国内外旋转导向钻井对比
塔里木深井旋转地质导向钻井技术
【技术】塔里木深井旋转地质导向钻井技术文/张程光吴千里王孝亮吕宁，中国石油钻井工程技术研究院中国石油塔里木油田公司中国石化石油工程公司胜利分公司引言对于埋藏深、地质构造复杂的油藏，应用弯壳体导向螺杆钻具通常无法有效引导井身轨迹准确达到或穿越储集层，而旋转地质导向钻井因其技术优势被越来越广泛地应用，目前已成为一项主流技术。
近年来全球范围内的地质导向与旋转导向服务井数快速增长：以斯伦贝谢公司为例，地质导向作业井由2006年的近300 口上升至2009 年的700 口，旋转导向系统进尺则从2006 年的5 898 km 提高至2011 年的19 740km；2004—2010 年在国内各种复杂、难动用油气藏应用地质导向技术的水平井超过345 口。
塔里木油田某区块的薄砂层油层埋藏深、厚度小，且构造边缘横向发育不稳定。
为了更高效地开发该类油层，引入旋转地质导向技术，并通过不断摸索试验使该技术更好地适应区块地层条件，确保井眼轨迹始终处于油层中最佳位置。
1 塔里木油田深井薄油层钻井技术难点及对策①的层埋藏深、厚度薄。
目的层垂深超过5 000m，完钻井深5 500～6 000 m，采用传统滑动钻进方式会因井深增加造成摩阻扭矩的增加，对MWD（随钻测量）信号传输的要求也会提高；目的层为两套砂岩，油层薄，厚度仅为1～2 m。
为获得较好的开发效果，需采用双台阶水平井钻井。
旋转地质导向钻井技术的旋转钻进方式有利于岩屑运移和井眼清洁，能降低摩阻，从而提高水平井段延伸能力。
②裸眼井段长、岩性变化大。
二开裸眼井段长达5 000 m 左右，易出现托压和黏卡现象，渗漏层和垮塌层均处于同一井眼内，地层砂泥岩互层多，钻时不均匀，地层研磨性强。
因此，需控制合适的钻井液黏度和切力、根据导向工具的作业特点选择钻头型号，同时在旋转钻进的基础上加强短程起下钻协助带砂。
③构造边缘储集层横向展布不均、地层对比困难。
油藏构造边缘的砂体发育不稳定、地层倾角变化大，地层对比困难，增加了着陆位置判断和油层追踪的难度。
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
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（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。
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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。
自动旋转导向钻井工具结构原理及特点
自动旋转导向钻井工具结构原理及特点[摘要] 自动旋转导向钻井工具弥补了滑动式导向钻井工具在定向井钻井,特别是在大位移井及长距离水平井的使用中暴露的缺点与不足。
浅显分析国内外在定向钻井工具技术差距,从结构原理和特点上出发阐述了自动旋转导向向钻井工具的。
[关键词] 自动旋转导向钻井工具一.前言现有的滑动式导向钻井工具在定向钻井,特别是在大位移井及长距离水平井的使用中暴露出不少缺点与不足。
自动旋转导向钻井工具可以弥补这些缺点,是目前定向钻井工具发展的一个热点及方向。
笔者据此介绍美国三家公司的自动旋转导向钻井工具的结构原理及特点。
针对现有定向钻井工具的缺点和不足,浅析今后旋转导向钻井工具结构设计的发展趋势。
迄今为止,定向钻井技术经历了三个里程碑:①利用造斜器(斜向器)定向钻井;②利用井下马达配合弯接头定向钻井(造斜率是弯接头弯角、井下马达刚度和地层岩石硬度的函数);③利用导向马达(弯壳体井下马达)定向钻井(弯角点离钻头的距离近得多,因此产生的造斜率大)。
目前这三种定向钻井工具在世界各地被广泛使用,并促进了定向钻井技术的快速发展,使得今天人们能够应用斜井、丛式井、水平井技术开发油田。
二.目前国内定向钻井工具现状随着石油工业的发展,为了获得更好的经济效益,需要开发深井、超深井、大位移井和长距离水平井,而且常常要在更复杂的地层,如高陡构造带钻井。
这些都对定向钻井工具提出了更高的要求。
目前以井下马达为主的定向钻井工具已不能满足现代钻井技术的要求,主要存在以下缺点和不足:(1)利用井下马达导向时是滑动钻进,钻柱弯曲比旋转钻进时严重,井壁与钻柱间的轴向摩擦力大,使钻压很难加在钻头上。
在大延伸井和水平井中这一情况更严重,在极端情况下会造成钻柱屈服,因此它限制了水平井和大斜度井的深度。
