垂直钻井技术201308

二、垂直钻井工具
1） VertiTrak垂直钻井构成
二、垂直钻井工具
1） VertiTrak垂直钻井构成
• • • • 井下闭环提供连续的轨迹修正 近钻头井斜传感器 大功率高效动力节提高机械钻速 具有在不影响钻井参数的情况下 保持井眼垂直的能力 • 一体化的设备 包括 :
– 井斜 – 导向 – 动力节
地质因素是造成井斜的原因。受构 造运动、化学地质影响，地层裂隙发育， 并且地层有一定的倾角，虽然不是很大， 但足以造成井斜超标。以上原因极易造 成井底钻进时的不均匀破碎，在井底形 成斜台阶，它对钻头产生一个横向力， 把钻头推向地层的上倾方向，从而引起 井斜。
2）工程技术因素
因地层破碎，井径变化较大，在大井径位置，钻头接触井 底的位置不定，从而造成井斜。另外，因井径的变大，钻铤外 径相对减小，底部钻具容易产生弯曲，使钻压改变了方向，也 容易造成井斜。
3）V-Pilot垂直钻井系统
二、垂直钻井工具
3）V-Pilot垂直钻井系统
系统性能参数
工具系列 常规工具外径 井眼直径 动力钻具外径 总长 设计性能 最大轴向旋转扭矩 最大钻柱旋转 最大质量流量率 通过工具时典型压降（水） 井斜控制精度 最大钻压 最高工作温度 钻井液含砂量 上、下螺纹 上部连接 动力供应 9600系列 Φ244 mm Φ406.4 mm~Φ711.2 mm 254 mm 10.4 m 8°/30 m 406.75kN 250rpm 9072 kg/min 1.38MPa @ 2.12 m3 ±0.1 ° 444.82 kN 140 ℃ ＜2 % 65/8 REG MWD 锂电池
二、垂直钻井工具
二、垂直钻井工具
V-Pilot TM 的不足：
无电子仪器，纠斜效果不理想 没有其他检测设备，无法获得井下工具的工作状况
没有大范围的推广应用
二、垂直钻井工具
（4）中石化胜利钻井院垂直钻井系统SL-AVDS
该垂直钻井系统采用动态推靠方式实现钻进过程中的 主动防斜、纠斜。其中捷联式稳定平台是系统的核心。
二、垂直钻井工具
1、 垂直钻井工具现状
经过近二十多年的不断发展，已形成多种形式的垂直钻井系统：

