旋转导向钻井技术和工具

— 研制成流场变向器样机
变
径
稳
定
井下闭环变径稳定器
器
在
井
在油田钻井试验 台
上
2000.7.25
CNPC钻井工程重点实验室
2 0 0 5年1月5日
泥浆动力控制偏心导向工具
2004.6 加工并装配出泥浆动力可控偏心器下井试验样机
三翼肋导向，结构类似 于AutoTrak但原 理不同。
( “push”, “point” )
– 旋转导向技术 – 井眼轨迹井下闭环控制技术 – 近钻头测井技术
三、井下闭环和旋转导向钻井
优
点
井下闭环带来高质量的井眼轨迹； 旋旋转导向避免滑动钻进,降低磨阻, 净化井眼； 特殊钻井的需要如高难度大位移井。
四、旋转（闭环）导向工具
国外： 广泛进行现场应用的有:
Baker Hughes
AutoTrak
泥浆脉冲
固定稳定器
上传数据
B H A (1)
资料处理 综合解释
起钻、 通过井口 操作：改变稳定器
直径/弯度
N
Y 起钻？
地面信息 记录显示
2、由地面控制井下可变径稳定器 构成的钻井系统总体(简化)框图
变径式：地面控制泵压/排量，井下变径
泥浆脉冲
变径稳定器
上传数据
BHA
地面操作:
改变稳定器 直径/弯度
泥浆动力，类似Schlumb. 但用法不同。
Powerdrive用于导向； XTCS —— 控制；
GeoPilot —— 可变弯接头
XTCS —— 可控偏心器
XTCS
Schlumberger New Powerdrive* SRD
Halliburton
Geopilot
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
导向原理 不旋转套 翼 数量 肋 伸出方式
导向过程 控制动力 造斜能力 下 负脉冲 传 振动
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Hale Waihona Puke Baidu & 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
正常钻井轨迹控制过程 定时发送监控信息
XTCS 偏心 有
3 绕横轴
连续 泥浆 4°~ 8° 有 有
Autotrak 贴井壁力
有 3 绕横轴 连续 电-液 4°~ 8° 有 无
Powerdr. 贴井壁力
无 3 绕纵轴 不连续 泥浆 6.5° 有 无
GeoPilot 弯角 有 不连续 电-液 -
五、石油工业面临的任务 与对钻井的需求
增产、增储 提高采收率
探测器
94.西安石油学院
井下闭环控制 钻井系统
•必要时, 执行单元 •采取干预措施
设计井身 微机自适 轨 迹 应控制器
下行指令
干预 指令
井下
泥浆脉冲 上传数据
资料处理 综合解释
地面
下行信息 传输通道
地面控制器
地面信息 记录显示
1、由井下固定式稳定器构成的 钻井系统总体(简化)框图
固定式： 多次起下钻；
发明名称：定向 钻井装置
流场变向器图纸
3 井身轨迹制导的智能钻井系统的 国家自然科学基金 1995-1996 理论与实验研究 编号5947-4003
按时通过验收
4 可控偏心器研制 （课题编号：970507-3）
中国石油天然气总 1996.11公“九五”项目
98 ． 11 通 过 中 评 估（等级：A）
Y 改变N泵压
/排量 ？
资料处理 综合解释
地面信息 记录显示
3、由井下闭环可变径稳定器构成 的钻井系统总体(简化)框图
变径式：地面下达变径的命令，井下变径；
泥浆脉冲
井下闭环 变径稳定器
BHA
井下操作：
改变稳定器 直径/弯度
Y 下传N变径
信息指令？
上传数据
资料处理 综合解释
地面信息 记录显示
4、由井下闭环可变径稳定器构成 的钻井系统总体(简化)框图
8 井下闭环旋转导向智能钻井系统 国家教育部优秀青 2002.3-2003.12 进行中
控制理论研究
年教师基金项目
其中：国家自然科学基金 2项； “九五”863 1项；教育部1项；集团公司 2项；
七、初 步 研 究 成 果
— 研制成井下闭环可变径稳定器样机
稳定器测控及通道部分 井下闭环可变径稳定 器样机在实验台上
变径式：地面下达变轨迹的命令，井下自动变径；
井下闭环 变径稳定器
BHA 变径 单元
井下操作： 改变设计轨迹
实现设计 造斜率
泥浆脉冲
控制 Y 下传N轨迹
参数指令？
上传数据
资料处理 综合解释
地面信息 记录显示
井下闭环旋转导2向8 过程示意
27
19
17
29
21
15
监测
23
20 12
负 脉 冲振 通动 道通
道
MWD
扶正器
地质参数测量
MWD
测控单元
下行通道
可伸缩翼肋 钻头
设计轨迹
靶心
井下闭环钻井系统硬件配置
无磁钻铤
可控偏心器
二、井眼轨迹控制技术发展现状
90年代起，特别是，海上钻井进入了以 导向技术为标志的超大水平位移钻井的新 时期，并以前所未有的速度向更新技术方 向迈进！XTCS —— 集中体现了二十世纪 末钻井科技最新成果！
提高采收率1-5%！
“三维轨迹闭环钻井技术” 是重大专项的关键技术！
2、中国石油天然气集团公司 钻井领域前沿（应用基础）项目
旋转导向钻井关键技术研究
九三年来承担的科研课题
No.
研究项目名称
资金来源
时间
成果情况
1 井下闭环钻井控制新技术
国际合作
2 井下闭环控制钻井工具总体设计 课题组自筹
93.1-93.8 94
降低吨原油成本
六、研究工作进展情况
1、国家十五_八六三高科技发展计划 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！
5 井下闭环可变径稳定器研制
国家863项目
（课题编号：820-09-01-02B）
1998.8- 2000.10 2000.11 通 过 科 技 部820主题办验收
6 钻井时由地面到井下的通讯通道 集团公司中青年创 1999.8-2001.8 2001.3 通 过 集 团
新基金
公司验收
7 井下闭环旋转导向智能钻井系统 国家自然科学基金 2001.3-2002.12 进行中 控制理论研究