斯伦贝谢定向钻井和旋转导向
旋转导向钻井智能钻井介绍 Auto Trak,Power Drive, Geo Pilot
目录
旋转导向钻井技术概况
背景：为克服滑动导向技术的不足，从20世纪80 年代后期，国际上开始研究旋转导向钻井技术。 发展：20世纪90年代初期,多家公司形成了商业化 的旋转导向技术，目前有三种比较成熟导向系统。 组成：旋转导向钻井系统实质上是一个旋转导向 工具与测量传输仪器（MWD/LWD）联合组成的井下 闭环工具系统。 应用：非常适合目前开发特殊油藏的超深井、高 难度定向井、水平井、大位移井和水平分支井等。
3、动态指向式旋转导向钻井工具
4、基于旋转导向钻进方式的可控弯接头系统 5、指向式旋转导向钻井工具
动态推进式旋转导向钻井工具
• 胜利油田承担国家“863”计划“旋转导向钻井系统关键
技术研究”后,与西安石油大学联合开发 • 原理：斯伦贝谢的PowerDrive基本一样。
• 现状：进行了20 多次的地面试验,2006 年8 月在营122斜
动态指向式旋转导向钻井工具
由海洋石油工程股份有限公司及西南石油大学，结合了哈 里伯顿的Geo–Pilot的指向式结构和斯伦贝谢的Power Drive的随钻的下盘阀结构，提出了动态指向式旋转导向
钻井工具的设计思想,目前还停留在理论阶段。
基于旋转导向钻进方式的可控弯接头系统
由西安石油大学机械工程学院中原油田第三采油厂在CNPC
典型旋转导向钻井工具介绍
• Baker Hughes推出的Auto Trak不旋转外筒式 闭环自动导向钻井系统。
• Schlumberger Anadrill公司的Power Drive
全旋转导向钻井系统。 • Sperry-Sun 产品服务公司推出的Geo-Pilot 旋转导向自动钻井系统。
1.Auto Trak 旋转导向钻井系统
旋转导向钻井技术介绍
•1993年，意大利AGIP公司与美国BakerHughes INTEQ公司合作
在早期的垂直钻井系统(VDS)和直井钻井装置(SDD)基础上研制
了旋转闭环系统(RCLS)。
Triple Combo
Non Rotating
•199S7le年ev注e 册为AutoTrak，正式推向市场 。
• 用连续旋转钻井方式钻成理想的井斜和方位，既可以精确地按照
Magnitude
12
（1）AutoTrak RCLS系统
整体设计
①非旋转固定套筒上装有能够单独操作的、可调的导向筋，导向筋 可以在钻头上形成侧向力，以便进行造斜或保持现在的井眼轨迹；
②井下计算机和传感器可连续监测和控制相对于下步目标的当前井 眼轨迹，地面与地下的实时双向通信联系。
13
Control principle two way communication
静态偏置式：偏置导向机构在钻进过程中不与钻柱一起旋转，从 而在某一固定方向上提供侧向力。
调制式：偏置导向机构在钻进过程中与钻柱一起旋转，依靠控制 系统使其在某一位置定向支出提供导向力。
旋转导向钻井系统的工 作机理都是靠偏置机构 (Bias Units)偏置钻 头或钻柱而产生导向。
两种偏ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ工作方式对比
5
2、旋转导向钻井系统分类
（3）综合考虑导向方式和偏置方式分类
静态偏置推靠式： Baker Hughes Inteq公司AutoTrak RCLS。 动态偏置推靠式（调制式）： Schlumberger Anadrill公司
PowerDrive SRD。 静态偏置指向式：Halliburton Sperry-sun公司Geo-Pilot系统。
斯伦贝谢定向钻井和旋转导向 ppt课件
斯伦贝谢定向钻井和旋转导向
旋转导向 - PowerDrive
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Pad 关
斯伦贝谢定向钻井和旋转导向
旋转导向 - PowerDrive
Control Shaft Disk Valve
斯伦贝谢定向钻井和旋转导向
旋转导向 - PowerDrive
• PowerDrive 1100
2001 World Record #2 PowerDrive900 drills 13.789ft of 12.25” hole in 1 run
2002 World’s First 6” RSS Run PowerDrive475 drills 4712ft of 6 1/8” hole in 1 run
Saved $536,000 1739m , 5705 ft 17.6 m 57.6 ft/hr
Inclination In 74.9 Out 51.1 Turned 10 right
斯伦贝谢定向钻井和旋转导向
旋转导向 - PowerDrive
• Improved drilling efficiency – 98 m/day with PDM, 193 m/day with RSS
‘PowerDrive’ 是目前在国际上独一的一套 “全自动化” 旋转导向垂 直钻进仪器. 操作简单效率高. 它不需要人员操作也不需要MWD 仪器, 降低成本. PowerDrive 在钻进时会自动追踪地心吸力 (自动感应井斜), 自动设定及调和促动仪器所发动的侧力而打钻使井斜快速返回垂直. 这是一个全自动重复的过程. 在整个过程中 PowerDrive 是age MTBF
350
800,000 300
700,000
旋转导向钻井技术(简版)
指向式 23口井 占74.2%
推靠式 7口井 占 22.6%
即用推 靠式又 用指向 式1口井， 占3.2%
从市场统计来看，指向式比推靠式旋转导向工具更能适应
现在市场需求。
垂直钻井工具
Schlumberger 公司的Power V*系统
Power V * 是一个闭环工作的旋转导向系统，该系统 可以自动保持井眼垂直状态而几乎不需要任何地面的干 预措施，与PowerDrive Xtra 类似，主要由偏置单元和 控制单元两部分组成。
12 ¼ in.
