斯伦贝谢 地 质 导 向
国外旋转导向技术的发展及国内现状
国外旋转导向技术的发展及国内现状王植锐;王俊良【摘要】旋转导向技术在国内外得到广泛应用,以斯伦贝谢、贝克-GE、哈里伯顿、威德福为代表的旋转导向系统已经在国外成为了一项常规的定向井、水平井钻井工具.文章以斯伦贝谢旋转导向系统为例,介绍了斯伦贝谢公司的旋转导向系统、典型的应用实例以及最新现状及他们的研发机制,同时简略介绍了国内旋转导向系统的应用现状.文章认为,国外旋转导向系统已经研制出了具有不同造斜能力、满足不同地质需求的旋转导向系统序列,系统的可靠性高、使用时间长、性能稳定、适用性好.国内的旋转导向系统已经在技术上有突破,在一些井上进行了现场试验,取得了初步的成效,但还需要进行持续不断的科技攻关,以期尽快大规模推广应用.【期刊名称】《钻采工艺》【年(卷),期】2018(041)002【总页数】5页(P37-41)【关键词】旋转导向系统;斯伦贝谢;推靠式;指向式;混合式;造斜能力;钻井系统【作者】王植锐;王俊良【作者单位】重庆科技学院;斯伦贝谢公司沙特阿拉伯达兰基地【正文语种】中文国外从20世纪80年代末期开始进行旋转导向钻井系统的研发，20世纪90年代进入商业化使用，并逐渐改进、升级、完善。
目前，以斯伦贝谢、贝克GE、哈里伯顿、威德福为代表的石油技术服务公司分别拥有自己先进的旋转导向系统序列，大规模应用在油田技术服务中，已经成为了一种主要的定向井、水平井钻井工具。
国内一些研究机构和技术服务公司也在同期开始了自主研发，取得了一些技术上的突破，但与国外服务公司水平相比，还存在着较大的差距。
通过调研，尚未发现有文章全面系统介绍国外旋转导向系统。
斯伦贝谢公司的旋转导向系统占据了大部分的服务市场，具有一定的代表性，因此本文主要以斯伦贝谢公司的旋转导向系统为例介绍国外旋转导向技术的发展现状、研发机制，力争能够有所借鉴，有利于国内旋转导向系统的不断改进、升级、完善，以期尽快大规模地投入商业化应用。
一、斯伦贝谢旋转导向系统介绍1.推靠式旋转导向系统—PowerDrive Orbit斯伦贝谢的推靠式旋转导向系统由最开初的PowerDrive Xtra，升级到PowerDrive X5、PowerDrive X6，目前升级到PowerDrive Orbit。
国际三大测井公司经营模式斯伦贝谢
及开发方案制定与生产措施调整提供重要的科学依据。
– 地层评价（孔、渗、饱和有效厚度等） – 地质应用（地质构造、沉积环境、裂缝等） – 工程应用（套损检测、固井质量测井评价等）
一 测井技术发展概况3来自测井技术发展趋势1、 测井装备和技术向高可靠、 高效率、网络化方向发展，以适 应新的地质和工程环境的要求。 测量方法向多源、多波、多谱、多接收器方向发展， 测量参数由二维向三维成像发展。
多个DSP
DTS：500kbps
68020、VME总 68040+68020+680 线 10、VME总线
WTS:230kbps DITS2:217.6kbps
系统级冗余 CPU级冗余 系统级冗余 AIT、DSI、FMI、 STAR-II、 EMI、阵列声波、 CSI、ECS、USI、 CBIL、DPIL、 六臂倾角、高分 井下仪器 NPLT、MDT、ARI、 HDIL、MAC、 辨率感应、声波 CMR、etc TBRT、MRIL、 扫描、自然伽马、 HexDip、DSL- 选择式地层测试 II 器 解释 CHARISMA eXpress DPP 工作站
9
研发投入（亿美元）
8 7 6 5 4 3 2 1 0
技 术 领 先 战 略
斯伦贝谢公司
7.9 5.4 6.3
2000年
3.3 3.25 3.2 3.15 3.1 3.05 3 2.95 2.9 2.85
2006年 斯伦贝谢研发投入
2009年
哈里伯顿公司
研发投入（亿美元）
3.26
3.25
3.01
2007年
