旋转导向随钻扩眼技术
1 旋转导向随钻扩眼技术
在新发展的智能LH-ML5.6（MRC）钻井和井下作业等新技术中，越来越多使用旋转导向随钻扩眼技术，已能在一趟中随钻扩眼实现由上一层套管鞋钻达下一层套管鞋并能实时闭环传送信息、精控井身轨迹、自动寻靶、快速高效低成本作业。
现以SPE112670《旋转导向随钻扩眼技术的成功应用：北海、地中海和尼罗河三角洲实例研究》为主，整理这一新技术。
1．摘要
目前，旋转导向钻井与同心扩眼器相配合的随钻扩眼技术应用越来越普遍，与常规先钻导眼再用扩眼器扩眼相比，旋转导向随钻扩眼技术可大大降低钻井成本。然而，当钻头和扩眼器这两个切削工具钻遇层位不同岩性差别较大的地层时，旋转导向随钻扩眼下部钻具组合会出现不稳定、振动过大、粘滑等问题。本文介绍了指向式和推靠式两种旋转导向随钻扩眼下部钻具组合在北海、地中海和尼罗河三角洲（埃及）定向井钻井中的应用情况，特别介绍了旋转导向随钻扩眼钻具组合在φ311.1mm（12 1/4″）导眼中将实际井径从330.2mm（13″）扩大至444.5mm（17 1/2″）的施工过程。集成到旋转导向系统的独特传感器可测量近钻头井眼井径、粘滑和振动，钻井时其钻台和遥控中心实时可监测井眼质量和井下振动，利用这些实时数据可优化钻井参数并提高旋转导向随钻扩眼钻具组合的性能。从振动、效率、性能、定向目标和成本对旋转导向随钻扩眼钻具组合进行了分析，讨论了旋转导向随钻扩眼技术的结构 2 组成、作业方式及其局限性。特制的旋转导向系统与具有对称、受力平衡切削结构的扩眼器组合提高了机械钻速和定向控制效果，同时减少了由扩眼器产生的振动和可能出现的故障。而且，利用其具有的自动定向特性和实时监控功能可优化定向钻井参数。
2．先进技术及其代号
这种特别的旋转导向系统（RSS），在钻柱（BHA）中使用了一系列新技术。图3中A井的BHA为：
12 1/4″PDC钻头 + 12 1/4″近钻头稳定器 + RSS（RST）+ 电阻率LWD + MWD + 12″钻柱稳定器 + 2×8″无磁钻链 + 12 1/8″钻柱稳定器 + 13″扩眼器 + 8″钻铤
B井的BHA为：
12 1/4″PDC钻头 + 12 1/4″近钻头稳定器 + RSS（RST）+ 电阻率LWD + 声波LWD + 12 1/8″钻柱稳定器 + MWD + 12 3/16″钻柱稳定器 + 14″扩眼器 + 8″钻铤
钻头至扩眼器的距离为39.1m。（C井为21.2m是最短距离）
这套特别由RSS系统中，使用了闭环自动巡航（随钻）控制（ACCC）、实时粘卡和振动检测（RSVD）及其实时报警系统、实时巴掌接触式井径检测仪（RPCC）等先进技术。在较大尺寸井眼的随钻扩眼中达到28.1m/h的高钻速并获得优质井眼（无螺旋状井眼）几乎无钻卡等事故，钻柱平稳低成本等效果。
先进技术及其代号：
AFE = Authorization For Expenditure核准的扩大井径程度 3 BHA = Bottom Hole Assembly井底（下部）钻具组合
RPCC = Real-time Pad-Contact Caliper实时巴掌接触式井径检测仪
Shoe-to-Shoe，自（上一层）套管鞋至（下一层）套管鞋
ACCC = Automated Closed-Loop Cruise Control，闭环自动巡航（随钻）控制
CPS = Counts Per Second 每秒字符数
DC = Drill Collar 钻铤
DLS = Dogleg Severity (degrees per 30 meters)狗腿严重度（每30米的度数）
