旋转导向钻井系统原理简介ppt课件.ppt

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1、“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。旋转导向钻井系统旋转导向钻井系统原理简介原理简介石油大学（华东）石油大学（华东）韩志勇韩志勇2003.07.102003.07.10 作者郑重声明：本文件属于讲课的讲稿作者郑重声明：本文件属于讲课的讲稿，并非公开发行材料。仅供学习人员学习时，并非公开发行材料。仅供学习人员学习时参考，不得在撰写论文、报告或编写教材、参考，不得在撰写论文、报告或编写教材、书籍中引用。书籍中引用。 “雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中

2、心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。导向钻井系统的发展史导向钻井系统的发展史1933年年第一口定向井第一口定向井导向导向钻井钻井螺杆钻具螺杆钻具和弯接头和弯接头有线导有线导向工具向工具无线随无线随钻测量钻测量导向马达导向马达旋转导向旋转导向钻井系统钻井系统“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。滑动导向钻井：滑动导向钻井：滑动钻进：改变井眼方向；滑动钻进：改变井眼方向；旋转钻进：保持井眼方向；旋

3、转钻进：保持井眼方向；滑动导向钻井的存在问题滑动导向钻井的存在问题滑动钻进滑动钻进旋转钻进旋转钻进滑动钻进时的存在滑动钻进时的存在问题：问题：滑动困难；滑动困难；需保持定向；需保持定向；井眼不清洁；井眼不清洁；钻速很低；钻速很低；井眼扭曲；井眼扭曲；环空压力波动；环空压力波动；钻柱粘卡；钻柱粘卡；屈曲和自锁；屈曲和自锁；1. 造斜率对地层敏造斜率对地层敏感；感；旋转钻进时的存旋转钻进时的存在问题：在问题：震动造成马达震动造成马达和和MWD的破的破坏；坏；钻头磨损加快；钻头磨损加快；井眼质量差，井眼质量差，不利于测井；不利于测井；不能用于空气不能用于空气钻井钻井导向导向钻井钻井“雪亮工程是以区（

4、县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。早期的旋转导向钻井思想早期的旋转导向钻井思想这是这是1955年申请专利的年申请专利的旋转导向系统。旋转导向系统。一个非旋转套筒，指向钻一个非旋转套筒，指向钻头的一个特定方位。头的一个特定方位。该专利描述其目的是：使该专利描述其目的是：使钻铤相对井眼轴线有一个钻铤相对井眼轴线有一个很小的偏离，从而使钻头很小的偏离，从而使钻头具有横向前进。具有横向前进。导向导向钻井钻井“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支

5、撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。早期的旋转导向钻井思想早期的旋转导向钻井思想这是这是1959年申请专利的旋年申请专利的旋转导向系统。转导向系统。液压驱动一个靠近钻头的导液压驱动一个靠近钻头的导引鞋，同样控制井眼轨迹。引鞋，同样控制井眼轨迹。导引鞋处在非旋转筒内，液导引鞋处在非旋转筒内，液压控制其伸出或缩回，而无压控制其伸出或缩回，而无需起下钻。需起下钻。可连续定向造斜。可连续定向造斜。导向导向钻井钻井“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群

6、众性治安防控工程”。 还有其他许多早期的旋转导向钻井工具：还有其他许多早期的旋转导向钻井工具： 机械作用导向鞋；机械作用导向鞋；mechanically activated guide shoes, eccentric 液压作用导向鞋；液压作用导向鞋； hydraulically activated guide shoes, 偏心非旋转套筒；偏心非旋转套筒； nonrotating sleeves, 嵌套的偏心剑套筒；嵌套的偏心剑套筒； nested eccentric cam sleeves 间歇作用的桨叶；间歇作用的桨叶； intermittently activated paddles

