垂直钻井系统
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垂直钻井技术201308

二、垂直钻井工具
(4)中石化胜利钻井院垂直钻井系统SL-AVDS
2) SL-AVDS优势
钻具旋转时进行纠斜 (不需滑动钻进) - 主动防斜! 所有部件都旋转 – “Everything Rotates”
➢ 减少摩擦力和阻力 (钻压和扭矩传输更有效) ➢ 降低卡钻风险 ➢ 井眼更平滑 (低狗腿度) ➢ 减少井眼净化问题 ➢ 最大限度提高钻速 在钻进时自动感应井斜进行自动化纠斜 解放钻压, 正常钻进提高钻速 可划眼和倒划眼
9600系列 Φ244 mm Φ406.4 mm~Φ711.2 mm 254 mm
10.4 m 8°/30 m 406.75kN 250rpm 9072 kg/min 1.38MPa @ 2.12 m3 ±0.1 ° 444.82 kN
140 ℃ <2 % 65/8 REG MWD 锂电池
二、垂直钻井工具
• 双模式:
– 滑动 – 旋转划眼
DMroiCvtoeornTtrraoilnS&ub Steecetrioinng Section
Pulser
Alternator Hydraulics
Inclinometer/ Electornics
Steering Ribs
二、垂直钻井工具
2) VertiTrak垂直钻井工作原理
Azimuth 280°
二、垂直钻井工具
2) VertiTrak垂直钻井工作原理
① 3个可伸缩导向肋条
–高推力 (每片3吨) –可靠的 类似于AutoTrak旋转导向
技术 –模块化设计 –可靠的独立液压驱动 –提供不受钻井参数和地层特性影响
的连续井斜控制
二、垂直钻井工具
2) VertiTrak垂直钻井工作原理
垂直钻井系统中纠斜推力的测量与控制

度和 环境 压 力下进 行 了测试 , 对测 试数 据作 了解释 。 实验 结果表 明 , 并 所设 计 的纠斜推 力测控 系统 能够
满足 垂 直钻 井 系统 对 纠斜控 制 的要 求。
关键 词 : 垂直钻 井 ; 纠斜控 制 ; 字信 号控 制 器( S ) 数 D C 中 图分类 号 : E 2 文 献标识 码 : 文章 编 号 :0 0— 8 9 2 1 ) 0— 0 3— 4 T 98 A 1 0 8 2 (0 0 1 0 7 0
AI W e - i , DENG ip ng Le
( o n o o t l n i eigD p r e tC P r l g R sac nt u , e ig1 0 8 , hn ) D w h l C n o E gn r e at n , N C D i i e erh Is tt B r n 0 0 3 C ia e r e n m ln i e
垂直钻 井 系统 中纠斜推 力的 测量 与控制
・ 3・ 7
垂 直 钻 井 系统 中 纠 斜 推 力 的测 量 与控 制
艾维平 , 邓 乐
10 8 ) 0 0 3 ( 中国 石 油 集 团钻 井 工 程 技 术 研 究 院 井 下 控 制 工自动垂 直钻 井 系统 中的 关键技 术。 简要 介 绍 了 自动 垂 直钻 井 系统 的 基 本 纠斜 原理 , 计 了基 于数 字信号控 制 器 ( S 的纠斜 推 力测 控 系统 电路 。对 系统 的纠 斜推 力在 不 同环境 温 设 D C)
to h us o e tn , h h u ti e t d a i ee ta be tt mp r t r n n io in t r tc r ci g t e t r s stse td f r n m in e e a u e a d e vr nme t lp e s r s a d te f n a r s u e , n h
国产自动垂直钻井系统的改进与优化

服 务价 格 昂贵 , 造成 钻井 成本居 高不 下 。 了降低 钻井 为
成 本 、 破 国外公 司的垄 断 , 国石 化 自主研 发 了捷 联 打 中
外 径 2 8 m, 用 井 眼尺 寸 3 1 q 总 长 74 2 .m 适 6 1 . mn, 2 .2m,
支 撑 翼块 尺寸 ( 伸 出/ 出 )9 . /2 .8 未 伸 2 97 mm 3 2 2 5 mm。 巴
稳 定平 台测 控短节 输 出井斜 角 、井斜 工具 面 角 的精度 不足。 特别 是在 黏滑 条件 下引起 的钻 铤震 动 , 钻铤转 速 不 均匀 , 而输 出井斜 、 从 井斜 工具 面与 静态 测量 的数据
差别较 大 靠机 构不 能在 准确 的位 置进行 推 靠 , 成 推 造
纠斜 、 防斜 的 目的。 转变压 器在伺 服 短节 中作为 无刷 旋 力矩 电机 的角 度传 感器 ,对无 刷力矩 电机 的转 子位 置
[ O 徐 泓 . 1] Vr K垂 直 钻 井 系 统 在 大 湾 1井 的应 用 l] 采 工 艺 ,0 0 3 J. 钻 2 1 ,3
进行 检测 .完 成对 无刷 力矩 电机 的换 相 控制 和盘 阀角
度 控 制
系统 降斜效 率 降低 。
总之 . 从试 验情 况看 , 国产捷 联 式 自动 垂 直钻 井 系 统 的纠斜效 果不 好 , 提速 效果亦 不 明显 , 要 从 系统结 需
防斜 纠斜 执行 机构 主要 由盘 阀组件 和推 靠组 件组
测 控 短 节上 安装 有 采 集板 、 向板 、 定 电机 板 、 表 加
势为 先降斜 , 稳斜 , 再 最后 是缓慢 增斜 状态 。原 因是稳
定平 台发 电机 端 K l 密封磨 损较 严重 . 转密 封面 已 as i 旋
垂直钻井技术