DPM = Dynamic Pressure Module 动压力模式
GPM = Gallons Per Minute每分钟加仑数（1美加仑/分=0.0631升/秒）
LWD = Logging While Drilling随钻测井
MD = Measured Depth 测深
MWD = Measurement While Drilling随钻测量
NB = Near Bit近钻头
PDC = Polycrystalline Diamond Compact聚晶金刚石孕锒块（钻头）
ROP = Drilling Rate Of Penetration 钻速
RPM = Revolutions Per Minute（转盘）每分钟转数
RSS = Rotary Steerable System旋转导向（钻井）系统
RSVD = Real-time Stick-slip and Vibration Detection实时粘—卡和振（震）动检测
SS% = Stick-slip Severity in Percentage（ΔRPM / Mean_RPM*100%） 4 粘卡严重度百分比
TD = Target Depth靶深
TVD = True Vertical Depth真实垂直深度
UR = Underreamer （套）管下扩眼器（出套管区用投球等方法可使切削刀张开的扩眼器，也称水力扩眼器）
VS = Vertical Section垂直段
WOB = Weight On Bit钻压
3．RSS-UR技术的发展与主要优点
全世界在定向井中使用RSS和UR已越来越多了。用导向马达和双中心钻头的常规方法，在通过套管的定向井中扩眼已受到限制。当今，复合使用RSS和UR的BHA已普遍用于定向井扩眼的需求。井身结构尺寸小的套管程序的套管变向器或在落鱼附近重钻新眼都已普遍使用RSS-UR技术。
与双中心钻头相关的常见复杂问题是：①方向控制能力差；②在软地层中不能连续保持定向效果；③钻速低；④严重的振（震）动和不规则的螺旋状井眼。所有这些复杂问题导致需要寻求新的井眼扩径方法，具有把井径扩大到超过已下套管尺寸（内径）的能力。RSS-UR随钻扩眼已成为解决这些问题的新技术。SPE/IADC67760（2001年）报导了第一个随钻扩眼的工程应用。RSS-UR技术的主要优点如下：①在一趟钻中自上一层套管鞋随钻扩眼到下一层套管鞋（Shoe-to-Shoe）；②具良好的LWD质量和保持连续旋转（指不必关掉转盘）；③克服过去在定向井扩眼中遇到的各种麻烦和复杂问题；④井眼质量好，下钻和下套管均一 5 次成功；⑤自动闭环巡航随钻控制（ACCC）和控斜模式能够有效垂钻和控斜钻进；⑥在线的实时粘滑和振动检测仪（RSVD）把横向、轴向和粘滑等测量信息传送给地面作业者以监视UR-BHA稳定性。
4．主要技术内容
①旋转导向系统（RSS）
使用了推靠式（push-the-bit）和指向式（point-the-bit）两类RSS。这种特别的RSS，push-the-bit常用在难以定向控制的环境需求，point-the-bit用于（较易定向的）小狗腿角（造斜率小）井身剖面中。
②不旋转导向结构（如Auto-trak）的控制
导向结构由3个独立的、水力导向巴掌（pad）组成。3个巴掌全接触井壁。调节巴掌一活塞可实现工具面方向和偏置量的变化。巴掌的伸出状况用位置传感器测量并反馈给控制者。
