向/推力块来作用于同一个方向的地层上，这样就以图5-13导向/推力块图使钻进朝同一个固定方向进行。
PowerV下入井底钻进后，电子控制部分的内部传感器（磁力仪和重力加速仪等）测量到井斜和方位，与地表设定的设计工具面进行比较，然后通过引鞋（控制部分）及与之相连的控制导向轴（导向部分）控制旋转阀，决定那个导向/推力块在设计的方向伸出作用于井图5-14 旋转阀壁，实现对井眼轨迹的控制。
当PowerV起出井眼后，可以通过编程口下载出存储在控制部分内部存储器内的数据然后对数据进行详细分析，确定工具在井下的工作情况。
PowerV防斜打直机理PowerV在井下工作后，电子控制部分的内部传感器（磁力仪和重力加速仪等）测量到井底的井斜和方位，与设定的工具面（180度，重力低边）进行比较，控制引鞋的方向，使机械导向部分的三个导向/推力块在每个转动周期当转到上井壁（高边）时在泥浆液压作用下伸出，作用于上井壁，改变钻头作用方向，切削下井壁（低边），实现降斜的目的。
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引言石油勘探和开采是一个复杂的工程，需要使用各种技术和装备来完成。
在石油勘探中，常常需要通过钻井来获取地下石油资源。
而对于特定地质情况下，需要进行钻井方向的控制，这就需要使用定向井钻井技术。
而在定向井钻井中，旋转导向技术是一种常用的技术手段。
本文将探讨石油定向井钻井中的旋转导向技术，包括其原理、应用以及发展趋势。
一、旋转导向技术的原理旋转导向技术是一种通过控制钻头旋转来改变钻井方向的技术手段。
在传统的定向井钻井中，通过改变钻头的倾角和方向来实现钻井方向的控制，而旋转导向技术则是通过控制钻头的旋转速度和方向来实现对钻井方向的控制。
旋转导向技术的实现原理主要依靠两个方面的因素：一是地下方向控制装置，二是地面控制系统。
地下方向控制装置主要包括传感器、激光测距装置等，用于实时监测井眼的方向和位置；而地面控制系统主要包括控制台、计算机系统等，用于接收、处理并下达指令。
在实际应用中，通过地下方向控制装置获取井眼方向和位置的数据，然后传输到地面控制系统中进行分析和处理，最终下达控制钻头旋转方向和速度的指令，从而实现对钻井方向的控制。
旋转导向技术在石油定向井钻井中具有广泛的应用。
它可以用于在地质构造复杂的地区，如地层倾角大、构造复杂的地区中，实现对钻井方向的控制。
它可以用于在水平井和超长水平井的钻井中，实现对钻井方向的精确控制。
它还可以用于在特定地质条件下，如高压地层、薄弱地层等条件下的钻井中，实现对钻井方向的安全控制。
通过旋转导向技术，可以实现对井眼方向和位置的实时监测和控制，从而大大提高了钻井作业的效率和安全性。
尤其是在复杂地质条件下的钻井作业中，旋转导向技术更是发挥了重要作用。
随着石油勘探和开采技术的不断发展，对定向井钻井技术的需求也在不断增加。
旋转导向技术作为定向井钻井技术的重要组成部分，其发展也受到了广泛的关注。
未来，随着地下方向控制装置和地面控制系统的技术不断进步，旋转导向技术将更加精确和可靠。
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一种通过旋转钻杆来改变钻头在井眼中的方向的钻井方法。
该技术通过控制钻杆和钻头的旋转方向和速度，从而控制钻头在井眼中的前进方向，实现井眼的弯曲和定向钻井。
旋转导向钻井技术在石油勘探和开发中得到了广泛应用，同时也在地热能、地下储气库等领域得到了应用。
一、旋转导向钻井技术的原理及特点1. 高效性：旋转导向钻井技术可以实现井眼的弯曲和定向钻井，可以快速地改变井眼的方向，提高钻井效率。
