OnTrak地质导向系统技术参数
旋转导向系统和地质导向钻井简介
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
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
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
MWD
弯 外 壳 马
旋 革命性 转 进步
导
达 WLMWD 达 向
7.2 地质导向钻井简介
一、地质导向钻井的仪器系统组成
井下仪器 + 地面系统 + 上位机系地面接口箱
泵冲传感器 计算机
电阻率、伽玛接口箱
打印机
井下仪器串
电阻率短接
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
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）。
地质导向
（二）地质导向地质导向是在拥有几何导向能力的同时，又能根据随钻测井（LWD）得出的地层岩性、地层层面、油层特点等地质特征参数，随时控制井下轨迹，使钻头沿地层最优位置钻进。
在预先并不掌握地层性质特点、层面特征的情况下，实现精确控制。
美国Anadrill公司的地质导向钻井系统已取得商业性成功，并在一些油田得到较好应用。
值得一提的是，目前导向技术大多是以几何导向为特征，而且由于控制机构在地面，还没有实现井下自动导向控制。
在实际钻井中究竟使用哪一种导向方式，应视其具体工作环境而定。
对于一些油层变化不大、油层较厚、对地层性质特点了解较清楚的场合，使用几何导向较适宜，既能满足精度要求，又能降低成本。
而对于一些地层性质特点了解较少、油层厚度很薄的场合，使用地质导向更为合适。
根据导向工具特点及导向方式，井下自动导向钻井系统可采用如下四种组合方式：1、几何导向十滑动式井下自动导向钻井系统；2、地质导向十滑动式井下自动导向钻井系统；3、几何导向十旋转式井下自动导向钻井系统；4、地质导向十旋转式井下自动导向钻井系统。
井下自动导向钻井系统采用上述哪种方式更为合适，应从发展的观点加以论证。
目前国外的几何导向系统与地质导向系统还是分离的，尚无一家公司的样机兼备这两项功能。
今后的发展方向是把二者结合在一个系统中，实现真正的“几何--地质”导向控制。
四、地质导向技术（一）地质导向技术的概况地质导向技术是水平井钻井的一项重大发展，它标志着水平井钻井技术上升到一个更高的层次。
地质导向技术是根据钻头处的实时地质数据和储层数据作出调整井眼轨迹的决定，引导钻头前进。
其中的技术关键是要求能实时测量钻头处有关地层、井眼和钻头作业参数等方面的数据，并及时将这些数据传送至地面，便于作业人员迅速作出决策。
应用地质导向技术可以确保水平井眼准确进入和保持在目标层内（即使储层很薄），保证在产层内井眼与油水或油气界面之间保持一定距离，并可连通数个断裂储层。
BAKER HUGHS 旋转导向简介
70
Inclination (deg)
60
50
- AutoT rak RCLS - Conventional
40
30
20
10 0.00
1000.00
2000.00
3000.00
4000.00
5000.00
6000.00
Normalized M D (ft)
Auto Trak G3 旋转导向小结
结构紧凑。旋转导向系统总长（包含供电、脉冲发生器，随钻测量、测井系统 和旋转导向系统）不超过16米； 模块化设计。位置可根据实际需要，进行条换； 钻柱振动、冲击、环空压力（ECD），并能实时传输该数据； 具备方位伽玛成像功能，可广泛应用于储层地质导向； 具有旋转导向和近钻头井斜测量功能，在钻具连续旋转的状况下实现井眼轨迹 精确控制； 具有地面与井下仪器指令、命令双向通讯功能，实现地面指令对井下工具姿态 控制； 自动电脑控制下发指令系统；钻进过程中下发指令，不额外占用作业时间； 旋转导向系统具备多种控制模式：导向模式、稳斜模式等；井下闭合环路自动 控制系统； 工具维修简单，在作业现场即可进行旋转导向短节的拆装作业，从而保证现场 作业的顺利进行； 现场配钻具需要2-3小时，快捷、方便。
Thank you
谢谢！
三、 BCPM简介
全系统自动发电 功率：250瓦特；提供33伏直流电 指令发送功能
高速泥浆脉冲数据传输
四、 ONTRAK简介
OnTrak集成传感器模块包括： 定向控制和测量 多相位电磁波传播电阻率 方位伽玛（伽玛成像 ） 环空和钻具内动/ 静压力 监控振动和粘滑振动 存储及数据高速下载Leabharlann 一）定向测量GAMMA LOG
左图井眼进入砂岩薄层 低边首先探测到该地层 （较高边提前5米） 伽玛成像更加真实、显 像化反应地层变化
贝克休斯钻井及随钻地层评价技术交流
TruTrak 工作图示
造 斜!