(2)在地面对井下马达进行扭方位操作时,旋转摩擦、钻头扭矩、钻杆的扭转弹性变形等都妨碍了工具面的控制,从而影响井下马达在大斜度井和水平井中的使用。
导向钻井技术(讲课版)
导向钻井技术（胜利钻井工程技术公司周跃云）基本概念在定向井、水平井钻井中，为了使井眼轨迹得到合理的控制，世界各国相继开发研究了各种相应的技术，这些技术大致可分为两方面：一是预测技术，一是导向技术。
预测技术是根据力学和数学理论，对影响井眼轨迹的各种因素进行分析研究，从而预测各种钻具组合可能达到的预期效果。
但目前的预测技术水平远远低于所要求的指标。
鉴于此，导向技术应运而生。
导向技术是根据实时测量的结果，井下实时调整井眼轨迹。
井下导向钻井技术是连续控制井眼轨迹的综合性技术，它主要包括先进的钻头（一般为PDC钻头）、井下导向工具、随钻测量技术（MWD、LWD等）以及计算机技术为基础的井眼轨迹控制技术,其主要特点是井眼轨迹的随钻测量、实时调整。
导向钻井技术是随油藏地质的要求和钻井采油地面条件的限制而逐步发展起来的。
在这种技术中，井下导向钻井工具处于核心地位，它决定导向钻井系统的技术水平，导向技术则是导向钻井系统的关键技术。
一、导向钻井的工具和仪器定向井技术的进步与定向井工具和仪器的发展是相辅相成的，是密不可分的。
定向井钻井实践的需要，设计开发了专门用于定向井的工具和仪器，并在钻井实践中得到完善和提高；随着定向井工具和仪器的发展，极大地推动了定向井工艺技术水平的进步；而工艺技术的进步，对定向井工具仪器又提出了更新更高的要求。
胜利油田以及我国定向井发展的历程，充分地说明了这一辩证关系。
1.1 导向工具的主要类型随着定向井、水平井和大位移延伸井的日益增多，各种相应的井下工具相继出现，如弯接头，变壳体马达，各种稳定器等。
对这些工具一般要分为两大类：一为滑动式导向工具，二为旋转式导向工具。
两者的主要区别在于导向作业时，上部钻柱是否转动，若不转动，则为滑动式导向工具，否者为旋转式导向工具。
1.1.1 滑动式导向工具滑动式导向工具在导向作业时，转盘停止转动并被锁住，只有井底马达作业。
调整好工具面，钻进一段时间后，再开动转盘，使整体钻柱旋转，以减少摩阻及改善井眼清洗程度，随后再根据需要进行定向作业。
斯伦贝谢定向钻井和旋转导向
• 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
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
斯伦贝谢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
2002
2003
旋转导向 - PowerDrive
1999 PowerDrive participates in drilling worlds longest ERD well at Wytch Farm
2001 World Record #1 PowerDrive675 drills 17,283ft of 8.5” hole in 1 run
• U and W shaped wells, up to 144°inclination
世界钻井技术现状与趋势
动装置 ，操 纵液压 阀 、驱动 活塞 ，控制三 个棱 块伸 出高度 ，达 到设 计
要求。 ３ ． 发 展超深井 钻井技 术 要加快 新区深探 井速 度应从 以下 几个 方面解 决 ： （ １ ）控制 探井 的 目的层 数 ，一 Ｅ ｌ 探井 目的层最 好不 超过 两层 ，目的层 多 了 ，带 来井 身 结构设 计不合理 。 （ ２ ）设计一 个合理 的井 身结构 ，对钻 成一 口井是是变 径稳 定器 直径可 以调节 ，造 斜率 高 。但 这两 个 阶段 的导 向钻 井 共 同的缺 点是 造 斜段 、降 斜段 均 需 滑 动钻 进 。 滑动 钻进 时机 械 钻 速 低 ，携 岩 能 力 差 ，井 眼不 够 清 洁 ，易 发 生粘 吸 卡钻 。 ２ ． 全 自动 的井下 闭环旋转 导向钻井 。 这 个 系统是 从地 面人 工控 制的 导向钻 井 系统发 展 成全 自动 控制 的