7、上述这些工具的原理，都与现代旋转导向系统类似，上述这些工具的原理，都与现代旋转导向系统类似，但没有一个成功地商业化。显然，缺乏有效的井下但没有一个成功地商业化。显然，缺乏有效的井下传感器和控制系统，阻碍了这些技术的发展，因而传感器和控制系统，阻碍了这些技术的发展，因而也没能实现轨迹控制的理想。也没能实现轨迹控制的理想。早期的旋转导向钻井思想早期的旋转导向钻井思想导向导向钻井钻井“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。导向导向钻井钻井 导向马达采用导向马达采用的轨迹控制原

8、理的轨迹控制原理就是就是“三点定三点定圆圆”； 工具工具1-3旋转旋转导向工具也是采导向工具也是采用三点定圆法控用三点定圆法控制轨迹，这与导制轨迹，这与导向马达相同。理向马达相同。理想情况下，钻头想情况下，钻头按照三点定圆钻按照三点定圆钻出圆弧轨迹。但出圆弧轨迹。但要注意，除了几要注意，除了几何因素外，还有何因素外，还有力学因素。力学因素。 但工具但工具4的原的原理不是三点定圆。理不是三点定圆。“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。导向导向钻井钻井第一类旋转导向系统的

9、原理第一类旋转导向系统的原理 工具工具1所示的钻头总是指向曲线的外侧。所示的钻头总是指向曲线的外侧。 工具工具1是依靠靠近钻头处的一个或几个翼块控制几何约束力，是依靠靠近钻头处的一个或几个翼块控制几何约束力，翼块独立伸出给井壁一个支撑力。翼块可以从一个非旋转筒内翼块独立伸出给井壁一个支撑力。翼块可以从一个非旋转筒内半静态地伸出，例如半静态地伸出，例如Baker Hughes Inteq AutoTrak系统。或系统。或者是从旋转筒内动态地伸出，例如者是从旋转筒内动态地伸出，例如Camco公司的公司的 Steerable Rotary Drilling (SRD)系统。曲率大小取决于工具结构，和

10、来系统。曲率大小取决于工具结构，和来自组合上部的弯矩，还有翼块伸出的弯矩。翼块的伸出，直接自组合上部的弯矩，还有翼块伸出的弯矩。翼块的伸出，直接或间接地受到受限于设计的可调节的力的控制。轨迹控制取决或间接地受到受限于设计的可调节的力的控制。轨迹控制取决于于翼块的有效伸出翼块的有效伸出，井眼直径井眼直径，钻头侧切能力钻头侧切能力等。一般来说，等。一般来说，这类工具的造斜率小于导向马达。这类工具的造斜率小于导向马达。扶正器扶正器翼块翼块钻头钻头“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防

11、控工程”。导向导向钻井钻井第二类旋转导向系统的原理第二类旋转导向系统的原理 工具工具2所示，钻头也总是指向曲线的外侧。但比情况所示，钻头也总是指向曲线的外侧。但比情况1的度数的度数要小。要小。 工具工具2，例如，例如Halliburton公司的公司的Geo-Pilot系统系统 ，Cambridge的的AGS系统，是一个变形的连续旋转的驱动轴处在一个非旋转系统，是一个变形的连续旋转的驱动轴处在一个非旋转套筒内。在套筒的中部，有一对偏心环，迫使驱动轴偏心变形，套筒内。在套筒的中部，有一对偏心环，迫使驱动轴偏心变形，导致钻头轴线倾斜，形成三点定圆趋势。钻头的轨迹由三点几导致钻头轴线倾斜，形成三点定圆

12、趋势。钻头的轨迹由三点几何确定，而钻头轴线趋向于和井眼轴线相一致。何确定，而钻头轴线趋向于和井眼轴线相一致。扶正器扶正器非旋转套筒非旋转套筒钻头钻头旋转轴旋转轴“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。导向导向钻井钻井第三类旋转导向系统的原理第三类旋转导向系统的原理 工具工具3是另一种工具，由于钻头轴的上端反时针转动，同时钻是另一种工具，由于钻头轴的上端反时针转动，同时钻柱顺时针转动，柱顺时针转动，(Directional Drilling Dynamics Co.)使得

