TruTrak垂直钻井系统技术参数
分析矿山垂直钻井救援关键技术与装备
分析矿山垂直钻井救援关键技术与装备矿山垂直钻井救援是指矿山事故中，当矿工被困在井下无法自行逃生时，通过井口开展救援行动，利用钻井设备从地面向下进行救援。
针对矿山垂直钻井救援，需要具备一定的关键技术与装备，才能有效地进行救援操作，提高救援成功率，减少伤亡损失。
下面将分析矿山垂直钻井救援的关键技术与装备。
关键技术是矿山垂直钻井救援的重要保障。
矿山垂直钻井救援技术需要具备以下几个方面的关键技术：1. 地质勘探技术：在进行矿山垂直钻井救援前，需要通过地质勘探技术对矿山地质进行详细分析和评估，以确定救援井口的位置和救援隧道的开挖方向，确保救援行动的安全和有效性。
2. 钻井技术：矿山垂直钻井救援需要用到大型钻井设备，钻孔的深度和直径需要根据实际情况进行调整，钻井的精准度和速度都是关键技术。
3. 救援隧道开挖技术：在确定了救援井口的位置后，需要进行救援隧道的开挖，这需要具备高效的隧道开挖技术，确保救援人员能够迅速到达被困矿工所在的位置。
4. 安全防护技术：矿山垂直钻井救援过程中需要对救援人员和设备进行全方位的安全防护，防止二次伤害和事故的发生。
除了关键技术外，矿山垂直钻井救援还需要配备一系列关键装备，包括大型钻井设备、隧道开挖设备、救援器械和救援材料等。
这些装备的性能和质量将直接影响到救援工作的效果。
2. 隧道开挖设备：在进行救援隧道开挖时，需要使用大型隧道开挖设备，如隧道掘进机、隧道爆破设备等，这些设备需要具备高效的开挖能力和精准的控制技术。
3. 救援器械和救援材料：矿山垂直钻井救援还需要配备各种救援器械和救援材料，如救生绳、救生器械、呼吸器、医疗设备等，这些器械和材料需要符合救援现场的实际需求，能够有效地进行救援工作。
矿山垂直钻井救援是一项高技术含量的工作，需要具备一系列关键技术与装备的支持。
通过科学的地质勘探技术、先进的钻井技术、高效的隧道开挖技术和全面的安全防护技术，配合大型钻井设备、隧道开挖设备、救援器械和救援材料等关键装备，才能够有效地进行矿山垂直钻井救援工作，最大限度地减少事故伤亡，保障矿工的生命安全。
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
自动垂直钻井工具结构特点_杨鹏
46工业技术INDUSTRY TECHNOLOGY河南科技2012.08 下自动垂直钻井工具结构特点西安石油大学 机械工程学院 杨 鹏直井的“防斜打直”一直是油气钻井生产中一个非常重要的实际问题。
随着石油勘探开发从易开发地层转向复杂结构地层，高陡构造、地层的钻井工作量越来越大， 常规的防斜打直工具（钟摆钻具组合、满眼钻具组合等）不能满足钻井作业对提高工作效率及降低作业成本的要求。
为了更好地解决复杂地层中直井的防斜打直问题，国内外一直致力于自动垂直钻井工具的研究与开发。
一、典型自动垂直钻井工具自动垂直钻井工具是钻井技术上的一次突破，是一种不受井下地层特性和人为因素的干扰而自动跟踪预定的井眼轨迹的自动闭环垂直钻井工具。
目前国外初步形成了以Baker Hughes 公司的V erti-trak 系统和Shlumberger 公司的Power-V 系统为商业化应用代表的成熟自动垂直钻井工具。
国内对自动垂直钻井工具的研究目前都处于起步阶段，研制的工具从工作原理上来讲，都能够实现自动控制井斜的功能，但未有商业化应用的国产工具产生，因此，研究国外成熟的自动垂直钻井工具的结构对我国的项目研究具有一定的推动意义。
1.V erti-trak 自动垂直钻井工具结构。
V erti–Trak 自动垂直钻井工具采用静态推靠式的工作原理，工具组合由控制短节、动力短节、执行机构三部分组成，如图1所示。
控制短节用于检测井下工程参数，根据井斜工况控制翼肋的伸缩，其内部的脉冲器可以以钻井泥浆为介质实现地面与井底的双向信息交流。
动力短节部分的井下马达采用纳维钻具（Navi–Drill ）技术，通过预成形定子和钛合金柔性传动节等，以使工具在钻井泥浆的驱动下获得了更大的功率和扭矩输出。
在防斜打直执行机构上有一不旋转的套筒，该套筒上带有三个可膨胀的伸缩翼肋。
伸缩翼肋实质上是一套液压控制系统，它包括活塞和液压控制阀，它们也都位于不旋转的套筒内，液压控制系统的压力来源于泥浆压力，整个液压系统为同一压力系统。
哈里伯顿垂直钻井系统
节约水资源
垂直钻井系统采用高效的水循环 利用技术，能够减少对地下水的
开采和利用，节约水资源。
促进可持续发展
垂直钻井系统符合可持续发展的 理念，有利于保护环境和生态平 衡，推动经济社会的可持续发展。
对社会经济的推动作用
1 2
创造就业机会
垂直钻井系统的建设和运营过程中，需要大量的 人力资源和技术支持，为社会创造了就业机会。