常重要 的 ，应满 足勘 探开发 地质 及 工程 要求 ，设 计套管 层 次应 留有 余 地 ，避免 同一裸 眼段 内出现两个 以上不 同压 力系 数地 层 ，套管 设计 要 充分考 虑油气层 特点和 地层特 点。 （ ３ ）彻底 破除钻 井液 密度 高了 ，就 枪毙 油层 的陈 旧观念 。应 认清 造成 油气 层损 害的 主要 原 因是井 内 液柱 压力 大于地 层压 力差 ，而 不是 不考 虑地 层压 力大 小 ，只注 意钻 井液 密 度 的高低 。 （ ４ ）实 行平衡 压力钻井 ，选择 合理 的钻井液 密度 。 ４ ． 采用 大位移钻 井技术 这 些年 ，国外 大位 移钻 井技术 发展 很快 ，水 平位 移 已达 到 ｌ Ｏ ｋ ｍ， 大位 移井 主要 用于 海上 和滩 海地 区 ，钻 大位 移井 可 减少 人工 岛或 平 台 数 量 ，滩 海地 区可从 陆 上向 近海钻 大位 移井 ，可 节 省大 量投 资 。建 议 辽河 、大 港 、冀东 滩海 地 区尽快发 展 大位 移井 ，大 位移 井的关 键 技术 是： （ １ ）为 减少阻 力和 扭矩 ，使 用准悬 链 线井 身剖 面及 油基钻 井 液 ， 用 带护 箍 的钻 杆 。 （ ２ ）使 用 高扭 矩接 头 ，高 扭 矩 润滑 油 ，高 强 度钻 杆。 （ ３ ）保 持井 眼稳定 。 （ ４ ）保 持井 眼清 洁 。 （ ５ ）避 免套 管磨 损 ， 固井 时部分 套管悬 浮 ，转动 尾管提 高固井 质量 。 ５ ． 老 油 田应选 择重钻 井技术 在老 油 田如 砂岩 注 水油 田、稠 油 油藏 、低渗 透 油藏 、断块 油藏 等 都不 同程度 存在 一些 死油 区块 、枯竭 井 等 。在 这些 不 同类型 的老 油 田 中 ，应有选 择 的钻重 钻井 （ Ｒ ｅ ｅ ｎ ｔ ｒ ｙ ）如 老井 加深井 ，套管 内侧 钻井 以 及 钻 多底 井 （ 分 枝井 ） ，侧钻 水平 井 、定 向井 、大斜 度 井 、大 位 移井 （ 包括 三维 多 目标 大位移 井 即蛇形 井） 、径 向水 平井 、水 平井 等 ，加 上 使 用导 向钻 井技 术 ，使 这些 类型 井真 正 成为 老油 田提 高单井 产 量 ，降 低成本 ，提高采 收率 的有利手段 。 三 、 结 论
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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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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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。
旋转导向钻井系统RNDS
2013-8-5 12
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PowerDrive ÇÇ °Ç ×
2013-8-5 13
二、RNDS系统的组成
旋转导向钻井系统（RNDS），由旋转导向钻井工具（CPD） 和MWD测量系统组成，其中MWD系统是成熟的，不进行任何的 改造就可以直接应用；旋转导向钻井工具（CPD）与Auto Track井下工具属于同一类型，都是非旋转偏心稳定器结构， 但具体的构造不同、控制方式不同，与后者相比结构简单的 多；但是CPD也不同于江苏油田的舵板式钻头导向器，它是 一个功能强大的井下导向工具，且具有双向通讯功能，与 MWD/FEWD系统可以组成完整的、可靠的旋转导向钻井系统。
热烈欢迎各位领导 专家光临指导
2013-8-5 1
地面控制旋转导向钻井系统（RNDS）
Rotary Navigate Drilling System
胜利钻井工程技术公司 魏文忠、秦利民
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Copyright 1996-98 © Dale Carnegie & Associates, Inc.
2013-8-5 5
20世纪80年代末，国外 首先研制了遥控变径稳 定器（如AGS、Tracks 等），虽然仅是两维旋 转导向控制钻井轨迹， 但是在完成的许多大位 移延伸井的钻井过程中 起到了决定性的作用。 1999年胜利钻井技术公 司引进了美国SperrySun公司的遥控变径稳定 器AGS，在埕北21-平1大 位移水平井施工中起到 了很好的作用。但是， 变径稳定器旋转系统,不 能控制方位。
内容：
1、 导向钻井技术发展概述 2、 RNDS系统的组成和总体效果 3、 RNDS系统结构原理