旋转导向技术
旋转导向钻井技术应用研究及其进展
旋转导向钻井技术应用研究及其进展1. 引言1.1 背景介绍旋转导向钻井技术是一种先进的油田开发技术，随着油气资源的日益枯竭和全球能源需求的增长，对高效、安全、环保的油田开发技术的需求也日益迫切。
传统的钻井方法存在着诸多问题，如控制能力差、效率低、作业周期长等，无法满足现代油田开发的需求。
而旋转导向钻井技术的出现，有效地解决了这些问题，大大提高了油田勘探和开发的效率和质量。
随着油田开发技术的不断进步和发展，旋转导向钻井技术逐渐成为油田勘探和开发领域的主流技术之一。
它通过使用旋转钻具，结合导向器和定位系统，实现了井眼的准确控制和导向，能够有效避免钻井过程中的诸多问题，提高了钻井作业的效率和安全性。
对旋转导向钻井技术进行深入研究和应用具有重要的意义和价值。
本文旨在对旋转导向钻井技术进行全面的研究和探讨，以期为油田开发领域的进一步发展提供参考和借鉴。
1.2 研究意义旋转导向钻井技术的研究意义主要体现在以下几个方面：1. 提高钻井效率：传统的钻井技术在复杂地质条件下存在着钻头偏离井轨、钻进速度慢、井眼形状难以控制等问题，而旋转导向钻井技术通过实时监测井身方向，能够精确控制钻头的方向和位置，提高了钻井效率，缩短了钻井周期。
2. 降低钻井风险：在油田勘探开发过程中，地质构造复杂、地层变化大等因素导致钻井风险较高，采用旋转导向钻井技术可以有效减少钻井事故的发生概率，提高钻井安全性。
3. 对油田开发的重要意义：随着油气资源逐渐枯竭，油田对于提高采收率和延长井的有效期至关重要。
旋转导向钻井技术具有定向控制能力和改善井筒质量的优势，能够更好地满足油田开发的需求。
4. 推动行业技术进步：旋转导向钻井技术是钻井技术领域的创新，其应用推动了钻井工程技术的不断改进和创新，为行业发展注入新的活力。
研究和应用旋转导向钻井技术不仅可以提高钻井效率，降低钻井风险，对油田开发具有重要意义，还可以推动行业技术进步，为我国石油行业的可持续发展做出贡献。
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实现垂直井与水平井位置钻进方向控制的技术。
它通过对旋转轨道进行监测和控制，可以实现对钻具和轨道的准确控制，从而达到非常高精度定向钻井的要求。
旋转导向技术在水平井中的应用，不仅可以大大减少钻心开口扩展环空距离，还可以使水平井效率得到提高。
在平水平井的钻探过程中，使用旋转导向技术可以对井的精确位置进行控制，从而达到准确定位的要求，可以确保勘测的准确性。
此外，使用旋转导向技术可以有效消除利用共轴器、圆盘等传统技术所带来的误差，更加准确有效地控制井的方向和距离。
旋转导向技术在水平井中还可以应用到有效地减少钻井前注切地质工程量，以减少钻口扩展环空距离。
相比于通过地质工程来实现方向控制，使用旋转导向技术可以显著减少钻口开口扩展环空距离，从而更有效地进行勘探和开采工作。
另外，旋转导向技术可以提高水平井的深度，因为它可以控制井段，从而加快钻掘速度，提高井眼开发效率。
此外，采用旋转导向技术可以提高井眼周边地质背景信息的准确性，这对于水平井的钻探和开采是非常重要的。
探讨石油定向井钻井中的旋转导向技术
探讨石油定向井钻井中的旋转导向技术
石油定向井钻井中的旋转导向技术是一种利用钻头旋转方向实现井壁方向控制的技术，它是石油钻井技术中的一种重要手段。
通过对井深、井径、井角以及井底地层属性等进行
预测，使用旋转导向技术可以使钻井方向到达预定地点，实现石油开采目标的达成。
在石油定向井钻井中，旋转导向技术涉及到多种技术手段，其中最常用的是旋转惯性
导向技术。
这种技术通过钻头旋转产生的离心力，使钻具倾向一侧，从而完成对井壁方向
的控制。
旋转惯性导向技术需要根据现场地质条件以及钻井需要进行不同程度的调整，包
括调整方向指向、调整旋转速度等。
在旋转导向技术中，还有一种重要的技术手段是旋转振动导向技术。
这种技术通过振
动作用力，使得钻头朝向某一侧倾斜，从而造成钻具的方向偏移，随后通过控制振动的强
弱和频率，调整钻具前进方向和偏转角度。
这种技术对于垂直井深较浅的场合更为适用。
除了上述两种技术，还有一种叫作“泵压导向”技术。
它是利用钻压的方向和强度来
控制钻头方向，通过将一定量的内部泥浆泵入钻具中，产生一定的流量，通过流量来控制
钻头的方向，从而实现钻井方向的控制。
总的来说，石油定向井钻井中的旋转导向技术，是钻井技术中的一种重要手段。
它的
使用可以使石油开采更为高效，同时也可以减少地质风险。
在使用旋转导向技术之前，需
要根据现场地质条件和钻井需求的研究，选择最为符合实际要求的技术手段，从而实现钻
井方向的控制。
旋转导向钻井技术介绍
High Side
Bearing Housing Sleeve
High Side
Sleeve Orientati on Direction
