旋转导向系统和地质导向钻井简介剖析
浅谈威远构造地质导向与旋转导向
浅谈威远构造地质导向与旋转导向四川威远是国家级页岩气资源开发区之一，页岩气水平井钻井是一个系统的施工作业，其中地质导向与旋转导向起着引导与实施对井眼轨迹的精确控制，探讨实钻中地质导向与旋转导向技术特点及多见的页岩卡钻和旋转导向工具无信号的问题，进一步提高钻井质量、效率和地质目标达标率。
标签：威远构造；地质导向；旋转导向1 区块介绍威远地区页岩气三维区块内地面地腹构造格局一致，构造简单，西北高东南低，轴线近东西向，龙马溪组优质页岩段发育在底部，井段为2534.00～2574.00m，厚度40.00m，最优储层位置为龙马溪组最底部，厚度6.00m[1]。
根据威远区块完钻井资料分析，钻进过程中钻遇漏层主要发生于表层和茅口组，超压层主要发生于长兴组、茅口组、栖霞组和龙马溪组部分井段，雷口坡组、嘉陵江组含有石膏层，但厚度较薄，沙溪庙组、凉高山组、自流井组、须家河组、飞仙关组、龙潭组和龙马溪组具有厚层泥岩、页岩，易发生垮塌。
2 地质导向与旋转导向技术概述一口水平井的鉆井实施，包括录井、导向、钻井、定向、钻井液等相关专业紧密结合在一起的系统施工。
在水平井钻井施工过程中地质导向技术起到指导作用，就好比指挥官，其根据多项资料及旋转导向随钻测量的参数，及时跟踪钻头钻进的地层位置情况，不断的修正深度和对井斜度数的控制，指导井眼轨迹顺利着陆后横穿最佳储层的走向，以保证实现开发地质目的；旋转导向熟悉工具工作性能，执行地质导向指令，及时调整井眼轨迹，在较高的应变能力下对井眼轨迹实行精度较高的连续控制。
旋转导向的钻井轨迹比常规井下马达导向钻具组合钻出的井眼更加规则、光滑，性能优越以减少起下钻次数，具有较快较稳的施工水平和边滑动边旋转的特点，对应地质导向的指令有指哪里打哪里的强大优势。
地质导向和旋转导向同时接手着陆井段，旋转导向在地质导向的指令下完成带随钻测量的定向井施工，完成造斜段和水平段作业。
地质导向利用邻井储层特征、厚度对比、地震资料与本井导向前实钻资料综合分析，准确预测入靶垂深，建立初始地质导向模型，考虑定向设备能力、井下安全等因素制定详细的着陆点方案和水平段控制措施，向现场施工方技术交底。
旋转导向钻井系统原理简介 (1)
旋转导向钻井系统 原理简介
该专利描述其目的是：使 钻铤相对井眼轴线有一个 很小的偏离，从而使钻头 具有横向前进。
早期的旋转导向钻井思想
这是1959年申请专利的旋 转导向系统。
导向 钻井
液压驱动一个靠近钻头的导 引鞋，同样控制井眼轨迹。 导引鞋处在非旋转筒内，液 压控制其伸出或缩回，而无 需起下钻。
可连续定向造斜。
早期的旋转导向钻井思想
• 结构：
– 下部偏置部分：在旋转过程中始终给钻头一个侧向力； – 中部控制部分：始终控制侧向力的方向； – 上部MWD部分：测量信息及传输；
• 关键是控制总成内的不转动的部分，具有一个称作“惯性平台” 的部分，实际上是由井下计算机控制的“电子液压伺服系统”， 可以保证控制轴不受整个钻柱转动的影响。控制轴可以给定偏 置部分一个轨迹控制所需要的导向方位角。
• 基本数据：
– – – – – – – – 长度：4.9米； 排量：500～1000gpm 转速：40～220rpm 压降：〈100psi 最小钻头压降：500psi 最高温度：120°C 泥浆密度：7.5～20ppg 数据传输：通过MWD
二. 大位移井的轨迹控制技术
• PowerDrive 的优越性
PowerDrive