13、钻头使得钻头轴线相对于井眼方向有一个轴线相对于井眼方向有一个“翘起翘起”的位置。这种系统可提供的位置。这种系统可提供较高度数的钻头倾角，而不需要非旋转套筒接触井壁，而且可较高度数的钻头倾角，而不需要非旋转套筒接触井壁，而且可以使钻头轴线与井眼轴线一致。这种工具由于商业原因而出在以使钻头轴线与井眼轴线一致。这种工具由于商业原因而出在上述两种之后。上述两种之后。扶正器扶正器非旋转套筒非旋转套筒钻头钻头钻头轴钻头轴“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。导向导向钻井钻井旋转导

14、向系统的旋转导向系统的“三巨头三巨头” Halliburtons rotary steerable drilling system, dubbed Geo-Pilot 。由。由Sperry Sun 和和Japan National Oil Corporation 联合联合设计。设计。指引钻头原理指引钻头原理(Point the bit)。在北海进行裸眼侧钻，从。在北海进行裸眼侧钻，从两个主井眼中侧钻出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个分支水平井。在第二口的四分支水平井中，垂深误差在中，垂深误差在1英尺之内。英尺之内。 Baker Hughes AutoTrack Rot

15、ary Closed Loop 。由。由Baker Hughes和和ENI-AGIP S.p.A. 联合开发的。联合开发的。侧推钻头原理侧推钻头原理(Push the bit)。在北海的一个井眼钻进中，钻进了。在北海的一个井眼钻进中，钻进了4383英尺，垂深误英尺，垂深误差在差在 8英寸之内。英寸之内。 Schlumberger 的的rotary steerable system called the PowerDrive* 475 。测推钻头原理测推钻头原理(Push the bit)。突出特点是。突出特点是钻速快，大大节约钻井成本。目前几口最大水平位移的大位移井，钻速快，大大节约钻井成本。

16、目前几口最大水平位移的大位移井，都是用他钻成的。都是用他钻成的。目前市场上比较成熟的旋转导向钻井系统有三种：目前市场上比较成熟的旋转导向钻井系统有三种：“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。PowerDrive 完全的旋转导向系统：完全的旋转导向系统：整个钻柱，从上到下，全部都在旋转，没整个钻柱，从上到下，全部都在旋转，没有静止的部分；有静止的部分；但在下部控制总成内部，有不旋转的部分；但在下部控制总成内部，有不旋转的部分；“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）

17、三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。PowerDrive 完全的旋转导向系统：完全的旋转导向系统： 整个钻柱，从上到下，全部都在旋转，没有静止的部分；整个钻柱，从上到下，全部都在旋转，没有静止的部分； 但在下部控制总成内部，有不旋转的部分；但在下部控制总成内部，有不旋转的部分；“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。PowerDrive 结构：结构： 下部偏置部分：在旋转过程中始终给钻

18、头一个侧向力；下部偏置部分：在旋转过程中始终给钻头一个侧向力； 中部控制部分：始终控制侧向力的方向；中部控制部分：始终控制侧向力的方向； 上部上部MWD部分：测量信息及传输；部分：测量信息及传输； 关键是控制总成内的不转动的部分，具有一个称作关键是控制总成内的不转动的部分，具有一个称作“惯性平台惯性平台”的部分，实际上是由井下计算机控制的的部分，实际上是由井下计算机控制的“电子液压伺服系统电子液压伺服系统”，可以保证控制轴不受整个钻柱转动的影响。控制轴可以给定偏可以保证控制轴不受整个钻柱转动的影响。控制轴可以给定偏置部分一个轨迹控制所需要的导向方位角。置部分一个轨迹控制所需要的导向方位角。“雪

