旋转导向技术

PowerDrive X5
推靠式旋转导向工具
Schlumberger Private
PowerDrive X5 工作原理与特点
利用流体带动推块推动井 壁以获得反作用力的推靠 式旋转导向工具 全部外在部件全程旋转 提供近钻头实时测斜与方 位伽马 可提供全尺寸，各种井轨 类型的定向钻井服务 对钻头有一定要求
_______________________________________________________
PowerDrive Xceed (指向式) PowerDrive Xceed vorteX (指向式, 提高钻井效率)
Schlumberger Private
Schlumberger Private
60
Mala H-5 Survey
TJH-21 Survey
TJH-21 Cont (1225)
55
TJH-21 Cont (85)
Mala H-5 Cont (1225)
Mala H-5 Cont (85)
50
TJH-21 (Motor Curve)
45
40 1150
1200
1250
1300
Depth (m)
10 5/8” Bit Size
9 7/8”-8 ½” Bit Sizes
6 ½ ”-5 3/4” Bit Sizes
26”-17 ½” Bit Sizes
14 ¾”-12 ¼” Bit Sizes
10 5/8” Bit Size
9 7/8”-8 ½” Bit Sizes
6 ½ ”-5 3/4” Bit Sizes
Xceed 性能及优点
完全转动 定向机理 易于操作
增加钻井效率 井眼清洁 井眼质量 较低卡钻风险 提高ROP 有利于钻压传递
定向能力受井眼尺寸和地层影响小 在软硬地层造斜稳定 裸眼侧钻 在软硬夹层,定向容易 可用于双心钻头钻进
提高作业效果 钻进时下达指令 闭环式稳斜 改善了水力参数 适合在强研磨地层
使钻头与井眼轨迹产生一个偏角- 其作用类似于弯螺杆钻具
Schlumberger Private
斯伦贝谢旋转导向工具
PowerDrive Xtra (推靠式) PowerDrive X5 (推靠式/带近钻头测量) PowerDrive vorteX (推靠式/在马达以下) PowerV (用于垂直钻井) PowerV vorteX (用于垂直钻井, 提高钻井效率)
Schlumberger Private
旋转导向钻井工具PD X5 和Xceed 的介绍
斯伦贝谢钻井与测量部 二零零九年三月
介绍内容
旋转导向工具介绍 – PowerDive X5 – Xceed
Schlumberger Private
旋转导向工具
解决钻井工程困难
低钻速
– 滑动困难 – 定向作业
井眼清洁 压差卡钻 钻具屈曲和托压 井眼井斜和方位变化
Schlumberger Private
Baidu Nhomakorabea
组成部分：控制模块
PowerDrive Xceed 四个组成部分
动力输出模块 传感器模块 电子控制模块 定向模块
Schlumberger Private
定向模块
Pow通过er控D制ri内ve部X马c达e转e速d 以控 Com制工po具n面ents
Mad钻 布e头 置up传 ，o动 形f 4轴 成s与 固ec壳 定tio体 倾ns轴 斜: 线 角偏 ，心 为
Control Unit Electronics, control of TF and steering percentage
Stabilizer Flex
Approximately 18 – 20mm, (3/4”) of travel
Schlumberger Private
Pad out
Pad in
动力输出模块 传感器模块
Schlumberger Private
传感器模块
与传统MWD工具传感器 完全一样
测量壳体转速，井斜和 方位
信号质量与MWD工具一 致，需要由MWD工具利 用泥浆脉冲传输
测量结果将被控制模块 运用，计算相应命令
Schlumberger Private
测量质量
Inclination
Power Drive
Mala H-5 (PowerDrive Curve)
60
55
1350
50
45
40 1450
Mala H-5 Survey TJH-21 Survey TJH-21 Cont (1225) TJH-21 Cont (85) Mala H-5 Cont (1225) Mala H-5 Cont (85)
Schlumberger Private
Comparison of PowerPulse & Xceed D&I
60
50
40
30
20
10
0 10000
10500
PowerPulse Inclination
11000
11500
12000
Depth
PowerDrive Xceed Inclination PowerDrive Xceed Azimuth
提高钻井效率
提高钻速 减少短起时间 改善和提高井眼完井质量 提升大位移井作业能力
Schlumberger Private
井身质量的重要性 (马达 和 PowerDrive)
优良的井身质量将: - 降低井身的扭曲 - 增强井身清洁率 - 更有利于提高测井质量
Schlumberger Private
Motor
100
P lan
50
更近钻头测量 Actual
0
优化地质导向和井眼轨迹控制
12 1/4" Section
8 1/2" Section
Improve Hole Cleaning
提高井眼清洁度
Deliver better log quality
高质量的测量数据
Improve ROP
提高机械钻速
斯伦贝谢旋转导向工具系列
Power V
用于直井 全自动旋转导向系统 减少井上人员和费用
vorteX
井下附加动力 可使用X5或Xceed 承受更大钻压，输出 更高扭矩
14 ¾”-12 ¼” Bit Sizes
9 7/8”-8 ½” Bit Sizes
26”-17 ½” Bit Sizes
14 ¾”-12 ¼” Bit Sizes
Good/Smooth Bore Hole
提高井眼轨迹的光滑度
Drilled Footage Per Day Comparison