TruTrak 指令
稳 斜!
TruTrak 指令
降 斜 钻 下 直 段!
TruTrak 指令
多重选择: • 垂直钻井模式 • 造斜模式 • 稳斜模式 • 灵活的导向力 • 左/右方位力 • 导向肋板收回模式
TruTrak 垂直钻井服务
• 自动垂直钻井 • 服务:
电阻率/伽玛 /压力随钻测井 Resistivity / Gamma / Pressure LWD 传感器模块 OnTrak Sensor Module
随钻测量脉冲器和 MWD Pulser & Power 发电机 - BCPM Supply
中子孔隙度 /密度随钻测井 Neutron Porosity / Density LWD
贝克休斯钻井及随钻地层评价技术交流
大庆，2013年8月8日
© 2010 Baker Hughes Incorporated. All Rights Reserved.
定向钻井及地层评价技术交流内容
1. 垂直钻井技术 VertiTrak 2. 自动定向井技术TrueTrak 3. 旋转导向钻井技术 AutoTrak G3.0 4. 马达动力旋转导向钻井技术 AutoTrak Xtreme 5. 便捷旋转导向钻井技术 AutoTrak eXpress 6. 高造斜率旋转导向技术 AutoTrak Curve 7. 旋转导向垂直钻井技术 AutoTrak-V 8. 钻井优化服务Copilot 9. OnTrak MWD/LWD平台和LWD技术
OnTrak Sensor Sub
总结
VertiTrak/TruTrak 是一种非旋转垂直钻井系统, 钻柱扭矩小,尤其适合在硬地层使 用 井眼质量好 VertiTrak可独立工作,不需另外的MWD系统 4 ¾” 工具用于 5 ½” – 6 ½ ” 井眼 6 ¾” 工具用于 8 ½” – 9 7/8” 井眼 9 ½” 工具用于 12 ¼” – 28” 井眼
贝克休斯随钻测井工具
23” 39”
90” 82”
探测半径
衰减
衰减 2MH
减 衰 2M短H 源距
22” 33” 59”
17” 26” 49”
21” 30” 47”
16” 24” 35”
18” 23” 36”
13” 18” 28”
Rt=1 / Rxo=0.1 Rt=10 / Rxo=1 Rt=100 / Rxo=10
自然伽玛成像(OnTrak)
8 扇区内存成像 8扇区实时传输 实时层界面和地层倾角解释
15 © 2009 Baker Hughes Incorporated. All Rights Reserved.
•AziTrak --方位电阻率
16 © 2009 Baker Hughes Incorporated. All Rights Reserved.
Reservoir Navigation – Challenges in Wellbore Placement
Shale
Shale
Modeled OnTrak Tool Response
Curve separation indicates approaching bed boundary Do we steer up or down?
Operates in both WBM and OBM environments Currents at receiver used to determine apparent resistivity
22 © 2009 Baker Hughes Incorporated. All Rights Reserved.