随着技术的不断进步和应用需求的增加，哈里伯顿垂直钻井 系统将进一步发展智能化、自动化技术，提高钻井精度和安 全性，为矿产资源开发提供更高效、安全、环保的解决方案 。
05
哈里伯顿垂直钻井系统的价值与影响
对石油工业的价值与贡献
提高钻井效率
垂直钻井系统采用先进的钻井技术和设备，能够显著提高钻井效 率和成功率，缩短钻井周期，降低生产成本。
03
哈里伯顿垂直钻井系统的市场分析
市场需求分析
石油和天然气开采
随着全球能源需求的增长，石油和天然气开采行业对钻井技术的需求持续增加， 哈里伯顿垂直钻井系统在开采深层油气资源方面具有显著优势，因此市场需求较 大。
基础设施建设项目
垂直钻井系统在基础设施建设项目中也有广泛应用，如桥梁桩基、高层建筑桩基 等，这些项目的不断增加对垂直钻井系统的需求也相应增长。
竞争格局分析
市场竞争激烈
垂直钻井系统市场上存在众多竞争对手，包括技术实力雄厚 的国际企业和专业化的国内企业，市场竞争十分激烈。
差异化竞争
哈里伯顿垂直钻井系统凭借其技术优势和品牌影响力，在市 场上占据一定份额，但其他企业也在不断进行技术研发和创 新，形成差异化竞争的格局。
市场趋势与前景预测
技术创新推动市场发展
哈里伯顿垂直钻井系统
山特维特 K7钻机
链式推进梁和换杆器
链式推进梁型号 推进梁长度 凿岩机行程 首节钻杆最大长度 推进力/拔出力 随动液压管架 夹钎器 换杆器型号 容杆数量 钻杆长度 最大孔深 推进梁伸缩行程 推进梁横向摆动
推进梁纵向摆动 重量，不包括钻杆
CF145H 7 700 mm 4 915 mm 4 880 mm 20 kN 标准配置
控制系统
行驶 钻臂控制 凿岩 换杆 开孔控制 冲击控制 防卡钻系统 电压
液压先导控制 液压直接控制 先导控制（电/液） 电遥控 无级 推进压力控制(THC700) 液压 24 V，直流
集尘系统
集尘器 集尘能力/真空度: 滤芯/材料 过滤面积 液压马达功率 集尘器重量
DC 700 H 23 m³/min 1000mm 水柱 10 个/纤维 8.0 m2 12 kW 190 kg
Centralizing Pito 12H RH 714 6+1 根 3050，3660 mm 25 m 1350 mm +52º/-56º （换销+94º/-20º） 125º 1 400 kg
动力单元
发动机 最大倾斜角度 汽缸数 输出功率 传动系统 液压泵 螺杆式空压机 风量 风压 空气滤清器 燃油箱 平均油耗 燃油节油系统 重量
按人机工程学设计 防落石防倾翻 (FOPS & ROPS) 低于 80dB(A) 钻孔、行驶、钻臂动作和换杆器 标准配备 标准配备 可调 标准配备 着色夹层强化玻璃，带雨刷 12V，直流
3/4
标准配置
1. 凿岩机 2. 推进梁 3. 换杆器 4. 大臂 5. 底盘 6. 动力单元 7. 液压系统 8. 控制系统 9. 驾驶室 10. 除尘系统 11. 工作灯 12. 测压套表 13. 倒车喇叭 14 K7 全液压自行式独立作业配备有防落石、防 滚翻（FOPS&ROPS）驾驶室和换杆器的履带底盘露 天钻车。可以采用 38 和 45 毫米（1½ 和 1¾ 英寸） 的接卸式钻杆，钻凿 51－102（2－4 英寸）的垂直、 倾斜及水平炮孔。
垂直钻井技术
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
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
垂直钻井技术
5. 由于PowerV钻具组合一直在旋转，特别有利于水平井、大斜度 井和3000米以下深井中钻压的传递，可以使用更高的钻压和转 盘转速，有利于提高机械钻速。而使用泥浆马达在大井斜的长 裸眼段滑动钻进时送钻特别困难，经常是上部的钻杆已经被压 弯了，而钻压还没有传递到钻头上，还常常引发随钻震击器下 击，损害钻头寿命。
二、典型的垂直钻井工具 系统工作原理：
VertiTrak垂直钻井系统在钻进过程中,当MWD重力传感器(距离钻头10m)检 测到有井斜趋势时,既可启动液压控制系统部件,一至两个肋板在液压力的作用下 伸出向井壁施加作用力，作用力大小可以调节，通过井壁对肋板的反作用力强迫 钻头向垂直方向移动,同时MWD传送实时井斜数据到地面系统以方便跟踪和监测。 当井眼完全垂直时,三个肋板全部伸出,并对井壁施加相同的力,将钻头居中,保持 井眼按垂直方向钻进。这一过程自动完成,不需要任何人为干涉。 VertiTrak最大降斜能力可以达到1.5°/30m,通过选择欠尺寸扶正器在钻具组 合中的位置及扶正器外径的大小,可以对预期降斜率的大小进行设定,范围在 1.5°/30m~0.8°/30m之间。在钻进时通过调整钻压、排量等技术参数也可以对 降斜率做适当的微调。
