旋转导向钻井技术和工具.ppt

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 技术 & 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） xian trajectory control system,一、 xtcs系统,干 预 指 令,正常钻井,正常钻井,正常钻井,正常钻井,轨迹控制过程,定时发送监控信息,必要时, 采取干预措施,94.西安石油学院 井下闭环控制 钻井系统,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；,固定稳定器,起钻、 通过井口操作：改变稳定器 直径/弯度,变径稳定器,地面操作: 改变稳定器 直径/弯度,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,井下操作： 改变稳定器 直径/弯度,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；,井下闭环 变径稳定器,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,井下操作： 改变设计轨迹,井下闭环 变径稳定器,变径式：地面下达变轨迹的命令，井下自动变径；,实现设计造斜率,井下闭环旋转导向过程示意,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！ 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 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,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 降低吨原油成本,六、研究工作进展情况,闭环（可控）三维轨迹钻井技术研究,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,注 ：cctv 称为“三维轨迹闭环钻井技术”,“三维轨迹闭环钻井技术” 是重大专项的关键技术！,依靠科技进步 实现2100万吨！ 提高采收率1-5%！,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！,旋转导向钻井关键技术研究,2、中国石油天然气集团公司 钻井领域前沿（应用基础）项目,九三年来承担的科研课题,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, 研制成流场变向器样机,泥浆动力控制偏心导向工具,研究调试中,cnpc钻井工程重点实验室 2 0 0 5年1月5日,2004.6 加工并装配出泥浆动力可控偏心器下井试验样机,geopilot 可变弯接头 xtcs 可控偏心器,三翼肋导向，结构类似 于autotrak但原 理不同。 ( “push”, “point” ),泥浆动力，类似schlumb. 但用法不同。 powerdrive用于导向； xtcs 控制；,xtcs,导向装置, 形成导向需要的偏心,定位总成, 翼肋伸出量的控制机构,电子舱, 信息采集、处理、 存储、控制和通讯,快速连接头, 快速机电连接装置,下行信息通道,下发指令的传输通道,地面信息读出& 下发指令系统, 地面接口及软件系统,井口读出,2002.5 完成基建、开始建设,2002.12 恢复、安装实验设备,实验室 研发基地,谢谢，欢迎指导！,旋转导向钻井工具作业量近年来呈直线上升趋势！,8,000,000ft,600,000ft,巨大社会价值和经济效益！,增产，增储,由于旋转导向技术的出现，钻井不只是在地球上打个洞。它已成为增产，增储提高采收率的有效手段。,巨大社会价值和经济效益！,de,高难度大位移井 需要,n,方位: 300,east (m),2780,0,0,-1500,1000,0,2250,tvd(m),gullfaks well a - 42,可变径稳定器,de,方位: 177,井斜变化率、 方位变化率 调整,可控偏心器,弯外壳动力钻具,三维多目标井（蛇形井）,130 o turn,使大位移井 水平位移突破万米,扩大勘探与开发面积 , 节约多余平台的投资,在海上,其效益尤其明显,常规定向钻井,地质导向钻井,高质量的井眼轨迹,连续旋转导向的结果,连续旋转导向的结果,旋转导向工具是上世纪末发展起来的有效钻井工具，代表了当今定向钻井发展水平。因此，选择该项目研究是有充足理由的，并具科学性； 在国外旋转导向钻井工具已投入商业应用.明年，具有我国自主产权的样机下井试用； 我国三大油公司先后立项研究旋转导向工具，都希望从外国进口，或与外国公司合作开发，充分说明其迫切性？！ 其商业化前景则取决于油公司（定向井公司）为核心的运作体制的建立！,泥浆动力偏心导向方案,导向方式,导向动力,“push” & “point” ？,支点,井 壁 两 侧 受力状态不同,钻头,push the bit first,then point the bit,红色为侧向切屑部分,形成弯曲井眼剖面,“point”,autotrak,powerdrive,geopilot,“push”,万向轴,“point” & “push”,连续旋转导向钻井 & 闭环控制,all rotating, no sliding （全旋转，无滑动导向） closed loop control （闭环控制） hold mode & steer vector,some other systems only have a steering function with fixed force or tilt parameter pre-set in tool (e g. geopilot and powerdrive direct). these tools alternate between steer and neutral mode to give desired average curve. in doing so they drill a fragmented curve similar to a motor. powerdrive direct drills over gauge hole when in neutral mode.,autotrak 压力矢量调整（7500个可调挡位）； 光滑的井眼轨迹 xtcs 偏心矢量调整（无级变角调整）； 光滑的井眼轨迹 geopilot 预置角导向，6挡变角；变造斜率“导向模式”+“稳斜模式” 折线轨迹； powerdrive direct 预置力导向，可设置81 个挡位； 无稳斜模式，造成稳斜段扩径,带动经济领域其