旋转导向钻井智能钻井介绍 Auto Trak,Power Drive, Geo Pilot
旋转导向原理及应用
51旋转导向原理及应用马 速 中石化胜利石油工程有限公司钻井工程技术公司【摘 要】旋转导向钻井系统实质上是一个井下闭环变径稳定器与测量传输仪器.它完全抛开了滑动导向方式，而以旋转导向钻进方式，自动、灵活地调整井斜和方位，大大提高了钻井速度和钻转导向钻进方式，轨迹控制精度也非常高。
【关键词】旋转导向；偏置稳定器；推靠式旋转导向；指向式旋转导向迄今为止，定向钻井技术经历了三个里程碑：利用造斜器（斜向器）定向钻井；利用井下马达配合弯接头定向钻井；利用导向马达（弯壳体井下马达弯壳体井下马达）定向钻井。
这三种定向钻井工具的广泛使用，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、水平分支井技术开发油田。
为了克服滑动导向技术的不足，从20世纪世纪80年代后期，国际上开始研究旋转导向钻井技术，到20世纪世纪90年代初期多家公司形成了商业化技术。
旋转导向钻井系统实质上是一个井下闭环变径稳定器与测量传输仪器。
它完全抛开了滑动导向方式，而以旋转导向钻进方式，自动、灵活地调整井斜和方位，大大提高了钻井速度和钻井安全性，轨迹控制精度也非常高，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、水平分支井等特殊工艺井导向钻井的需要。
一、旋转导向钻井系统的特点第一，在钻柱旋转的情况下，具有导向能力；第二，如果需要，可以与井下马达一起使用； 第三，配有全系列标准的地层参数及钻井参数检测仪器；第四，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；第五，工具设计制造模块化、集成化；第六，可以在150℃以上的高温井中使用；第七，定向钻井时不需要特殊的钻井参数，以保证准确光滑的井眼轨迹。
二、目前国际上常见的旋转导向钻井系统法国Schlumberger Anadrill公司的R ．L．Monti在在1987年世界石油年世界石油大会上宣读的“Optimized Drilling”论文中，对自动化闭环优化钻井技术第一次做了系统的阐述。
【采油 精】旋转导向技术-斯伦贝谢
400
Footage Drilled per Quarter
900,000
Average MTBF
350
800,000 300
700,000
250 600,000
500,000
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
2001 World Record #2 PowerDrive900 drills 13.789ft of 12.25” hole in 1 run
2002 World’s First 6” RSS Run PowerDrive475 drills 4712ft of 6 1/8” hole in 1 run
Saved $536,000 1739m , 5705 ft 17.6 m 57.6 ft/hr
Inclination In 74.9 Out 51.1 Turned 10 right
旋转导向 - PowerDrive
• Improved drilling efficiency – 98 m/day with PDM, 193 m/day with RSS
旋转导向 – PowerDrive Xceed
Point-The-Bit Principle
旋转导向 – PowerDrive Xceed
钻进
内部控制导向系统
导向钻进
旋lumberger Rotary Steerable Experience
旋转导向系统PowerV简介
斯伦贝谢旋转导向系统PowerV简介一. PowerV 简介和应用范围PowerV是斯伦贝谢公司发明的一种旋转导向系统的产品名称，它只是斯伦贝谢旋转导向系统PowerDrive家族中的一员。
所谓旋转导向系统，是指让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，但相对于泥浆马达，PowerDrive有非常明显的优点，稍后进行比较。
旋转导向系统广泛用于使用泥浆马达进行滑动钻进时比较困难的深井、大斜度井、大位移井、水平井、分枝井(包括鱼刺井)，以及易发生粘卡的情况。
二. 旋转导向系统PowerDrive的优点1. 反映和降低了所钻井段的真正狗腿度，使井眼更加平滑。
例如：用泥浆马达打30米井段，滑动钻进15米，转动钻进15米，井斜角增加4度，得到平均狗腿度4度/30米。
实际上，转钻15米井斜角几乎没有变化，这15米的实际狗腿度是零；而4度的井斜角变化是由滑钻15米产生的，这15米的实际狗腿度是8度/30米。
而用PowerV在同一设置下打出的每一米都是同样均匀和平滑的，减少了井眼轨迹的不均匀度，从而减少了在起下钻和钻进过程中钻具实际所受的拉力和扭矩，减少了以后下套管和起下完井管串的难度。