在point-the-bit模式中，在导向单元前面安置一个全径近钻头稳定器，按所要求的导向方向作为支点和使（轴）翻转倾斜并“撬起”（tilt）钻头。还利用全径稳定器来减弱由钻头产生的部分振动。因为钻头要被“撬起”到导向方向，所以多种类型的钻头都能使用。而在push-the-bit模式中，导向单元是紧靠在钻头上方的。偏置导向单元用来推靠钻头到所要求导向的方向。所以push-the-bit的RSS需要更深入地分析并选择钻头类型，基于这个要求钻头要具有较强的侧边切削地层（井壁）的能力。
因为在导向（偏置）单元上的巴掌给井壁以固定（常值）的力，它们的作用相当于一个作用在BHA下部的水力减震缓冲器。当导向（偏置）单元处在所要求的位置时，两个巴掌被锁定（lock）而另一个巴掌在高 6 压水力循环时保持“打开”（自由open）状态。这个“浮动巴掌，floating
pad”使得导向工具与井壁保持良好接触并同时有助于BHA下部减震。
偏置导向单元的巴掌与井壁接触时有少量的摩擦，通常摩擦力为5千磅，它有助于UR-BHA的稳定。当UR切削硬岩石而钻头切削软岩石时，全部钻压可能都施加在UR上，而BHA下部可能处于拉伸状态（这时钻头上无钻压）。这时可能导致剧烈振动、钻柱涡旋（Whirl），严重时甚至脱扣。可以确信，在RSS上这个巴掌（浮动）所承受的常值（水）压力能有助于BHA的稳定。
③下传指令程序和自动控斜模式
控制井身轨迹的下传指令用优选转数和排量程序法。（美国专利）这种方法具有3个主要优点：1）随钻将下传指令送到井底（不需停钻）；2）使用转数编码下传指令时，M/LWD数据仍可在地面（井口）解码；3）这种下传指令方法是经济有效的（因为它使用现有设备而不需增加设备）。导向工具工作状态的实时井下反馈，给作业者以成功采用指令的信心，在闭环条件下RSS能连续地调整巴掌的位置。当使用这个系统垂钻和控斜钻进时可使用巡航控制模式（CC/ACCC），并能自动寻靶，它经济有效，具有节省钻机工作时间传奇之效。
④RSVD—实时粘一卡和振动检测系统
众所周知，老法的随钻扩眼伴随产生振动。这种特别的RSS设计了一种在线RSVD系统，可据以调变钻进参数以减轻井下疲劳损坏。这种实时警报系统是适应现代钻井挑战的需要而研发的，能帮助实现在一趟钻中从上层套管鞋钻到下层套管鞋（Shoe-to-shoe）。在 RSS中设置的振 7 动传感器能检测钻柱的扭转、横向和纵向三种振动。因为这些传感器被集成组装在RSS中，它们很靠近钻头并可检测出有可能导致井下工具损坏的振动惯量。再者，MWD工具被安放在紧靠扩眼器和稳定器下面，以监测由扩眼器产生的振动并将振动信号实时传送到地面。
⑤RPCC—实时巴掌-接触井径仪
这种特别的RSS的另一独特功能是有一个实时巴掌—接触井径仪（RPCC）测量工具。每个巴掌都有一个内部活塞测量传感器。从三个巴掌传感器得到的信息被送达在线处理器并计算出紧靠钻头处的井径。近钻头井径信息实时传到地面。
随钻井径测值是这种特别的RSS的独特点之一。它非常有用（略）。实时井径测值的另一优点是它关系到扩眼器的工作，它能靠扩眼器是否在有效工作以便及时调整。
⑥钻头、同心扩眼器和下部钻具组合（BHA）
如图2所示的三个商业化通用的、张开/收缩式扩眼器（卖方A、B、C）已经与RSS配合使用了。
同心扩眼器比偏心扩眼器稳定。这三种扩眼器刀片都是水力伸缩的（投球）。在RSS钻的12 1/4″导眼中可将井径扩大到13″至17 1/2″。每次下钻要选好PDC钻头和刀片式水力扩眼器。例如A井使用6翼PDC钻头，它有16mm的切削刃（并2.5″的超径值），UR（卖主A）有3个具13mmPDC切削刃的切削元件。在北海、地中海和尼罗河三角洲使用不同的BHA（图2、3）。