0-8 deg/30m 50-250 rpm 5,678 gal/min 47.5 ton 30,000 psi 175 deg C * 350 ton 无限制No limitations 垂直Vertical
钻头压降Bit Pressure Drop
最Hale Waihona Puke 造斜角度Minimum KO angle
二、国外主要旋转导向钻井系统
大尺寸系统
随着世界范围内深水勘探开发的迅速发展，提高 上部井段的钻井效率的需求越来越强烈，从而促进 了用于大尺寸井眼（ Ø444.5mm 和 Ø463.6mm）的旋 导工具的开发。 斯伦贝谢公司与BP公司合作，历时9个月，于2002 年初推出了大尺寸Power Drive旋导系统。
和大位移井， 2000 年至今，已在中国南海、渤海湾和陆 上成功完成30多口大位移井作业，最大测深超8000m，其 中南海某区块大位移井位垂比4.58居国内之首。
二、国外主要旋转导向钻井系统
国内应用：
塔河油田TK238H井
TK238H 井 设 计 井 深 5111.76m , 实 钻 井 深
5177m , 造斜点 4163m , 水平段 300m , 成功穿 越油层276m，机械钻速15.68m/h。 斜井段及水平段平均狗腿度 3.88°/30m,而 常规水平井平均狗腿度为 10°/30m 以上 , 很好 的控制了井眼的光滑度,实际钻井周期50d,节约 钻井周期27d, 创造塔河油田水平井钻井周期最 短记录。
斯伦贝谢
斯伦贝谢在中国斯伦贝谢早在1980年就进入中国石油行业开展油田服务业务，当时正值中国大力开放经济并引进新技术的时期。
在最初的几年中，斯伦贝谢公司的业务仅仅局限于陆上和海上的测井服务。
从那时起，公司的业务就不断稳步扩展，在中国油田服务市场应用的技术覆盖了整个上游领域，从引入高科技的测井服务，发展到包括完井、试井、固井以及增产作业、数据管理及各种地学软件、数据解释及咨询服务、定向钻井、随钻测井以及人工举升系统等。
斯伦贝谢在中国现有1700多名员工，其中90%以上为本地员工。
斯伦贝谢目前在中国境内设立了6个作业基地（库尔勒，克拉玛依，成都，蛇口，塘沽和大庆）、两个制造中心（上海和天津）、两个办事处（北京和乌鲁木齐），为中国陆上和海上提供综合作业服务。
斯伦贝谢于2000年在北京清华科技园正式成立了北京地球科学中心（BGC），该中心是斯伦贝谢油田服务主要的技术开发中心之一。
BGC开发的地质力学和岩石物理分析软件以及先进的解释和处理技术在全世界得到了广泛的应用，帮助优化油气开采并降低风险。
目前该中心约有300余名研究人员从事研究与开发工作。
指导原则价值观、道德观和行为准则我们充分发挥公司独特的资产优势，为客户提供优质服务，帮助其改善作业绩效。
公司以人才、技术和利润为中心的三大价值观是我们所有工作的基础。
我们的员工勇于接受各种环境中的挑战，并致力于安全作业，为世界各地的客户提供优质服务，这是我们最大的优势。
我们对技术和质量的承诺是我们竞争优势的基础。
创造出更高收益的决心是实现未来独立创新与发展的基石。
对客户的承诺斯伦贝谢致力于在所有作业中尽善尽美，追求卓越。
我们与所有客户的合作方式始终如一、公开透明，并且我们并不在客户资产中持有股份。
因此，客户高度信任我们，在处理敏感和机密信息时尤其如此。
我们正直诚实和公平交易的声誉对于赢得和维系客户的信任至关重要。
斯伦贝谢力争更好地维系客户、股东和受到作业影响的其他方的信任与信心。
斯伦贝谢水平井随钻测井地质导向技术介绍
?proVISION 随钻核磁共 振
?sonicVISION 随钻声波
?seismicVISION 随钻地
震
geoVISION 侧向电阻率
? 适用于高导电性泥浆环境 ? 提供包括钻头，环形电极以及3 个方位聚焦纽扣电极的电阻率 ? 高分辨率侧向测井减小了邻层的影响 ? 钻头电阻率提供实时下套管和取心点的选择 ? 三个方位纽扣电极提供三种深度的微电阻率随钻成像，可解决复
10 5/8” Bit Size
9 7/8”-8 ? ” Bit Sizes
6 ? ”-5 3/4” Bit Sizes
26”-17 ? ”Bit Sizes
14 ? ”- 12 ?” Bit Sizes
10 5/8” Bit Size
9 7/8”-8 ?” Bit Sizes
6 ? ”- 5 3/4” Bit Sizes
碳酸岩）评价, 裂缝宽度和渗透性评估Stoneley
?快速横波用于分析岩石机械特性
?随钻测井技术_Scope 系列
?EcoScope 多功能随钻测井
?StethoScope 随钻地层压力测 量
