旋转导向钻井技术(简版)
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(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。
旋转导向钻井技术介绍
高
静态偏置 指向式
Geo-Pilot
工具系统 外筒不旋
转
6.5°/30m
高
低
存在
216～ 311mm
高
存在
152～ 311mm
高
消除
149311mm
7
January 2010
Geo-Pilot® - 指向式旋转导向钻井系统
Geo-Pilot® 的外筒装有两个偏心环，一个位于另一个的内 部，该偏心环总成组成了精细、紧凑经久耐用的计算机控制 的偏心单元，两个偏心环驱动驱动轴偏离钻具中心，致使钻 头产生偏斜力，从而实现全部旋转的导向钻进模式。
3
January 2010
全套的解决方案
INCREASING DIFFICULTY
OF WELL
施工难度 增加
GXT™
Geo-Pilot® system
V-Pilot ™
EZ-Pilot™
Rotary Steerable Systems 旋转导向系统
GeoForce™
SlickBore®
AGM™
AGS™
• 90秒完成指令的发送并计算机确认、正常钻进 • 保养维护简便
13
January 2010
巡航模式
近钻头井斜表明工具 面和受力不需改变
近钻头数据回到允许 范围，GP工具自动 降低受力，阻止井斜 继续增大
90.0 90.0 90.0 90.0 90.0 89.8 89.7 89.6 89.7 89.8 89.9 90.0 90.0 90.0 90.0
7600系列
8-3/8” 8-1/2” 8-3/4” 9-1/2” 9-7/8” 10-5/8”
7.375”- 7.625”
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。
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。
旋转导向钻井技术简介
WE MUST DO BETTER
㈠、AutoTrak旋Trak是旋转 系统组成: 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）。
2、工作原理:AutoTrak RClS 工作原理:AutoTrak 系统的井下偏置导向工具由不 旋转外套和旋转心轴两大部分 通过上下轴承连接形成一可相 对转动的结构。 对转动的结构。旋转心轴上接 钻柱，下接钻头， 钻柱，下接钻头，起传递钻压 扭矩和输送钻井液的作用。 、扭矩和输送钻井液的作用。 不旋转外套上设置有井下CPU 不旋转外套上设置有井下CPU 控制部分和支撑翼肋（ 、控制部分和支撑翼肋（右图 ）。
图2
AutoTrak RCLS结构示意图
WE MUST DO BETTER
导向工具的执行机构有一不旋转导向套，中轴 从导向套中间穿过与钻头连接，带动钻头随钻 柱一起旋转，导向套与中轴通过轴承连接。当 周向均布的三个支撑冀肋分别以不同液压力支 撑于井壁时，将使不旋转外套不随钻柱旋转， 同时，井壁的反作用力将对井下偏置导向工具 产生一个偏置合力。通过控制三个支撑翼肋的 支出液压力的大小，可控制偏置力的大小和方 向，以控制导向钻井。液压力的大小由井下CPU 控制井下控制系统来调整。井下CPU在下井前， 预置了井眼轨迹数据。井下工作时，可将MWD测 量的井眼轨迹信息或LWD测量的地层信息与设计 数据进行对比，自动控制液压力，也可根据接 收到的地面指令调整设计参数，控制液压力， 以实现导向钻进。导向套内还有各种传感器， 可测量井斜角、方位角及工具的工作状态。(右 图是:井下偏置导向工具的导向原理示意图 )
旋转导向技术在水平井中的应用
旋转导向技术在水平井中的应用
旋转导向技术是指利用旋转钻头的旋转力和控制力控制钻头的方向和位置，以达到井
眼定向的钻井技术。
旋转导向技术在水平井中的应用越来越广泛，已经成为了水平井钻探
中不可或缺的技术。
一、实现井眼曲线控制
在水平井中，为了满足油气藏的开发需求，需要在井筒内设置一定的井眼曲线，这就
要求钻井工艺必须能够实现井眼曲线控制。
旋转导向技术可以通过旋转钻头和控制方向和
位置的方法，快速、准确地控制井眼曲线。
二、提高水平井钻进效率
水平井的钻进过程是极其繁琐的，需要钻机不断鼓荡方向和修正位置，才能使钻头沿
着规定的方向钻进。
旋转导向技术可以快速调整钻头的方向和位置，大大提高了水平井的
钻进效率。
三、实现水平井的定向钻井
水平井相对于直井来说，更加复杂，需要进行更为严格的定向钻井。
旋转导向技术可
以通过控制方向和位置，实现水平井的定向钻井，可以更加准确地掌握井眼方向和长度。
四、提高钻井质量和矿藏勘探效果
旋转导向技术可以大大提高钻井的质量和矿藏勘探效果。
通过控制钻头的方向和位置，可以避免走偏、折射等现象的发生，提高井眼的质量。
同时，对矿藏勘探效果的提高也有
很大的作用。
总的来说，旋转导向技术在水平井中的应用是非常广泛的。
它的优越性使得水平井钻
探更加容易、效率更高，提高了钻井质量和矿藏勘探效果，对于水平井的建设和开发具有
非常重要的意义。
旋转导向钻井技术(简版)
Weatherford 公司的RSS系统
导向方式：静态指向式 结构：不旋转扶正套 导向机理：偏置内轴