2. 灵活性：旋转导向钻井技术可以根据具体的钻井需求来灵活调整钻杆和钻头的旋转方向和速度，适应不同的地质条件和井眼形状。
3. 精准性：旋转导向钻井技术可以实现高精度的定向钻井，能够满足复杂地质条件下的钻井需求。
1. 旋转导向钻井技术在石油勘探中的应用在石油勘探中，旋转导向钻井技术可以帮助勘探公司快速地找到潜在的油气储层，提高勘探效率。
通过控制钻头的旋转方向和速度，可以实现垂直井眼向水平井眼的转变，同时可以实现井眼的弯曲，应对不同地质条件下的勘探需求。
地热能开发需要在地下岩石中进行钻井，以获取地热能资源。
在这种情况下，由于地下岩石的复杂性和不同地质条件，传统的钻井方法往往难以满足需求。
而旋转导向钻井技术可以根据地质条件和井眼形状，灵活地调整钻头的方向和速度，使钻井过程更加灵活和高效。
地下储气库需要在地下进行大规模的储气钻井，为城市供应天然气。
在这种情况下，旋转导向钻井技术可以帮助储气库公司实现良好的储气井眼设计，并在钻井过程中提高钻井效率和精度。
在技术方面，随着石油工程技术的不断发展，旋转导向钻井技术已经实现了自动化和智能化。
通过加装传感器和控制系统，可以实现对钻头运动的实时监测和控制，实现钻井过程的智能化管理。
还可以通过井下遥控系统，实现对钻井过程的远程控制，提高了钻井的安全性和效率。
在应用方面，旋转导向钻井技术已经被广泛应用于复杂地质条件和水平井眼的钻井中。
通过对钻井工艺和设备的调整和优化，可以更好地满足不同地质条件下的钻井需求。
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
旋转导向系统POWER-V钻井技术应用简介
钻 铤 １ 根 ＋ ２ ３ ２ ９ ０． ｍｍ 振击 器 ＋ ２ ３ ２ 钻 铤 ２ ０ ． ｍｍ
面摆在设计 的方向上。其控制功能通过 进行钡 量定位 ４ 的内部传感器和电子扭矩仪实现 。 Ｐ ＯＷＥ －Ｖ 下入 井底 钻 进后 ， Ｒ－ 电子 控 制部 分 的 内 部传 感器 （ 磁力仪 和重力 加速 仪 等） 量到井 斜 和方位 ， 测 与地表 设定 的设计 工具 面进 行 比较 ， 然后 通 过 引鞋 （ 控 制部 分） 与之相 连 的控 制导 向轴 （ 向部分 ） 制旋 转 及 导 控 阀， 决定 那个 导 向／ 力 块 在 设计 的方 向伸 出作用 于井 推 壁 ， 现对井 眼轨迹 的控 制 。当 Ｐ 实 ＯＷＥ Ｒ—Ｖ起 出井 眼 后， 可以通过编程 口 下载出存储在控制部分内部存储器 内的数 据 ， 然后 对数 据 进行 详 细 分 析 ， 定 工 具 在井 下 确 的工作情 况 。
维普资讯
２０ ０８年第 ４期
西 部探 矿工 程
７ ９
旋 转 导 向 系统 Ｐ ＯＷＥ － Ｖ钻 井 技 术 应 用 简 介 Ｒ－
张 俊 良 ， 科 吕俊川 肖 ，
（． １ 西南油 气 田分公 司川 东北 气矿 ， Ｉ 四川 达 州 ６５０ ￣ ． Ｉ 油管理 局通 信公 司重庆 分公 司， ３００ ２ 四川石 重庆 ４ ０２ ） ００ １ 摘 要 ： 山前 高陡构造 等复 杂地层 垂 直钻 井工程 中 ， 在 由于地层 自然 造 斜效 应 的 影响 ， 井斜 问题 十 分 严 重 ， 为 长期 以来制 约 山前 高陡构造 等 易斜 地层 油 气资 源勘探 开发进 程 的一 大技 术瓶 颈 ， 是 自旋 成 也
３ Ｐ ＷＥ Ｏ Ｒ－Ｖ在克 拉 ２ —７要 由 电子 控 制 部 分 和 机 械 导 Ｒ－ 向部分组 成 。电子控 制 部分 是 一 根无 磁 钻挺 及 固定 在