哈里伯顿公司自1940年第一批人员和设备进入委内 瑞拉开展国际服务开始，不断在海外市场开疆扩土。 如今，哈里伯顿的业务已经遍及全球70多个国家， 2009年147亿美元总收入中有64%来自美国以外的 国家和地区。
斯伦贝谢水平井随钻测井地质导向技术介绍
L a te ra l S tra tig ra p h ic U n c e rta in ty
为什么进行实时钻井地质导向？
-地质模型的主要不确定性因素
The Plan: The Plan:
Target 1 40 ft Target 2
T heR eality: he R eality: T
EcoScope – 多功能随钻测井
多功能随钻测井仪：安全的结合钻井和地层评价
传感器于一体。 多功能随钻测井仪地层评价测量包括 – 20条电阻率，中子孔隙度，密度 ，PEF测量 – ECS 岩石岩性信息 – 多传感器井眼成像和测径器 – 地层Σ 因子测量碳氢饱和度 钻井和井眼稳定性优化 – 环空压力数据优化泥浆比重 – 三轴震动数据优化机械钻速 更安全、更快、更优化！ – 减少组合钻具时间 – 较少的化学放射源，高机械钻速同时得到高 数据质量 – 测量点更靠近钻头，减少口袋长度！
-斯伦贝谢水平井随钻测井地质导向技术介绍
2010.5
随钻测量的价值观
客户需求
日进尺
油藏
高效钻井
减少非生产 时间 提高机械钻速 面积
钻井与测量
优化 地质导向 最大化
油层泄油
动力和方向
目录
斯伦贝谢钻井与随钻地质导向技术简介
—斯伦贝谢随钻地质导向定义 — 斯伦贝谢钻井与随钻地质导向技术核心
— 斯伦贝谢主要随钻地质导向技术及在国内气藏中应用
井下附加动力 可使用X5或Xceed 承受更大钻压，输出 更高扭矩
26” -17 ½” Bit Sizes 14 ¾” -12 ¼” Bit Sizes
14 ¾” -12 ¼” Bit Sizes 9 7/8” -8 ½” Bit Sizes
基础研究是石油工程高质量发展基石——斯伦贝谢测井科技发展剖析及启示
n stries行业422023 / 08 中国石化基础研究是石油工程高质量发展基石——斯伦贝谢测井科技发展剖析及启示斯伦贝谢（SLB）公司的测井技术一直是当今世界测井技术的前沿，世界上第一套数字测井仪、第一套数控测井仪和第一套成像测井仪都出自斯伦贝谢。
科技是斯伦贝谢最重要的发展基石，斯伦贝谢从建立之初就高度重视基础研究和前瞻研究，斯伦贝谢道尔研究中心在电磁学、地声学、核学等方面的基础研究有力支撑了斯伦贝谢测井技术的发展。
剖析研究斯伦贝谢在基础研究方面的布局经验，可为中国石化石油工程在基础研究和前瞻研究方面“下好先手棋、打好主动仗”提供经验借鉴。
斯伦贝谢基础研究的沿革及特点斯伦贝谢高度重视基础前瞻研究，在公司业务稳定后就设立了研究中心开展基础研究和前瞻研究。
1948年，斯伦贝谢在美国康涅狄格州里奇菲尔德成立了研究中心（后更名为斯伦贝谢道尔研究中心），是斯伦贝谢最早开展基础研究的机构，时至今日仍是斯伦贝谢最重要、核心的研究中心，从最初的4个测井学科研究部门发展成为3个测井研究中心。
构建多层级基础研发体系，设立稳定的基础研究机构。
为保证技术的先进性和前瞻性，斯伦贝谢构建多层级研发体系，从事不同层次的基础研究和前瞻研究，分别设立美国道尔研究中心、英国剑桥研究中心和挪威斯塔万格研究中心，主要研究10~50年内不同技术方向不同层次的石油工程技术的基础研究和前瞻研究：道尔研究中心主要进行传感器、数学和建模、油气藏储层、地球科学、机械学和材料科学、碳捕获与封存、机器人等领域基础研究；英国剑桥研究中心主要开展钻完井技术、流体技术、地震以及岩石力学等方面应用研究；挪威斯塔万格研究中心主要致力于地震图像解释、地表和地下测量数据的自动分析和建模等应用研究。
此外，斯伦贝谢在全球还设有11个技术研发中心（包括北京地球科学中心BGC），主要从事石油工程领域10年内的技术和产品研发。
持续打造高水平基础研究团队。
道尔研究中心基础研究团队由来自全球多个国家的科学家和工程师组成，多数都已拿到博士学位，并且具备多年相关行业研究经验。
