几种常用垂直钻井系统使用效果对比
基于提高质量效率的垂直钻具浅谈
《基于提高质量效率的垂直钻具浅谈》摘要：为解决直井特别是高陡构造条件下的突出井斜问题，降低油气开发成本、提高油气采收率，有效解决防斜打快的问题，通过多种垂直钻具系统的设计研制，可以有效解决井身质量问题，切实提高钻井效率，机电液一体化自动垂直钻井工具，能够自动探测倾斜情况，并在钻头上自动产生一个附加的降斜力，总之，垂直钻具系统可以有效解决高陡构造钻进过程中井身质量与钻井速度的矛盾，提高机械钻速，降低钻井成本杨民进【摘要】针对传统的防斜打直工具不能有效解决井身质量和钻井速度之间的矛盾，以及地质因素和钻井工况对防斜打快提出的新要求，对机械式自动垂直钻井工具、捷联式自动垂直钻井系统、闭环自动垂直钻具、机电液一体化自动垂直钻井工具、西部钻探垂直钻井系统等进行了论述，以为解决钻进过程中的井斜问题，提高钻井速度，降低钻井成本提供钻具参考。
【关键词】钻具系统垂直钻具现代防斜打直技术的核心是解决井身质量和钻井速度之间的矛盾。
为解决直井特别是高陡构造条件下的突出井斜问题，降低油气开发成本、提高油气采收率，有效解决防斜打快的问题，通过多种垂直钻具系统的设计研制，可以有效解决井身质量问题，切实提高钻井效率。
一、机械式自动垂直钻井工具机械式自动垂直钻井工具工作原理：工具上端和下端分别与钻柱和钻头相连。
若井眼发生倾斜，配重就会在其自身重力作用下，稳定在倾斜井眼的低边，上盘阀的扇形偏心流道则稳定在井眼高边。
当上盘阀上的扇形偏心流道与下盘阀上的导流孔重合时，钻柱内、外高低压流体间的通道被打开，高压钻井液进入活塞缸，推动活塞靠向高边井壁，井壁的反作用力使得钻头在井眼低边井壁上的切削量增加。
同时，钻柱内、外高低压流体间的通道被关闭，高压钻井液不能驱动活塞靠向井壁，因此钻头在井眼低边井壁以外区域的切削量不会增加。
钻柱持续旋转过程中上述过程循环往复，钻头会增加在井眼低边井壁上的切削量，实现钻进过程中对井斜的适时修正。
机械式自动垂直钻井工具能够自动感应井斜并进行主动纠斜，可以有效地减少钻柱所受的摩擦力和阻力，使所形成的井眼更光滑，有利于降低卡钻风险。
垂直钻井工具
垂直钻井系统简单的说是导向钻井的简化版，像Power-V工具只要把参数设定成相关的就可以成为一个垂直钻井系统。
目前世界上广泛使用的垂直钻井系统主要有：德国的ZBE，斯伦贝谢的Power-V和VertiTrack三种。
ZBE是德国smart drilling公司产品，是世界上最早研究旋转导向钻井系统的公司。
ZBE系统主要有连接钻头和钻柱的轴、发电机、电子控制系统、斜向仪，MWD脉冲发生器、导向滑块、液压泵、外壳组成。
测斜仪检测到井斜后，将信号传输到电子控制系统，电子控制系统将激发导向液缸产生动作，将导向滑块推出并支撑在井壁，并防止外壳旋转，给钻头一个侧向力，使钻头导向。
Power-V系统是一套全自动化的旋转导向垂直钻井系统。
在钻进时会自动追踪地心引力，当井斜超过规定值后，自动设定和调整工具侧向力，在工具全旋转状态下伸缩块沿井斜高边方向频繁推出，给钻具一个侧向力，纠正井斜。
主要由两大部件组成：控制单元（CU）和偏置单元(BU)。
VertiTrack是一个模块化钻井系统，包括导向系统、MWD测量短节和一个高性能动力短节X-Treme。
V ertiTrack是一种滑动式的垂直钻井系统，有3个导向块，成120度夹角，通过不同导向块的组合实现导向力的改变。
预应力弹簧作用下的伸缩块在液压驱动下实现连续的过程控制，不受钻井参数影响同时不受地层性质影响。
目前国内很多研究机构都研制过相关产品，胜利研究院、克拉玛依研究院、张绍槐教授等都进行过或者正在进行相关研究，但是限于国内材料水平和制造工艺的瓶颈，这些产品总的来说跟国外还是有的一定的差距，主要表现井下服役时间，纠斜能力、抗高温性能等方面。
塔里木油田一项垂直钻井新技术应用成功
塔里木油田一项垂直钻井新技术应用成功
佚名
【期刊名称】《吐哈油气》
【年(卷),期】2006(011)001
【摘要】一项专门针对塔里木山前构造复杂地质条件引进的垂直钻井新技术——ZBE5000垂直钻井系统，日前在迪那204井应用获得成功。
从实钻数据显示，该系统仪器共入井3次，最小井斜仅0．1°，设备正常工作时，井眼几乎可以达到垂直。
同时，应用该技术，单只钻头进尺相当于邻井迪那203井的3倍。
【总页数】1页(P48)
【正文语种】中文
【中图分类】TE254.3
【相关文献】
1.垂直钻井系统在塔里木油田应用效果及对比分析 [J], 刘磊;刘志坤;高晓荣
2.浅谈塔里木油田克深区块垂直钻井提速技术 [J], 于建克;张仪;周小东;李盟国;李丰宝;詹有虎
3.塔里木油田成功应用油钻杆氮气钻完井新技术 [J],
4.宝山钢铁股份有限公司开发的超级13Cr钻杆在塔里木油田成功应用 [J], 赵鹏
5.测井新技术在塔里木油田气藏描术中的应用 [J], 赵军;李进福
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
国内外地质钻机性能介绍与比较
国内外地质钻机性能介绍与比较(2009年)1.国内钻机概况国内地质勘探钻机、水文水井钻机和小型石油钻机，如：TK.3型立轴钻机、TSJ.1000型水源钻机、TSJ.2000钻机、GZ-2000钻机、ZJ20/1350石油钻机等。
小型石油钻机实例：本钻井工程为煤层气产能井钻井工程，工程甲方为晋煤集团蓝焰公司以及中石油华北油田沁水盆地煤层气勘探开发公司。