2.使用PowerV钻出的井径很规则。
而使用传统泥浆马达在滑动井段的井径扩大很多，而转动井段的井径基本不扩大。
这种井径的忽大忽小为是井下事故的隐患，也不利于固井时水泥量的计算。
3.由于PowerV钻具组合中的所有部分都在不停的旋转，大大降低了卡钻的机会。
而使用传统泥浆马达在滑动钻进时除钻头外，其它钻具始终贴在下井壁上，容易造成卡钻。
4.在钻进过程中，由于PowerV组合中的所有钻具都在旋转，这有利于岩屑的搬移，大大减少了形成岩屑床的机会，从而更好的清洁井眼。
这对于大斜度井、大位移井、水平井意义很大。
5.由于PowerV钻具组合一直在旋转，特别有利于水平井、大斜度井和3000米以下深井中钻压的传递，可以使用更高的钻压和转盘转速，有利于提高机械钻速。
旋转导向钻井系统原理简介 (1)
扶正器 非旋转套筒 钻头轴
钻头
导向
旋转导向系统的“三巨头” 钻井
目前市场上比较成熟的旋转导向钻井系统有三种：
1. Halliburton’s rotary steerable drilling system, dubbed GeoPilot 。由Sperry Sun 和Japan National Oil Corporation 联合 设计。指引钻头原理(Point the bit)。在北海进行裸眼侧钻，从 两个主井眼中侧钻出6个分支水平井。在第二口的四分支水平井 中，垂深误差在±1英尺之内。
旋转导向钻井系统原理简介 (1)
导向
早期的旋转导向钻井思想
钻井
这是1955年申请专利的 旋转导向系统。
一个非旋转套筒，指向钻 头的一个特定方位。
该专利描述其目的是：使 钻铤相对井眼轴线有一个 很小的偏离，从而使钻头 具有横向前进。
导向
早期的旋转导向钻井思想
钻井
这是1959年申请专利的旋 转导向系统。
PowerDrive
二. 大位移井的轨迹控制技术
• 总运行情况：
• 基本数据：
– 井数：47 口；
– 长度：4.9米；
– 下井次数：138次；
– 排量：500～1000gpm
– 液压作用导向鞋； hydraulically activated guide shoes, – 偏心非旋转套筒； nonrotating sleeves, – 嵌套的偏心剑套筒； nested eccentric cam sleeves – 间歇作用的桨叶； intermittently activated paddles
2. Baker Hughes’ AutoTrack Rotary Closed Loop 。由Baker Hughes和ENI-AGIP S.p.A. 联合开发的。侧推钻头原理(Push the bit)。在北海的一个井眼钻进中，钻进了4383英尺，垂深误 差在± 8英寸之内。
随钻测量与控制技术—概述
DRI
国外发展历程与现状
DRI
1. 发展历程回顾 /随钻测井LWD
Schlumberger、Halliburton和Baker-Hughes三大石 油服务公司掌握先进的LWD随钻测井技术，拥有完 备的LWD系列装备
他们经历了几十年的发展和积累，是主要技术和专 利的拥有者，是主要装备的生产者，是服务的主要 提供者，是市场的主要占有者
地面可调弯角
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国外发展历程与现状
1. 发展历程回顾 /导向钻井技术
DRI
滑动导向
旋转导向
摩阻大 低钻速 低钻压
转盘旋转钻进过 程中随钻完成导 向功能
摩阻小 钻速高 实效高 井眼清洁
20世纪90年代国际上开始了旋转导向钻井 轨迹光滑
系统的研究。
延伸能力强
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国外发展历程与现状
DRI
1. 发展历程回顾 /导向钻井技术
DRI
－10 －
国外发展历程与现状
1. 发展历程回顾 /随钻测量MWD
DRI
智能钻柱系统
无线电磁波随钻测量(EM-MWD)
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声波随钻测量系统
国外发展历程与现状
1. 发展历程回顾 /工程参数测量
地面仪表 间接测量
钻压 压力 流量
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MWD
参数随钻 直接测量
压力 扭矩 温度 振动 转速
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国外发展历程与现状
DRI
2. 国外发展现状 /随钻测量MWD /Halliburton
ABI Sensor－近钻头井斜传感器
PWD－随钻压力测量系统
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国外发展历程与现状
DRI
2. 国外发展现状 /随钻测量MWD /BakerHugues
旋转导向系统
谢谢观看
3.