工作方式：旋转纠斜型，滑动纠斜型 工具外套是否旋转：静止外套式，旋转外套式 纠斜方式：钻头推靠式，钻头指向式 系统结构：机械式，机液一体化式，机电液一体化式



二、垂直钻井工具
1、 垂直钻井工具现状
二、垂直钻井工具
1）Power V的构成
电 子 控 制 单 元 － C U
二、垂直钻井工具
1）Power V的构成
• 81个命令
导 向 控 制 图
• 可编辑
• 存储在CU内
• 通过排量可改 变设置
二、垂直钻井工具
2）Power V的工作原理
二、垂直钻井工具
2）Power V的工作原理
扶正器支点
贝克休斯Verti-Trak
国外
斯伦贝谢的Power-V 哈里伯顿V-Pilot
胜利钻井院SL-AVDS
国内
中石油钻井院CGVDS 渤海钻探工程院BH-VDT
二、垂直钻井工具
2、 垂直钻井工具结构及特点
贝克休斯VertiTrak
斯伦贝谢Power-V
哈里伯顿V-Pilot 中石化胜利钻井院SL-AVDS 中石油钻井院CGVDS 中石油渤海钻探BH-VDT5000
垂直钻井技术
孙明光
内
一、概述
容
二、垂直钻井工具
三、垂直钻井工具应用
一、概述
据统计，世界范围内直井钻井数量占总钻井数量
的60%。 随着勘探开发领域的不断扩大，高陡构造、大倾
角地层的勘探开发工作量越来越大，防斜打直问题越来
越突出。钻井工程中的防斜打快一直是一个复杂问题。
一、概述
1、井斜产生的原因 1）地质因素
在地层造斜力较大的情况下，无论采用哪种防斜钻具组
合只能稳住一定的井斜，但降斜效果不佳。 如果缺少有效的监测手段，技术或工具失效后，井斜就
不能有效控制，造成井眼质量问题，引起磨套管、断钻具等
井下复杂情况或井下事故。
一、概述
3、垂直钻井系统
一、概述
3、垂直钻井系统
二、垂直钻井工具
自动垂直钻井系统是一种带有 井下闭环控制系统、可实现井下主 动纠斜、保持井眼垂直、具有极高 技术含量的机、电、液一体化的钻 井工具，适合于山前高陡构造和逆 掩推覆体等易斜地层的垂直钻进。
– 精确的井斜测量 (0.01°) – 涡轮发电机 – 液压泵对每个导向垫产生导向压力
④ 传感器
– – – – – 井斜/工具面(X,Y) 温度 工具状态(滑动, 旋转) 交流电压 与地面的双向通讯
闭环系统通过对井眼轨 迹的连续修正保持井眼 垂直并使钻井效率最大
二、垂直钻井工具
3） VertiTrak优缺点
② X-treme 动力节 • 强大的功率和扭矩输出
– 比常规泥浆马达高60%
• 更高的效率 • 独有的予成型定子技术 • 降低了90% 的橡胶用量
– 更低的磨阻 – 更小的变形
寿命更长,使用次数更多
Elastomer
Steel
二、垂直钻井工具
2） VertiTrak垂直钻井工作原理
③ MWD 控制系统
Drive Train & Motor Control Sub Steering Section Section
Pulser
Alternator
Hydraulics Inclinometer/ Electornics
• 双模式:
– 滑动 – 旋转划眼
Steering Ribs
二、垂直钻井工具
2） VertiTrak垂直钻井工作原理
二、垂直钻井工具
（1）贝克休斯VertiTrack
VertiTrak是贝克休斯最先进的垂直钻井系统，它 综合了 AutoTrak （闭环旋转导向系统）、高性能 X-
Treme马达、可靠的MWD三种技术开发出来的一种闭
环自动垂直钻井系统。其本体相对地层静止，通过钻头 推靠方式进行纠斜，属于机电液一体化式自动垂直钻井 系统。
（4）中石化胜利钻井院垂直钻井系统SL-AVDS
1） SL-AVDS的构成和工作原理
二、垂直钻井工具
（4）中石化胜利钻井院垂直钻井系统SL-AVDS
1） SL-AVDS的构成
外径：241.3mm/177.8mm
井眼尺寸：311.15mm/215.9mm 总长：约7m 支撑翼块尺寸（未伸出/伸出）： 299.72mm/322.58mm；205.74/226.06mm
直接效益：
高质量井眼 提高钻速
间接效益：
减少钻具磨损和套管磨损 降低作业风险
减少划眼
降低扭矩和摩阻 减少水泥用量
降低燃料消耗
降低泥浆费用 易于电测
减少钻头用量
减少起下钻次数
下套管顺利
减少套管层次 提前投产
二、垂直钻井工具
3） VertiTrak优缺点
二、垂直钻井工具
且施钻头侧向力（低边），从而达到控制井眼轨迹
的目的。
二、垂直钻井工具
1）Power V的构成
各种传感器及电子控制板
涡轮
涡 轮
Steering Actuator Pad
Control Unit