井身结构：全井分一开、二开，一开深度20m-50m（达到基岩10m以下），孔径311.15mm；二开至完井，孔深400m-1200m，孔径215.9mm。
目的与任务，获取目的煤层的埋深、厚度、煤岩及煤质特征，为后期产气提供基本参数依据。
2）坑道钻机我国煤矿坑道钻探作业的主导机型为全液压动力头式坑道钻机。
具有钻进效率高、工艺适应性强、操作安全、解体性好、易搬迁等特点。
目前，国内全液压动力头式钻机的生产厂家较多，钻进能力从几十米到上千米，已形成多个系列。
ZDY6000LD(A)型履带式全液压坑道钻机ZYL-6000全液压坑道钻机。
钻进示意图配套钻杆◆目前煤矿井下所用的钻杆种类主要有外平钻杆、螺旋钻杆两种。
➢外平钻杆是最常用的一种类型，适用于井下常规钻进作业和稳定组合钻具定向钻进。
现有的规格主要有φ42，φ50，φ63·5，φ73，φ89 mm等，具体钻杆参数及配套钻头见下表。
➢螺旋钻杆主要用于满足松软煤层钻进和本煤层大直径救援孔的排粉需要。
螺旋钻杆接头形式多采用插接方式。
可方便处理钻进过程中因塌孔、喷孔、掉块等形成的卡钻、埋钻等孔内事故。
目前常用的规格主要有:φ78，φ88，φ100，φ110，φ130 mm等。
叶片式螺旋钻杆、浅槽螺旋钻杆两种。
晋城赵庄矿50 mm×1 000 mm的浅槽螺旋钻杆叶片、插接式螺旋钻杆配套钻头➢煤矿井下瓦斯抽放钻孔施工钻头一般以硬质合金和金刚石复合片(PDC)钻头为主。
硬质合金钻头一般只适用于本煤层、泥岩等低硬度地层的浅孔施工，目前大多数煤矿为提高钻进效率、节省起下钻时间，一般都采用PDC钻头。
国产自动垂直钻井系统的改进与优化
服 务价 格 昂贵 ， 造成 钻井 成本居 高不 下 。 了降低 钻井 为
成 本 、 破 国外公 司的垄 断 ， 国石 化 自主研 发 了捷 联 打 中
外 径 ２ ８ ｍ， 用 井 眼尺 寸 ３ １ ｑ 总 长 ７４ ２ ．ｍ 适 ６ １ ． ｍｎ， ２ ．２ｍ，
支 撑 翼块 尺寸 （ 伸 出／ 出 ）９ ． ／２ ．８ 未 伸 ２ ９７ ｍｍ ３ ２ ２ ５ ｍｍ。 巴
稳 定平 台测 控短节 输 出井斜 角 、井斜 工具 面 角 的精度 不足。 特别 是在 黏滑 条件 下引起 的钻 铤震 动 ， 钻铤转 速 不 均匀 ， 而输 出井斜 、 从 井斜 工具 面与 静态 测量 的数据
差别较 大 靠机 构不 能在 准确 的位 置进行 推 靠 ， 成 推 造
纠斜 、 防斜 的 目的。 转变压 器在伺 服 短节 中作为 无刷 旋 力矩 电机 的角 度传 感器 ，对无 刷力矩 电机 的转 子位 置
［ Ｏ 徐 泓 ． １］ Ｖｒ Ｋ垂 直 钻 井 系 统 在 大 湾 １井 的应 用 ｌ］ 采 工 艺 ，０ ０ ３ Ｊ． 钻 ２ １ ，３
进行 检测 ．完 成对 无刷 力矩 电机 的换 相 控制 和盘 阀角
度 控 制
系统 降斜效 率 降低 。
总之 ． 从试 验情 况看 ， 国产捷 联 式 自动 垂 直钻 井 系 统 的纠斜效 果不 好 ， 提速 效果亦 不 明显 ， 要 从 系统结 需
防斜 纠斜 执行 机构 主要 由盘 阀组件 和推 靠组 件组
测 控 短 节上 安装 有 采 集板 、 向板 、 定 电机 板 、 表 加
势为 先降斜 ， 稳斜 ， 再 最后 是缓慢 增斜 状态 。原 因是稳
定平 台发 电机 端 Ｋ ｌ 密封磨 损较 严重 ． 转密 封面 已 ａｓ ｉ 旋
垂直钻井技术
转导向系统基础上发展起来的，于2002年推出。
Pad 开
Pad 关
Control Shaft
Disk Valve
PowerV 产品规格
PowerV 最大转速 (rpm)
475
650 250
675 220
825 220
稳定器
钻头
（二）VDS垂直钻井系统
20世纪90年代初，德国KTB项目组与Eastman Teleco公司联合 研究开发的垂直钻井系统 VDS （ Vertical Drilling System ）。 KTB井深6710m处，井斜仅 1°，位移 < 4 m 2006 年德国 Eastman Teleco 公司为了打开中国的市场，通过 北京的一家代理公司给了中石油华北油田钻采院三套 17-1/2″ 井眼的垂钻系统进行试用； 使用情况，井斜控制的效果较好，只要垂钻系统工作，井斜 基本0.3°～0.5°之间；一次下井的使用时间在80h～100h，通 过更换密封件后可继续使用。
Baker Hughes 公司的Verti-Trak系统
1999 年 Baker Hughes INTEQ 公 司在 SDD 的基础上 经过改进完善推 出商业化应用的Verti-Trak直井钻
Motor Drive Train &S Control Section Steering Sect
井系统。 VertiTrak最大降斜能力可以达
900/1100 220
200
最大作业温度 (°C) 125/150* 125/150* 125/150* 最大钻头钻压 (Klbf) Max 50 Max. 65 Max. 65 最大钻头扭距 (Kft-lbs) 4 排量 (gpm) 16 220-400 320-650 480-1900
垂直钻井系统
25
0.20 0.19 0.18 0.20 0.12 0.19 0.17 0.06 0.06 0.19
307.81 179.56 13.59 275.35 241.01 316.78 293.01 132.98
10 13 15 17 11 13 12 12
