旋转导向钻井技术和工具.ppt

1、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,a,3,一、 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,a,4,1、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

2、变稳定器 直径/弯度,a,5,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,a,6,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,a,7,4、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，

3、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199

4、3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

5、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。

6、 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，

7、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

8、，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,Po

9、werdrive,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 tool

10、s 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