旋轉導向鉆井技術介紹

1旋轉導向鉆井技術簡介2024/2/272旋轉導向鉆井技術概述井下旋轉導向鉆井系統(tǒng)分類典型的旋轉導向鉆井系統(tǒng)（1）AutoTrakRCLS系統(tǒng)：

BakerHughes公司（2）PowerDriveSRD系統(tǒng)：Schlumberger公司（3）Geo-Pilot系統(tǒng)：Halliburton公司主要內容3（1）技術關鍵：井下旋轉導向核心是井下旋轉導向鉆井工具系統(tǒng)。鉆柱在旋轉鉆進過程中實現(xiàn)準確增斜、穩(wěn)斜、降斜及扭方位。（2）技術優(yōu)勢井下工具一直在旋轉狀態(tài)下工作，因此井眼凈化效果更好，井身軌跡控制精度更高，位移延伸能力更強。（3）應用范圍廣泛用于井下馬達滑動鉆進比較困難的深井、大斜度井、大位移井、水平井、分支井，以及易發(fā)生粘卡的情況。1、旋轉導向鉆井技術概述4（1）根據導向方式分類推靠式（PushtheBit）：在鉆頭附近直接給鉆頭提供側向力。指向式（PointtheBit）：通過近鉆頭處鉆柱的彎曲使鉆頭指向井眼軌跡控制方向。2、旋轉導向鉆井系統(tǒng)分類鉆頭傾角側向力推靠式指向式偏置機構5（2）根據偏置機構的工作方式分類靜態(tài)偏置式：偏置導向機構在鉆進過程中不與鉆柱一起旋轉，從而在某一固定方向上提供側向力。調制式：偏置導向機構在鉆進過程中與鉆柱一起旋轉，依靠控制系統(tǒng)使其在某一位置定向支出提供導向力。2、旋轉導向鉆井系統(tǒng)分類旋轉導向鉆井系統(tǒng)的工作機理都是靠偏置機構(BiasUnits)偏置鉆頭或鉆柱而產生導向。兩種偏置工作方式對比6（3）綜合考慮導向方式和偏置方式分類靜態(tài)偏置推靠式：BakerHughesInteq公司AutoTrakRCLS。動態(tài)偏置推靠式（調制式）：SchlumbergerAnadrill公司PowerDriveSRD。靜態(tài)偏置指向式：HalliburtonSperry-sun公司Geo-Pilot系統(tǒng)。2、旋轉導向鉆井系統(tǒng)分類工作方式代表系統(tǒng)旋轉導向程度造斜能力（°/30m）位移延伸能力螺旋井眼井眼尺寸（mm）靜態(tài)偏置推靠式AutoTrakRCLS工具系統(tǒng)外筒不旋轉6.5低存在216～311調制式PowerDriveSRD全旋轉8.5高存在152～311靜態(tài)偏置指向式Geo-Pilot工具系統(tǒng)外筒不旋轉5.5中消除216～3117（1）AutoTrakRCLS系統(tǒng)：BakerHughes公司（2）PowerDriveSRD系統(tǒng)：Schlumberger公司（3）Geo-Pilot系統(tǒng)：Halliburton公司3、典型的旋轉導向鉆井系統(tǒng)8概述1993年，意大利AGIP公司與美國BakerHughesINTEQ公司合作在早期的垂直鉆井系統(tǒng)(VDS)和直井鉆井裝置(SDD)基礎上研制了旋轉閉環(huán)系統(tǒng)(RCLS)。1997年注冊為AutoTrak，正式推向市場。用連續(xù)旋轉鉆井方式鉆成理想的井斜和方位，既可以精確地按照設計鉆進，也可在油藏內精確地進行地質導向鉆井。（1）AutoTrakRCLS系統(tǒng)NonRotatingSleevew/SteeringRibs&InclinationSensorsNonRotatingSleeveRotatingDriveShaftMWDFormationEvaluation“GammaRay+Resistivity”TripleCombo

9核心工具非旋轉可調扶正器滑套：近鉆頭井斜傳感器、電子控制元件、液壓控制閥和活塞。（1）AutoTrakRCLS系統(tǒng)10NonRotatingSteerableStabilizer11導向原理：通過液壓可推動活塞分別對3個穩(wěn)定塊施加不同的壓力，其合力就使鉆具沿某一特定方向偏移，從而在鉆進過程中使鉆頭產生一個側向力，保證鉆頭沿這一方向定向鉆進。（1）AutoTrakRCLS系統(tǒng)12SteeringPrinciple