25 115.60 25 1121.28 1150.00 1179.33 1207.93 1236.64 1265.29 1294.29 1351 1380 1409 1437 0.06 0.19 0.16 0.12 0.19 0.15 0.09 0.03 0.15 0.10 0.09 64.54 4.14 197.91 218.63 60.60 20.15 122.91 275.98 93.50 181.21 13.69 25 25
AGIP
180 180
945.38 972.94
0.20 0.06
67.64 72.69
25 25
0.19 0.17 0.17
142.30 214.75 24.02
15 10 10
1005.10 1033.74 1062.28 1092.03
0.19 0.20 0.17 0.09
263.65 275.17 187.57
时间深度－进度曲线
0
300
600
900
1200
井深 (m)
1500
1800
钻头掉牙 轮，打捞
2100
2400
断钻具
2700
3000
0
10
20
30
40
50
60
70 80 Days
90
100 110 120 130 140 150 160 Kela2 实钻
国产自动垂直钻井系统在鸭K1-1H井的试验应用
２ ． ２ 自动 垂 直钻 井 系统选择
该 井 直 井段 二 开 为 ３ １ １ ｍｍ井 眼 ， 为 此选 择 与 井 眼 配 套 的 自动 垂 直钻井 工具 。 ３ １ １ ｍｍ 自动垂直 钻井 系统 参数 如下 ：
井 眼尺 寸 ： ３ １ １ ｍｍ ； 侧 向力 ： １ ７ ． ６ ～２ ０ ． １ ｋ Ｎ； 工
提高 了井眼轨迹的控制精度 ， 还节约 了调整钻具所用
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ — １ ２ — ３ １ 修 回 日期 ： ２ ０ １ ４ 一 Ｏ 卜１ ３
具外径 ： ３ ０ ８ ｍｍ ； 最 大抗 拉 强 度 ： ２ １ ０ ０ ｋ Ｎ； 工 具 内
第一作者简介 ： 田径 （ １ ９ ８ ２ 一 ） ， 男（ 汉族 ） ， 甘肃 明勤人 ， 工程师 ， 现从事钻井工程技术 、 钻井施工工艺 等方 面的研究 和管理 工作 。
然方位稳定在 ２ ０ ０ 。 ～２ ３ ５ 。 ， 常规钻井方式 即使轻压 吊打 也无 法满 足井 身质 量控 制要 求 ， 前 期 在 该 区 块 应 用 Ｐ Ｏ ＷＥ Ｒ －Ｖｎ 垂直 钻井系统井 身质量控制好 ， 但 费 用
高； 在 鸭 Ｋｌ 一１ Ｈ井 使 用 自主 研 发 的垂 直 钻 井 系统 ， 井 斜控制在 １ ． １ 。 以 内， 释放钻压 ， 机 速 同 比提 高 ６ ５ ． ２ ７ ％， 为 区块 直井 段 防斜 打 陕找 到 了新途 径 。
摘 要： 玉 门油 田鸭 Ｋ区块 第三 系地 层 ， 自然 方位稳 定 ， 地 层倾 角大 ， 地 层 易斜 ， 用常规 钻 井 方式 即使
轻压 吊打也满足 不 了井身质量控 制要 求。在对比 国产和 国外 自动垂 直钻井 系统基础上 ， 在鸭Ｋ１ — １ Ｈ 试 验 应 用 国产 自动 垂 直钻 井 系统 工具 ， 井斜 控 制 在 １ ． １ 。 以 内， 释 放 了钻 压 ， 同 比邻 井机 速提 高
垂直钻井技术
5. 由于PowerV钻具组合一直在旋转，特别有利于水平井、大斜度 井和3000米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。而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。
涡轮
涡 轮
ห้องสมุดไป่ตู้
Steering Actuator Pad
Control Unit
Extension Sub
Bias Unit
二、典型的垂直钻井工具
电子控制部分CU：
CU是PowerV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。
系统工作模式：
钻进工作模式(SteerMode) ，钻进工作模式工作下有1~2个肋板在液压的作用下 伸出； 划眼工作模式(Ribs~off Mode)，划眼工作模式工作下三个肋板全部收回。 此两种工作模式可以很方便地通过控制开泵后2 min内的排量来进行设定。
二、典型的垂直钻井工具 导向肋板：
二、典型的垂直钻井工具 VertiTrak 的优势：
降低了扭转振动 减低了脱扣掉钻具的风险 降低了扭矩和磨阻 避免憋钻 钻具与套管的磨损最小 减少了总的机械损耗 释放钻压，提高机械钻速，缩 短钻井周期 降低成本 较少的钻井时间 减少了井场面积 较小的站地面积 最小的环境影响 ”瘦”井眼比大井眼 降低了破岩量 较低的泥浆费用和环保费 用 较低的钻头费用 固井效率提高 可减少套管层数
二、典型的垂直钻井工具 PowerV实物图
二、典型的垂直钻井工具
垂钻工具
1
大湾1 井
毛坝6 井
314.3
1828.96～2444
627.04～1297.6 1311.11～1868.86 1876.38～1953.72 535～2132.13
615.04
670.56 557.75 77.34 1597.13 3517.82
317：02
250：50 280：20 48：40 593:45 1490：37
四、现场试验
川东北地区高陡构造防斜打直钻井技术
1、塔式钻具组合