• 完全的旋转导向系统： – 整个钻柱，从上到下，全部都在旋转，没 有静止的部分； – 但在下部控制总成内部，有不旋转的部分；
旋转导向+地质导向+水平井工具仪器介绍
导向(几何）井下仪器工具
3、导向测量仪器 3.1.2有线随钻测量仪器-SST
SST系列及规范
探管型号
哈里伯顿FEWD
贝克休斯MPR
吉奥林
可长时间连续工作
可长时间连续工作
150-180小时
明显优势，Windows NT与泥浆 录井、欠平衡钻井集成作业， 现场信息和控制/实时网络或 卫星传输
Windows NT，现场信息和 控制/可实时网络或卫星 传输
DOS、WINDOWS操作环境
4个发射极，2个接收极 4种探 多个发射极、2个接收极， 单个发射极、单个接收极，
3、导向测量仪器
MS3 技术规范
3.1.3有线随钻测量仪器-MS3
井斜角
井斜方位角
磁边工具面 角
高边工具面 角 外径 工作温度范围 抗压筒抗压 抗压筒外径
测量范围 系统精度 测量范围 系统精度 测量范围 系统精度 测量范围 系统精度
0～180° ±0.3° 0～360° ±2.0° 0～360° ±2.0° 0～360° ±2.0° 35 mm -25～+125℃ 20000Psi 35mm
发展了无线、有线 随钻测斜系统，开 始引进带地质参数 的MWD系统
有线随钻测量仪 器仍在使用，无 线测量仪器开始 普及，引进部分 地质参数测量仪 器
测量仪器发展历程
3、地质导向仪器发展过程
上个世纪30年代,国外就开，由ARPS公司和LANE WELLS公司联合研制出了自然伽玛 和电阻率随钻测井仪器。由于遥测技术没有发展成熟，井下工具性能受到 限制，钻井工艺落后，该技术没有获得广泛推广，仅在有限的几口井中投 入使用。但为以后随钻地质测量仪器的发展奠定了基础。
旋转导向系统和地质导向钻井简介
随
地质参数
钻
测
量
井
底
信
息
钻井工程参数
自然伽玛 电阻率
声波 倾角
LWD/FEWD
密度
孔隙度
轨迹空间位置
井斜 方位 工具面
MWD
钻井参数
钻压 扭矩 压力
PWT
可视化三 维地质体
模型
导向
数据 处理
随钻测 量系统
地质导向 软件系统
曲线对比和 模型修正
7.2 地质导向钻井简介
三、地质导向钻井的概念
地质导向钻井就是在钻井过程中通过随钻测量多种地质和工 程参数对所钻地层的地质参数进行实时评价和对比，根据 评价对比结果而调整控制井眼轨迹，使之命中最佳地质目 标并在其中有效延伸。
旋转导向、地质导向钻井简介
• 7.1 旋转导向系统简介 • 7.2 地质导向钻井简介
7.1 旋转导向系统简介
一、导向钻井代初期发展起来的 一项钻井新技术，代表了钻井技术发展的最高水平。
LWD
斜 向 器
井 下 马
MWD
弯 外 壳 马
旋 革命性 转 进步
导
达 WLMWD 达 向
30' 40' 50' 60' 70' 80' 90' 2000' 年代
滑动导向
7.1 旋转导向系统简介
二、旋转导向钻井的主要优点
• 提高了机械钻速； • 增强了井眼清洁效果； • 增强了井眼轨迹控制精度和
灵活性； • 减少了起下钻次数； • 井眼规则、光滑； • 克服极限位移限制。
7.1 旋转导向系统简介
7.1 旋转导向系统简介
三、旋转导向系统的进展
旋转导向钻井技术简介
WE MUST DO BETTER
㈡ PowerDrive旋转导向钻井系统
2、井下定向控制单元