5．应用实例（5口井）见图4~18（文字略）
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应用的钻井工艺。水平井是一种在地下开钻水平段的井筒，广泛应用于石油和天然气勘探开发领域。旋转导向技术在水平井中的应用为油气钻井提供了更高效、更精确的方案。
旋转导向技术可以实现井眼的方向控制。在水平井的钻井过程中，需要确保井筒方向与油气层走向保持一致，以便后续的生产和采油作业。旋转导向技术通过调整钻头在井筒中的方向，使其与目标地层的方向保持一致。这样可以减少地层变化对钻井方向的影响，提高钻井的准确性。
旋转导向技术可以提高钻井速度。传统的钻井技术中，靠悬挂钻头旋转来实现钻进，由于摩擦力较大，钻进速度相对较慢。而旋转导向技术中，钻头采用主动旋转，可以减小钻井过程中的摩擦阻力，从而提高钻进速度。这样可以缩短钻井周期，节约时间和成本。
旋转导向技术可以提高钻井的稳定性。在水平井中，地层变化多样，包括地质构造的变化、岩性的差异等，这些变化会对钻进过程产生影响。旋转导向技术中，钻头和测量工具的设计更加稳定可靠，可以更好地适应不同地层的条件，减少钻井事故的风险。
旋转导向技术还可以提高水平井的剖面控制能力。在水平井中，剖面控制是钻井中的关键问题之一。旋转导向技术中，通过灵活调整钻头的方向和角度，可以实现井筒剖面的控制，保持井眼的垂直度和横向偏移，有助于保持井筒在目标地层内的位置稳定。
旋转导向技术在水平井中的应用具有重要的意义。它可以实现井眼方向的控制、提高钻进速度、增加钻井的稳定性和剖面控制能力。这些优点使得旋转导向技术成为水平井钻井工程中的重要工艺之一，对于油气勘探开发具有重要的推动作用。
RipTide TM工具使扩眼更高效
威德福专栏
Ｒ ｉ ｐＴ ｉ ｄ ｅＴＭ工具使扩眼更高效
口曾涛
今天，不论下部扩眼的目的如
何，特别是在钻井及其它配套设施日
费昂贵的情况下，钻井效率都是最关 键的。这是有效低成本作业和超预算
作业之间的区别。威德福ＲｉｐＴｉｄｅ 随
钻扩眼工具可以提供安全、快速高效
的扩眼作业。应用证明，该工具可以
将井眼扩大最高２５％。具体的应用包 括将原有导眼扩大，配合旋转导向随
钻扩眼，以及在套管限制情况下过套
管下部扩眼。
两件式本体设计
威德福的随钻扩眼器由两部分构 成，见图１。控制部分和扩眼部分。
控制部分威德福的随钻扩眼器
的最大的技术特点在于采用了最先
进的控制方式。除了采用传统的投
球的方式控制外，还可以采用射频 控制方式。在工具处在不需要扩眼
的位置时，扩眼器锁定在刀翼闭合
图１随钻扩眼工具的构造
６０ 石油与装备Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ＆Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ 的位置。当工具到达需要扩眼的位 置时，往钻杆内投入芯片；当芯片
到达控制部分时，控制部分的传感 器读取芯片的信号，控制部分获取 信号后，刀翼闭合位置解锁，刀翼
打开。当需要刀翼收回时，在往钻
杆内投入一个含有让刀翼闭合信号 的芯片。控制部分读取信号后控制
工具刀翼闭合。以上过程可以多次 重复。
因此，控制部分具有以下技术 特点：多次选择性“开／关”动作； 钻具组合上连接双ＲｉｐＴｉ Ｍ钻井扩眼
器；对钻头、旋转导向或ｍｍ／Ｌ￣ｍ的
水力性能无影响。 执行部分质量平衡设计，降低
工具震动。刀翼设计充分考虑到提
高工具刀翼的强度，提高切削效率 和安全性。专利刀头锁紧机构减少
了震动提高了稳定性。 威德福ＲｉｐＴｉｄｅ删随钻扩眼工具