重要价值
重要价值
旋转导向系统
全球超过40%的定向井采用旋转导向系统钻成，其优势在于能够实时控制井下钻进方向，实现类似于“3D版 贪吃蛇”的钻具运行轨迹调整，从而一趟钻贯穿分布在“三维”区域内的目标地层——甚至可以让直径0.2米的 钻头在0.7米的薄油层中横向或斜向稳定穿行，实现一趟钻“横向”移动1000米的长距离作业。这种精准制导， 对降低开发成本、最大化开发油气田资源具有重要价值。
旋转导向系统
在钻柱旋转钻进时，随钻实时完成导向功能的导向式钻井系统
01 研发历史03 主要源自类目录02 技术特点 04 重要价值
基本信息
旋转导向系统（RSS）是在钻柱旋转钻进时，随钻实时完成导向功能的一种导向式钻井系统，是20世纪90年 代以来定向钻井技术的重大变革。RSS钻进时具有摩阻与扭阻小、钻速高、成本低、建井周期短、井眼轨迹平滑、 易调控并可延长水平段长度等特点，被认为是现代导向钻井技术的发展方向。
研发历史
研发历史
2008年，在“国家863计划”的支持下，中国海油旗下控股公司中海油田服务股份有限公司，开始自主研发 旋转导向钻井和随钻测井两套系统，历经艰辛探索，终于突破技术瓶颈，形成了具备自主知识产权的商标、系统 技术和装备体系。
2014年11月18日，中海油服自主研发的旋转导向钻井和随钻测井系统首次联合完成海上作业。这标志着我 国在油气田钻井、测井尖端技术领域打破了国际垄断，有望大幅降低国内油气田开发成本，并为中海油服参与国 际高端油田技术服务市场竞争增添重量级砝码。
主要分类
主要分类
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
2013-8-5 2
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
旋转导向系统介绍
旋转导向系统介绍一、概述随着科学技术的发展，石油钻井的勘探仪器的信息化、自动化有了长远的进步，从20世纪80年代后期，在国际上开始研究旋转导向钻井技术，到90年代初期多家公司形成了商业化技术并最终实现了信息化和自动化钻井，旋转导向钻井技术作为目前发展的前沿钻井技术之一，代表着世界钻井技术发展的最高水平。
旋转导向钻井技术可以自动、灵活地调整井斜和方位，大大提高钻井速度和钻井安全性，精确控制井眼轨迹，完全适合目前开发特殊油藏的超深井、高难定向井、水平井、大位移井、智能井等特殊工艺井导向钻井的需要，极大的降低了石油勘探、钻井的成本。
目前该项技术主要被斯伦贝谢、贝克休斯和哈里伯顿公司所垄断，而国内旋转钻井技术仅处于初级阶段，未实现商业化。
二、系统组成1-固定钻铤 2-悬挂脉冲器 3-电池短节 4-测斜探管 5-无磁钻铤 6-无线接收短节7-无线发射短节 8-转换接头 9-旋转导向工具 10-钻头旋转导向钻井系统实质上是一个井下闭环变径稳定器与测量传输仪器（MWD/LWD）联合组成的工具系统。
同时配有地面—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。
旋转自动导向闭环钻井系统包括由井下导向工具、MWD系统、地面监控系统组成，实现了全井闭环控制的双向通讯。
1. 井下导向工具导向工具采用推靠式，外壳不旋转，三个支腿(支撑力不低于2.5t)可独立控制；导向工具采用涡轮发电机供电(功率400-500W)，发电机的交流电进行整流后，一部分为导向工具主控电路供电，另一部分再逆变为交流电通过无线方式传输到外壳中的执行电路；导向工具需要计算自身井斜及高边，以便控制支腿，停泵再开泵后，各支腿恢复到停泵前的状态；导向工具通过无线发射短节及无线接收短节向MWD系统索取仪器的方位信息后，根据地面指令调整三个支腿的收缩状态以实现导向功能。
2. MWD系统MWD系统通过脉冲器将测斜数据上传的同时，需要根据井下导向工具要求将导向信息同时上传到地面，并为井下导向工具提供仪器的方位参数以便于导向工具调整支腿状态。
旋转导向系统介绍
旋转导向系统介绍一、概述随着科学技术的发展，石油钻井的勘探仪器的信息化、自动化有了长远的进步，从20世纪80年代后期，在国际上开始研究旋转导向钻井技术，到90年代初期多家公司形成了商业化技术并最终实现了信息化和自动化钻井，旋转导向钻井技术作为目前发展的前沿钻井技术之一，代表着世界钻井技术发展的最高水平。
旋转导向钻井技术可以自动、灵活地调整井斜和方位，大大提高钻井速度和钻井安全性，精确控制井眼轨迹，完全适合目前开发特殊油藏的超深井、高难定向井、水平井、大位移井、智能井等特殊工艺井导向钻井的需要，极大的降低了石油勘探、钻井的成本。
目前该项技术主要被斯伦贝谢、贝克休斯和哈里伯顿公司所垄断，而国内旋转钻井技术仅处于初级阶段，未实现商业化。
二、系统组成1-固定钻铤 2-悬挂脉冲器 3-电池短节 4-测斜探管 5-无磁钻铤 6-无线接收短节7-无线发射短节 8-转换接头 9-旋转导向工具 10-钻头旋转导向钻井系统实质上是一个井下闭环变径稳定器与测量传输仪器（MWD/LWD）联合组成的工具系统。
同时配有地面—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。
旋转自动导向闭环钻井系统包括由井下导向工具、MWD系统、地面监控系统组成，实现了全井闭环控制的双向通讯。
1. 井下导向工具导向工具采用推靠式，外壳不旋转，三个支腿(支撑力不低于2.5t)可独立控制；导向工具采用涡轮发电机供电(功率400-500W)，发电机的交流电进行整流后，一部分为导向工具主控电路供电，另一部分再逆变为交流电通过无线方式传输到外壳中的执行电路；导向工具需要计算自身井斜及高边，以便控制支腿，停泵再开泵后，各支腿恢复到停泵前的状态；导向工具通过无线发射短节及无线接收短节向MWD系统索取仪器的方位信息后，根据地面指令调整三个支腿的收缩状态以实现导向功能。
2. MWD系统MWD系统通过脉冲器将测斜数据上传的同时，需要根据井下导向工具要求将导向信息同时上传到地面，并为井下导向工具提供仪器的方位参数以便于导向工具调整支腿状态。