Reduce tortuosity
300
减小井眼弯曲度
250 200 150
167% increase in 12 1/4” section performance
263% increase in 8 1/2” section performance
Schlumberger Private
所有外在部件全程旋转
外在部件全程旋转是斯伦贝谢旋转导向工具与其它旋转导向 工具的最大区别
可以划眼，倒划眼及钻套管鞋 最大限度地减小压差卡钻和落井风险 全程旋转，无固定不动部分
旋转导向工具的定向方法
推靠式 给钻头提供侧向力以增加钻头的侧向切削作用
____________________________ 指向式
PowerDrive X5 – 保证了在油层的最大钻遇率
近钻头的方向性伽马
真实反映了井眼轨迹在油层 中的位置 结合近钻头井斜,方位和伽马 测量, 保证了在油层最大的钻 遇率
Schlumberger Private
Schlumberger Private
PowerDrive X5
Bias Unit Purely mechanical, provides bit deflection
9 7/8”-8 ½” Bit Sizes
6 ½ ”-5 3/4” Bit Sizes
26”-17 ½” Bit Sizes
14 ¾”-12 ¼” Bit Sizes
10 5/8” Bit Size
9 7/8”-8 ½” Bit Sizes
6 ½ ”-5 3/4” Bit Sizes
Xceed
独特的工作原理 减少与井壁接触 更高的改变井轨能 力
PowerDrive Xceed 四个组成部分
动力输出模块
Schlumberger Private
动力输出模块
涡轮发电机将泥浆液压 动能转化为电能
2KW的能量用于控制钻进
不需其他工具提供能量
不需电池，对钻进长度 没有限制
Schlumberger Private
组成部分：传感器模块
PowerDrive Xceed 四个组成部分
提供一个非常平均的工具 面
良好的井眼质量
井眼有1/8-in. 扩大
Schlumberger Private
定向作业– 定向模式
通过马达和外筒的速度匹 配, 使工具面保持在一个 固定位置
当需要改变工具面时,将 改变马达速度,允许钻头 轴相对转动
当马达和外筒之间速度恢 复匹配后, 工具面保持固 定
Schlumberger Private
PD Xceed675在中国南海某井面临的挑战： 1. 裸眼侧钻Mb 、Mc以及水平钻进三个水平井段 2. 着陆点垂深不确定 3. 方位变化大，为三维定向井
设计： 工具考虑：设计使用造斜率大的旋转导向工具PD Xceed675
钻井实例
钻具组合设计
8 ½"PDC Bit + Xceed675 + ARC (w/APWD) + PowerPulse + ADN
Schlumberger Private
应用
在具有挑战性环境下的旋转导向,包括:
– 大位移井 – 裸眼侧钻与随钻扩眼作业 – 在硬和软地层中,造斜困难 – 实时地质导向 – 带偏心钻头的定向作业
Schlumberger Private
Schlumberger Private
钻井实例 中国南海某井实例
ADN
PowerPulse
ARC
PD Xceed
Schlumberger Private
T T T R R T T
PDC钻头－Xceed对钻头没有特殊的要求，具有导向性的PDC会更好的
体现其表现力
BEST：M1655RS
钻井实例
Xceed675着陆和钻进Ma水平井段的造斜情况
Schlumberger Private
Schlumberger Private
井眼质量
250
Actual Csg up weight
Actual Csg down weight
200
Theor. Up weight Theor. Down weight
150
Weight (T)
100
50
0
s 下套管载荷分析图
Depth (m)
7- x 5.5-in. liner 8.5-in. section
Schlumberger Private
PowerDrive Xtra
第一代旋转导向系统 全程全部旋转 累积进尺超过一千万 英尺
PowerDrive X5
同样原理 提高工具可靠性与 钻井表现
26”-17 ½” Bit Sizes
14 ¾”-12 ¼” Bit Sizes
10 5/8” Bit Size
1500
1550
1600
1650
Depth (m)
各类PowerDrive工具通工具所有 部分全旋转的原理可以提供 卓越的井身质量 。
Inclination (deg) Inclination (deg)
为什么要使用旋转导向系统
Footage/da y (m /day )
Schlumberger Private
Schlumberger Private
PowerDrive Xceed
指向式旋转导向工具
PowerDrive Xceed简介
特点： 所有组成部分全程旋转 具有马达的定向特点 配有两个螺旋扶正套 钻头轴向方向与钻具轴向方 向有固定夹角，因此造斜率 固定。
Schlumberger Private
组成部分：动力输出模块
80% 60%
可以看出，Xceed 在发挥80%的造斜 能力下，其连续造 斜能力达到5度/30 米以上，发挥60% 的造斜能力，平均 造斜率达到3度/30 米以上
12500
"PowerPulse Azimuth"
240
180
120
60 13000
组成部分：电子控制模块
PowerDrive Xceed 四个组成部分
动力输出模块 传感器模块 电子控制模块
Schlumberger Private
电子控制模块
电子装置有效、可靠
用以控制内部马达 根据涡轮转速变化解读 下行指令
0.6度
P扭ow矩e和r G钻e压ne由ra壳tio体n通过万向 M轴o承du传le输给钻头传动轴 S输en出s狗or腿M度od由ul定e 向钻进比率 C决on定trol Electronics
Steering Section
Schlumberger Private
定向作业 – 稳斜钻进
BHA 趋势是稳斜的 在稳斜钻进中,以每10秒间 隔改变工具面