Schlumberger公司的PowerV是在其PowerDrive系列旋
转导向系统基础上发展起来的,于2002年推出。
Pad 开
Pad 关
Control Shaft
Disk Valve
PowerV 产品规格
PowerV 最大转速 (rpm)
475
650 250
675 220
825 220
稳定器
钻头
(二)VDS垂直钻井系统
20世纪90年代初,德国KTB项目组与Eastman Teleco公司联合 研究开发的垂直钻井系统 VDS ( Vertical Drilling System )。 KTB井深6710m处,井斜仅 1°,位移 < 4 m 2006 年德国 Eastman Teleco 公司为了打开中国的市场,通过 北京的一家代理公司给了中石油华北油田钻采院三套 17-1/2″ 井眼的垂钻系统进行试用; 使用情况,井斜控制的效果较好,只要垂钻系统工作,井斜 基本0.3°~0.5°之间;一次下井的使用时间在80h~100h,通 过更换密封件后可继续使用。
Baker Hughes 公司的Verti-Trak系统
1999 年 Baker Hughes INTEQ 公 司在 SDD 的基础上 经过改进完善推 出商业化应用的Verti-Trak直井钻
Motor Drive Train &S Control Section Steering Sect
井系统。 VertiTrak最大降斜能力可以达
900/1100 220
200
最大作业温度 (°C) 125/150* 125/150* 125/150* 最大钻头钻压 (Klbf) Max 50 Max. 65 Max. 65 最大钻头扭距 (Kft-lbs) 4 排量 (gpm) 16 220-400 320-650 480-1900
转导向系统基础上发展起来的,于2002年推出。
Pad 开
Pad 关
Control Shaft
Disk Valve
PowerV 产品规格
PowerV 最大转速 (rpm)
475
650 250
675 220
825 220
稳定器
钻头
(二)VDS垂直钻井系统
20世纪90年代初,德国KTB项目组与Eastman Teleco公司联合 研究开发的垂直钻井系统 VDS ( Vertical Drilling System )。 KTB井深6710m处,井斜仅 1°,位移 < 4 m 2006 年德国 Eastman Teleco 公司为了打开中国的市场,通过 北京的一家代理公司给了中石油华北油田钻采院三套 17-1/2″ 井眼的垂钻系统进行试用; 使用情况,井斜控制的效果较好,只要垂钻系统工作,井斜 基本0.3°~0.5°之间;一次下井的使用时间在80h~100h,通 过更换密封件后可继续使用。
Baker Hughes 公司的Verti-Trak系统
1999 年 Baker Hughes INTEQ 公 司在 SDD 的基础上 经过改进完善推 出商业化应用的Verti-Trak直井钻
Motor Drive Train &S Control Section Steering Sect
井系统。 VertiTrak最大降斜能力可以达
900/1100 220
200
最大作业温度 (°C) 125/150* 125/150* 125/150* 最大钻头钻压 (Klbf) Max 50 Max. 65 Max. 65 最大钻头扭距 (Kft-lbs) 4 排量 (gpm) 16 220-400 320-650 480-1900
垂直钻井系统在吐哈盆地山前高陡构造的应用