P2 Bit Side Force
=
P3
P1
Magnitude
Drive Shaft
13
（1）AutoTrak RCLS系统
15
Surface Equipment
Sensor Interface / Decoding Unit (TR700) Other Sensors Transducer Signal By Pass Controller DrillByte Computer
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。
14
Control principle two way communication
工作方式
静态偏置 推靠式 调制式 静态偏置 指向式
代表系统
AutoTrak RCLS PowerDrive SRD Geo-Pilot
旋转导向程度
工具系统 外筒不旋转 全旋转 工具系统 外筒不旋转
造斜能力 （°/30m） 6.5 8.5 5.5
位移延伸 能力 低 高 中
螺旋 井眼 存在 存在 消除
井眼尺寸 （mm） 216～311 152～311 216～311
Non Rotating • 1997 年注册为AutoTrak，正式推向市场 。 Sleeve
探讨石油定向井钻井中的旋转导向技术
探讨石油定向井钻井中的旋转导向技术石油定向井钻井是指在目标地区钻探油井并定向至特定的地层或油藏。
旋转导向技术是指通过转动钻头使钻杆相对于井壁发生转动，从而改变钻杆与井壁的相对位置，进而改变钻井的钻向。
本文将探讨石油定向井钻井中的旋转导向技术。
在石油勘探开发过程中，有时需要在特定情况下进行定向井钻井。
定向井钻井可以钻入储层，并从不同的角度访问油田，从而提高油气的采收率。
常见的定向井包括斜井、水平井和多侧钻井。
导向器是一种安装在钻杆上的装置，可以使钻杆和钻头发生旋转。
导向器上有许多方向控制齿轮，可以通过对齿轮的调整改变钻头的方向。
定向钻头是一种通过旋转导向技术改变钻头的钻向的工具。
定向钻头通常使用弹簧驱动机构实现导向操作。
测井双重导向系统是一种用于确定钻井位置、测量地层方位和角度的系统。
该系统包括多种传感器，可以实时测量钻井方位和倾角，并将数据传输至地面。
地面工作人员可以根据测井双重导向系统提供的数据来调整钻井方向。
旋转导向技术在石油定向井钻井中具有许多优势。
该技术可以改变钻井方向，使钻井能够更好地穿透地层。
旋转导向技术可以减少钻杆与井壁之间的摩擦，提高钻井效率。
该技术还可以降低井筒偏离目标位置的风险，减少井筒工程的成本。
旋转导向技术也存在一些挑战和限制。
由于钻头的旋转需要耗费额外的能量，因此旋转导向技术在一些情况下可能无法实现。
该技术需要高精度的测量和导向设备，增加了钻井成本。
旋转导向技术在极端地质条件下的应用也存在一定的困难。
旋转导向技术是石油定向井钻井中的一种重要技术。
通过旋转钻头、导向器和测井双重导向系统等装置的配合使用，可以实现钻井方向的调整和控制。
旋转导向技术在提高钻井效率、降低井筒偏离目标位置风险方面具有广泛应用前景，但其在能力和精度方面仍需改进和发展。
贝克休斯旋转导向原理
贝克休斯旋转导向原理贝克休斯旋转导向原理是指在石油钻井中，通过旋转钻具来实现钻井方向控制的一种方法。
该原理是由美国工程师贝克和休斯在20世纪30年代提出的，是钻井技术中的重要突破之一。
在传统的钻井方法中，钻井工具靠施加扭矩和推力来实现钻井，但是在某些情况下，需要改变钻井的方向，以便达到特定的目标。
贝克休斯旋转导向原理就是为了解决这一问题而提出的。
该原理的关键是利用钻杆的扭转来改变钻井方向。
在钻井过程中，通过在钻杆上加装一种叫做导向装置的工具，可以使钻杆在钻井过程中产生不同的方向偏差。
这种导向装置通常由可调节的导向翼片组成，可以根据需要进行调整。
当钻杆旋转时，导向装置会产生一个由切向力和摩擦力组成的向下施加的力，这个力会使钻杆发生弯曲，从而改变钻井方向。
通过调整导向装置的角度和位置，可以实现钻井方向的精确控制。
贝克休斯旋转导向原理的优点在于可以实现高精度的钻井方向控制。
相比传统的钻井方法，旋转导向技术可以实现更小的偏差角度和更精确的方向控制。
这对于一些需要在地下目标点附近进行操作的任务非常重要，比如在石油开采中需要在油层下方进行侧向钻井。
贝克休斯旋转导向原理也可以提高钻井的效率和安全性。
传统的钻井方法需要频繁地停工和更换钻具，而旋转导向技术可以减少停工时间，提高钻井的连续性。
同时，由于钻井方向的精确控制，可以避免一些潜在的危险情况，提高钻井作业的安全性。
贝克休斯旋转导向原理的应用范围非常广泛。
除了石油开采领域，旋转导向技术还可以应用于其他领域，比如地质勘探、水井钻探、盐井钻探等。
在这些领域中，旋转导向技术可以帮助钻井工程师更好地了解地下地层的情况，提高勘探和钻探的效率。