PowerDrive工具属调制式全旋转导向工具，该类工具的控制器、测量 传感器都密封在稳定平台内。三轴力反馈加速度计和磁通门传感器可 提供钻头倾斜角和方位角以及输入轴倾角位置信息；与控制器经信号 连接器接收的地面下行的井眼轨迹调控指令要求方向进行比较，推导 出涡轮发电机负载电流大小和通电时间。通过调节电流改变涡轮发电 机绕组回路阻抗，以使携带高强度永磁铁的涡轮叶片与稳定平台内的 扭矩线圈锅台产生不同的电磁转矩和加速度，进而使旋转换向阀保持 一个相对于井壁的固定转角，即工具面角，实现控制轴在受控状态下 的运动状态改变。 控制单元的运动由地面软件指令进行控制。在带井下实时通讯工具时， 该类工具可以通过编程实现对井斜角和方位角的内部自动控制，同时 会大大降低信号上传的要求。
WE MUST DO BETTER
旋转导向钻井技术概述
旋转导向钻井系统的特点是： · 在钻柱旋转的情况下，具有导向能力； · 如果需要，可以与井下马达一起使用； · 配有全系列标准的地层参数及钻井参数检测仪器； · 配有地面—井下双向通讯系统，可根据井下传来的数据，在不 起钻的情况下从地面发出指令改变井眼轨迹； · 工具设计制造模块化、集成化； · 可以在150º 以上的高温井中使用； · 定向钻井时不需要特殊的钻井参数，就可以保证最优的钻井过 程； · 导向自动控制，以保证准确光滑的井眼轨迹。
WE DO BETTER
㈠、AutoTrak旋转闭环钻井系统
1、系统组成:AutoTrak是旋转 导向钻井系统的代表产品，它 是基于推靠钻头的偏置原理来 导向的，其可变径稳定器的伸 缩块装在不旋转套筒上， AutoTrak旋转闭环钻井系统由 地面与井下的双向通讯系统( 地面监控计算机、解码系统及 钻井液脉冲信号发生装置)、 导向系统(AutoTrak工具)和 LWD(随钻测井)组成（图l）。
探讨石油定向井钻井中的旋转导向技术
探讨石油定向井钻井中的旋转导向技术1. 引言1.1 石油定向井钻井的背景石油定向井钻井是指通过控制钻头在垂直方向以外的倾角和方向，使钻井井筒沿着特定轨迹或方向进行钻探的一种钻井技术。
与传统的直井钻井相比，定向井钻井可以更有效地开采油气资源，提高采收率，减少钻井成本，同时降低对地表环境的影响。
石油定向井钻井的背景可以追溯到20世纪初，当时人们对地下油气资源的开发需求不断增长，但直井钻探已经无法满足深层目标的要求。
石油行业开始探索各种定向井钻井技术，旨在提高钻探效率和成本效益。
随着技术的不断进步和发展，石油定向井钻井已经成为现代油田开发的重要手段之一。
通过精密的控制和引导，可以在地下准确地打击目标油气层，提高开采效率，降低生产成本。
石油定向井钻井已经成为石油行业中不可或缺的技术手段之一。
1.2 旋转导向技术的重要性旋转导向技术在石油定向井钻井中扮演着至关重要的角色。
这一技术通过控制钻头方向的旋转来实现井眼轨迹的控制，使钻井工程师能够准确地钻出设计好的井眼轨迹。
在石油勘探开发过程中，石油公司通常都需要在地下进行复杂的水平或斜向钻井，以获取储层中的石油或天然气。
而旋转导向技术的应用可以帮助石油公司实现更高效、更精准的钻井，提高勘探开发的成功率。
旋转导向技术的重要性主要体现在以下几个方面：通过旋转导向技术，钻井工程师可以实现更精确的井眼轨迹控制，避免了误差累积导致的偏离设计轨迹的情况，确保了钻井的质量和效率。
旋转导向技术能够有效地减少钻井作业中的钻头卡钻、碰撞、结蜕等问题，提高了钻井作业的安全性和稳定性。
旋转导向技术可以实现快速、准确地调整井眼轨迹，满足不同井眼设计要求，为石油公司提供了更多的钻井选择和灵活度。
旋转导向技术在石油定向井钻井中的重要性不言而喻，具有不可替代的作用。