[ 稿 日期 ] 2 l 0 ] 收 01 6 4 [ 者 简介 ] 张建 平 ( 9 2 ) 作 16 ,男 ,l8 8年 黄 河 职 工 大 学 毕 业 ,工 程 师 ,现 主 要 从 事 钻 具 、钻 井 工 具 及井 控 设备 技 术 管理 工 作 。 9
第3 3卷 第 1 0期
杂情 况 及提 高上 部 地层钻 井 速度 都 是极 其有 利 的 。
2 吐 " i前 高 陡构 造垂 直 钻 井 系统 选 择 r l fl
¨前 ,闯 际上 成熟 的垂 直钻 井 系统郁 采 用 的是机 电液 一体 化 的高新 技 术 ,主要 有 3种 ,分 别 为斯 伦 谢 公 训的 P WER V 系统 、贝 克休 斯公 司 的 Vet a O — ri k系统 和 德 国智 能 钻井 公 司 S r Drl g的 Tr mat ii ln Z E系统 。 罔内发 展 的是机 械式 自动 垂 直钻 井 系统 ,主 要 有胜 利 钻 井 院研 制 的 S B VD垂 直钻 井 系 统 、 西 部钻 探研 制 的 C Z垂直 钻 井 系统 等等 。I ) R V 垂 直 钻 井 系 统 是 一 套 全 自动 化旋 转 导 向垂 直 钻 蚌 _ WE - ( J 具 “. 钻进 过 程 巾会 自动追 踪 井 斜 变 化 , 自动 设 定 和 调 整 具 侧 向 力,使 井 眼 轨迹 快速 返 回垂 直 状
1 吐哈 盆 地 山前 高 陡构 造 钻 井 难 点 及 垂 直 钻 井 井 段 的 优 选
1 1 吐 哈 油 田 山 前 构 造 带 钻 井 难 点 .
1 吐 哈 盆 地 山 前 高 陡 构 造 地 层 倾 角 大 , 钻 井 过 程 中 易 沿 着 地 层 法 面 方 向 发 生 井 斜 , 前 期 钻 探 探 井 )
φ311mm垂直钻井系统现场试验分析

O3 m 直 钻 井 系统 现 场试 验 分 析 m垂 1 1
陈 铭 刘 伟 嘉 张 龙 若 陈 陵 宝 李 伟 成 林 检
( 西部钻探工程有限公 司克拉玛依钻 井工艺研 究院 , 新疆克拉玛依 840 3 0 0)
摘要 :油气井防斜 、 纠斜 问题是钻 井过程 中普遍存在但 一直未能彻底解决的经典性难题之 一。经过数年攻关 , 开发 出具有 自主知识产权的 0 1 主动 式垂直钻井 系统, 31 mm 并分别于 2 0 0 9年 9月及 l 月相继在 T 2 6 1 80 6井、 80 5井进行 了首次试验 , T 26 获得 成功 。从 03 1 1 mm 垂直钻井 系统 自身结构特 点 出发 , 结合现场 实际, 对现场试验 方案 、 试验难点及对策、 现场试验步骤进
行 了分 析探 讨 , 对现 场试 验 过 程 、 验 效 果 进行 了阐述 、 并 试 分析 。试验 证 明 , 1 mm 垂 直 钻 井 系统在 陡构 造 地 层 、 倾 角地 层 、 O3 1 大 断层 、 应 力异 常 地 层 的钻 探 中 , 地 纠斜 、 防斜 效果 显 著 , 速 钻 进 能 力 强 , 快 可进 一 步推 广 应 用 。
( ii eh ooyR sac stt W senDr lgEniern o p n , aa y8 4 0 , hn Drl gTcn l eerhI tue et ii gnei C m ay K rm 3 0 0 C ia) ln g ni , r ln g
Ab t a t P c e o ea d we l tag tn n s e r o sr c : a k d h l n l sr i h e i gi u s ec mmo l s ia r x wh c o l o es l e o lt l. h r my s a nca sc l u ih c u dn t o v dc mp e ey T eKa a c b Drl n e h o o y Re e rh I s t t ft e We tr i i g E g n e i g Co a y f al e eo st e 03 mm ci e v r c l i i g T c n lg s ac n t u e o se Drl n n i e r mp n n l d v lp h 1 l i h n l n i y 1 a t et a v i d l n y t m t d p n e tit l cu l r p r i h sa e a y y a so s a c . h rl n y tm ss p r t l e td a i i r l g s se wi i e e d n el t a o et rg t f r n e r f e e r h T ed i ig s se wa e aa ey t s t hn n e p y t m r l e
BH—VDT5000垂直钻井系统在克深203井的应用