总的来说，贝克休斯旋转导向原理是钻井技术中一项重要的突破，通过旋转钻具来实现钻井方向控制。
该原理具有高精度、高效率和高安全性的优点，广泛应用于石油开采和其他领域。
随着技术的不断发展，相信旋转导向技术将会在未来的钻井领域中发挥更大的作用。
旋转导向技术 ppt课件
主要特点：外筒不旋转，改变角度导向
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导向原理
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偏置原理
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12
旋转导向钻井工具的分类及对比
• 旋转导向系统按导向方式可分为两类：推靠式(Push the bit) 和指向式(Point the bit)。
• 旋转导向系统按偏置机构的工作方式又可分为静态偏置式 (Static Bias) 和动态偏置式(Dynamic Bias ,即调制式 (Modulated) ) 二种。
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5
偏置原理
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2.Power Drive 旋转导向钻井系统
产品特点：
1、系统是全旋转式的。
2、该系统由稳定平台单元、工作液控制分配单元及偏置
执行机构3部分组成。
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偏置单元
Pad out
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Pad in
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导向原理
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3.Geo-Pilot旋转导向钻井系统
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推靠式
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指向式
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旋转导向钻井系统
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三种不同方式旋转导向系统对比
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三种主流钻井旋转系统结构对比
• Auto Track RCLS：位移工作方式、静止外套、 小型化能力差、结构复杂等。
• Power Drive SRD：钻头和钻头轴承的磨损较严 重,工作寿命有待进一步提高。
• 导向原理与贝克休斯基本一样，液压动力来源于钻井液 • 2005年11月分别在长庆油田西28-022井、宁37-32井和渤
海油田LD5-2-A1井进行了现场钻井作业试验。
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【摘要】旋转导向技术在水平井中的应用在钻井工程中起着重要作用。
本文对旋转导向技术在水平井中的应用进行了深入探讨。
首先介绍了钻井工程中的旋转导向技术，然后分析了水平井的特点和使用场景。
接着探讨了旋转导向技术在水平井中的作用以及在钻进过程中的优势，并通过成功案例分析展示了其实际应用效果。
最后, 总结了旋转导向技术对水平井的推广和应用意义，并展望了未来的发展趋势。
本文旨在为工程技术人员提供关于旋转导向技术在水平井中应用的参考和借鉴。
【关键词】旋转导向技术, 水平井, 钻井工程, 应用场景, 作用, 优势, 成功案例分析, 推广意义, 应用意义, 发展趋势, 结论。
1. 引言1.1 旋转导向技术在水平井中的应用旋转导向技术在钻井工程中起着至关重要的作用。
通过旋转导向技术，钻井工程师可以实现井眼的精确定位和控制，从而提高井眼质量并降低钻井风险。
在水平井的特点和使用场景方面，旋转导向技术可以帮助工程师在狭窄的井眼中实现精准钻进，提高油气开采效率和产量。
旋转导向技术在水平井中的作用不仅体现在钻井过程中的精准控制，还可以帮助实现井壁稳定、减少井眼的偏斜度，并最大程度地延长井筒使用寿命。
在钻进过程中，旋转导向技术的优势主要体现在提高工程效率、降低成本以及减少安全事故的发生。
通过对旋转导向技术在水平井中的应用的成功案例分析，可以更好地了解该技术在实际工程中的价值和优势。
