旋转导向钻井技术介绍

1、旋转导向钻井技术简介主要内容1. 旋转导向钻井技术概述2. 井下旋转导向钻井系统分类3. 典型的旋转导向钻井系统(1) AutoTrak RCLS系统：Baker Hughes公司(2) PowerDrive SRD系统：Schlumberger公司(3) Geo-Pi Iot系统：Hal I iburton公司#1.旋转导向钻井技术概述(1) 技术关键：井下旋转导向核心是井下旋转导向钻井工具系魏。钻柱在旋转钻进过程中实现准确增斜 稳斜、降斜及扭方位。(2) 技术优势井下工具一直在旋转状态下工作，因此井眼净化效果更好，井 身轨迹控制精度更高，位移延伸能力更强。(3) 应用范围广泛用于井下马达滑

2、动钻进比较困难的深井、大斜度井 大位 移井、水平井 分支井，以及易发生粘卡的情况。3旋导闭环系统可不起下钻自动调整钻具导向性能 提高钻井效率和轨迹控制的灵活性BB:Hi磁;MTDrilling Fluids繼MWD/LWDDrilling gtfPerformance 瞇 i2、旋转导向钻井系统分类(D根据导向方式分类推靠式(Push the Bit):在钻头附近直接给钻头提供侧向力。指向式(Point the Bit):通过近钻头处钻柱的弯曲使钻头指 向井眼轨迹控制方向。推靠式偏置机构侧向力指向式钻头倾角#2、旋转导向钻井系统分类外筒偏蚩方向旋转心轴静态控制阀支撑翼胁/方向(2) 根据偏置机

3、构的工作方式分类静态偏置式：偏置导向机构在钻进过程中不与钻柱一起旋转，从 而在某一固定方向上提供侧向力。调制式：偏置导向机构在钻进过程中与钻柱一起旋转，依靠控制 系统使其在某一位置定向支出提供导向力。旋转导向钻井系统的工作机理都是靠偏置机构(Bias Units)偏置钻头或钻柱而产生导向。两种偏置工作方式对比3、典型的旋转导向钻井系统(3) 综合考虑导向方式和偏置方式分类静态偏置推靠式：Baker Hughes Inteq公司 AutoTrak RCLS。动态偏置推靠式(调制式)：Schlumberger Anadrill公司 PowerDriveSRDo静态偏置指向式：Holliburton

4、 Sperrysun公司Geo-Pilot系统。工作方式代表系统旋转导向程度造斜能力 ( /30m)位移延伸 能力豔井眼尺寸(mm)静态偏置 推靠式AutoTrak RCLS工具系统 外筒不旋转6.5低存在216311调制式PowerDrlve SRD全旋转8.5高存在152 311静态偏置 指向式Geo-Pllot工具系统 外筒不旋菇5.5中消除216311(1) AutoTrak RCLS系统：Baker Hughes公司(2) PowerDr i ve SRD系统：Sch I umberger公司(3) GeoP i lot 系统:Ha I I i burton 公司#(1) AutoT

5、rak RCLS系统概述 1993年，意大利AGIP公司与美国BakerHughes INTEQ公司合作在早期的垂直钻井系统(VDS)和直井钻井装置(SDD)基础上研制Triple ComboMWDNon Rotating Sleeve w/ Steering Ribs & Inclination SensorsFormation Evaluation “Gamma Ray + Resistivity斥苦十Non Rotating Q Sleeve;Rotating Drive Shaft核心工具非旋转可调扶正器滑套：近钻头井斜传感器、电子控制元件、液 压控制阀和活塞。电子控制元件和井斜传感器

6、15(1) AutoTrak RCLS系统电子控制元件和井斜传感器#(1) AutoTrak RCLS系统旋转驱动轴蠶麟向缺控制匸测电子控制元件和井斜传感器#Non Rotating Steerable StabilizerControl ValvesOil Reservoir6Sensor Electronics for Inclination Measureme ntRotating M30 Brush ConnectionRotatinq DriveShaftSteerable StabilizerSleeveSteering RibsHydraulic Pistonii导向原理：通过液

7、压可推动活塞分别对3个稳定块施加不同的压力, 其合力就使钻具沿某一特定方向偏移，从而在钻进过程中使钻头产生 一个侧向力，保证钻头沿这一方向定向钻进。纔麟翻畫套筒方向钻头驱动轴大小#Steering PrincipleStatic side force, dynamic controlDrive Shaft19整体设计 非旋转固定套筒上装有能够单独操作的、可调的导向筋，导向筋 可以在钻头上形成侧向力，以便进行造斜或保持现在的井眼轨迹; 井下计算机和传感器可连续监测和控制相对于下步目标的当前井 眼轨迹，地面与地下的实时双向通信联系。交流发电机/下控制方向行滑块储存器 振动器电池组 模块: j-y

8、炖,呼？3竺|4 Wf L_. -r -. l. , IL.磁性抗压短钻杆交流发 、厂 电机脉 陋蹩右冲发生器 友牛器 油泵非旋转 柠冲鉴8%各向电阻粋 議後稳腦器率/伽玛接头 从接头21Control principle two way communication Automated Steering of the downhole tool while drilling ahead Bypass valve at the stand pipe creates coded flow rate variations of 土 15% Commands for Steering and to c