旋转导向钻井技术及其应用
152旋转导向钻井技术是在井下旋转导向工具作用下控制轨迹和实施钻进，其轨迹几何导向和轨迹地质导向分别通过MWD和LWD实现。
该技术不再采取滑动钻进方式，在旋转钻进的过程中也能实时控制轨迹，相对于地质导向钻井技术，有着更低的风险、更高的整体效益，也避免了一些缺陷，在油气资源开发中具有重要意义。
1 旋转导向钻井技术工作原理旋转导向钻井技术是在井下旋转导向工具的作用下对钻井进行控制，使钻具产生轴线偏心，以此来将侧向力施加到钻头，对轨迹实现旋转控制。
对于下部钻具，在不受作用时的前进轨迹为直线，将大小为F 的钻压施加到钻头。
偏心装置的作用下在某一点发生弯曲，与轴线的角度为α，施加到钻头的钻压就会分解为两个方向钻压，垂直井壁的侧向力 ൌ Ƚ沿钻具轴向的力 ൌ Ƚ钻头受到的侧向力会随着偏心装置所处的井下位置不同而不同。
在偏心控制装置作用下，能随意调整偏心装置的摆放位置，在井眼垂直剖面的360º范围内，侧向力可以实现任意方向的控制，以此来全方位控制轨迹。
2 旋转导向钻井工具该技术所涉及的工具主要是旋转导向工具，其他还包括对应的配套工具等。
根据实现钻具偏心机理的区别可将旋转导向工具分为两类：动态调节式旋转导向工具和静态调节式旋转导向工具，动态调节式会随钻具旋转，静态调节式则不会随钻柱旋转。
配套工具主要包括扶正器、高性能钻头、震击器、定向接头、井下加力器、加重钻杆、无磁钻杆、柔性钻铤、短钻铤、钻铤、短无磁钻铤、井下仪器MWD悬挂短节、单向阀等。
2.1 动态可调式动态可调式旋转导向工具要在转动的钻具作用下才能伸处稳定器翼片。
导向控制装置可对动态调节式旋转导向工具实现控制。
在导向控制装置的作用下使钻具工作状态为导向工作时，对导向轴的方向进行调整，可将钻具导向既定的工位。
施工过程中，高压流体在导向轴的控制下流进高压腔，作为动力来伸出翼片，翼片的伸缩通过控制阀来控制，类似于将一个侧向力施加到钻具上，以此来达到旋转导向钻进目的。
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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。
3．国内外旋转导向钻井系统发展应用情况目前，国外旋转自动导向钻井系统研究、应用成熟的有3种（如图2）：Baker Hughes Inteq公司的Auto Trak系统，Halliburton Sperry-sun公司的Geo-Pilot系统，以及Schlumberger Anadrill公司的Power Drive系统。
其中，旋转导向钻井系统形成了两大发展方向：一、不旋转外筒式闭环自动导向钻井系统: Auto Trak 和Geo-Pilot；二、全旋转自动导向钻井统:Power Drive。
图2 国外3种旋转导向工具原理图3.1 Auto Trak旋转导向钻井系统Baker Hughes Inteq在1997年推出的Auto Trak。
截止到2000年上半年，该系统已下井575次，井下工作时间累计7万小时，总进尺100万米。
其6 3/4“系统创下了单次下井工作时间92h，进尺2986m的世界纪录，8 1/4”系统创下了单次下井工作时间167h，进尺3620m的世界纪录。
2000年8月，CACT公司在进行中国南海油田的1口侧钻水平井：HZ21一1一3SA 井的1400m的定向井段的施工中，应用Auto Trak RCLS系统，结果只用了1.5d的时间就完成了用常规方式需要10d才能完成的定向井段的施工。