如河坝1井、双庙1井、普光3井、普光4井、普光7井 等几乎大部分的井都使用10″～11″大尺寸钻铤塔 式钻具，该钻具作用是提高下部钻具的刚性和抗弯 曲能力，利于较高钻压情况下防斜。使用结果表明 10″～11″钻铤组成的塔式钻具组合，较同等地层 钟摆钻具组合吊打的平均机械钻速均有所提高。在 倾角大、岩性变化频繁的自然造斜力极强的地层中， 使用10″～11″钻铤组成的塔式钻具组合钻进，有 利于部份解放钻压、对提高钻井速度有利。
普光2井 常规钻井 普光3井 常规钻井 普光4井 常规钻井 毛坝2井 常规钻井 毛坝3井 常规钻井 双庙1井 常规钻井 黑池1井 PowerV 普光7 PowerV
常规钻井机械钻速平均值
PowerV钻井机械钻速平均值
四、现场试验
川东北地区高陡构造防斜打直钻井技术
VertiTra 系统使用效果对比
序 号 井号 井眼尺寸 （mm） 使用井段 （m） 段长 （m） 纯钻进时 间 (h:min) 平均机械钻 速 m/h
2.0 1.6 1.2
2、试验过程中工具未发现刺漏现象，密 封、整体结构的耐压能力达到了设计要求， 说明推靠巴掌、盘阀等机构的设计合理， 初步具备进入现场试验应用的条件。
BH—VDT5000垂直钻井系统在克深203井的应用
Ｒ ｊ ，Ｈ Ｎ ｎ ｎ，Ｈ Ｕ ｈ ｇｅ ，Ａ ｈ Ｙ ｉ，Ａ ａ Ｕ ａｎＺＡ Ｇ ｉｇ ｇ Ｏ ｅ ｐ ｇＭ ｅ Ｕ ａａ ０ ｎ Ｄｕ Ｊ ｅ Ｚ Ｓｎ ｎ ａ Ｚ ， Ｈ ｆＨ Ｎ
（ ｉｉｇＴｃｎ ｌｇ ｅｅｒｈ ｎ ｔｕｅｆＢ ｈ ｉ ｉｉｇＥ ｇｎｅｉ ｏ Ｌｄ， ｉｎｉ ３ ０ ５ ， ｈｎ Ｄｒｌｎ ｈ ｏｏｙＲ ｓａｃ ｓｉ ｔ ｏ ａ ｌｎ ｎ ｉｅｒ ｇＣ ． ｔ．Ｔａｊｎ ０４ ７ Ｃ ｉａ） ｌ ｅ Ｉ ｔ ｏ Ｄｒ ｌ ｎ
ｔ ｒ ａ ｒ ｍｏ ｅｔ ｅｒ ｔ ｆ ｅ ｅｒ ｔ ｎ ｓ ｏ ｔ ｎｔ ｅｄ ｉ ｉ ｇｔ ｅａ ｄｓ ｔｓｙｔ ｅｒ ｑ ｉｅ ｅ ｔｏ ａ ｔ ｒ ｖ ｎ ｉ ｎ ａ ｄ ｆ ｓ ｒｌ ｎ ｉ ｈ ｅ ｃ ｎｐ ｏ ｔ ｅｏ ｎ ｔａｉ ， ｈ ｒｅ ｒｌ ｎ ｍ ｎ ａｉｆ ｅ ｕ ｒ ｍ ｎ ｆ ｌ ｎ ｅ ｅ ｔｏ ｎ ｔ ｉ ｉ ｇｉ ｈ ｇ ｎ ｈ ａ ｐ ｏ ｈ ｌ ｉ ｈ ｓ ｐ ａ ｄ ｌ ｎ ｄ ｐ ａ ｇ ｅａ ｄｔ ｒ ｓ ｖ ｒｎ ｐ ｅ ｆ ｒ ｔ ｎ ｔ ｅ ｅ ｏ ｅ ｉ ｃ ｎ ｂ ｓ ｄ ｆｒｈ ｒ ｉ ｎ ｌ ｎ ｕ ｔ ｅ ａ ｐ ｏ ｍａ ｉ ， ｈ ｒ ｆ ｒ ， ｔ ａ ｅｕ ｅ ｔ ｅ ． ｈ ｏ ｏ ｕ
ｂｙ ｔ ｗ ｅ － ｖ ｒｉａ ｒｌｉ ｇ ｓ ｔ ｍ ， ｈｅａ ｅ ａ ａ ｅｏｆｐｅ ｔａｉ ｎ ｗａ ％ ｈｉｈｅ ． ｈｅｃ ｎｃｕｓｏ ａ ｈ ｔＢＨ— ＤＴ５ ０ ｓ — ｈｅＰｏ ｒＶ ｅ ｔｃ ｌｄ ｉｌｎ ｙｓｅ ｔ ｖ ｒ ｇｅｒ ｔ ｎｅｒ ｔｏ ｓ２３ ｇ ｒ Ｓｏ ｔ ｏ ｌ ｉ ｎ ｗ ｓｔ ａ Ｖ ００ ｙｓ
ｓｓ ｍ ｎ ｅ ｏａ ｆｏａｅ ｓ ５ ａｄｔｅ ｎｌ ａ ｏ ｏ ｔ ｌ ｄ ｔｉ ０５ ｅｒｅ Ｃ ｍｐｒｄ ｔ ｅａｊｃｎ ｅｌ ｄｉｅ ｙｔ ａｄｔ ｔ ｔ ５ ８ ｅ ｈ ｔ ｌｏ ｇ ｗａ １ ｍ， ｎ ｃｉ ｔ ｎｉ ｃｎ ｏｌ ｈｎ ． ｄ ｇｅ ． ｏ ａｅ ｈ ｈ ｄａｅｔ ｌ ｒ ｌ ｈ ｉ ｎ ｉ ｓ ｒ ｅ ｗｉ ｗｉ ｔ ｗ ｓ ｌｄ
φ311mm垂直钻井系统的工作原理及现场应用
φ311mm垂直钻井系统的工作原理及现场应用
311mm垂直钻井系统是一种采用机械钻头拉起及压控形式去实现钻井的钻井系统，在
该系统中使用的钻铤宽度通常为311mm，系统的延伸厚度可到达2m。
该钻井系统通常用于
地表钻井，比如钻进淤泥池，湖泊，河道等水体，以及其它地质情况较差的地表，用于钻
井深度比较浅的岩层。
该系统主要有：机械钻头、压控设备、垂直钻架和连接架等组成，并由电液驱动加上
液体压驱动实现钻工作。
机械钻头：机械钻头是一种具有前进||倒退作用的复合钻具，在其表面有很多小的切
割块，主要的工作机构由阀体、活塞组成，操作灵活。
压控设备：压控设备，也称压控液压系统，是控制钻具的工作压力的液压系统，其主
要由减压阀、液压罐、变频、液压马达、液压油等组成。
垂直钻架：钻架，作为钻井机的基础，为钻具提供支撑，承受深层井轴向力。
它由钻
架本体、弹簧压力螺栓、钻头定位螺母等组成，钻架本体可以有手动液压切换，也可以有
压力控制的液压切换。
连接架：用于连接设备，实现设备之间的接通。
该连接架以钢板制成，外形交叉支撑，中间孔径定尺，处于支撑点上可以有高强度螺栓定位，确保连接架的有效运行。
这种垂直钻井系统通常用于地表储水工程、地下建筑物钻孔检测和油田地质勘探等，
在现场应用中它能有效地节省钻孔成本、缩短钻孔工期，提高工程效率。
它的特点是有效
减少口径及动静土，构建特殊的残余土内容结构，优化井筒整体状态，有利于建设工程实
施质量控制。
XZ-AVDS自动垂直钻井系统工具在金221区块的应用
XZ-AVDS自动垂直钻井系统工具在金221区块的应用1.西部钻探工程技术研究院，新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市，8300002.西部钻探准东钻井公司，新疆克拉玛依市，834000摘要：西部钻探工程技术研究院自主研发的XZ-AVDS自动垂直钻井系统适用Φ311.2-Φ444.5mm井眼、耐温150℃、耐压140MPa，累计在现场应用五万余米，工具综合性能稳定，满足现场应用需求。