斯伦贝谢川东地区水平井汇报
钻具组合自锁角
进入储层最佳井斜角计算
如果储层倾角为水平，入层角入公式 如地层上倾，则入层角需加上地层倾角 如地层下倾，则入层角需减去地层倾角
经验及教训
YH004-H2井卡钻：换工具入井，发生卡钻，泡酸解卡（上提220吨） ADN4扶正器与井眼间隙小 下放遇阻后处n005－H1井侧钻后回老井眼： 水泥质量在水平段难以保证 高边侧钻容易重新进入原井眼 保护窗口和通井措施没有落实
各井发生的重要事件
BHA5: 牙轮钻头＋常规钻具组合 钻进2米，钻速0.7m/hr 确定地层可钻，决定改变BHA 起钻，方案1：甩马达扶正器, 排除马达挂卡因素 方案2：减小马达弯角，减少侧向力
各井发生的重要事件
BHA6: PDC钻头＋1.83度马达＋浮阀＋MWD＋3.5”钻杆 复合钻进，基本无进尺 马达压差0.2 -0.4 Mpa 起钻改变BHA 上置MWD于小狗腿度井段 使BHA可旋转钻进，消除挂卡，托压可能
1. 重庆气矿服务概况 2. 主要技术难点 3. 取得主要成绩 4. 不足及需改善 5. 认识和建议
汇报提纲
重庆气矿服务概况
2009年至2010年3月共开钻9口井，完成8口井作业。 其中 TD017-H5正在钻进 完成井总进尺：5,023米 (平均 628米/口井) 完成井总钻进时间：2118小时 （平均14.7天/井） 钻进时间 1200小时 （平均 6.25天/井） 平均钻速：3.53m/hr 平均钻井效率：44％
各井发生的重要事件
BHA2: 短保径PDC钻头＋2.12度马达＋3米3-1/2”钻杆＋浮阀＋MWD＋3.5”钻杆 造斜率预计达到20度左右 钻具要能通过7”尾管喇叭口 减少工具在大狗腿井段的弯曲能力 实际造斜能力，达到21度左右。 井段：5036－5070米 钻速变慢，怀疑有挂卡或托压（3.5”段钻杆为直角接头） 起钻，为排除可能的钻头，马达问题；换钻头，换马达，甩短钻杆
斯伦贝谢随钻测井高清
项目成功发现了潜在的油藏，提高了油田的开采效率，为投资者带来 了可观的经济回报。
案例二：某页岩气开发项目
案例概述
某页岩气开发项目面临复杂的地质条件和储层特性，需要精确的 地质信息以指导开发。
技术应用
采用斯伦贝谢随钻测井高清技术，实时监测地层变化，获取高分 辨率的地质数据，为制定开发方案提供依据。
特点
该技术具有高分辨率、高精度、实时性强等特点，能够提供准确的地下信息， 帮助石油工程师更好地了解地下情况，优化钻井设计和提高石油产量。
技术发展历程
起源
斯伦贝谢随钻测井高清技术起源于20世纪90年代，当时石 油工业面临勘探难度不断增加的问题，需要更先进的技术 来提高钻井效率和石油产量。
发展历程
经过多年的研发和技术改进，斯伦贝谢随钻测井高清技术 逐渐成熟，并开始广泛应用于全球范围内的石油勘探和开 发项目。
高清成像技术
利用高分辨率传感器和信 号处理技术，获取高清晰 度的井下图像。
图像增强处理
通过数字图像处理技术， 对井下图像进行增强、去 噪、锐化等处理，提高图 像质量。
实时传输
利用高速数据传输技术， 将井下高清图像实时传输 到地面，为现场作业提供 及时、准确的井下信息。
随钻测井技术原理
1 2 3
随钻测井定义
油田开发
在油田开发过程中，该技术可以实时监测油藏动态，了解油藏分布和储 量情况，为油田开发提供重要的决策依据。
03
矿产资源勘探
除了石油勘探和开发领域，斯伦贝谢随钻测井高清技术还可以应用于矿
产资源勘探领域，如煤、天然气等矿产资源的勘探和开发。
02
斯伦贝谢随钻测井高清技术原理
高清成像原理
01
旋转导向
140 Daily R6O8mP /day
Total Depth:6300m Drilling Days:41 Average ROP: 154m/day
120
100
80 With RSS, totally can save: 33` days, more than 2M $
60
40
20
