旋转导向钻井技术(简版)课件

BAKERHUGHESINTEQAUTOTRAKRCLS系统导向方式：静态推靠式结构：不旋转外筒式动力：独立液压系统AutoTrakRCLS（AutoTrakRotaryClosedLoopDrillingSystem）是目前技术最成熟、应用最广泛的旋转闭环钻井系统之一。该系统是BakerHughesINTEQ公司与Agip公司在早期的垂直钻井系统（VDS）和直井钻井装置（SDD）基础上研制的旋转闭环系统。1996年在4口井中试验获得成功，1997年注册为AutoTrak，正式推向市场。二、国外主要旋转导向钻井系统该系统目前已开发应用成功的系列有三种：ф168.0mm旋转导向系统(用于ф215.9mm井眼)ф210.0mm旋转导向系统(用于ф311.1mm井眼)2002年推出的一体化的第三代AutoTrak系统。第三代AutoTrak系统，整个钻井和地层评价部件都进行了重新设计，系统部件减少了30%，井下钻具组合进行了优化设计，取消了旋转密封，提高了强度，系统的可靠性大大提高。二、国外主要旋转导向钻井系统1、AutoTrak系统的组成二、国外主要旋转导向钻井系统

Jotun油田位于挪威外海165km，水深127m。目的层位于古新世的Heimdal砂岩，垂深约2050m。BakerHughesInteq与EssoNorgeAS公司达成协议，在JotonB平台使用AutoTrak系统钻Ø311.2mm井段和Ø215.9mm水平段。

这是世界上首次使用旋导技术进行油田开发，共钻了14口水平生产井和一口注水井2、AutoTrak系统的现场应用实例挪威Jotun油田二、国外主要旋转导向钻井系统Jotun油田B-11井套管程序和井眼轨迹

可以开发半径6km范围内的3个油藏，为了能够在油藏中以需要的方向钻水平段，设计了复杂的三维井眼轨迹（见图）。二、国外主要旋转导向钻井系统

在Jotun钻井项目15口井的施工中

Ø311.2mm井段都是一趟钻钻成，平均机械钻速是507m/d，最快机械钻速达954m/d，而该地区Ø311.2mm井段使用传统的定向钻井系统的平均机械钻速只有198m/d；

Ø215.9mm水平段最快机械钻速是591m/d，平均机械钻速是329m/d，而该地区Ø215.9mm水平段使用传统的定向钻井系统的平均机械钻速为281m/d。

与邻井相比，Jotun钻井项目由于采用了旋转导向系统比计划减少了约100个钻机日。二、国外主要旋转导向钻井系统二、国外主要旋转导向钻井系统迄今为止，AutoTrak系统已经钻出世界上25口最长大位移井中的18口井。HALLIBURTONSPERRY-SUN公司的GEO-PILOT系统导向方式：静态指向式结构：不旋转外筒式导向机理：偏置钻柱Geo-Pilot是HalliburtonSperry-sun公司开发的目前现场应用最成熟的静态指向钻头式旋转导向钻井系统。该系统主要包括驱动心轴、不旋转套筒、偏心环偏置机构、悬挂轴承、聚焦轴承等；另外还包括测控部分、偏心环偏置机构驱动装置、不旋转套筒防旋转机构、旋转动密封及液压补偿系统等。1998年该系统开始商业应用。

二、国外主要旋转导向钻井系统Weatherford公司的RSS系统导向方式：静态指向式结构：不旋转扶正套导向机理：偏置内轴

-直井段-驱动主轴位于井眼中心在直井段，RSS处于空挡位置，驱动主轴与非旋转外筒同心。

二、国外主要旋转导向钻井系统工作原理二、国外主要旋转导向钻井系统工作原理-导向-驱动主轴偏向低边

改变方向时，液压活塞使驱动主轴偏离中心线0到6mm，从而使钻头“指向”相反方向。13二、国外主要旋转导向钻井系统偏执机构

阀+活塞：72个，12个/组×6组压力平衡的密闭清洁系统14二、国外主要旋转导向钻井系统工具尺寸ToolSize475675825钻头尺寸BitRange6-6¾in.83/8-97/8in.12¼in.造斜率DeviationRate0–12deg/30m0–12deg/30m0-8deg/30m转速RotarySpeed50-250rpm50-250rpm50-250rpm最大排量MaxFlowRate1,325l/min2,840l/min5,678gal/min最大钻压MaxWOB12.5ton25ton47.5ton额定压力PressureRating30,000psi30,000psi30,000psi最大工作温度MaxOperatingTemp175degC175degC175degC*极限拉伸承受力MaxTensileLoad(Survival)125ton175ton350ton钻头压降BitPressureDrop无限制Nolimitations无限制Nolimitations无限制Nolimitations最小造斜角度MinimumKOangle垂直Vertical垂直Vertical垂直Vertical技术指标二、国外主要旋转导向钻井系统应用情况

在北美陆地钻井明显增多，尤其是页岩气开发，美国15%～17%，加拿大20%,近两年在美国页岩气开发应用统计：单趟钻进尺超2100m：55次单趟钻进尺超3000m：11次最高单趟钻进尺：3985m（未到工具极限）实现最大造斜率：24º/100m二、国外主要旋转导向钻井系统应用情况Schlumberger公司的PowerDriveXtra系统导向方式：动态推靠式动力：钻井液压差井眼支撑翼肋控制机构偏置方向