为完善尺寸序列，满足防斜提速，提升公司在工程技术服务高端市场的核心竞争力，公司研制了适用Φ215.9/Φ241.3mm井眼、耐温175℃、耐压140MPa的自动垂直钻井系统，选择在新疆油田金221区块金XX井三开进行首次试验。
试验结果证明，自动垂直钻井系统工具将井斜整体控制在0.5°以内，保证了井身质量，应用效果良好，标志着公司小尺寸垂钻研制项目由研发向现场试验取得实质性迈进。
关键词：西部钻探，垂直钻井系统，防斜打直1、φ215.9/241.3mm自动垂直钻井系统研制的背景塔里木富满区块油气资源储量丰富，是油田勘探开发重点方向，是西部钻探公司重点服务目标区块，该区块面临高温、高钻压井斜控制困难等防斜打快难题，“螺杆+垂钻”成为一种常规防斜提速应用模式。
目前，公司自主研发的XZ-AVDS自动垂直钻井系统适用Φ311.2-Φ444.5mm井眼、耐温150℃、耐压140MPa，在尺寸规格、耐温性能、挂接螺杆高转速适用性等方面无法满足现场需求。
针对这一问题，公司决定研制适用Φ215.9/Φ241.3mm井眼、耐温175℃、耐压140MPa的自动垂直钻井系统，完善尺寸序列，满足防斜提速，提升公司在工程技术服务高端市场的核心竞争力。
针对高温、高转速、小井眼给垂直钻井工具带来挑战，开展机械结构小型化设计、测控传电路设计、非接触能量通讯等方面的攻关，完成Φ215.9/Φ241.3mm自动垂直钻井系统样机室内组装测试工作。
为充分验证工具性能选择在新疆油田金221区块金XX井三开进行首次现场试验。
国产垂直钻井系统在英40-5井现场应用
47技术应用与研究钻井过程中，高陡易斜地层的防斜打快是综合提速面临的技术难题。
垂直钻井技术可在易斜地层实现主动防斜，是防斜技术的革命性突破，是当前世界钻井领域的一项前沿技术。
自动垂直钻井系统是２１世纪钻井新技术发展的重要手段之一，该系统适用于地层倾角大、易斜地层。
能够降低非生产作业时间和减少钻井风险。
且创造巨大的经济效益和巨大的社会效益。
目前垂直钻井技术掌握在国外专业化技术服务公司手中并形成技术垄断，国内垂直钻井技术处于初步验证阶段，还没有形成大规模应用。
西部钻探工程公司经过多年的研究攻关，解决了一系列关键技术，研制了集机电液一体化的井下闭环控制自动垂直钻井系统，并开展了多口井的现场试验，在此基础上进一步改进，完善了井下工具工作模式和工作参数的优化，智能化控制策略解决了目前垂直钻井系统对作业工序、地层及井眼条件适应能力差的限制。
一、系统技术特点１．系统构成垂直钻井系统主要由动力与通讯短节、非接触能量与通讯子系统、测控短节和液压执行机构四个部分组成。
动力与通讯短节主要包括泥浆涡轮发电机、整流滤波稳压电路、上传脉发驱动电路、下传信号解码电路和主控电路等。
非接触能量与通讯子系统包括逆变电路、旋转变压器、通讯电路和整流电路。
测控短节包括近钻头测量模块、中控单元、电源管理电路、液压驱动电路等。
液压执行机构包括液压模块、护板及复位回收机构。
本系统是一种井下自动闭环控制工具，在倾角大的地层实现防斜打快的作用。
具有井筒双向信道传输、地面信号接收解码、地面下传编码、井下泥浆发电机、数据存储与回放、数据压缩与上传编码、非接触能量与通讯传输、近钻头动态井斜测量、闭国产垂直钻井系统在英40-5井现场应用马红滨1 钟宁龙2 孙澜江1 尚仓健1 朱年涛1（1西部钻探工程有限公司工程技术研究院；2西部钻探工程有限公司青海钻井公司工程技术科）【摘 要】XZ-CZ311垂直钻井系统，是西部钻探工程技术研究院研制的集监测和自动控制于一体的防斜打快井下工具，该工具是一种集机电液一体化的井下闭环防斜纠斜工具，具有井下泥浆涡轮发电，井下闭环自动控制，非接触电能和信号传输，近钻头井斜测量，地面信号处理等特点，其功能是在易斜地层，能够使用常规钻井施工参数钻出垂直的井眼，可极大地提高所钻地层的机械钻速，达到防斜打快的效果，具有广阔的应用前景。
垂直钻井技术
ZBE 5000-Generation (14 3/4 in. to 17 1/2 in. Hole Size) 1989
ZBE 4000-Generation (12 1/4 in. to 13 7/8 in. Hole Size) 1992
ezyPilot-Generation
(5 in. Hole Size) 2002
1 1 -15 1 3 1 14 1 3 1 1 1 1 1 1
三. 现场应用情况
•钻井参数
序号 钻压 (kN) 转速 (rmp) 排量 (L/S) 泵压 (MPa) 11~13 13~17 最大 扭矩 机速 (kNm) （m/h） 井斜 3~5 5~25 5.39 11.04 5.60 0.38 0.07 1.8 钻头 类型 牙轮 PDC PDC
2~14
0~14 0~14 0~16 0~4 0~12
8.96
4.09 2.12 2.80 0.67 0.75
0.2
0.4 1.11 1.14 0.6 0.29
PDC
PDC PDC PDC 牙轮 PDC
三. 现场应用情况
•系统工具工作情况
序号 第一趟钻 第二趟钻 第三趟钻 第四趟钻 第五趟钻 第六趟钻 第七趟钻 第八趟钻 第九趟钻 第十趟钻 钻进井段 (m) 249～272 272～550 550～738 738~869 869～1371 1371～1700 1700～1877 1877～2049 2049~2053 2076~2109 进尺 （m） 23 278 188 131 502 329 177 172 4 33 入井时间 （h） 29 73 63 53 105.5 133.5 133.5 99 26 79 纯钻时间 （h） 8:45 50:00 37:20 30:30 56:00 80:30 83:30 61:30 6 43:45 机速 （m/h） 2.63 5.56 5.04 4.30 8.96 4.09 2.12 2.80 0.67 0.75 井斜 (°) 0.07~0.85 0~0.6 0~0.2 0~0.8 0~0.2 0~0.4 0.26~1.11 0~1.14 0.5~0.6 0~0.29