2008年中石化西南分公司的HJ203H水平井在四开3755—5289m井段采用AutoTrak旋转导向钻井系统进行施工，机械钻速明显高于采用传统导向方式施工。
3.2 Geo-Pilot旋转导向钻井系统Sperry-sun在1999年推出新一代的Geo-Pilot旋转导向自动钻井系统，在美国墨西哥弯地区应用近50口井次，取得了良好的效果。
胜利油田于1998年引进了Halliburton公司的“AGS可变径稳定器+地层评价随钻系统FEWD”，并于2000年3月完成了胜利油田第1口位移超过3000m的海油陆采大位移水平井“埕北21一平1井”。
2005年，中海油与Halliburton公司合作，在渤海的NB35-2油田水平分支井8-1/2〞井眼作业中，使用Geo-Pilot旋转导向工具，取得了预期的效果，完成了12口井作业。
3.3 Power Drive旋转导向钻井系统CAMCO公司1994年研制开发了SRD系统。
1999年5月，CAMCO公司与Schlumberger公司的Anadrill公司合并，其SRD系统注册为Power Drive，成功应用于现场。
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的大位移井中，有2口应用了该系统。
2000年，PowerDrive SRD系统引入国内海上应用，在设计井深8800m，水平位移超过7500m的南海XJ24—3—A18井6871—8610m井段中成功应用。
4Power-V简介Power-V是斯伦贝谢旋转导向系统PowerDrive（如图3）家族中的一员。
PowerDrive把旋转钻井条件下测得的井斜角、方位角和工具面角等数据上传到地面，地面计算机监控系统根据实钻井眼与设计井眼的相对位置来产生改变工具面角等参数的下传指令，井下微处理器分析脉冲信号加以识别，与储存在仪器里的指令对比后，由井下旋转导向工具执行指令。
图3 PowerDrive系统主要组成部分4.1 旋转导向系统PowerDrive的优点(1) 反映和降低了所钻井段的真正狗腿度，使井眼更加平滑。
用泥浆马达钻进30m井段，滑动钻进15m，旋转钻进15m，井斜角增加4°，得到平均狗腿度4°/30m。
实际上，旋转钻15m井斜角几乎没有变化；而4°的井斜角变化是由滑动钻进15m产生的，这15m的实际狗腿度是 8°/30m。
而用Power-V在同一设置下打出的每米都是同样均匀和平滑的，减少了井眼轨迹的不均匀度，从而减少了在起下钻和钻进过程中钻具实际所受的摩阻和扭矩。
(2) 使用Power-V钻出的井径很规则。
使用传统泥浆马达在旋转井段的井径扩大很多，而滑动井段的井径基本不扩大。
这种井径的忽大忽小是井下事故的隐患，也不利于固井时水泥量的计算。
(3) 由于Power-V钻具组合中的所有部分都在不停的旋转，大大降低了卡钻的机会。
使用传统泥浆马达在滑动钻进时除钻头外，其它钻具始终贴在下井壁上，容易造成卡钻。
(4) 在钻进过程中，由于Power-V组合中的所有钻具都在旋转，这有利于岩屑的搬移，大大减少了形成岩屑床的机会，从而更好的清洁井眼。
这对于大斜度井、大位移井、水平井意义很大。
(5) 由于Power-V钻具组合一直在旋转，特别有利于水平井、大斜度井和3000m以下深井中钻压的传递，可以使用更高的钻压和转盘转速，有利于提高机械钻速。
使用泥浆马达在大井斜的长裸眼段滑动钻进时送钻特别困难，经常是上部的钻杆已经被压弯了，而钻压还没有传递到钻头上，还常常引发随钻震击器下击，损害钻头寿命。
