旋转导向系统和地质导向钻井简介
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
地质导向钻井技术
地质导向钻井技术
四种信号传输方式 负脉冲
泥浆负脉冲发生器需要组装在专用的 无磁钻铤中使用，开启泥浆负脉冲发生器 的泄流阀，可使钻柱内的泥浆经泄流阀与 无磁钻铤上的泄流孔流到井眼环空，从而 引起钻柱内部的泥浆压力降低，泄流阀的 动作是由探管编码的测量数据通过调制器 控制电路来实现。在地面通过连续地检测 立管压力的变化，并通过译码转换成不同 的测量数据。
优点：数据传输速度较快，适合于普 通泥浆、泡沫泥浆、空气钻井、激光钻 井等钻井施工中传输定向和地质资料参 数。
缺点是：地层介质对信号的影响较大， 低电阻率的地层电磁波不能穿过，电磁 波传输的距离也有限，不适合超深井施 工。
地质导向钻井技术
导向钻井技术施工特点
导向钻井技术在提高钻井速度、缩短建井周期、精确 控制轨迹几何走向方面发挥积极的作用，但不能确保轨 迹一直在产层中穿行，对于油气的运移不能识别，在碰 到意外地质变化的情况下仍需要借助电测仪器来确定真 实的目的层或重新评价其开发价值
导向工具主要是井下动力钻井具导向工具主要是井下动力钻井具其它的配套钻井工具包括钻头定向接头弯接头定向弯接头无磁钻杆井下仪器mwd悬挂短无磁钻杆井下仪器mwd悬挂短铤短钻铤加重钻杆斜坡钻杆井下加力器震击器扶正杆井下加力器震击器扶正器单向阀和其它无磁非无磁配合接头等右图为两种典型的导向具组合地质导向钻井技术地质导向钻井技术地质导向钻井技术地质导向钻井技术导向钻井技术的导向工具主要是马达其它配套钻井工具包括钻头定向接头弯接头或定向弯其它配套钻井工具包括钻头定向接头弯接头或定向弯接头无磁钻杆井下仪器mwd悬挂短节无磁钻铤短无磁钻铤钻铤短钻铤加重钻杆斜坡钻杆井下加力无磁钻铤钻铤短钻铤加重钻杆斜坡钻杆井下加力器震击器扶正器单向阀和其它无磁非无磁配合接头地质导向钻井技术地质导向钻井技术地质导向钻井技术地质导向钻井技术有线随钻工作原理和施工工艺有线随钻工作原理和施工工艺sst地面仪器给井下仪器通过电缆供电sst地面仪器给井下仪器通过电缆供电井下仪器完成对数据的实时采集后按一定数据格式通过电缆传送至地面地面仪器对接受到的信号经解码处理计算后器对接受到的信号经解码处理计算后得到井下实时数据并在司钻阅读器上显需要利用sst进行导向钻进或测量时将井下仪器通过电缆下放到井底进行测量或座键后随钻施工
地质导向钻井技术介绍
第一章地质导向钻井技术介绍随着油田勘探开发程度提高和生产的需要，寻找可供继续开采的大规模整装油田难度加大，原先被认为没有工业开采价值的小油层、断块油层、薄油层和老油田衰竭剩余油藏等油藏的重新开发利用，逐渐引起了各国石油公司的高度重视。
由于上述油藏地质构造复，常规的直井、定向井和水平井钻井技术和普通的测量仪器无法引导井身轨迹准确的穿越储层。
为了满足生产的需要，提高施工效益，经过不断的探索和发展，在普通定向井和水平井钻井技术基础上，逐步形成了导向钻井技术、地质导向钻井技术、旋转导向钻井技术。
随着计算机应用领域的不断扩展，人们又研制出了可用计算机系统对钻井施工进行全方位控制的闭环钻井技术，但该技术目前还只是处于实验阶段，离现场应用还有很大的距离。
在此主要介绍地质导向钻井技术的发展过程、导向钻井技术、地质导向钻井技术。
第一节地质导向钻井技术的发展过程地质导向钻井技术的发展是随着钻井技术、井下工具、井下仪器、其它配套技术的发展和地质评价的需要而发展的。
一、水平井钻井技术的发展随着技术的发展和人们观念的变化，钻井工业从最初的以开采地下石油资源为主要目的逐步向以追求经济效益为主要目的发展。
在钻井过程中，人们越来越认识到，普通的直井、定向井穿透的油层面积有限，同一油层如果要实现大规模的完全开采，需要钻大量的井眼，投资大，效益低，如图1-1-1所示。
如何利用同一井眼穿透更多的油层、扩大井身与储层的接触面积来改变储层的流动条件、以最小的投资获取最优厚的回报成了人们最为关注的问题。
直井定向井水平井图1-1 直井、定向井和水平井穿透油层面积示意图为此各国石油公司都进行了积极的尝试。
前苏联是进行水平井钻井技术研究、开发最早的国家之一，并且在1950钻成了世界上第一口水平井。
此后他们在水平井钻井设备、测量技术和理论研究等方面作了很大的努力，并成功钻成了43口水平井。
70年代末，加拿大皇家石油有限公司和Texaco公司加拿大分公司也进行了几次水平井钻井尝试。
王长宁院长-地质导向与导向钻井简介10.17