的设计特点具有优势性：一是采用
聚晶金刚石复合片（ＰＤＣ）：此工具 采用的高耐用性ＰＤＣ刀片结构具有高
抗冲击及耐腐蚀性能。ＰＤＣ刀翼能有 效将载荷均匀得分配，提高工具性
能。二是刀翼结构合理：平衡、同
心设计的刀翼最小化了钻井时不利 的震动，这样就提高了作业效率。
旋转导向技术在水平井中的应用 2
龙源期刊网
旋转导向技术在水平井中的应用
作者：李云龙
来源：《石油研究》2019年第04期
摘要：技术密集、高投资、高风险和高难度是石油天然气勘测开发主要手段和关键环节钻井工程的特点。在旋转状态下实现井眼轨迹的实时导向是旋转导向钻井技术其突出的优点。受到业界各大技术服务公司强烈关注的旋转导向技术近年来在定向井钻井过程中被越来越广泛的应用。
关键词：水平井; 旋转导向; 井眼轨迹;
为加快油气田开发力度， 现有油田开发方案以钻水平井为主， 实现在储层中更多钻进以保证单井产能最大化。水平井设计造斜点在高达六七千米， 完钻井深达到8000m左右， 采用常规滑动定向存在到轨迹控制难度大， 施工摩阻、扭矩大， 施工泵压高等钻井难题。为确保水平井的顺利实施， 采用了贝克休斯的旋转导向钻井技术。
1旋转导向钻井系统组成及工作原理
1.1系统组成
旋转导向钻井技术包括地面监控系统、井下旋转导向钻井工具系统和随钻测量系统。地面监控系统用来完成旋转（地质）导向二维建模、定向井水平井剖面设计或修正设计、底部钻具组合受力分析、井下信号解释处理、井眼轨迹参数计算等工作。井下旋轉导向钻井工具系统包括导向装置、双向通讯和动力模块、无磁模块稳定器等等井下工具。随钻测量系统包括传感器模块、优化旋转密度仪和动态与压力模块等随钻地质特性和钻具特性测量工具。旋转导向钻具组合主要由导向装置、传感器模块、双向通讯和动力模块、模块马达以及其他配套工具组成。
1.2 工作原理
导向装置（Steering Unit）：导向装置造斜率的大小与每个造斜肋块在单位进尺中的伸缩次数无关。在导向造斜模式下， 液压系统可以对导向装置提供7500个动力矢量， 使其按照给定工具面和给定动力进行导向钻进， 而且， 可以随时通过下传指令重新定向。
旋转导向技术在水平井中的应用 3
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。
旋转导向技术在水平井中的应用 4
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应用的导向技术，旨在实现井眼构建和导向的精确控制。它通过使用旋转工具，在井筒中产生旋转力来实现井眼的方向调整，并且可以在水平井中实现井眼的精确定位。
1. 钻井方面：旋转导向技术可以用于控制井眼的方向和轨迹，以确保按照设计要求进行钻探。通过调节旋转速度和施加旋转力，可以实现井眼的精确定向和调整，避免出现偏斜和漂移。
2. 钻井液方面：旋转导向技术可以通过调节钻进液体的粘度和密度，以及添加特殊剂量的聚合物和润滑剂，来减小钻井摩擦力，提高钻进速度，从而提高钻井效率。
3. 钻头方面：旋转导向技术可以选择合适的钻头类型和参数，如钻头刚度、转速、冲击力等，以适应不同地层条件下的钻进需求。通过旋转导向技术，可以实现钻头的精确定位和调整，提高钻进效果和钻头的使用寿命。
4. 钻井液循环方面：旋转导向技术可以通过控制井筒中的滞液力和旋转速度，以及合理设计井眼的形状和尺寸，来提高钻井液的循环效率，减小环空剪切力，从而减小井筒壁的磨损和钻井液的消耗。
5. 实时监测和控制方面：旋转导向技术可以与实时测量和控制系统相结合，通过实时监测井眼的方向、偏离角度和轨迹等参数，及时调整旋转导向系统的参数和工况，以保证钻探的准确性和安全性。