自动垂直钻井工具分类及发展现状
自动垂直钻井工具分类及发展现状摘要：钻探工程中，井斜一直是制约钻进速度和钻孔质量的重要因素，特别是高陡构造地层条件下，突出的井斜问题不仅造成机械钻速低，钻井周期长，钻井成本高，有时甚至成为能否顺利进行钻探施工的关键因素。
基于此，本文从石油钻井和地质钻探两方面阐述了自动垂直钻井技术的原理及优点，按照不同结构及工作原理对自动垂直钻井工具做出分类，并简要分析了各类工具的优缺点等进行了分析，仅供参考。
关键词：自动垂直钻井工具；分类；井斜控制；发展趋势；建议一、自动垂直钻井技术概述自动垂直钻井技术将满眼钻具加压快钻与钟摆钻具吊打纠斜的特点融为一体，将高效与优质有效结合。
该技术源于1988年的德国大陆超深井科学钻探计划（KTB）。
由于垂直钻井技术的应用，KTB曾钻出了当时世界上最为垂直的钻孔［1］。
自动垂直钻井技术作为旋转导向技术的鼻祖，其导向纠斜原理与旋转导向技术相同。
近几年，随着旋转导向技术的进步，为解决高陡构造、断层与盐层等复杂易斜地质条件下的深井防斜打快难题，自动垂直钻井技术得到了快速发展。
经过多年研究与应用，该技术展现出了如下优点。
（1）降低狗腿度，提高井眼质量。
（2）减小钻杆与井壁间的摩擦力与阻力，钻压与扭矩传输更加高效，同时亦能降低卡钻风险。
（3）降低套管下井时的阻力，减轻钻柱接头对套管的磨损。
（4）减轻钻具磨损，解决钻具先期疲劳失效等一系列复杂问题。
（5）减少井眼净化问题。
（6）提高地质取心资料的真实度。
（7）解放钻压，最大限度提高机械钻速，有效解决防斜与打快之间的矛盾，从而降低成本。
（8）井下为全自动闭环控制，不需要地面人工控制。
二、国内自动垂直钻井技术发展现状目前自动垂直钻井技术及其产品基本上被国外几家大公司所垄断。
国内中石油、中石化以及中海油三大石油公司均进行了不同程度的研究工作，相继推出了试验样机并在不同区块进行了测试，但是还没有相对成熟的商业化产品投入工程应用中。
中石油钻井院的苏义脑院士在国内较早提出了井下控制工程学的概念，并且将钻井工程与自动控制、航天制导等技术相结合，于20世纪90年代就对自动垂直钻井系统做了调研分析与初步研究，在理论及实际方案设计方面都做了大量的工作。
阿北1井垂直钻井工具应用分析
阿北1井垂直钻井工具应用分析I. 引言- 阿北1井简介- 垂直钻井工具的重要性- 论文主旨概述II. 垂直钻井工具的分类及原理- 垂直钻井工具的分类介绍- 各类垂直钻井工具的原理和特点III. 阿北1井垂直钻井工具的应用分析- 钻机及配套设备介绍- 钻头的选择与应用- 工艺流程及操作要点注重IV. 阿北1井垂直钻井工具应用效果分析- 钻井效率与施工效果评估- 工具使用与换模试验- 井下安全控制与操作管理V. 结论与展望- 阿北1井垂直钻井工具的优点总结- 对垂直钻井工具的改进与发展方向展望VI. 参考文献第一章：引言钻井是石油勘探和开发的必要工艺环节，而钻井工具是钻井过程中必不可少的设备之一。
随着技术的不断更新换代，垂直钻井工具迅速发展，并且在现代化的钻井作业中扮演着重要的角色。
阿北1井是内蒙古地区的一口油井，通过对其进行垂直钻井作业，使之成为了一个成功的钻井案例。
因此，研究阿北1井所使用的垂直钻井工具，对于深入了解钻井工具的应用和技术，提高钻井工作效率和质量，具有重要的意义。
本篇论文主要从阿北1井垂直钻井工具的应用分析入手，对于垂直钻井工具的分类、原理、阿北1井的工具配置、选择和应用效果分别进行讨论，旨在为今后的钻井技术应用提供参考和借鉴。
第二章：垂直钻井工具的分类及原理垂直钻井工具可分为机械式、液压式、气动式和波动式等几类，每一类垂直钻井工具都有其各自的优缺点。
机械式垂直钻井工具采用人工或机器力通过钻柄来完成旋转，具有运转稳定可靠的特点；液压式垂直钻井工具通过压力控制钻头的运动，具有调节灵活度较高的特点；气动式垂直钻井工具采用气压来实现旋转作业，具有速度快、噪音小等特点；波动式垂直钻井工具则通过波动抽取钻头，具有强化摩擦、防卡钻等特点。
此外，垂直钻井工具还可分为下钻工具、转动工具和振动工具等多种类型。
下钻工具通过下压力作用来加工钻井孔，转动工具则透过旋转来实现加工作业，而振动工具则使用振动方式利用产生的外力来加工钻井孔。
自动垂直钻井系统-艾才云
Fx
2
Fy
2
三、XD-AVDS垂直钻井工具介绍
pc
11、室内测试 ②控制策略测试 B：六点控制模式 目的：在任意井斜角、特定高边工具面角情况 下，系统的控制是否正确。 特定高边工具面角： 30°±0.5°， 90°±0.5°， 150°±0.5° 210°±0.5°，27 0°±0.5°，330°±0.5° ③控制门限值： 停控井斜角＜0.2° 启控井斜角＞0.35°
Company
LOGO
中国石油西部钻探工程有限公司
钻井工程技术研究院
自动垂直钻井系统
pc
汇报内容
pc
概述
垂直钻井系统分类Βιβλιοθήκη 垂直钻井系统介绍一、概
pc
述