Bias Unit


上/下转子、上/下扭矩仪、 陀螺、传感器模块组、 通讯控制模块组、存储器 控制引鞋、 发射天线等
一、概述
1、井斜产生的原因
可以说，打直是比打斜
更难的技术挑战
一、概述
Baidu Nhomakorabea2、被动式防斜措施
被动式防斜打快技术措施包括：塔式钻具、钟摆钻具、 强刚性钻具、偏轴钻具、单弯螺杆复合钻进等钻具组合。 在地层造斜力不大的情况下，利用塔式、钟摆等防斜钻 具组合，采用随钻测斜并及时调整参数，能高效钻进，并有 效控制井斜。
该系统完全没有采用电子元件，但可敏感0.18的井斜。
其本体相对地层静止，通过钻头推靠方式进行纠斜，属于
机液一体化式自动垂直钻井系统。目前还未在中国应用。
二、垂直钻井工具
1）V-Pilot的构成
改良马达
•运输时分上下两部分
•下钻时连接起来
垂直钻井部分
二、垂直钻井工具
1）V-Pilot的构成
二、垂直钻井工具
Power V 旋转垂直钻井系统 是 Schlumberger
公司研发生产的，其最大特点是在旋转钻进方式下，
通过地面控制实现井身轨迹的连续控制。该工具主 要由控制机构和转向机构组成，控制平台由旋转的 闸片调整位置，控制信号传给转向机构 ( 高边 ) ，由 液压驱动 3 片支撑座，定向机构与钻头同转速转动，
二、垂直钻井工具
（4）中石化胜利钻井院垂直钻井系统SL-AVDS
1） SL-AVDS的构成
主要技术指标：
（1） 井斜控制精度:<1° （2） 适用转速:60～200r/min （3） 工作压力损耗:<1MPa （4） 连续工作寿命:>80h （5） 工作温度:<100 ℃ （6） 钻井液密度:1.0～2.0g/cm3 （7） 钻头压降:>3.5MPa （8） 最大耐压:120MPa
二、垂直钻井工具
（4）中石化胜利钻井院垂直钻井系统SL-AVDS
1） SL-AVDS的构成和工作原理
主要是由发电机、基于旋转基座的测控短节、力矩电
机和防斜纠斜执行机构等四部分组成。
二、垂直钻井工具
（4）中石化胜利钻井院垂直钻井系统SL-AVDS
1） SL-AVDS的构成和工作原理
旋变及电动机
二、垂直钻井工具
1）V-Pilot的构成
枢轴总成
•低摩擦系数接头 •能产生最大的大钟摆侧向力
阀门总成
•轻载荷激活功能 •粘滞阻尼减少震动水锤的效果
垫片总成
•四个活塞可以产生变化的侧向力 •垫片流道孔减少泥浆的滞留 •垫片的大小可现场根据井眼的大小调节 垫片总成
二、垂直钻井工具
2）V-Pilot的工作原理
二、垂直钻井工具
二、垂直钻井工具
（5）中石油钻井院CGVDS
1） CGVDS垂直钻井系统构成 CGVDS 垂直钻井系统是 由中石 油钻井院自主研制。
工作方式：钻头推靠式
不旋转套活套 主轴
属于机电液一体化的垂直钻井系统
垂直钻井工具主要由执行单元、控制单 元和测量单元组成
测控子系统
液控子系统 纠斜推力块
下接头
二、垂直钻井工具
4） VertiTrak工作参数 (12 1/4‖-14 ¾‖ 井眼)
二、垂直钻井工具
5） VertiTrak垂直工具实例
应 用 证 明
二、垂直钻井工具
5） VertiTrak垂直工具工作示意图
应 用 证 明
比常规方式节约28天，并给后续作业提供了光滑垂直井眼
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（2）斯伦贝谢Power V
Azimuth 280°
二、垂直钻井工具
2） VertiTrak垂直钻井工作原理
① 3个可伸缩导向肋条
–高推力 (每片3吨)
–可靠的 类似于AutoTrak旋
转导向技术 –模块化设计 –可靠的独立液压驱动 –提供不受钻井参数和地层特 性影响的连续井斜控制
二、垂直钻井工具
2） VertiTrak垂直钻井工作原理
三个推力扳及活塞、 控制阀、控制轴、 泥浆分流器、 泥浆导向器、
二、垂直钻井工具
1）Power V的构成
机 械 偏 置 单 元 － B U 推力扳-伸/缩示意图
Pad 开
Pad 关
二、垂直钻井工具
1）Power V的构成 导向控制阀
控制轴
Disk Valve
二、垂直钻井工具
1）Power V的构成
可以钻出象枪管一样笔直的井眼。钻进时当MWD重力传感器（
距离钻头10米）检测到有井斜趋势时，即可启动液压部件，通过一 至两个肋板向井壁施加3顿的作用力以对抗这一趋势，同时MWD传 送实时井斜数据到地面系统以方便跟踪和监测。 当井眼完全垂直时，三个肋板全部伸出， 并对井壁施加相同的力，将钻头居中，保持 井眼按垂直方向钻进。这一过程自动完成， 不需要任何人为干预。
二、垂直钻井工具
（4）中石化胜利钻井院垂直钻井系统SL-AVDS
2） SL-AVDS优势
钻具旋转时进行纠斜 (不需滑动钻进) － 主动防斜！
所有部件都旋转 – “Everything Rotates‖
减少摩擦力和阻力 (钻压和扭矩传输更有效) 降低卡钻风险
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 在钻进时自动感应井斜进行自动化纠斜 解放钻压, 正常钻进提高钻速 可划眼和倒划眼
推力扳Pad伸出 推顶上井壁 从而使钻头产 生一个指向下 井壁的侧向力
二、垂直钻井工具
3） Power V的产品规格及参数
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二、垂直钻井工具
3） Power V的产品规格及参数
二、垂直钻井工具
4） Power V的优缺点
优 点
二、垂直钻井工具
机械式垂钻
二、垂直钻井工具
（3）哈利伯顿V-Pilot