0 A2ERW
➢ 全部外在部件旋转 ➢ 提供近钻头实时测斜与方位伽马 ➢ 通过地面泥浆泵下传指令 ➢ 对钻头压降和钻头有一定要求
PD X6 应用实例：XXX－H1井
利用旋转导向工具，4趟钻完成了国内第 一口水平段长2010米的欠平衡水平井。 钻井周期28天，与设计的50天相比，节 省22天，节约钻井周期44%。
ROP
400 500
Torque
600 700
Inc
0
800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000
Depth (m)
Surface RPM
WOB
40 per. M ov. Avg. (ROP)
40 per. M ov. Avg. (WOB)
5 ½ in – 6 ¾ in Bit Sizes
8 ½” – 8 ¾” Bit Sizes
5 ¾” - 6½ in Bit Sizes
“附加动力”“混合式”
PowerDrive X6 推靠式旋转导向系统
PowerDrive X6 工作原理与特点
➢ 利用流体压差作用于工作单元， 推靠井壁以获得反作用力的推靠 式旋转导向工具
局部微狗腿（曲率）及其对水平井的影响
Continuous Inc. Interpolated Inc.
斯伦贝谢钻井新技术
PowerDrive X6 – Push the bit
Direct side force
PowerDrive Xceed – Point the bit
Drive shaft @offset angle to the collar Drilling tendency
26
382 575
716
1145 0
Inclination (deg)
Schlumberger Private
实际钻井中遇到的难点实例
Build Angle from 40 to 60 deg with Mud Motor 60
55
50
45
40
1150
1200
1250
1300
1350
Depth (m)
马达滑动/复合钻进中，井壁不光滑
TeleScope
EcoScope
滑动钻进中不能获取成像资料
Motor
D&I 20.40m
测量点距离钻头很远
GR/Res 12.80m
5
Inclination (deg) Inclination (deg)
Footage/day (m/day)
为什么选择旋转导向系统
TeleScope TeleScope
Schlumberger Private
17
Schlumberger Private
PowerDrive Xceed工作原理
所有部件全旋转，优化井 眼状况
近钻头井斜 方位测量，更 好保证井眼轨迹的准确度
井眼轨迹光滑，完井管柱 入井易
造斜率稳定 适合于高研磨或具有挑战
的环境 自动巡航模式
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94
314
92
312
90
310
88
308
ห้องสมุดไป่ตู้
86
306
84
304
82
302
4400
4500
4600
4700
4800
4900
5000
5100
Measure Depth in meters
井斜 随钻井斜 方位 随钻方位
总结
• GST 和 VISION475 地质导向服务综合了实时近钻头和方位性测量, 能有效的优化井眼轨迹，使水平井 达到以下特点： – 高油藏钻遇率 – 井眼轨迹位于油藏最佳位置 – 井眼轨迹平滑
目的层
地质导向 – VISION475 TZ40-H7 实例
实钻井眼轨迹 设计井眼轨迹
井眼轨迹
地质导向 – VISION475
上方密度
密度层像 下方密度
滑动钻进
地质导向 – VISION475
Degrees Degrees
随C钻om井pa斜riso方n B位etw测ee量n S对urv比ey and Continuous D&I
进一步提高产量 !