井斜在石油钻井过程中是经常发生的，它的危 害很大。轻者影响钻井速度，增加钻井成本。重 者使井眼报废，造成巨大经济损失。 目前，在国内钻井防斜技术领域，主要采用 “钟摆”、“满眼”和“偏心”钻具组合等被动 式防斜技术。它们用于不同的钻井工况，具有一 定的防斜效果。但在地层大倾角、高陡构造、断 层、地应力等异常地层，受偏心距、钻具刚度以 及转盘转速等参数的限制，其防斜效果非常有限， 不能满足钻井现场防斜打快的需要。
pc
7、控制模块 特点：（1）数据处理---去伪存真 （2）控制模式 ①矢量控制模式：推靠力的方向与井斜高边一致。 控制原理： Fx=f1-F2Sin30°-F3Cos60° Fy=F3Sin60°-F2Cos30° F= （Fx2+Fy2)1/2 Φ tgφ=Fy/Fx
Fx
12、现场实验 2012年5月11日～5月18日， “Φ444.5mm自动垂直钻井 系统”在新疆油田HUK22井进行现场试验。井眼尺寸 Φ444.5mm，井深1106—1910m，累计进尺804m，累 计入井时间169h，累计纯钻时间64h，平均机械钻速 12.56m/h，井斜控制在0.4˚以内，试验取得圆满成功。
万里挑一！中国油气装备6大神器出炉！
万里挑一！中国油气装备6大神器出炉！2014年国际油价大幅下跌以来，石油行业降本增效的努力就一直没有停止过。
几年之后，当控制资本投入、降薪裁员、资产优化组合这些手段的边际产出开始遭遇瓶颈，表现出递减趋势的时候，石油行业持之以恒的技术创新取得了大的突破。
而唯有技术创新，才能推动企业走出一条可持续发展之路。
2018年3月27-29日，第十八届中国国际石油石化技术装备展览会（cippe 2018）将在北京顺义新国展举行，第七届cippe展品创新金奖评选活动也将在展会同期举办，将从千余家参展企业的上万件展品中，评选出最具创新技术水平的产品。
“cippe展品创新金奖”是cippe组委会于2012年推出的重磅活动，每年都邀请至少15位院士、专家组成评审委员会，并从参展企业展出的上万件展品中严格评选出具有自主知识产权、具有重大技术突破、最能代表该领域国际最高科技水平的装备及技术。
“cippe展品创新金奖”是国内石油领域最具权威性的奖项，通过院士、专家的严格评选与点评，旨在推动石油行业技术革新，并通过cippe这一全球化展示平台，促进企业新技术与新产品的推广应用。
评审委员会专家听取企业报告cippe 展品创新金奖自举办以来，共有6家企业获此奖项，获奖展品回顾如下：2012年—BH-VDT5000垂直钻井系统中国石油集团渤海钻探工程公司BH-VDT垂直钻井系统获得第十二届中国国际石油石化技术装备展览“展品创新金奖”。
获奖之后，为更好地满足西部各大油田建设及工程提速要求，针对山前钻机能力提升和大井眼、深井段防斜打快需求，渤海钻探工程院组织技术人员不断探索和研制系列化的垂直钻井系统，目前已具备同时承担三口井的服务能力。
经过持续的技术改进，BH-VDT垂直钻井系统性能更加稳定、集成短节结构更加优化、工具耐温耐压能力和脉冲部件的耐冲蚀能力稳步提升，BH-VDT系统日趋稳定成熟，服务井段越来越深，服务市场也由塔里木拓展到了青海油田，几年来共进行了25口深井应用,累计入井12597.2小时、进尺4.6114万米，正常钻进井段井斜小于0.5度，平均机械钻速提高2倍以上，防斜打快效果明显。
- 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)。
几种常用垂直钻井系统使用效果对比
作者单位：渤海钻探第三钻井公司70146钻井队
作者姓名：王涛李文王言泉
摘要：塔里木山前高陡构造属于易斜区域，地层倾角大多在15°∽80°，且地层各项异性差异大，岩性软硬交错，自然造斜能力极强。
为解决高陡构造防斜与提高钻速之
间的矛盾，自1993年起塔里木油田开展了高陡构造防斜快打技术，经过将近20年的
摸索与推广，目前塔里木山前构造垂直钻井技术已经十分成熟，本文将重点介绍在塔
里木山前构造应用的三种垂直钻井技术。
关键词：高陡构造、垂直钻井、Power-V系统、VertiTrak系统、BH-VDT5000系统
Abstract: high and steep structures in Tarim Piedmont belongs to the inclined area, dip in 15 ° ~ 80 ° mostly, and the formation anisotropy differences in lithology, staggered hard
soft, natural deflecting ability. To solve the contradiction between high and steep structural
anti deflection and improving ROP, since 1993 the Tarim Oilfield was high and steep
structural anti deviation and fast play technology, through research and promotion of nearly
20 years, the Tarim piedmont tectonic vertical drilling technology has been very mature, this
paper introduces three kinds of vertical drilling technology in Tarim piedmont tectonic the
application of.