相位差
位差 相 400kH
相位差 400短kH源距
贝克休斯钻井及随钻地层评价技术交流
9 ½” VertiTrak 工具
TruTrak 系统
MWD短节
配合节头
TruTrak 系统 = • MCLS + Sensor Sub +
Adapter Sub (定向) 或 • MCLS + Stop Sub (垂钻)
脉冲发生器短节 控制短节
MCLS
X-treme动力节
导向节
Slide
计划轨迹 弯螺杆所钻轨迹
AutoTrak® 所钻轨迹
旋转导向钻井技术 - 连续导向的能力
和其他一些旋转导向系统不同，AutoTrak系统真正实现连续导向并打出平滑 的井眼轨迹
导向模式 ： – 可提供7500个矢量的选择 – 工具按给定的工具面和给定的导向力进行
导向 – 可随时调控制轨迹的能力
AAuuttooTTrraakk S导tee向rin装g 置Unit
X-treme Technology Motor
X-trePmoewe模r S块ec马tio达n
Re电si阻sti率vit/y伽/ 玛Ga/m压m力a随/ P钻re测ss井ure LWD 传感器模S块en-sOornMToradkule
Pulser
Alternator Hydraulics
Inclinometer/ Electornics
Steering Ribs
X-treme 动力节
• 强大的功率和扭矩输出 – 比常规泥浆马达高60%
• 更高的效率
• 予成型定子技术
• 降低了90% 的橡胶用量 – 更低的磨阻 – 更小的变形
寿命更长,使用次数更多
•连续的闭环导向 •精确的靶点击中 •精确的地质导向 •收益最大化 •产量最大化 •开采最大化
地质导向钻井技术.
(四)
地质导向钻井系统的结构特征
下面以 Anadrill 公司于1993 年推出的 IDEAL 系统 (Intergrated Drilling Evaluation and Logging，综合钻井评价和测井系统)为例，来介绍地质 导向钻井系统的结构特征。
一 般 来 说 ， 地质 导 向 钻井系统包括：
IDEAL 地面综合处理信息系统
卫星通讯
井 场 信 息 系 统 是 IDEAL 系统的中枢，通过结合 所有的地面数据和井下 数据来监测钻井过程。 原始数据由解释程序转 换成井场决策人员所需 信息，并在高分辨率彩 色监控器上以彩图的方 式直观显示，使用方便。
司钻台
地面控制室 用户
(四)
地质导向钻井系统的结构特征
(六) 国外地质导向钻井技术现状及在油田应用效果
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。
(1) 具有近钻头参数的地质导向系统在每次油藏丢失之后，可 减少100ft的非生产进尺，这对于经济钻井十分关键；
(2) 由于有了地质导向钻井技术，现在考虑从英寸的精度而不 是英尺的精度来控制垂深已成为可能。这对于存在水、气运 移问题及较少渗透障碍的油藏来说，可带来巨大的经济效益。
(七) 我国十分需要此项技术
2. 几何导向
几何导向的任务就是对钻井井眼设计轨道负责，使实钻轨 道尽量靠近设计轨道，以保证准确钻入设计靶区 (由于地质 不确定度带来的误差，原设计靶区可能并非是储层) 在地质导向技术问世之前，常规的井眼轨道控制技术均应 属于几何导向范畴
2旋转导向
基本工具构造
AutoTrak 技术数据
普通工具规格
井眼尺寸 最大造斜率 工具外径 导向扶正器 长度 重量 钻具压降 能量来源 8 1/2″ / 8 3/8″ 6.5°/100ft 6 3/4″ 7 3/4″ 37 ft 1.55 t
450 gpm 时500psi 10 ppg 泥浆重度
216mm/213mm 6.5°/30m 170mm 197mm 11.2m 3,500 lbs
旁通压力激励器被连接在立管上并且可以转移多达 20%的泥浆流，通常13%~15%的流体被转移来在钻柱中 产生一系列的负脉冲信号。井下工具检测到这些信号从 而接收到它的指使。下传一个脉冲的时长根据深度和泥 浆性质的差异可以在8，12和16秒三种之间调整。下传 一个完整的指令可能需要2到8.5分钟，这是由传输的指 令的复杂性和为适合外围操作条件所选择的脉冲时长来 决定的。 下传指令的操作可以在钻进过程中自动执行，这就 决定了AutoTrak 的操作不会打断钻井行为。
三、AutoTrak 的特色
1、在旋转钻进的同时可进行井眼轨 迹三维任意调整. 2 、钻头上的侧向力是由被液压能 量控制的可扩张的三个扶正器肋板 提供并控制的.