19、亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。PowerDrive 钻头侧向力的产生原理钻头侧向力的产生原理 控制轴和上盘，是由惯性平控制轴和上盘，是由惯性平台控制的独立部分。上盘的台控制的独立部分。上盘的水眼方位，就是给钻头侧向水眼方位，就是给钻头侧向力的方位。该方位确定后，力的方位。该方位确定后，不管钻柱如何转动，上盘都不管钻柱如何转动，上盘都不转动。不转动。 下盘与偏置机构以及钻头相下盘与偏置机构以及钻头相连接，随钻柱转动而转动。连接，随钻柱转动而转动。 只有上下盘水眼相通

20、时，才只有上下盘水眼相通时，才能有泥浆流过，并推动支撑能有泥浆流过，并推动支撑块伸出，给井壁一作用力，块伸出，给井壁一作用力，同时给钻头一反方向的作用同时给钻头一反方向的作用力。力。“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。PowerDrive“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。二二. 大位移井的轨迹控制技术大位移井的轨迹控制技术 总运行情况：

21、 井数：47 口； 下井次数：138次； 工作时间：11610小时； 总进尺：47780米； 最大井深：11278米； 最大井眼曲率：11/ 30米； 最长一次进尺：1389米； 最长一次下井时间：163小时 基本数据： 长度：4.9米； 排量：5001000gpm 转速：40220rpm 压降：100psi 最小钻头压降：500psi 最高温度：120C 泥浆密度：7.520ppg 数据传输：通过MWD“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。二. 大位移井的轨迹控制技

22、术 PowerDrive 的优越性的优越性 工具简单，不增加地面设备；工具简单，不增加地面设备； 工具的压降低，小于工具的压降低，小于100psi （约（约0.7MPa）；）； 与实时的与实时的Schlumberger MWD,LWD,APWD配合；配合； 传输高速，适合快速钻井；传输高速，适合快速钻井； 接受和发送数据同时进行；接受和发送数据同时进行； 与井眼没有静止的接触部分与井眼没有静止的接触部分 井眼清洁好；井眼清洁好； 卡钻的风险小；卡钻的风险小； 标准的钻井作业；标准的钻井作业；“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基

23、础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。AUTO-TRACK非旋转套依靠反向电机驱动，使之相对于井眼不旋转，保持侧推钻头的力的方非旋转套依靠反向电机驱动，使之相对于井眼不旋转，保持侧推钻头的力的方向不变。非旋转套并非绝对不旋转，但工具自己可以测得非旋转套筒的旋转，向不变。非旋转套并非绝对不旋转，但工具自己可以测得非旋转套筒的旋转，并随时调整三个并随时调整三个“翼块翼块”给出的侧推力的方向。给出的侧推力的方向。“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。

24、AUTO-TRACK关键部分：关键部分：非旋转套非旋转套整个钻柱在旋转，如何保证非旋转套不旋转？整个钻柱在旋转，如何保证非旋转套不旋转？非旋转套的内部，装有井下计算机、井斜传感器、液压控制、非旋转套的内部，装有井下计算机、井斜传感器、液压控制、支撑块机构等部分；支撑块机构等部分；“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。AUTO-TRACK 两个环：两个环： 井下控制闭环：按照给定的轨道钻进给定的轨道钻进，或按照地质导向钻进地质导向钻进； 井下与地面的双向传输；低边改变井

25、下钻井模式。“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。“指引钻头指引钻头”式旋转导向钻井系式旋转导向钻井系统统外壳顺时针外壳顺时针方向转动方向转动马达反时针方向转动马达反时针方向转动,转速与外壳转速相等转速与外壳转速相等Offset 当外壳带动钻头旋转时，马达带动偏离节反当外壳带动钻头旋转时，马达带动偏离节反向旋转，从而保持钻头的偏离方向不变，钻向旋转，从而保持钻头的偏离方向不变，钻出预定的曲线形井眼。出预定的曲线形井眼。“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综