Keywords: high and steep structures, vertical drilling, Power-V system, VertiTrak system, BH-VDT5000 system
1几种常用垂直钻井系统
1.1 Power-V系统的特点及工作原理
Power-V是斯伦贝谢公司开发的一套“全自动化”旋转导向垂直钻进工具，其主要分两部分
组成，上端电子控制部件Control Unit和下部机械偏置部件Bias Unit，在车间已用计算机编
好程序CU部分用来实际生产过程中的测斜及数据传输。
利用水力冲击控制下端巴掌伸缩导向块
推顶到井壁，从而迫使钻头有力地切削井壁，完成边钻进边测斜的目的。
该工具在钻进时会自动
追踪地心引力（自动感应井斜），如果发现井斜超过设定的范围（直井中通常是0.5°）时，自
动设定和调整工具侧向力，在工具全旋转状态下，伸缩块沿井斜高边方向频繁推出，使得钻具获
得一个侧向力，使井眼轨迹快速返回垂直状态。
针对高陡构造地层，可以实现全压钻进，同时钻
具旋转有利于提高井眼清洁和井眼质量，是一种具有广泛适用性的自动防斜快打技术。
1.2 VertiTrak系统的特点及工作原理
VertiTrak系统是贝克休斯旗下的一个模块化的钻井系统，包括导向系统、MWD测量短节和一个高性能动力短节X-Treme。
图1 VertiTrak系统组成示意图
VertiTrak的导向系统执行部分分为三轴向可伸缩导向块。
三个导向块相位差为120°。
通过不同导向块的组合实现导向力的改变。
导向块可以提供足够的侧向力，伸缩块在液压驱动下实现连续的过程控制，既不受钻井参数的影响，也不受地层性质的影响。
VertiTrak系统是一种滑动式的垂直钻井自动导向系统，三个伸缩块作用在井壁上，其本身及上部钻具组合并不旋转。
当需要防斜钻进工作时，有1-2个巴掌在液动作用下伸出，产生一个作用于井眼高边的3T反作用力，从而使井眼保持垂方向的垂钻进。
当需要划眼时，系统可被设置为“ribs off”模式，此时伸缩块处于收缩状态，整个系统可被地面旋转驱动，但为了减少对工具的损害，旋转的时间必须尽可能减少。
1.3 BH-VDT5000系统的特点及工作原理
BH-VDT5000垂直钻井系统，具有实时监测、主动纠斜的功能。
主要由井下闭环控制系统、自
发电及信号上传系统、地面接收信号及解码系统三部分组成。
井下闭环控制系统由驱动轴、壳体、导向块、导向液缸、井斜测斜仪、电子控制系统等组成；自发电及信号上传系统主要由发电机、脉冲发生器、电子控制系统等组成；地面接收信号及解码系统主要由传感器、信号线、信号解码
器和微机终端组成。
是集机电液一体化形式的自动垂直钻井系统。
BH-VDT5000垂直钻井系统的纠斜原理：闭环内的测斜仪监测到井斜以后，将信号传输到电
子控制系统，电子控制系统将激发导向液缸产生动作，将相应位置的导向滑块推出并紧紧贴靠在井壁上，给钻头一个侧向力，使钻头回到垂直方向。
2.现场使用三种垂直钻进技术的对比
迪北103井是塔里木盆地库车坳陷东部依奇克里克构造带迪北斜坡上的一口评价井，行政隶属于新疆阿克苏地区库车县。
该区紧邻天山，地表为山地，地势北高南低，地面海拔在1600～3000m之间。
迪北103井基本数据表
井身结构设计图
表1 迪北103井二开井段垂直钻进效果
2013年7月1日，
3.综上所述
1、Power-V、VTK以及BH-VDT5000三大垂直钻进系统在正常的情况下都可以有效的控制井斜钻成垂直井，同时提高机械钻速。
相比而言Power-V系统控制井斜和提高机械钻速的性能要优越其他。
2、VTK系统工具仪器故障率高，系统配套性差，相比之下在山前不太适用。
3、BH-VDT5000由于外径大，刚性强，大井眼起下钻过程中阻卡现象较严重。
但其具有近钻头测斜的优势，同时安装配套简单减少了辅助接头的使用，同时该系统传输信号较稳定。
4、Power-V与VTK系统都需要增加3-5MPa的压降而造成泵压上升、排量下降。
目前在用的机泵条件很难兼顾山前的井下复杂情况。
5、总体来讲Power-V和VertiTrak系统技术较成熟，稳定性好。
由于是进口设备，使用成本较高。
参考文献
[1] 张丽萍，秦虹.迪北103井钻井工程设计.新疆：中国石油天然气股份有限公司塔里木油田公司，2013.02-19.
[2] 吴奇，等.复杂深井钻井技术及应用，2009.11：96-98。