? PeriScope15 随钻方位性地层边界测量
?MicroScope 微电阻率成像
EcoScope – 多功能随钻测井
?钻井优化技术_旋转导向系统
更平滑的轨迹，更规则的井眼，更快的速度
PowerDrive Xtra
第一代旋转导向系统 全程全部旋转 累积进尺超过一千万 英尺
PowerDrive X5
同样原理
提高工具可靠性与 钻井表现，增加近 钻头井斜、伽玛
26”-17 ? ”Bit Sizes
国内外七大公司旋转导向技术盘点
贪吃蛇技术哪家强？国内外七大公司旋转导向技术盘点旋转导向钻井技术已经逐渐成为定向井、水平井钻井的主要工具，但主流技术依然以国外油服产品为主。
在多年持续攻关下，国产自主创新技术现已取得多项重大突破，国内外技术差距正在逐步缩小。
当前，油气勘探开发过程正面临的挑战日益严峻。
在资源品质劣质化、勘探目标多元化、开发对象复杂化等愈发恶劣的勘探开发大环境下，我国油气勘探开发领域正在由常规油气资源向“三低”、深层及超深层、深水及超深水等非常规资源拓展。
而作为油气资源勘探开发过程中的关键环节，现有的钻井技术在应对上述挑战时却略显勉强。
中石油经研院石油科技研究所总结出了“未来10年极具发展潜力的20项油气勘探开发新技术”（点击查看：颠覆传统！未来十年这些油气勘探开发新技术最具潜力），其中，“智能钻井技术”位列其中。
未来的智能钻井主要由智能钻机、智能导向钻井系统、现场智能控制平台、远程智能控制中心组成。
智能导向钻井系统主要利用随钻数据的实时获取、传输与处理，通过井下控制元件对钻进方向进行智能调控，从而提高钻井效率和储层钻遇率。
作为页岩气开发的“芯片”式技术，旋转导向钻井尚且年轻，但实际上从上世纪90年代起，国际各大油服公司便相继实现了旋转导向系统的现场应用。
经过20余年的技术发展，油服巨头均取得了阶段性进展，并形成了各自的核心技术体系（点击查看：五大油服的旋转导向系统大比拼）。
目前的主流旋转导向技术主要来自几大国际油服巨头，并基本形成了两大发展方向：一是以贝克休斯AutoTrak系统为代表的不旋转外筒式闭环自动导向钻井系统，这类系统以精确的轨迹控制和完善的地质导向技术为特点，适用于开发难度高的特殊油藏导向钻井作业；二是以斯伦贝谢PowerDrive系统为代表的全旋转自动导向钻井系统，这类系统以同样精确的轨迹控制和特有的位移延伸钻井能力为特点，适用于超深、边缘油藏的开发方案中的深井、大位移井的导向钻井作业。
01. 各大油服核心技术对比大宗商品价格暴跌给服务公司的定价和付款时间表带来了下行压力。
旋转导向钻井技术及Power-V
旋转导向钻井技术及Power-V导向系统介绍摘要：旋转导向钻井技术主要指井眼轨迹自动控制的闭环自动钻井技术，是20世纪90年代初期发展起来的一项钻井新技术，代表着当今国际钻井技术的最新发展方向，对超深井、超薄油层水平井、大位移井、分支水平井等轨迹控制具有独特效果。
本文分析了旋转导向钻井系统的技术特点，介绍了国内外旋转导向钻井系统的发展、应用情况。
并详细介绍了斯伦贝谢公司旋转导向系统Power-V的组成和工作原理。
1.概述所谓旋转导向钻井，是指钻柱在旋转钻进过程中实现过去只有传统泥浆马达才能实现的准确增斜、稳斜、降斜或者纠方位功能。
旋转导向钻井技术的核心是旋转导向钻井系统，如图1所示。
它主要由井下旋转自动导向钻井系统、地面监控系统和将上述2部分联系在一起的双向通讯技术3部分组成。
旋转导向钻井系统的核心是井下旋转导向工具，旋转导向钻井系统主要由以下几部分组成：①测量系统:包括近钻头井斜测量、地层评价测量，MWD/LWD随钻测量仪器等，用于监测井眼轨迹的井斜、方位及地层情况等基本参数。
②控制系统:接收测量系统的信息或对地面的控制指令进行处理，并根据预置的控制软件和程序，控制偏置导向机构的动作。
图1 旋转自动导向钻井系统功能框图2.旋转导向钻井技术的特点旋转导向钻井技术与传统的滑动导向方式相比有如下突出特点：①旋转导向代替了传统的滑动钻进：一方面大大提高了钻井速度，另一方面解决了滑动导向方式带来的诸如井身质量差、井眼净化效果差及极限位移限制等缺点，从而大大提高了钻井安全性，解决了大位移井的导向问题；②具有不必起下钻自动调整钻具导向性能的能力，大大提高了钻井效率和井眼轨迹控制的灵活性，可满足高难特殊工艺井的导向钻井需要；③具有井下闭环自动导向的能力，结合地质导向技术使用，使井眼轨迹控制精度大大提高。
旋转导向钻井技术的上述特点，使其可以大大提高油气开发能力和开发效率，降低钻井成本和开发成本，满足了油气勘探开发形势的需要。