3 、凭借连在立管上的负脉冲传达系 统,底部钻具在钻进过程中可接受到 最新的指令信息. 4 、完整的MWD系统有完成全部定 向作业、多重电阻率、伽马射线、 震动、近钻头井斜等测量任务的能 力并可提供两种信息通讯方式. 5 、如果需要给钻头提供额外扭距可 用纳维马达驱动该系统.
AutoTrak的使用好处
1 、在旋转钻进时连续导向 -改善井眼清洁; -增加总钻时; -减少不同类型的卡钻; -按工作情况而不用按造斜能力选择PDC钻头. 2 、自动定向控制 -改善了水平井垂深难控制的状况; -减少了井眼的不正常扭曲现象.
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6 3/4" OnTrak
INTEQ的OnTrak TM是一个随钻测量的集成工具，它能通过一根短节提供实时方位、方位伽马、MPR®电阻率、环空压力和振动测量。
OnTrak与地面系统Advantage SM同时使用，可以优化定向能力和地层评估能力，包括钻进时地质导向。
这种创新设计提高了工
具可靠性，减少了连接点，并使井下钻具组合中传感器到钻头的
距离得到优化。
该工具由集成传感器模块，双向通讯动力模块组成，具有以下特性：
■ OnTrak集成传感器模块
- 定向控制和测量
- 电磁波传播电阻率
- 方位伽马
- 环空和钻具内动/静压力
- 监控振动和粘滑振动
- 温度
- 存储和数据高速转储
■ 双向通讯动力模块
- 系统电源及控制
- 向下发送指令
- 双向通讯
- 泥浆脉冲信号传输
- 实时及可调节的数据传输
为了实现地质导向，OnTrak MPR传感器使用四个发射器，两个接收器的双频补偿天线矩阵测量8条电阻率曲线。
两个伽马射线探测器（以工具面标定）对靠近的岩层界面提供方位成像。
通过对井
下环空压力和粘滑振动的监控，可以及时发现井筒清洁问题和井
壁漏失，避免卡钻，降低工具事故率。
“业界第一”的OnTrak随钻测量提供了无与伦比的“高质量井壁”，这项技术突破了当代大位移钻井、地层评价测井和地质导
向技术的极限。
■ 实时地质导向和准确轨迹定位
■ 通过方位伽马对油藏地质边界进行识别
■ 钻进时泥浆双向通讯脉冲
■ 完全集成和更小的传感器与钻头距离
■ 控制井眼清洁和井壁稳定性
■ 降低工具事故和卡钻
■ 支持高端随钻测量工具
- SoundTrak TM
- LithoTrak TM
- CoPilot®
■ 与AutoTrak®G3组合可得到可靠测井数据
6 3/4" OnTrak
适用井眼尺寸：8 3/8“ - 9 7/8” 多频电磁波传播电阻率
工具外径： 6 3/4“距工具底端长度：8.0ft (2.5m)
工具长度：32.0ft (9.8m) 2MHz电阻率
工具重量：3660lbs (1660kg)相差：范围： 0.1-3000ohm-m
连接扣型：上部： NC50母扣精确度：±0.85%(0.1-50ohm-m)
下部： NC50公扣 ±0.4mmho/m(>50ohm-m)
主电源：钻井液驱动的涡轮发电机衰减：范围： 0.1-500ohm-m
精确度：±1.75%(0.1-25ohm-m)
±0.85mmho/m(>25ohm-m)
超低排量：200 (240*)-325gpm纵向分辨率：导电层90%的响应为8“(20cm)
757 (908*)-1230lpm 400MHz电阻率
低排量：265 (320*)-450gpm相差：范围： 0.1-1000ohm-m