Staticsideforce,dynamiccontrolHighSideSleeve

OrientationP2P3P1Drive

ShaftBearingHousing

Sleeve=HighSideBitSideForceDirectionMagnitude13整體設計①非旋轉固定套筒上裝有能夠單獨操作的、可調的導向筋，導向筋可以在鉆頭上形成側向力，以便進行造斜或保持現(xiàn)在的井眼軌跡；②井下計算機和傳感器可連續(xù)監(jiān)測和控制相對于下步目標的當前井眼軌跡，地面與地下的實時雙向通信聯(lián)系。（1）AutoTrakRCLS系統(tǒng)14ControlprincipletwowaycommunicationAutomatedSteeringofthedownholetoolwhiledrillingaheadBypassvalveatthestandpipecreatescodedflowratevariationsof±15%CommandsforSteeringandtocontroltheMWD/LWDoperation15SurfaceEquipmentDrillByteComputerSensorInterface/DecodingUnit(TR700)ByPassControllerTransducerSignalOtherSensorsCompressedAirByPassActuatorHazardousAreaSafeAreaStandpipe16AutoTrakBitDevelopmentDoglegcapability0-6.5°/30mGoodexperiencewithTX445andTX447bitSteerabilityinveryhardtoverysoftformations,ROP’s2-150m/hrNewTX488AutoTrakbitsintroducedwithexcellentresultsinSteerability:reliabledoglegsof6°/100ftinvariousformationsROP:verygoodpenetrationratesDurability:lesserosionandwearthencompetitorbits17Directional/Geosteeringwellsin8.1/2”-12.1/4”holesizeWheretheoperatorwants:betterholecleaning,lesscirculationtime,lesswipertripsextentedrunlengthsbyusingPDCbitsbetterholequalitytoeaseloggingandcompletionsuperiorgeometricalsteering&geosteeringtomaximiseproductionextentedreach&extentedhorizontalsectionstomaximiseproductionandtodecreasetheNo.ofwellsandplatformstodevelopafieldandalltogetherwithhighROPandlessBHA’sApplicationAreas18概述1994年英國Camco公司研制的旋轉導向鉆井(SDR)系統(tǒng)在英格蘭Montrose地區(qū)井中試驗獲得成功。1999年5月，Camco公司與美國Schlumberger公司的Anadrill公司合并，SR系統(tǒng)注冊為PowerDrive。2000年改進為PowerDriveXtra。（2）PowerDriveSRD系統(tǒng)19PowerDrive系統(tǒng)20PowerDrive優(yōu)點更少的每桶成本更少的進尺造價與/或與/或穩(wěn)定的偏離由井下工具控制

無關于鉆頭扭矩.避免調整工具面所遇困難定向時連續(xù)地轉動更清潔洞眼高井斜所帶來的困難由連續(xù)轉動的鉆桿所克服平滑的井眼洞眼的曲折由更好的定向所減少更少的磨阻改善對鉆壓的控制減少卡鉆風險完井費用降低

作業(yè)更簡單油層中良好的定向更長的水平井段

更少的開發(fā)井更長的大位移井可接受的磨阻節(jié)省時間更快地定向

減少劃眼與/或更少的平臺21PowerDrive

工作原理側向力支撐座從旋轉的本體中定時伸出井眼曲線由3個接觸點決定22井下滑動鉆進存在如下問題穩(wěn)定方位不理想的ROP不好的洞眼清潔不能滑動壓差卡鉆井下鉆桿撓曲高狗腿度地層影響造斜率23PowerDrive改善機械鉆速優(yōu)化鉆頭切削齒結構優(yōu)化鉆井參數鉆具連續(xù)旋轉不因滑動鉆進而降低機械鉆速更好的井眼清潔更少的劃眼機械鉆速的全面提高24PowerDrive系統(tǒng)25PowerDrive

定向機構由液壓驅動3片支撐座定向機構與鉆頭同轉速轉動且施鉆頭側向力26

定向機構支撐座支撐座出支撐座入27

定向機構的協(xié)調行為28控制范圍81處位置，現(xiàn)場決策；每處位置有2個控制因數：工具面、狗腿度強度

[0°,100%=最大量設置,180°,50%=半量設置]29PowerDrive鉆具組合BasicPowerDriveConfigurationPowerDrivewithMWDPowerDrivewithMWDandflexjoint30PowerDrive結構及工作參數長度：16ft[4.9m]排量：500-1000gpm[1900-3800lpm]轉速：40-220rpm工具壓降：少于100psi[6bar]最小鉆頭所需壓降：500psi[34bar]現(xiàn)最高運行溫度：250oF[120oC]泥漿比重：7.5-20ppg[0.9-2.4sg]LCM：使用MWD指示31PowerDrive優(yōu)越性集成化工具-簡單，平臺設置無額外設備、費用工具壓降低(<100psi)實時的MWD,LWD,APWD卓越的MWD-高速度傳輸（6bps）

極適合快速鉆井接收與發(fā)送數據同時進行=>持續(xù)鉆井無靜止點更好的洞眼清潔更少的卡鉆風險無局限－通常鉆井作業(yè)32概述1989年日本國家石油公司(JNOC)開始研究遙控動態(tài)定向系統(tǒng)(RCDOS)；1993年美國Sperry-Sun公司研制了適合于轉盤鉆進的自動定向系統(tǒng)(AGS)；1999年，2公司合作以Halliburton公司的名義推出了Geo-Pilot旋轉導向自動鉆井系統(tǒng)。核心工具可變徑穩(wěn)定器：可遙控且能自動控制（3）Geo-Pilot系統(tǒng)33核心工具：可遙控且能自動控制的可變徑穩(wěn)定器①擴大了穩(wěn)定器的徑向調整范圍，加強了井斜的控制能力。如Φ215.90mm穩(wěn)定器可在184.15～215.90mm之間調節(jié)。Φ311.15mm穩(wěn)定器可在266.70～311.15mm之間調節(jié)。②為穩(wěn)定器設置了多個控制位置，采用鉆井液脈沖遙控技術、電子及液壓技術對穩(wěn)定器的徑向位置進行控制。③通過MWD向地面通報穩(wěn)定器的工作狀態(tài)。④降低了對穩(wěn)定器所受的壓力要求，不影響鉆井參數的優(yōu)選。（3）Geo-Pilot系統(tǒng)34AUTOTRAK系統(tǒng)原理：采用了靜態(tài)式工作原理，主要靠鉆具的