PowerDriveXtra系统是典型的调制式全旋转导向钻井系统，它安装在钻头的上方，是在控制机构的控制下，通过支撑翼肋的伸出推靠钻头产生偏置的原理来导向。二、国外主要旋转导向钻井系统工作原理小井眼系统小井眼旋转导向系统PowerDriveXtra475，外径120.7mm，

壳牌英国勘探开发公司和斯伦贝谢公司于2002年4月在北海试验成功；

试验效果：利用该系统钻Ø155.6mm井眼，43.5h钻进724.5m，平均机械钻速20.4m/h。二、国外主要旋转导向钻井系统大尺寸系统

随着世界范围内深水勘探开发的迅速发展，提高上部井段的钻井效率的需求越来越强烈，从而促进了用于大尺寸井眼（Ø444.5mm和Ø463.6mm）的旋导工具的开发。斯伦贝谢公司与BP公司合作，历时9个月，于2002年初推出了大尺寸PowerDrive旋导系统。二、国外主要旋转导向钻井系统

大尺寸PowerDrive

Xtra旋转导向系统的导向原理—同步动态偏置。一个全旋转偏置机构紧靠在钻头的后面，给钻头施加侧向力该侧向力经电子控制机构调制，实现定向控制。二、国外主要旋转导向钻井系统

大尺寸PowerDriveXtra旋转导向系统现场试验情况：

该系统在9小时内钻进477m，平均机械钻速53m/h，最大狗腿度4°/30m。工具没有遭受磨损和冲蚀的迹象，外部元件、导向块和密封都处于良好状态。

2002年3月大尺寸PowerDriveXtra旋导系统投入商业应用。二、国外主要旋转导向钻井系统国内应用：

PowerDrive

Xtra首先应用于我国南海的海上深井和大位移井，2000年至今，已在中国南海、渤海湾和陆上成功完成30多口大位移井作业，最大测深超8000m，其中南海某区块大位移井位垂比4.58居国内之首。二、国外主要旋转导向钻井系统国内应用：

二、国外主要旋转导向钻井系统

TK238H井设计井深5111.76m,实钻井深5177m,造斜点4163m,水平段300m,成功穿越油层276m，机械钻速15.68m/h。斜井段及水平段平均狗腿度3.88°/30m,而常规水平井平均狗腿度为10°/30m以上,很好的控制了井眼的光滑度,实际钻井周期50d,节约钻井周期27d,创造塔河油田水平井钻井周期最短记录。塔河油田TK238H井Schlumberger公司的PowerDriveXceed系统导向方式：动态指向式

工具通过内部伺服电机对钻头驱动轴的工具面进行连续地控制而实现指向式导向。工作原理：PowerDriveXceed全旋转系统的优点是降低卡钻的机率，减少岩屑重复研磨机会，提高钻头动力传输效率。

PowerDriveXceed工具的特点是：全旋转部件允许向后和向前旋转穿过几何形状变化井眼，可在井眼尺寸和形状不符合要求而必须进行划眼时提供旋转导向能力。采用了指向钻头（point-the-bit）技术，允许工具在连续旋转时将钻头倾斜在期望的方向，可在狗腿严重度高达8°/100ft（30m）下钻成光滑的井段。这项新技术能在转速高达350r/min时完成从硬地层向软地层的陡然过渡并保持稳定的工具面（在使用任何泥浆类型条件下），还可以采用偏心钻头进行定向钻井。二、国外主要旋转导向钻井系统二、国外主要旋转导向钻井系统国内应用：渤海湾地区已成为世界上使用指向式旋转导向系统频率最高的地区，以大港油田为例，到目前为止共有24口井使用了指向式旋转导向系统，其中庄海8NM-H3井水平位移4195.5m，垂深1071m，位垂比3.92创造了渤海湾地区大位移井位垂比新记录。Schlumberger公司的PowerDriveArcher系统导向方式：复合式工作原理：

偏执单元内置，不与井壁接触，导向时内推块通过万向轴使钻头轴向发生偏移，造斜率高。二、国外主要旋转导向钻井系统在美国Marcellus区块应用10口井，累计节省作业时间10d,节省经费1百万美元。二、国外主要旋转导向钻井系统Schlumberger公司旋转导向系统发展历程1999年推出第一代推靠式旋转导向系统PDXtra系统；2004年推出第二代推靠式旋转导向系统

PDX5和垂直钻井系统PowerV；2006年推出指向式旋转导向系统

PDExceed；2009年推出了泥浆马达一体化的旋转导向动力单元PDVortex；2010年将PDX5

升级为PD

X6，提高系统的稳定性和可靠性；2010年推出了用于高造斜率的复合式旋转导向系统PDArcher。由此看出斯伦贝谢公司的旋转导向系统是有先推靠式再指向式然后复合式。二、国外主要旋转导向钻井系统

由工具的适应性来看，推靠式工具覆盖了所有的常规井眼，指向式和复合式工具分别只有两种尺寸型号。二、国外主要旋转导向钻井系统

从市场统计来看，指向式比推靠式旋转导向工具更能适应现在市场需求。大港油田31口定向井水平井使用旋转导向情况统计。指向式23口井占74.2%推靠式7口井占22.6%