二、国外主要旋转导向钻井系统
工作原理 -直井段-驱动主轴位于井眼中心
在直井段，RSS处于空挡位置，驱动主轴与非旋转外筒同心。
二、国外主要旋转导向钻井系统
工作原理
-导向- 驱动主轴偏向低边
该系统是Baker Hughes INTEQ公司与Agip公司 在 早 期 的 垂 直 钻 井 系 统 （ VDS） 和 直 井 钻 井 装 置 （SDD）基础上研制的旋转闭环系统。
1996年在4口井中试验获得成功，1997年注册为 Auto Trak，正式推向市场。
二、国外主要旋转导向钻井系统
该系统目前已开发应用成功的系列有三种： •ф168.0mm旋转导向系统(用于ф215.9mm井 眼) •ф210.0mm旋转导向系统(用于ф311.1mm井 眼) 件•统第都2。0三进0代行2年A了u推t重o出新T的r设a一k计系体，统化系，的统第整部三个件代钻减A井少u和t了o地T3r0层a%k评，系井价下部 钻具组合进行了优化设计，取消了旋转密封，提高 了强度，系统的可靠性大大提高。
675 8 3/8 - 9 7/8 in. 0–12 deg/30m
825 12 ¼ in. 0-8 deg/30m
50-250 rpm
50-250 rpm
50-250 rpm
1,325 l/min
2,840 l/min
5,678psi 175 deg C
额定压力Pressure Rating
最大工作温度 MaxOperating Temp 极限拉伸承受力Max Tensile Load (Survival) 钻头压降Bit Pressure Drop 最小造斜角度Minimum KO angle
旋转导向技术在水平井中的应用
旋转导向技术在水平井中的应用旋转导向技术是一种在水平井中用来控制钻孔方向并达到预定位置的技术。
它通过在井下操作一定的工具和设备，使钻头和钻杆以旋转的方式来改变井筒的方向。
在传统的水平井钻探中，钻杆根据地层的厚度和倾角来进行复杂的操作，以达到预定的井眼轨迹。
而旋转导向技术则通过将钻头和钻杆进行旋转，可以更加简便有效地实现井眼方向的改变。
这种技术的应用可以使钻井作业更加高效、安全，降低成本。
1. 提高钻井效率：旋转导向技术可以使钻头在水平井中更加稳定地进行钻探，降低由于摩阻和摆动引起的摩擦力，提高钻井效率，减少钻井时间。
2. 控制井眼轨迹：旋转导向技术可以根据需要调整钻头的方向，使井眼按照预定的轨迹前进。
通过合理调整旋转速度和倾角，可以使井眼保持水平或者呈现特定的倾斜度，满足不同的钻井要求。
3. 实现方向性钻井：旋转导向技术可以实现方向性钻井，即按照特定的方位角进行钻探，以满足不同地质条件下的钻井要求。
在进行水平井插入生产中，可以根据油气层的方位角进行钻探，使井眼与油气层保持最佳接触。
4. 增加油气产量：旋转导向技术可以提供更大的接触面积和接触时间，使钻杆在接触到油气层时产生更大的摩擦力，从而增加油气的产出量。
5. 降低井下事故风险：旋转导向技术可以使钻井作业更加稳定和安全。
通过合理调整旋转速度和倾角，可以降低钻井过程中的摩阻和摆动，减少井下事故的发生。
旋转导向技术在水平井中的应用可以提高钻井效率，控制井眼轨迹，实现方向性钻井，增加油气产量，并降低井下事故风险。
这种技术的应用有助于提高油气开采效率，降低成本，对于海洋石油勘探开发和油气产业的发展具有重要意义。
旋转导向钻井技术介绍
旋转导向钻井技术介绍引言近十几年来，水平井、大位移井、多分支井等复杂结构井和“海油陆采”的迅速发展。
为了节约开发成本和提高石油产量，对那些受地理位置限制或开发后期的油田，通常通过开发深井、超深井、大位移井和长距离水平井来实现，进而造成复杂结构的井不断增多。
目前通行的滑动钻井技术已经不能满足现代钻井的需要。
于是，自20世纪80年代后期，国际上开始加强对旋转导向钻井技术的研究；到90年代初期，旋转导向钻井技术已呈现商业化。
国外钻井实践证明，在水平井、大位移井、大斜度井、三维多目标井中推广应用旋转导向钻井技术，既提高了钻井速度，也减少了钻井事故，从而降低了钻井成本。
旋转导向钻井技术是现代导向钻井技术的发展方向。
旋转导向钻井技术旋转导向钻井法是在用转盘旋转钻柱钻井时随钻实时完成导向功能。
钻进时的摩阻与扭阻小、钻速高、钻头进尺多、钻井时效高、建井周期短、井身轨迹平滑易调控。
此外，其极限井深可达15 km，钻井成本低。
旋转导向钻井技术的核心是旋转自动导向钻井统，如图1所示。
它主要由地面监控系统、地面与井下双向传输通讯系统和井下旋转自动导向钻井系统3部分组成。
1、地面监控系统旋转导向钻井系统的地面监控系统包括信号接收和传输子系统及地面计算存储分析模拟系统，有的还具有智能决策支持系统。
旋转导向钻井系统的主要功能通过闭环信息流监视并随钻调控井身轨迹，其关键技术是从地面发送到井下的下行控制指令系统。
2、地面与井下双向传输通讯系统目前已提出的信号传输方式有4种，即钻井液脉冲、绝缘导线、电磁波和声波。
通过比较分析，笔者发现这4种传输方式各有优缺点和应用局限，如表1所示。
3、井下旋转自动导向钻井系统井下旋转自动导向钻井系统是旋转自动导向系统的核心，它主要由3部分构成，即测量系统、导向机构、CPU和控制系统。
（1）测量系统测量系统主要用于监测井眼轨迹的井斜、方位及地层情况等基本参数，使钻井过程中井下地质参数、钻井参数和井眼参数能够实时测量、传输、分析和控制。