旋转导向技术在水平井中的应用可以提高钻进效率、精确控制井眼的方向和轨迹、减小井眼偏斜和漂移的风险，从而提高油气勘探和开发的效果和经济效益。
旋转导向钻井技术现状及研究进展
1 旋转导向钻井技术现状及研究进展
韩来聚 刘新华 孙铭新
（胜利石油管理局钻井院，山东东营，257017）
摘 要 旋转导向钻井技术是20世纪90年代国际钻井界发展起来的钻井新技术，它是钻井发展史上又一次质的飞跃，目前国外应用该技术已取得了显著效果，“十五”期间在国家“863”项目的支持下，国内也开始对该项技术进行重点攻关研究，并在关键技术方面取得了重大突破。本文在概括介绍旋转导向钻井技术现状的基础上，重点介绍了研究开发的调制式旋转导向钻井系统工作原理以及取得的重大进展，同时对该技术的发展趋势做出了预测。
关键词 钻井 旋转导向 闭环 偏置
旋转导向钻井技术是国际上20世纪90年代发展起来的一项尖端自动化钻井新技术，它是当今世界上钻井技术发展的最高阶段——闭环自动钻井的主要内容。它的出现是世界钻井技术的一次质的飞跃。与传统的滑动导向钻井相比，旋转导向钻井技术由于井下工具一直在旋转状态下工作，因此井眼净化效果更好，井身轨迹控制精度更高，位移延伸能力更强，因此更适合于海洋油气资源开发以及在油田开发后期的复杂油气藏中钻超深井、高难定向井、丛式井、水平井、大位移井、分支井及三维复杂结构井等特殊工艺井。
1 国内外旋转导向钻井系统研究与发展现状
1.1 旋转导向钻井技术国外发展现状
国外从20世纪80年代末期开始进行旋转导向钻井系统的理论研究。20世纪90年代世界上多家公司包括：Baker Hughes公司与ENIAgip 公司的联合研究项目组、英国的Camco公司、英国的Cambridge Drilling Automation公司、日本国家石油公司（JNOC）等分别形成了各自的旋转导向系统样机，并开始进行现场试验和应用。至20世纪末期，三家大的石油技术服务公司Baker Hughes、Schlumberger和Halliburton通过各种方式分别形成了其各自商业化应用的AutoTrak RCLS、PowerDrive SRD和Geo-Pilot旋转导向钻井系统。目前已形成或正在开发旋转导向钻井系统的公司的具体情况如表1所示。
旋转导向技术在水平井中的应用 5
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广泛应用的技术，它能够帮助工程师们更加精确地控制井筒的方向，从而提高井眼的质量和石油开采的效率。随着石油勘探开采技术的不断发展，旋转导向技术已经成为水平井建设中不可或缺的一环。
旋转导向技术的原理是通过改变钻头的旋转方向和速度来改变井筒的方向。通过对钻头的速度和方向进行精确控制，可以使钻井过程中的井良质量更加稳定，减小井眼偏斜角度，提高水平井的建设成功率和产能，从而增加油田的开采利润。
旋转导向技术一般分为主动式旋转导向和被动式旋转导向两种。主动式旋转导向是通过在钻头上安装一些特殊的装置，通过改变钻头的旋转速度和方向来控制井筒的方向。而被动式旋转导向则是通过改变钻井底部的压力和扭矩来控制钻头的旋转方向和速度，从而改变井筒的方向。
在水平井建设中，旋转导向技术可以帮助工程师们更好地控制井筒的方向，避免井眼偏离设计轨迹，减少井眼的扭曲和侧向偏移，从而提高井眼的稳定性和完整性。旋转导向技术还可以帮助工程师们更好地控制沿轴扭转角度，提高井筒的垂直性，减小井眼的偏斜角度，增加油井的勘探开采效率。
