旋转导向系统介绍

旋转导向系统介绍

一、概述

随着科学技术的发展，石油钻井的勘探仪器的信息化、自动化有了长远的进步，从20世纪80年代后期，在国际上开始研究旋转导向钻井技术，到90年代初期多家公司形成了商业化技术并最终实现了信息化和自动化钻井，旋转导向钻井技术作为目前发展的前沿钻井技术之一，代表着世界钻井技术发展的最高水平。

旋转导向钻井技术可以自动、灵活地调整井斜和方位，大大提高钻井速度和钻井安全性，精确控制井眼轨迹，完全适合目前开发特殊油藏的超深井、高难定向井、水平井、大位移井、智能井等特殊工艺井导向钻井的需要，极大的降低了石油勘探、钻井的成本。

目前该项技术主要被斯伦贝谢、贝克休斯和哈里伯顿公司所垄断，而国内旋转钻井技术仅处于初级阶段，未实现商业化。

二、系统组成

1-固定钻铤 2-悬挂脉冲器 3-电池短节 4-测斜探管 5-无磁钻铤 6-无线接收短节

7-无线发射短节 8-转换接头 9-旋转导向工具 10-钻头

旋转导向钻井系统实质上是一个井下闭环变径稳定器与测量传输仪器（MWD/LWD）联合组成的工具系统。同时配有地面—井下双向通讯系统，可根据井下传来的数据，在不起钻的情况下从地面发出指令改变井眼轨迹。

旋转自动导向闭环钻井系统包括由井下导向工具、MWD系统、地面监控系统组成，实现了全井闭环控制的双向通讯。

1. 井下导向工具

导向工具采用推靠式，外壳不旋转，三个支腿(支撑力不低于2.5t)可独立控制；导向工具采用涡轮发电机供电(功率400-500W)，发电机的交流电进行整流后，一部分为导向工具主控电路供电，另一部分再逆变为交流电通过无线方式传输到外壳中的执行电路；

导向工具需要计算自身井斜及高边，以便控制支腿，停泵再开泵后，各支腿恢复到停泵前的状态；

导向工具通过无线发射短节及无线接收短节向MWD系统索取仪器的方位信息后，根据地面指令调整三个支腿的收缩状态以实现导向功能。

2. MWD系统

MWD系统通过脉冲器将测斜数据上传的同时，需要根据井下导向工具要求将导向信息同时上传到地面，并为井下导向工具提供仪器的方位参数以便于导向工具调整支腿状态。

由于脉冲器动作过程中，会影响旋转导向的指令下传功能，MWD系统能够在地面通过开停泵来开启或关闭井下脉冲器，关闭脉冲器后可保证旋转导向地面指令顺利下传。

3. 地面监控系统

包括MWD泥浆脉冲解码、MWD开停泵下传及旋转导向指令下传三部分。

MWD泥浆脉冲解码：由于脉冲器的动作，会在立管处产生不同的压力，通过压力传感器采集压力变化后传送到电脑进行解码。

MWD开停泵下传：按照编码要求进行开泵操作，井下脉冲器通过振动传感器感应到并解码后执行开启或关闭指令。

旋转导向指令下传：在立管上装有旁通阀，其能够把部分泥浆送回泥浆池，按照编码要求有规律地控制旁通阀的流量，可导致井下发电机输出电压产生对应变化，井下导向工具能够检测到此

信息并解码以实现地面指令的接收。

三、技术参数

a)排量： 10L/s～55L/s

b)外径尺寸： 178mm

c)造斜率： ≥9°/30m

d)工具面精度： ±2°

e)支腿支撑力： ≥25kN

f)工作温度： 150℃

g)最大承压： 140MPa

四、现场试验数据

2014年12月17日在现场进行了系统测试，井队泵排量32L/s，泥浆密度1.1g/cm³，井口测试，基准泵压7MPa，脉冲幅度0.5MPa；

在整个过程能够通过开停泵实现脉冲器的关闭及开启，在脉冲器开启期间，脉冲器能够根据预期设置，交替上传MWD测斜参数及旋转导向控制参数；在脉冲器关闭期间能够通过控制旁通阀实现旋转导向的信息下传，同时旋转导向能够根据地面下传的要求控制三个支腿的收缩，达到了预期试验目的；

详细试验记录见文件《旋转导向系统试验记录.xls》。