R j ,H N n n,H U h ge ,A h Y i,A a U anZA G ig g O e p gM e U aa 0 n Du J e Z Sn n a Z , H fH N
( iigTcn lg eerh n tuefB h i iigE gnei o Ld, ini 3 0 5 , hn Drln h ooyR sac si t o a ln n ier gC . t.Tajn 04 7 C ia) l e I t o Dr l n
t r a r mo et er t f e er t n s o t nt ed i i gt ea ds tsyt er q ie e to a t r v n i n a d f s rl n i h e c np o t eo n tai , h re rl n m n aif e u r m n f l n e e to n t i i gi h g n h a p o h l i h s p a d l n d p a g ea dt r s v rn p e f r t n t e e o e i c n b s d frh r i n l n u t e a p o ma i , h r f r , t a eu e t e . h o o u
by t w e - v ria rli g s t m , hea e a a eofpe tai n wa % hihe . hec ncuso a h tBH— DT5 0 s — hePo rV e tc ld iln yse t v r ger t ner to s23 g r So t o l i n w st a V 00 ys
ss m n e oa foae s 5 adte nl a o o t l d ti 05 ere C mprd t eajcn el die yt adt t t 5 8 e h t lo g wa 1 m, n ci t ni cn ol hn . d ge . o ae h h daet l r l h i n i s r e wi wi t w s ld
垂直钻井系统化解高陡构造难题

压力补偿系统主要是起到平衡工
的装配工艺 ,解决 了相对滑动的 问 题 ,同时将信号线 的传输方式 由总 线传输 改为分线传输 ,提高 了系统
内部信 号传输 的稳定性 ,也便于信
号和供 电故障的排查工作。
供电和信号上传系统的研究 供
模块 输 出电压为3 V 2 ,输 出功率 为
10 。采用N 5螺纹连接,过渡中心 65 / C6 管连接在井下 闭环控制系统端,方 便拆装避免切线 。 垂直钻井系统总装后,通过水力 测试平台验证调试整体系统性能。 井下闭环控制系统的研究 井下
电和信号上传系统 的具体研究分 为
供 电系统研 究、信 号上传 系统研 究 和集成短节设计。 根据供电系统的技术要求,采用 涡轮发电和多路并行1o2功率电路 6w 成功解 决供 电问题 。在研制过程 中 采用 了逆变技术 的消振 电路 、电路
具内外压力 的作用 ,通过研究 并改
井斜测量系统采用了高精度三坐 标重力加速度计 ,井斜测量精度可
达到 ±00 。; .1
图1 苏义脑 院士宣读鉴定意见
电子控制系 统是工 具的大 脑, 当工具的井斜测量系统检测到井斜 以后 向电子控制 系统发 出信号 ,由 电子控制系统控制位于井壁高边处 的电磁阀打开,液压传递至活塞令 活塞伸出顶在 导向块上 ,导 向块推 在井壁上产生纠斜 力。为了提高 电 磁 阀的安全系数 以及使用寿命和效 率,将 电磁阀设计为整体集成式; 液压 系统是使工具能够产生导 向压力 的重要系统,最初通过 中心 轴 的机械驱动方式无法满足市场需 求 ,为 了适应砾岩等复杂地层 的钻 井市场需求 ,将液压泵 的驱动形式 设计 为电马达驱动 ,一举解 决了这
并 通推 靠 井 两个液缸活塞
的装配工艺 ,解决 了相对滑动的 问 题 ,同时将信号线 的传输方式 由总 线传输 改为分线传输 ,提高 了系统
内部信 号传输 的稳定性 ,也便于信
号和供 电故障的排查工作。
供电和信号上传系统的研究 供
模块 输 出电压为3 V 2 ,输 出功率 为
10 。采用N 5螺纹连接,过渡中心 65 / C6 管连接在井下 闭环控制系统端,方 便拆装避免切线 。 垂直钻井系统总装后,通过水力 测试平台验证调试整体系统性能。 井下闭环控制系统的研究 井下
电和信号上传系统 的具体研究分 为
供 电系统研 究、信 号上传 系统研 究 和集成短节设计。 根据供电系统的技术要求,采用 涡轮发电和多路并行1o2功率电路 6w 成功解 决供 电问题 。在研制过程 中 采用 了逆变技术 的消振 电路 、电路
具内外压力 的作用 ,通过研究 并改
井斜测量系统采用了高精度三坐 标重力加速度计 ,井斜测量精度可
达到 ±00 。; .1
图1 苏义脑 院士宣读鉴定意见
电子控制系 统是工 具的大 脑, 当工具的井斜测量系统检测到井斜 以后 向电子控制 系统发 出信号 ,由 电子控制系统控制位于井壁高边处 的电磁阀打开,液压传递至活塞令 活塞伸出顶在 导向块上 ,导 向块推 在井壁上产生纠斜 力。为了提高 电 磁 阀的安全系数 以及使用寿命和效 率,将 电磁阀设计为整体集成式; 液压 系统是使工具能够产生导 向压力 的重要系统,最初通过 中心 轴 的机械驱动方式无法满足市场需 求 ,为 了适应砾岩等复杂地层 的钻 井市场需求 ,将液压泵 的驱动形式 设计 为电马达驱动 ,一举解 决了这
并 通推 靠 井 两个液缸活塞