1000 (1211*)-1703lpm精确度：±0.85%(0.1-25ohm-m)
中等排量：330 (395*)-570gpm ±0.8mmho/m(>25ohm-m)
1249 (1495*)-2157lpm衰减：范围： 0.1-200ohm-m
正常排量：375 (450*)-660gpm精确度：±4%(0.1-10ohm-m)
1419 (1703*)-2498lpm ±4.0mmho/m(>10ohm-m)
高排量：500 (600*)-900gpm纵向分辨率：导电层90%的响应为12“(30cm)
环空、、钻具内和静压)
1893 (2271*)-3407lpm压力测量(环空
(*)-接发指令所需的最小排量距工具底端长度： 3.1ft (1.0m)
最大钻压：672klbs (2990kN)范围：0-25000psi
工具的最大转速：400rpm准确率：全标的±0.25%
最大工作扭矩(钻头处)：23601ft-lbf (32kNm)分辨率：5psi
最大失效扭矩：47941ft-lbf (65kNm)测斜仪
最大破坏拉力(旋转时)：881klbs (3920kN)距工具底端长度：13.8ft (4.2m)
最大抗拉载荷：1162klbs (5170kN)传感器类型：三轴加速度计
最高温度三轴磁通门
正常工作：302˚F (150˚C)磁性工具面/重力工具面转换：可选 (缺省值：3˚)
极限温度：311˚F (155˚C)测量项目范围分辨率精确度
最大静液压：25000psi (1720bar)井斜0˚-180˚0.09˚±0.1˚
最大钻头压降：没有限制方位2，30˚-360˚0.35˚±1.0˚
含砂量：最大1% API 13B工具面
(建议<0.5%)磁性工具面20˚-360˚ 1.4˚±1.5˚
最大堵漏剂：40ppb=114kg/m3 (根据重力工具面30˚-360˚ 1.4˚±1.5˚
ATK G3操作手册任何泵入磁场强度0-100000nT35±100
的堵漏剂必须排出)磁偏角2-90˚-90˚0.04˚±0.2˚
振动，，转动和粘滑振动
工具通过的最大带钻铤的标准钻具组合振动
井眼狗腿度：钻具旋转： 10˚/100ft距工具底端长度：13.8ft (4.2m)
钻具不旋转： 16˚/100ft振动
带压缩钻杆的柔性钻具组合传感器轴向震动：一个加速度计，Z方向
钻具旋转： 15˚/100ft类型横向震动：两个加速度计，X-Y方向
钻具不旋转： 25˚/100ft加速度范围：0-15g
最大转速变化：偏离工作转速最高±80%频率范围：0-82Hz
最大轴向和横向震动：参阅《补充技术参数》实时测量选项：横向震动和轴动震动，按
严重程度传输信号(单位按g-MRS标定)
存储记忆选项：根据严重程度，按g-MRS为单位保存平均方位伽马和最大的横向震动和轴向震动
距工具底端长度： 4.0ft (1.3m)转速和粘滑振动测量
传感器类型：2个闪烁计数器传感器类型两轴磁力计
测量：API 伽马旋转速度0-±1000RPM(±1%精确度)
范围：0-500API实时测量选项井下转速、粘滑振动按严重度级别传输准确度：在100API和机械钻速60ft/hr时存储记忆选项保存最小、最大和平均转速，粘滑振动±2.5API和倒转严重程度
纵向分辨率：6"(15.3cm)
备注：1所有传感器精确度到2δ
2在纬度30˚时正常的磁场强度下的值
3精确度适用于井斜>5˚的情况。