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知识回顾 Knowledge Review
祝您成功！
一步提高钻速
旋转导向 - PowerDrive
Pad 开
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旋转导向 - PowerDrive
Control Shaft Disk Valve
旋转导向 - PowerDrive
• PowerDrive 1100 • PowerDrive 900 • PowerDrive 825 • PowerDrive 675 • PowerDrive 475
定向钻井服务 – SlimPulse MWD
信号抗干扰度特强
旋转导向 - PowerDrive
• 旋转时进行导向 (100% 旋转)
– 进一步提高钻速, 降低卡钻风险 – 井眼更平滑
• 可用于定向井,大斜度井,大位移井和水平井 • 全自动化防斜打快 – 封密系统 • 可以进行裸眼井段侧钻 – 狗腿度 8 deg/30m • 近钻头井斜方位测量 • 可用于 6“ – 18” 井眼 • 最高压力和温度 – 20000psi 135 C • 可利用马达推动 PowerDrive, 加大扭矩, 加大转速, 更进
Geosteered to avoid two faults Turned well 52 , 7/30 m turn TD 15,921 ft , 4,853 m
旋转导向 - PowerDrive
Phillips Xijiang 24-3 A18 ST3
One run 99 hrs TD 6,871 m , 28,249 ft
1999
2000
2001
2002
旋转导向 - PowerDrive
World Record 12-1/4” Run – 13,799ft
旋转导向 - PowerDrive
Wytch Farm Well M17
Saved $630,000
2037 m, 6686 ft 41 ft/hr,12.5 m/hr
Date Drawn: 10:56:05PM 23-Nov-2001
0
0 实例
一
<<< SOUTH
1200
-400
-1600
-1200
<<< WEST BHTIie2-I6n" & 17 1/2" Hole
-800
-400
0
EAST >>>
Vertical Section View
-400
1600
2000
PLAN VIEW -1200
Scale (1 cm = 200 meters)
-800
-400
Tie-In
STRUCTURE
Transocean Nordic
Miscellaneous
Slot: Slot 3
Plan# : 12 1/4" MW D PD 900 Run 1
Elev Ref: RKB(50.00m above MSL)
定向钻井和旋转导向
定向钻井服务 – PowerPak 马达
• 高质量转子和定子 • 紧凑的轴承设计 – 提高寿命,加强功能 • 地面可调弯角 • 最佳的功率要求，包括低速/高扭矩和高速/低
扭矩应用 • 2 ½“ – 26” 井眼
定向钻井服务 – PowerPak 马达
6 ¾“ 标准马达 SP
6 ¾“ 增强性马达 XP
6 ¾“ 特大扭矩马达 GT
马达 扭矩 对比 SP 3350 XP 4900 46% GT 7200 115%
定向钻井服务 – SlimPulse MWD
• 可取回和可替换，降低风险，提高作业效率 • 旋转时连续井斜方位测量减少了非生产时间，
提供了瞬时井眼轨迹变化的指示 • 自然伽玛测量 • 信号抗干扰度强暴 – 底频率 • 最高压力和温度 – 20000psi 175 C • 可用于 3 ½“ – 26” 井眼
Saved $536,000 1739m , 5705 ft 17.6 m 57.6 ft/hr
Inclination In 74.9 Out 51.1 Turned 10 right
旋转导向 - PowerDrive
• Improved drilling efficiency – 98 m/day with PDM, 193 m/day with RSS
200
400,000 150
300,000 100
200,000
50 100,000
-
0
Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2
1996
1997
1998
1999
2000
2001
1400
4 180 / 100% 4258m 12 1/4" MWD PD 900 Run 1