这些成功案例不仅为工程师提供了经验和启示，也为旋转导向技术在水平井中的推广和应用提供了有力的支持。
旋转导向技术在水平井中的应用已经成为油气开发领域的一个热门话题。
未来随着技术的不断发展和完善，旋转导向技术在水平井中的应用将会更加广泛，为油气开发带来更大的便利和效益。
2. 正文2.1 钻井工程中的旋转导向技术钻井工程中的旋转导向技术是一种通过旋转钻头来控制井眼方向的技术。
在传统钻进方法中，通常需要通过钻具的转动或者钻柱的旋转来改变井眼的方向。
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Good/Smooth Bore Hole
提高井眼轨迹的光滑度
Drilled Footage Per Day Comparison
Reduce tortuosi00 150
167% increase in 12 1/4” section performance
263% increase in 8 1/2” section performance
60
Mala H-5 Survey
TJH-21 Survey
TJH-21 Cont (1225)
55
TJH-21 Cont (85)
Mala H-5 Cont (1225)
Mala H-5 Cont (85)
50
TJH-21 (Motor Curve)
45
40 1150
1200
1250
1300
Depth (m)
PowerDrive X5 – 保证了在油层的最大钻遇率
近钻头的方向性伽马
真实反映了井眼轨迹在油层 中的位置 结合近钻头井斜,方位和伽马 测量, 保证了在油层最大的钻 遇率
Schlumberger Private
Schlumberger Private
PowerDrive X5
Bias Unit Purely mechanical, provides bit deflection
PowerDrive Xceed 四个组成部分
动力输出模块
Schlumberger Private
动力输出模块
涡轮发电机将泥浆液压 动能转化为电能
2KW的能量用于控制钻进
不需其他工具提供能量
不需电池，对钻进长度 没有限制
Schlumberger Private
组成部分：传感器模块
PowerDrive Xceed 四个组成部分
Power V
用于直井 全自动旋转导向系统 减少井上人员和费用
vorteX
井下附加动力 可使用X5或Xceed 承受更大钻压，输出 更高扭矩
14 ¾”-12 ¼” Bit Sizes
9 7/8”-8 ½” Bit Sizes
26”-17 ½” Bit Sizes
14 ¾”-12 ¼” Bit Sizes
PD Xceed675在中国南海某井面临的挑战： 1. 裸眼侧钻Mb 、Mc以及水平钻进三个水平井段 2. 着陆点垂深不确定 3. 方位变化大，为三维定向井
设计： 工具考虑：设计使用造斜率大的旋转导向工具PD Xceed675
钻井实例
钻具组合设计
8 ½"PDC Bit + Xceed675 + ARC (w/APWD) + PowerPulse + ADN
Schlumberger Private
PowerDrive Xceed
指向式旋转导向工具
PowerDrive Xceed简介
特点： 所有组成部分全程旋转 具有马达的定向特点 配有两个螺旋扶正套 钻头轴向方向与钻具轴向方 向有固定夹角，因此造斜率 固定。
Schlumberger Private
组成部分：动力输出模块
100
P lan
50
更近钻头测量 Actual
0
优化地质导向和井眼轨迹控制
12 1/4" Section
8 1/2" Section
Improve Hole Cleaning
提高井眼清洁度
Deliver better log quality
高质量的测量数据
Improve ROP
提高机械钻速
斯伦贝谢旋转导向工具系列
提供一个非常平均的工具 面
良好的井眼质量
井眼有1/8-in. 扩大
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定向作业– 定向模式
通过马达和外筒的速度匹 配, 使工具面保持在一个 固定位置
当需要改变工具面时,将 改变马达速度,允许钻头 轴相对转动
当马达和外筒之间速度恢 复匹配后, 工具面保持固 定
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动力输出模块 传感器模块
Schlumberger Private
传感器模块
与传统MWD工具传感器 完全一样
测量壳体转速，井斜和 方位
信号质量与MWD工具一 致，需要由MWD工具利 用泥浆脉冲传输
测量结果将被控制模块 运用，计算相应命令
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测量质量