在实际的水平井建设中，旋转导向技术已经得到了广泛的应用。例如在国内某些大型油田，工程师们采用了旋转导向技术成功地建设了一些水平井，不仅提高了油井的产量，还减小了油井的钻井成本，取得了良好的经济效益。在一些国外油田，也有一些公司采用了旋转导向技术成功地建设了一些水平井，提高了油井的勘探开采效率。
NOV井下工具简介-中英文
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于直井、定向井、小井眼和连续油管钻井。在中国国民
油井华高可以提供各种性能钻井马达，根据客户需求，
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国民油井华高公司扩眼工具部门，拥有业内最完整的扩眼工
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和最全面的钻井工具和产品，以满足当今钻井作业的要
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水平井旋转导向工具
Anderdrift™直井测斜工具
随钻震击器/ Intensifier
™震击加速器
钻井缓冲器
价值.创新.卓越服务
VALUE.INNOVATION.SERVICE EXCELLENCE 18F Raffles City Beijing Office Tower. No. 1 Dongzhimen South Street. Dongcheng District. Beijing, 100007. PRC
第十章 大位移井技术
第十章 大位移井技术
第一节 大位移井意义及挑战
一．大位移井定义
大位移井即水平位移与垂深之比大于或等于2的，或者水平位移超过3000m的井。但在深水井中概念稍许变化，称为深水大位移井，但其水垂比不能沿用常规大位移井大于或等于2的概念。
二．大位移井的历史
目前世界记录是BP公司在Wytch农场钻的M16井：总井深=11，277m，水平位移=10，727m，TVD=1636m，水垂比=6.55；海上水平位移最大记录：澳大利亚的Goodwyn A18井：水平位移=8，306m，总井深=9，277m；国内西江24-3-A14井 总井深=9，238m，TVD=2，985m，水平位移=8，062.7m，水垂比=2.7。
三．大位移井的主要作用
1）水平位移大，能较大范围控制含油面积，开发相同面积的油田可以大量减少海上钻井平台的数量；
2）省建人工岛和固定平台的费用；
3）大位移井勘探开发近海油田，距海岸10km左右近海油田，均可从陆地用大位移井勘探开发；
4）用大位移井代替海底井，不用海底设备，节省大量投资；
四．钻大位移井的技术挑战
1）井眼清洁；
2）高摩阻扭矩，需要高抗扭抗拉和耐压钻杆；
3）大斜度长裸眼稳斜段，套管的安全顺利下入；
4）平台设备能力配套与常规井差别，常规超深井考虑钻机的动力和提升载荷能力，而大位移井侧重考虑水力和顶驱输送扭矩能力；
5）井斜大，裸眼段长，井眼侵泡周期时间长，影响井壁稳定性；
6）普通井的经验很多不适合大位移井，大位移井一旦出现失误，惩罚比普通井严重；
7）储层埋藏深度不确定性和仪器精度误差对钻井轨迹调整影响；
8）钻杆伸缩性大，在接近完钻深度只能单根钻，对复杂情况处理活动空间小。
第二节 大位移井井眼清洁
井眼清洁在大位移井中是个很关键的因素，制约大位移井延伸能力。斜井清洁跟直井区别很大，至少需要比直井很长的循环周时间，而且在程序方法处理上也大大不同，随着井斜的增加，井眼清洁难度加大，岩屑上返更加困难，需要循环时间更长。