1600
旋转导向 – PowerDrive 垂直打快系统
实例 二
旋转导向 – PowerDrive 垂直打快系统
PowerDrive 井段
马达/MWD 井段
实例 二
旋转导向 – PowerDrive 垂直打快系统
True Vertical Depth (1 cm = 200 meters) Elev Ref: RKB(50.00m above MSL)
2400 2800
Proposal Survey
3200 3600 4000
400
600
800
1000
1200
12 4158M0 // 14000%%33676252mm 3 158 / 40% 3930m
2001 World Record #2 PowerDrive900 drills 13.789ft of 12.25” hole in 1 run
2002 World’s First 6” RSS Run PowerDrive475 drills 4712ft of 6 1/8” hole in 1 run
旋转导向 – PowerDrive 垂直打快系统
BP Amoco
W ELL
1/3-K3
Magnetic Parameters Model: BGGM 2000 Dip: 70.600? Mag Dec: -2.577? Date: August 27, 2001 FS: 49796.0 nT
True North Tot Corr ( W 2.58? ) Mag Dec ( W 2.58? )
• 常规钻具组合在 9,000ft 开始自然造 斜
• 在 10,518ft 井斜为 4 度, 起钻换
Drilling Vertical 11,527 MD – 11,523 TVD .1o drift - 102’ departure
Max Drift with PowerV 12,804 MD – 12,800 TVD .2o drift - 102’ departure
• U and W shaped wells, up to 144°inclination
旋转导向 - PowerDrive
Wytch Farm - M16SPZ
• 10,728 meters step out (35,196 ft)
旋转导向 – PowerDrive 垂直打快系统
‘PowerDrive’ 是目前在国际上独一的一套 “全自动化” 旋转导向垂 直钻进仪器. 操作简单效率高. 它不需要人员操作也不需要MWD 仪器, 降低成本. PowerDrive 在钻进时会自动追踪地心吸力 (自动感应井斜), 自动设定及调和促动仪器所发动的侧力而打钻使井斜快速返回垂直. 这是一个全自动重复的过程. 在整个过程中 PowerDrive 是 100% 旋转
Nov 2001 PowerDrive drills more than 1.3m ft in 12 months
July 2002 PowerDrive1100 & PowerDrive 475 services commercialized
2000 PowerDrive becomes fastest expanding and most successful rotary steerable service in the world
的.
常规垂直钻进仪器: MWD 和 马达, 滑动钻进纠正井斜, 为避免造斜钻 压或其它参数受限制. 因此, 不能有效提高钻速.
解决方案: PowerDrive 垂直打快 (封密系统) 为甚麽?
无需 MWD 仪器 解决由滑动钻进和钻压限制造成低钻速的问题 外来的侧力能有效克服自然造斜力 无需现场人员操作 – 提高效率降低成本 解决由持续滑动钻进造成高狗腿的问题 允许更高的钻井参数, 特别是钻压, 而大幅度提高钻速 100% 的旋转使井眼更平滑, 进一步提高钻速
Begin Kick Off with PowerDrive
16,898 MD – 16,894 TVD .3o drift - 103’ departure
实例 三
0
1,500
旋转导向 – PowerDrive 垂直打快系统
实例 四
打钻约 2600米 的井段 最大井斜 0.5 度
旋转导向 – PowerDrive 垂直打快系统
PowerDrive • 在 10,766ft 井斜降至 0.5 度 • 在 11,527ft 井斜降至 0.1 度
T.D. section – Casing Point
15,207 MD – 15,203 TVD .03o drift - 103’ departure