2. 正文2.1 旋转导向技术的原理旋转导向技术的原理是通过在钻井过程中控制钻头的旋转方向和速度，从而实现在水平和斜井中钻向目标油层的技术。
旋转导向钻井技术(简版)
扩大应用范围
03
旋转导向钻井技术的应用范围不断扩大，不仅适用于直井和斜
井，还可应用于水平井、分支井和多分支井的钻井作业。
旋转导向钻井技术的发展前景
技术创新
随着科技的不断进步，旋转导向钻井技术将不断创新和完善，提高 钻井效率和精度。
智能化发展
未来旋转导向钻井技术将与智能化技术相结合，实现钻井过程的自 动化和智能化，进一步提高钻井效率和安全性。
操作难度大
旋转导向钻井技术的操作 难度较大，需要专业技术 人员进行操作和维护。
维护保养成本高
旋转导向钻井技术的维护 保养成本较高，需要定期 进行检测和维修。
03
技术应用
旋转导向钻井技术在石油工业中的应用
水平井和复杂结构井的钻井
旋转导向钻井技术能够实现水平井和复杂结构井的高效钻井，提 高油藏的采收率。
案例概述
某研究机构致力于旋转导向钻井技术的研发，经过多年的 研究与实践，成功开发出具有自主知识产权的旋转导向钻 井系统。
技术研发
该研究机构在旋转导向钻井技术方面取得了多项突破，包 括高精度导航控制、钻头稳定器设计、信号传输技术等关 键技术。
成果与效益
该研究机构的旋转导向钻井技术成果得到了广泛应用，为 国内外石油公司提供了技术支持与解决方案，推动了该技 术的发展与进步。
地热能开发
在地热能开发领域，旋转导向钻 井技术有助于实现地热井的高效、 精确钻进。
地下水开采
在地下水开采领域，旋转导向钻 井技术能够优化井位布局，提高 开采效率。
旋转导向钻井技术的未来发展技术将不断 进行技术创新和改进，提高钻井精度和效率。
智能化与自动化
分析认为旋转导向钻井技术在该地区油气田开发中取得了良好的应用效 果，建议进一步推广该技术，提高油气勘探开发水平。
地质导向钻井技术概况
六、国外地质导向钻井技术现状及在油田应用效果
目前国外仅有Schlumberger和Baker Hughes公司拥有此项技术。 Schlumberger 公司 (Anadrill) 于 1993 年推出了 IDEAL 系统之后， 又推出了Power Drive系统： PowerDrive Xtra (475, 675, 900) PowerDrive Xceed PowerDrive vorteX PowerDrive X5 (475, 675, 825, 900, 1100) Baker Hughes拥有RCLS(闭环旋转自动导向)系统： AuotTrak RCLS AutoTrak G3 RCLS 和Navigator系统。但目前只进行高价技术服务而不出售商 品工具，已收到巨大经济回报。
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六、国外地质导向钻井技术现状及在油田应用效果
国际第三大石油技术服务公司 Halliburton 目前也不掌握 此项尖端技术，但正在积极进行开发。
Halliburton 现有的 Pathfinder 系统只是 LWD( 随钻测井 ) ， 还无近钻头测量短节，当配用螺杆马达时其最下端的传感 器离钻头距离约为17m，最上端的传感器距离钻头约 22m， 尚无法用于地质导向，也不能实现果
IDEAL 系统已在北海获 得了成功应用，钻成几 口复杂的水平井。