谢谢!
常规水平井钻井
近钻头方位地质导向水平井钻井
方位电阻率
钻头电阻率
及时发现断层
及时发现地层倾角变化
实时密度层像 – 地层倾角计算和更新
常规测量的局限性
Scenario A
?
Scenario B
?
随钻方位性测量
近钻头实时井斜测量
更能精确的控制 和优化井眼轨迹
1m 薄沙层
GeoSteering 应用成果 Mobil Australia 1997 April
TVD (m) TVD (m)
钻前设计 XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX
Drift along the Section (m)
实际成果 XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX
Drift along the Section (m)
地质导向 – VISION475
倾角变
化
油层
倾角变 化
油气界面安全距 离
油水界面安全距 离
1.5m 薄沙层
GeoSteering 应用成果 Philips China 2002 Jan
钻前设计
实际结果
断
层
倾角变 化
GeoSteering 应用成果 －水平井多底井 Shell 南美洲 1998
Well Head
Fault Block B
Fault
FT 1FT 2
Block
C
F5F6F4TTF3TTF2TF1F8TF7TTF6TF5TF4FTF3TF2TF9TF1F8TTTF7TF6TF5F4TF3F1TF2F1TTTT0F9TF8F7TF6TFF5TaTuFFFlTtTT321BloFFcTTk23A
FT1 FTF2T3
10
整体对比
– 伽马，电阻率，井斜 • 实时钻头电阻率 (测量钻头前方电阻率) • 实时方位性测量 (测量井眼上下方)
– 伽马，电阻率
只限于 8 ½“ 井眼 只适用于水性泥浆
近钻头方位地质导向服务 GeoSteering - GST
• 实时方位密度和中子 (测量井眼上下左右方) – 实时确认井眼轨迹和地层的关系 – 实时地层倾角计算和更新
• 近钻头井斜方位测量 (PowerDrive or AIM) • 方位密度 • 随钻井斜方位测量井 (连续性测量 – 无需静止钻具) • INFORM 地质导向模型 (地面综合系统)
– 实时地层倾角 • 感应电阻和伽玛 • 中子孔隙度 • 适用于水油性泥浆和 6“ 井眼
ADN ADN
IMPulse LWD/MWD IMPulse LWD/MWD
常规水平井钻井
• 不能有效达到以下特点 – 高油藏钻遇率 ( > 90%) – 井眼轨迹位于油藏最佳位置 – 井眼轨迹平滑
• 原因 – 不能有效及时根据地层变化修正井眼轨迹 • 测量点离钻头太远 ( > 10 m) – 不能清楚的确定井眼轨迹和地层的关系 • 没有方位性测量 (只靠平均值)
近钻头和方位地质导向服务 GeoSteering - GST • 实时近钻头测量 (离钻头 < 2 米)
地质导向 GeoSteering 优化井眼轨迹 - 提高产量
优秀的水平井应该有以下特点
• 高油藏钻遇率 ( > 90%) – 增加有效泻油面积，提高水平井产量
• 井眼轨迹位于油藏最佳位置 – 井身定位于物性较好的油藏部分 – 井眼轨迹保持在油水界面安全距离之上 – 进一步提高水平井产量
• 井眼轨迹平滑 – 过大的起伏会影响生产和可能带来完井和 水锥等问题
PowerDrive PowerPak + AIM
地质导向 – VISION475
PowerDrive – 近钻头井斜方位测量 离钻头约 2m
AIM – 近钻头井斜测量 离钻头 < 0.5m
地质导向 – VISION475
TZ40-H7 实例
• 0.8 – 1.2m 厚目的层 • 水平井段 – 545m • 没用近钻头井斜方位测量 • 油层钻遇率 – 87.5% • 纯钻时间 – 75.5 小时 • 平均机械钻速 – 7.22 米/小时 • 最高油层钻速 – 40 米/小时 • 24 小时最大进尺 – 148 米