Inclination
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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
26”-17 ½” Bit Sizes
14 ¾”-12 ¼” Bit Sizes
10 5/8” Bit Size
使钻头与井眼轨迹产生一个偏角- 其作用类似于弯螺杆钻具
Schlumberger Private
斯伦贝谢旋转导向工具
PowerDrive Xtra (推靠式) PowerDrive X5 (推靠式/带近钻头测量) PowerDrive vorteX (推靠式/在马达以下) PowerV (用于垂直钻井) PowerV vorteX (用于垂直钻井, 提高钻井效率)
Schlumberger Private
所有外在部件全程旋转
外在部件全程旋转是斯伦贝谢旋转导向工具与其它旋转导向 工具的最大区别
可以划眼，倒划眼及钻套管鞋 最大限度地减小压差卡钻和落井风险 全程旋转，无固定不动部分
旋转导向工具的定向方法
推靠式 给钻头提供侧向力以增加钻头的侧向切削作用
____________________________ 指向式
Control Unit Electronics, control of TF and steering percentage
Stabilizer Flex
Approximately 18 – 20mm, (3/4”) of travel
Schlumberger Private
Pad out
Pad in
PowerDrive X5
推靠式旋转导向工具
Schlumberger Private
PowerDrive X5 工作原理与特点
利用流体带动推块推动井 壁以获得反作用力的推靠 式旋转导向工具 全部外在部件全程旋转 提供近钻头实时测斜与方 位伽马 可提供全尺寸，各种井轨 类型的定向钻井服务 对钻头有一定要求
Schlumberger Private
Comparison of PowerPulse & Xceed D&I
60
50
40
30
20
10
0 10000
10500
PowerPulse Inclination
11000
11500
12000
Depth
PowerDrive Xceed Inclination PowerDrive Xceed Azimuth
Schlumberger Private
应用
在具有挑战性环境下的旋转导向,包括:
– 大位移井 – 裸眼侧钻与随钻扩眼作业 – 在硬和软地层中,造斜困难 – 实时地质导向 – 带偏心钻头的定向作业
Schlumberger Private
Schlumberger Private
钻井实例 中国南海某井实例
9 7/8”-8 ½” Bit Sizes
6 ½ ”-5 3/4” Bit Sizes
26”-17 ½” Bit Sizes
14 ¾”-12 ¼” Bit Sizes
10 5/8” Bit Size
9 7/8”-8 ½” Bit Sizes
6 ½ ”-5 3/4” Bit Sizes
Xceed
独特的工作原理 减少与井壁接触 更高的改变井轨能 力
Schlumberger Private
井眼质量
250
Actual Csg up weight
Actual Csg down weight
200
Theor. Up weight Theor. Down weight
150
Weight (T)
100
50
0
s 下套管载荷分析图
Depth (m)
7- x 5.5-in. liner 8.5-in. section
Power Drive
Mala H-5 (PowerDrive Curve)
60
55
1350
50
45
40 1450
Mala H-5 Survey TJH-21 Survey TJH-21 Cont (1225) TJH-21 Cont (85) Mala H-5 Cont (1225) Mala H-5 Cont (85)
0.6度
P扭ow矩e和r G钻e压ne由ra壳tio体n通过万向 M轴o承du传le输给钻头传动轴 S输en出s狗or腿M度od由ul定e 向钻进比率 C决on定trol Electronics
Steering Section
Schlumberger Private
定向作业 – 稳斜钻进
BHA 趋势是稳斜的 在稳斜钻进中,以每10秒间 隔改变工具面
1500
1550
1600
1650
Depth (m)
各类PowerDrive工具通工具所有 部分全旋转的原理可以提供 卓越的井身质量 。
Inclination (deg) Inclination (deg)