利用旋转导向系统进行套管定向钻井
王龙：利用旋转导向系统进行套管定向钻井 ２３
利用旋转导向系统进行套管定向钻井
摘要 实践证明用于套管随钻作业的硬 件是稳定而可靠的。虽然使用螺杆钻具进行 套管钻井已成功地完钻了几口定向井，但钻 进效率很低。套管钻井时使用旋转导向系统 提高了钻井效率。 关键词 套管钻井定向钻井旋转导 向系统套管下扩眼器底部钻具组合
１ 概述 １９９７年ＣｏｎｏｃｏＰｈｉｌｉｐｓ公司开始开发得克萨斯 州南部的Ｌｏｂｏ地带，在２ ２８６～３ ９６２ ｉｎ范围的 Ｗｉｌｃｏｘ（Ｌｏｂｏ）层段钻了９００多口井。２００１年钻 了６００多口井后，用了几年的时间实施一项开发计 划以寻求大大减少钻井成本、扩大开发潜力的方 法。第一阶段的５口井选择套管钻井系统，然后把 获得的经验用于第二阶段钻井。 第二阶段钻井证实套管钻井没有常规钻井中常 出现的与地层相关的事故发生，几乎不会发生井 漏，这样以前认为不经济的井便可以采用套管钻井 方式钻进。 ２ 可回收套管的钻井过程 套管可以几种方式部分或全部作为钻柱。套管 钻井系统可以是可回收的，也可以是不可回收的。 不可回收系统包括尾管钻井的应用和与固定钻头相 连接的整个套管柱的应用。钻头可以是续钻式的 （例如，为了钻下一井段而钻碎水泥塞），也可以是 钻至总井深时留在井里的常规钻头。 可回收系统可以更换钻头和井下钻具组合 （ＢＨＡ）而不必起下套管。对定向井而言，因为需 要回收定向钻进和导向工具，需要在到达下套管深 度之前更换损坏设备和需要快速且经济地到达套管 鞋以下地层，所以选用可回收系统比较实际。 可回收套管随钻系统包括井下没备和地面没 编译：王龙（辽河工程技术研究院井下所） 郭振山 崔孝青（１ｉｎｇ钻井一公司长城公司） 张言（辽河物探公司地球物理研究所） 审校：洛扬（大庆油田工程有限公司） 备，利用这些设备，油田的标准套管可用作钻柱， 以便用带有钢丝绳的可回收ＢＨＡ同时钻井和下套 管。专用ＢＨＡ悬挂在靠近套管底部的异形短节 上，其上部组件是钻柱锁紧组合（ＤＬＡ），便于装 配到异形短节上。套管由地面驱动旋转，钻井液沿 套管内部向下循环，从环空向上返出。 钻具组合的末端是一个导向钻头，但它可能包 括其他常规钻柱部件，诸如管下扩眼器、井下马 达、扶正器、钻铤或随钻测量（ＭＷＤ）／随钻测 井工具。要钻进就需用顶驱旋转套管，顶驱也用于 紧扣。除了滑动钻井其他作业都需要旋转套管柱， 定向钻井时还需用马达和弯外壳支座。 ３ 用导向马达定向钻进 Ｌｏｂｏ地区８３ 井中间井段（１７８ ｍｍ套管）的 套管随钻程序包括一段利用导向马达钻进的井段。 为了避开地面障碍要求定向作业，这是在可回收钻 具组合里使用导向马达的一个好例子。对这口井进 行造斜，井斜角为１５。，在获得足够的横向位移后 降斜，接近垂直。 ８３ 井要求用１８．２天钻至技术套管鞋处。具 有可比性的一口无事故直井用了８．５天钻达同样井 深。８３ 井耗时长主要是因为在套管定向作业方面 没经验，而且带有导向马达的套管定向钻进效率又 低。这一井段记录的唯一一次时问浪费是１０．５ ｈ， 这是因为安装第一个马达组合时下入出错，当下到 １ ７２０ ｉｎ时套管被卡，花费了６．５ ｈ解卡。 井垂直钻到造斜点，真垂深是１ ３５１ ｉｎ。在此 处用钢丝绳回收钻具组合。用钢丝绳下入装有 ＰＤＣ钻头的导向马达组合并定位于套管内。该组 合定位于套管鞋处，以使串联式套管扶正器以下的 所有部件延伸进套管下裸眼段。 旋转组合的定向性能令人满意，因为在领眼段 可以控制井斜，远在该组合有效部分之上的套管得