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。PowerV的最大优点就是可利用导向/推力块对井壁的作用力主动防斜，可使用攻击性更强的钻头，完全释放钻井参数（如钻压），极大地提高机械钻速。同时PowerV实现了在旋转钻进中改变井眼轨迹，避免了使用马达滑动钻进带来的弊端（如ROP低，井眼不清洁，短起下多等），使井眼轨迹更加光滑，有利于完井作业。目前PowerV（垂直钻井技术）正在钻井工程界广泛推广应用，塔里木油田在国内开创性地第一次引进并实践使用此技术。

PowerV软件包内有81个工具面，通过排量的改变可以分别实现每个工具面的功能。对防斜打直来说，只用了其中的5个工具面，即180/20，180/40，180/60，180/80，180/100。

图5-15 81个工具面分布图

工具面180度代表降斜工具面，其中20%，40%，60%，80%，100%，分别代表降斜的幅度，100%为全力降斜，它代表工具的最大降斜能力。

PowerV的钻进周期

PowerV的钻进周期可以设定，常规设定为3分钟（180秒）或5分钟（300秒），即每3分钟或5分钟仪器重复实现预订的工作过程。如180/60%的设定，以钻进周期3分钟（180秒）为例，在180*60%=108秒内仪器以180度的工具面工作（降斜），其余72秒（180-108=72）内工具面是随钻具旋转的，若180/100%的设定，仪器在180秒内工具面始终保持为180度工作，180秒后进入下一周期，又重复上一过程，依此类推，在整个钻进过程中PowerV始终保持180度的工具面工作。

PowerV指令传输

PowerV指令的发送是通过泵压的脉冲来实现的，脉冲有一定的高度和宽度要求，即在规定的时间内必须完成排量的转换（泵压的变化），例如使用脉冲排量为：低排量750 gpm（140冲），高排量980 gpm (180冲) ，四个脉冲可以完成一个指令的发送，实现不同工具面的转换

0:00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00

图5-16脉冲图

工具面 (180度)确定好后，PowerV就可以在该工具面工作，达到降斜的目的。