地质参数主要有：自然伽马(DGR)、电阻率(EWR)、岩石密度(SLD)和中子 孔隙度(CNΦ)、声波时差和核磁共振等，此外还有测量钻具振动的传感器 (DDS)。
一、地质导向系统
⑷、地质导向随钻FEWD仪器简介
6、国内地质导向技术现状
一、地质导向钻井系统
) 地面系统(CFDS
中国石油集团钻井工程技术研究
院从1999年开始攻关，于2005研制成
功了具有我国独立知识产权的第一台
井下
CGDS－I近钻头地质导向钻井系统第一
无线 短传
代产品(China Geosteering Drilling
System)。并先后在冀东、辽河等油
一、地质导向系统
⑷、地质导向随钻FEWD仪器简介
电磁波电阻率传感器(EWR—Phase4)
由四个发射极和两个接收极组成，通过测量每一组发射极和接收极之间的相 位差和波幅衰减，可以合成4条不同探测深度(极浅、浅、中深、深)的电阻率曲 线和组合电阻率曲线。
测量范围为0一2000-m ，系统测量误差土1％＠10-m ，垂直分辨率 153mm，探测深度762mm。 对泥岩、薄砂岩夹层有很好的解释作用，提高油水界 面的鉴别能力，可以发现可移动的碳氢物质。
这些参数通过电磁波传送到马达以上的 MWD或LWD，再由泥浆脉冲传送到地面。
借此，司钻和地质工程师可实时了解到 钻头处的岩性变化以及检测钻头处的油气显 示情况，并通过对钻头进行导向，保证井眼 在储层内延伸，达到增大储层泄油面积、提 高产量和降低完井成本的目的。
一、地质导向钻井系统
5、地质导向钻井系统的结构特征
一、地质导向钻井系统
地质导向钻井
Power Drive系统
Power Drive系统
Pad out
Pad in
地 面 指 令
Geo一Pilot系统
Geo - Pilot系统是Halliburton公司下属的 SPerry
- Sun公司开发的旋转导向系统，又称RST ( RotarySteerable Tool)。这是一种和Auto Trak, Power Drive工作原理和结构形式有较大区 别的另一种旋转导向系统，其主要特征是下部驱动 主轴可在壳体内偏转成一定角度，相当于形成一个 可调弯角，可对井斜和方位进行纠正，其工作原理 如图所示。
导向钻井
导向钻井分类
按导向工具的 工作方式
滑动导向 旋转导向
滑动导向钻井技术
滑动导向钻井是指采用井下马达加弯接头、 弯壳 体马达等导向工具，锁住转盘使钻柱 不旋转，随着进尺的增加不断下放钻具，从 而改变井眼轨迹的前进方向。滑动导向钻井 技术是目前广泛应用的一项成熟技术。
滑动导向钻井特点
（1）在进行滑动导向钻井时，钻柱不旋转， 部分钻柱贴靠井壁，摩阻较大。尤其大角度 斜井或水平井、大位移井中，井眼底边有岩 屑床存在，既增大了钻柱与井壁的摩阻，又 导致井眼净化不良。并且导向钻具弯角越大， 摩阻越大。
德 国 KTB工 程 美国能源部 英 国 Camco/法 国 Schlumberger 意 大 利 Agip/美 国 Baker Hughes 英 国 Cambridge
1988年 1991年9月
1992年
1993年 1993年6月报道
1994年6月 1995年
旋转导向钻井系统，目前主要Shlumberger 公司的Power Drive, Baker Hughes公司的 Auto Trak和Halliburton ( Spery一Sun)公 司的Geo一Pilot系统。
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+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）。
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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
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、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
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 + 上位机系统软件
压力传感器
司钻阅读器 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
二、地质导向钻井的随钻测量参数