在墨西哥湾的某一油田， 先前所钻 8 口井的总产 量仅为923桶/天；后来， Anadrill公司应用地质 导向技术在该油田钻成 一口高质量的水平井， 日产原油达1793桶，使 这一枯竭的油田得以重 新复活。
3
三、地质导向与其他几种技术概念间的区别与联系
1. 地质导向(Geosteering) 地质导向的任务是对准确钻入油气目的层负责，为此，它具有 测量、传输和导向三大功能，具体为： (1) 近钻头测量参数(电阻率、自然伽玛)和工程参数(井斜角) 测量； (2) 用随钻测量仪器(MWD)或随钻测井仪器(LWD)作为信息传输 通道，把所测的井下信息(部分)传至地面处理系统，作为导 向决策的依据； (3) 用井下导向马达(或转盘钻具组合)作为导向执行工具，用 无线短传技术把近钻头测量信息越过导向马达传至MWD(LWD) 并进一步上传； (4) 地面信息处理与导向决策软件系统,将井下测量信息进行 处理、解释、判断、决策，指挥导向工具准确钻入油气目的 层。
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LWD/FEWD
MWD
工具面
PWT
曲线对比和 模型修正
可视化三 维地质体 模型 导向 随钻测 量系统
数据 处理
地质导向 软件系统
7.2 地质导向钻井简介
旋转导向、地质导向钻井简介
• 7.1 旋转导向系统简介 • 7.2 地质导向钻井简介
7.1 旋转导向系统简介
一、导向钻井的发展经过
旋转导向钻井技术是20世纪90年代初期发展起来的 一项钻井新技术，代表了钻井技术发展的最高水平。 LWD 斜 向 器
井 下 马 达
MWD WLMWD
弯 外 壳 马 达
旋 转 导 向
革命性 进步
30' 40' 50' 60' 70' 80' 90' 2000'
年代
滑动导向
7.1 旋转导向系统简介
二、旋转导向钻井的主要优点
• • 提高了机械钻速； 增强了井眼清洁效果；
•
• • •
增强了井眼轨迹控制精度和
灵活性； 减少了起下钻次数； 井眼规则、光滑； 克服极限位移限制。
7.1 旋转导向系统简介
7.2 地质导向钻井简介
一、地质导向钻井的仪器系统组成Байду номын сангаас井下仪器 + 地面系统 + 上位机系统软件
司钻阅读器 压力传感器 泵冲传感器
地面接口箱
计算机
打印机
电阻率、 伽玛接口箱
电阻率短接 井下仪器串
脉冲发生器 电子控制短节
电源系统短节
MWD电子测量短节 伽玛测量短节
7.2 地质导向钻井简介
二、地质导向钻井的随钻测量参数
7.1 旋转导向系统简介
三、旋转导向系统的进展
斯伦贝谢公司的PowerDrive 系统最新进展
1）小井眼旋导系统 PowerDrive Xtra 475 外径：120.7mm 2）大尺寸旋导系统 所钻最大井眼：463.6mm
7.1 旋转导向系统简介
三、旋转导向系统的进展
贝克休斯Inteq的AutoTrak系统最新进展 2002年推出了第三 代AutoTrak系统。
三、地质导向钻井的概念
地质导向钻井就是在钻井过程中通过随钻测量多种地质和工 程参数对所钻地层的地质参数进行实时评价和对比，根据 评价对比结果而调整控制井眼轨迹，使之命中最佳地质目
标并在其中有效延伸。
三、旋转导向系统的原理
动态推靠式 Power Drive SRD
静态推靠式 Auto Trak RCLS
静态指向式 Geo-pilot
7.1 旋转导向系统简介
三、旋转导向系统的原理
斯伦贝谢公司的PowerDrive系统
7.1 旋转导向系统简介
三、旋转导向系统的原理
哈里伯顿斯派里森公司的Geo-Pilo系统