9、ontrol the MWD / LWD operationSurface EquipmentOther SensorsTransducer SignalPass ActuatorCompressed AirOther SensorsTransducer SignalStandpipSensor In terface / Decoding Un it (TR700)DrillByte ComputerBy Pass ControllerHazardous Area i Safe AreaAutoTrak Bit Development Dogleg capability 0-6.5 /30m

10、Good experience with TX445 and TX447 bit Steerability in very hard to very soft formations, ROP5s 2 - 150m/hr New TX488 AutoTrak bits introduced with excellent results in-Steerability: reliable doglegs of 6 /100ft in various formations一 ROP: very good penetration rates一 Durability: less erosion and

11、wear then competitor bitsApplication Areas Directional / Geosteerina wells in 8.1/2” 12.1/4” hole size Where the operator wants:一 better hole cleaning, less circulation time, less wiper trips一 extented run lengths by using PDC bits一 better hole quality to ease logging and completion一 superior geomet

12、rical steering & geosteering to maximise production一 extented reach & extented horizontal sections to maximise production and to decrease the No. of wells and platforms to develop a field一 and all together with high ROP and less BHA5s(2) PowerDHve SRD系统概述1994年英国Cameo公司研制的旋转导向钻井(SDR)系统在英格 兰Montrose地区

13、井中试验获得成功。 1999年5月，Cameo公司与美国Schlumberger公司的Anadrill 公司合并，SR系统注册为PowerDriveo2000年改进为 PowerDriveXtrao25PowerDrive 系统27ActuatorPowerDrive 系统Static Control Valve12.5 ft VibrationInclination and azimuth8.1ftControl UnitBias UnitImpeller TorquerTorquerBearingBias unitBearingPressure caseImpeller Control s

14、haftBias#ActuatorPowerDrive 优点29PowerDrive工作原理Direct side force侧向力支撑座从旋转的本体中定时伸出井眼曲线由3个接触点决定31PowerDrive定向机构12.5 ft Vibration Inclination and azimuth8.1ftBias UnitControl UnitImpeller TorquerTorquerBearingBias unitBearingPressure caseImpeller Control shaft由液压驱动3片支撑座定向机构与钻头同转速转动且施钻头侧向力#定向机构支撑座支撑座出支撑座

15、入27定向机构的协调行为Static Control Valve控制范围81处位置，现场决策；每处位置有2个控制因数：工具面、狗腿度强度0 , 100%二最大量设置，180。, 50%二半量设置31PowerDrive钻具组合Basic PowerDrive ConfigurationPowerDrive with MWD and flex joint Real 伽骞需圖唤PPI-Communications Flex collar interface subStabilizer Control unit collar Bias unit#PowerDrive结构及工作参数长度：16 ft 4

16、.9 m排量：500 - 1000 gpm 1900 - 3800 Ipm转速：40 - 220 rpm工具压降：少于100 ps i 6 bar最小钻头所需压降：500 psi 34 bar现最高运行温度：250F120 C泥浆比重：7. 5 - 20 ppg 0.9 -2.4 sg LCM :使用MWD指示33PowerDrive 优越性集成化工具-简单，平台设置无额外设备、费用工具压降低100 psi） 实时的MWD, LWD, APWD卓越的MWD-高速度传输（6bps）极适合快速钻井接收与发送数据同时进行二持续钻井无静止点更好的洞眼清洁更少的卡钻风险无局限一通常钻井作业35(3) G

17、eoWo 係统概述1989年日本国家石油公司(JNOC)开始研究遥控动态定向系统 (RCDOS)；1993年美国Sperry-Sun公司研制了适合于转盘钻进的自动定向系 统(AGS)；1999年，2公司合作以Hal I iburton公司的名义推出了Geo-Pi Iot 旋转导向自动钻井系统。核心工具可变径稳定器：可遥控且能自动控制(3) Gq4Iq 係统核心工具：可遥控且能自动控制的可变径稳定器 扩大了稳定器的径向调整范围，加强了井斜的控制能力。如CD 215. 90mm稳定器可在184. 15215. 90mm之间调节。0311.15mm稳定器可在266. 70311. 15mm之间调节。 为稳定器设置了多个控制位置，采用钻井液脉冲遥控技术 电 子及液压技术对稳定器的径向位置进行控制。 通过MWD向地面通报稳定器的工作状态。 降低了对稳定器所受的压力要求，不影响钻井参数的优选。39(4)三种典型系统的对比Geo-Pilot 系统原理：采用控制钻柱弯曲特征来实现钻头轴线的有效导控；优点：造斜率由工具本身确定，不受钻进地层岩性的影响，在软 地层及不均质地层中效果明显。缺点：钻柱承受高强度的交变应力，钻柱容易发生疲劳破坏。另 夕卜，高精度加工是保证这种系统导向效果的关键。#(4)三种典型系统的对比AUTOTRAK 系统原