4.2 Power-V 组成部分和工作原理简介Power-V主要有两个组成部分，它们分别是上端的Control Unit (电子控制部分，简称CU) 和下端的Bias Unit (机械部分，简称BU)。
在两者中间还有一个辅助部分Extension Sub(加长短接，简称ES)。
(1)电子控制部分CUCU是Power-V的指挥中枢，它内部有泥浆驱动的发电机，还有陀螺、钻柱转速传感器、流量变化传感器、震动传感器、温度传感器以及电池控制的时钟等等。
它可以独立于外面的钻铤而旋转或者静止不转。
工作原理：开泵后，发电机发电，陀螺测量到井底的井斜角和方位角(即高边)，然后按照地面工程师的要求把其内部的电子控制部分固定在某一个方位上(即高边工具面角)，从而实现无论钻柱如何旋转，CU内部的控制轴始终对准在需要的方位上，这个方位加上一个校对值后就是地面工程师所需要的高边工具面角的反方向。
如果需要调整这个控制轴的方位角，可以由地面工程师给Power-V发送命令，方法是：按照一定的时间编排方式，在不同的时间开不同的工作排量，CU内部的传感器探测到这个排量的变化后，由其内部的程序对其进行核对，如果与预先设定的某个指令吻合，就开始执行这个新的工作指令。
(2) 机械部分BUBU是一个纯机械执行装置，主要一个泥浆导流阀和三个由泥浆推动的pad (推力块或者叫伸缩片)。
这个导流阀与电子控制部分CU的控制轴相连，其方向由控制轴的方位而定。
有2%~5%的泥浆首先经过这个导流阀分流，然后流向转到该方向上的某个推力块A，推力块A就伸出，推挤井壁，井壁对钻头产生一个反作用力，这就是所谓的钻头侧向力，从而把钻头推向地面工程师所需要的方位。
该推力块A转过这个位置后，泥浆的液压作用就转向下一个转到这里来的推力块B，从而推力块B伸出。
而推力块A则会在井壁对其的挤压下缩回去，周而复始，由此实现旋转导向功能。
推力块在那个方位伸出、伸出次数的几率(百分比)都是由地面工程师通过电子控制部分决定的。
对井壁推力的大小是由钻头压降决定的，可以由地面人员通过调节排量而进行控制（如图4）。
图4PowerDrive盘阀控制机构示意图(3) 加长短接ES其内部装有一个泥浆滤网，负责过滤分流后驱动机械部分BU当中推力块(pad)的泥浆。
4.3 影响Power-V性能的有关因素和使用参数(1)泥浆密度：它会影响钻头压降，必须在Power-V下井之前得到下一趟钻泥浆密度的平均值和可能的范围。
其次还要知道进行水力计算所需的塑性粘度和屈服值。
(2)排量：在Power-V下井之前，必须得到井队泥浆泵可以提供的排量范围。
每根仪器具体的工作排量由实验室确定。
(3)钻头水眼：根据上述各项数据进行水力计算，在总泵压允许的情况下，按照Power-V比较理想的工作压降选择钻头水眼，如果可能的话，兼顾钻头水马力。
(4)钻头压降：它决定着推力块对井壁的推力大小。
压降太大会降低机械部分的寿命，甚至破坏机械部分；压降太小会降低Power-V的作用，达不到预期效果。
它的工作范围为600～800psi，650～750psi 之间比较理想。
需要根据当时井的具体情况选择一个合理值。
一旦仪器下井，通常是通过改变排量来调节钻头压降。
(5)转盘转速。
工作范围0～240r/min，转速太低，达不到预期效果；转速太高，则机械部分BU的磨损加快，需要根据当时井的具体需要而定。
(6)Power-V的性能与钻压没有直接关系。
(7)Power-V对牙轮钻头的要求比较简单：能够承受高钻压和高转速。
对PDC的要求比较严格：保径部分要短，保径部分上必须要有切削齿，Taper要短，钻头总长度要短，等等。