二、典型的垂直钻井工具 VertiTrak 的优势：
降低了扭转振动 减低了脱扣掉钻具的风险 降低了扭矩和磨阻 避免憋钻 钻具与套管的磨损最小 减少了总的机械损耗 释放钻压，提高机械钻速，缩 短钻井周期 降低成本 较少的钻井时间 减少了井场面积 较小的站地面积 最小的环境影响 ”瘦”井眼比大井眼 降低了破岩量 较低的泥浆费用和环保费 用 较低的钻头费用 固井效率提高 可减少套管层数
垂直钻井工具的研究
汇 报 人：张策
目录
垂直钻井技术概述
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转定子瓣数比
5/6
钻头转速
80-185 rpm
无负荷压降
220 psi(15 bar)
工作压差
1,160 psi(80 bar)
工作扭矩
16,450 ft-lbs(22,300 Nm)
工作输出功率
575 HP (430 kW)
最大压差
1,450 psi(100 bar)
最大扭矩
20,600 ft-lbs(27,900 Nm)
工作钻压 12 1/4"-14 3/4" 16"-28"
最大钻压 12 1/4"-14 3/4" 16"-28"
最大工作温度
最大静液压
最大含沙量
性能参数
X-treme 驱动模块
最大堵漏材料
工具排量
最大有效导向力
低排量
528-925gpm(2,000-3,500 lpm) 最大井斜
正常排量
661-1,162gpm(2,500-4,400lpm) 最大造斜率
在较硬低层表现也非常出色可靠
■ 运用AutoTrak® 三维控制原理及其模块化系统
像VertiTrak一样，TruTrak是不需要旋转上部钻具来控制 轨迹的。所需要的方位信息是通过传感器短节来获取 的，这种采用模块化接口的短节可在井场很容易的拆 装。另外配有的井斜传感器(可选配伽马传感器)和 TruTrak传感器(可测得近钻头井斜、井下温度、肋板压 力、振动和状态特征参数等信息)一起相互通讯并将相应 参数及时通过泥浆脉冲发回地面系统。
传----钻带配感铤有合器短M模接W块D 探管的
利用TruTrak地面系统发出的指令可以实现:
■ 自动保持垂直钻进 ■ 用全部或部分的导向力增斜或降斜 ■ 在稳斜模式下实现自动化的稳斜钻进 ■ 在稳斜模式下调整相应侧向力来调整方位 ■ 使肋板缩回本体
TruTrak能实现任何方位下的初始造斜，并可以以2º/30m 的造斜率增斜至30度并稳斜钻进。VertiTrak应用的优点 也都可以在TruTrak应用上体现出来——光滑的低屈曲井 眼、降低摩阻扭矩和减轻粘滑振动。
X-treme LS(短配置)驱动模块
工具排量 低排量 正常排量
转定子瓣数比 钻头转速 无负荷压降 工作压差 工作扭矩 工作输出功率 最大压差 最大扭矩
528-925 gpm(2,000-3,500 lpm) 661-1,162 gpm(2,500-4,400 lpm) 5/6 40 - 90 rpm 220 psi(15 bar) 580 psi(40 bar) 16,450 ft-lbs(22,300 Nm) 280 HP(210 kW) 725 psi(50 bar) 20,600 ft-lbs(27,900 Nm)
上部接头扣型：
钻头接口扣型： 12 1/4" 14 3/4"-28"
12 1/4"-28" 36 ft(11 m)
7,993 lbs(3,625 kg) 10,490 lbs(4,760kg) INTEQ 带有M30的模块化扣型
6 5/8" API 正规 母扣 7 5/8" API 正规 母扣
操作参数
技术参数表
9 1/2" TruTrak System
INTEQ 的 TruTrakTM 是一套针对于 S 和 J 型低斜度井的三 维定向钻井系统。
TruTrak系统结合了INTEQ几项最新的技术于一身:
■ X-treme®马达驱动模块可以大大提高机械钻速 ■ 用于低井斜和垂直井的VertiTrak®导向控制头，即便
59.9 klbs(27 t) 76.1 klbs(34.5 t)
92 klbs(41 t) 118 klbs(52.5 t) 300°F (150°C) 20,000 psi (1,380 bar) 最大1%,根据API138 (推荐小于的细果壳 = 250到840微米 5,420 lbs(2.46 t) 30° 2°/100 ft (30 m)
有两种马达驱动模块可供选择:
■ 高扭矩/中等转速的X-treme®驱动模块 ■ 高扭矩/低转速的X-treme® LS驱动模块
顶----模集部块成脉式扶冲扣正器型器模块： 控制短接 驱动模块
导造向斜模律块2º/30 m
9 1/2" TruTrak System
工具规格
适用井眼尺寸：
工具长度：
工具重量： 12 1/4" 井眼 28" 井眼