26、治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。“指引钻头指引钻头”式旋转导向钻井系式旋转导向钻井系统统“侧推钻头侧推钻头”式旋转导向钻井系式旋转导向钻井系统统Bias the bit“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。导向导向钻井钻井第四类旋转导向系统的原理第四类旋转导向系统的原理 工具工具4的轨迹控制并不是三点定圆几何理论，而是的轨迹控制并不是三点定圆几何理论，而是由钻头方向独立确定的。钻头设计

27、成侧切能力很小，由钻头方向独立确定的。钻头设计成侧切能力很小，并有一个柔性联结，该柔性联结把钻头与钻柱的弯矩并有一个柔性联结，该柔性联结把钻头与钻柱的弯矩隔开。这种轨迹控制机理可以在小井眼内提供比其他隔开。这种轨迹控制机理可以在小井眼内提供比其他机理更高的造斜率。机理更高的造斜率。钻柱钻柱柔性铰接柔性铰接钻头钻头钻头轴钻头轴“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。第四类旋转导向系统的原理第四类旋转导向系统的原理RRcos)(21dD令：令：二式联立，可得：二式联立，可得

28、：RLsin222LR则：则：指引钻头式系统的井眼曲率计算：指引钻头式系统的井眼曲率计算：“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。一种新的短半径旋转钻井系统一种新的短半径旋转钻井系统 全机械式，全机械式，无无井下马达井下马达，无无电子系统电子系统，可精，可精确地钻出确地钻出918米曲率半径的短半径水平井。米曲率半径的短半径水平井。弯曲段钻进需要弯曲段钻进需要824小时，垂深误差在小时，垂深误差在60cm以内。以内。 钻弯曲段组合结构如图所示，包括：钻弯曲段组合结构如图所

29、示，包括：Amoco专利的抗涡动的偏心专利的抗涡动的偏心PDC钻头，钻头钻头，钻头短节，信息环，短节，信息环，非旋转的偏心柔性套筒非旋转的偏心柔性套筒，下扭，下扭矩壳，球销，上扭矩壳。矩壳，球销，上扭矩壳。 造斜原理是：钻头总是指向井眼曲率的切线造斜原理是：钻头总是指向井眼曲率的切线方向，即方向，即“指引钻头指引钻头”（pointing the bit） 原理。两个接触点，一个在钻头上，一个在柔原理。两个接触点，一个在钻头上，一个在柔性套筒的性套筒的“耐磨板耐磨板(Wear Pad)”上，两点控制上，两点控制着钻头的倾角。钻头短节可以调节两点之间的着钻头的倾角。钻头短节可以调节两点之间的距离，

30、从而控制井眼曲率。距离，从而控制井眼曲率。“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。柔性套筒刀翼柔性套筒刀翼柔性套筒柔性套筒信息口信息口旋转主轴旋转主轴插销插销插销洞插销洞“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。一种新的短半径旋转钻井系统一种新的短半径旋转钻井系统 当心轴反时针转动时，心轴和柔当心轴反时针转动时，心轴和柔性套筒在某个位置就可以性套筒

31、在某个位置就可以“锁锁住住”。心轴和柔性套筒上各有一。心轴和柔性套筒上各有一个个“泥浆口泥浆口”，当心轴与套筒锁，当心轴与套筒锁住之后，两个泥浆口将互相连通，住之后，两个泥浆口将互相连通，泥浆循环压力将会下降一个值，泥浆循环压力将会下降一个值，泥浆循环时将没有脉冲信号。此泥浆循环时将没有脉冲信号。此时心轴可以带动柔性套筒反时针时心轴可以带动柔性套筒反时针旋转，从而调节工具面。旋转，从而调节工具面。柔性套柔性套筒起到导向的作用筒起到导向的作用。 工具面调节好之后，只要顺时针旋转，插销就会从插销洞中脱工具面调节好之后，只要顺时针旋转，插销就会从插销洞中脱出来，使心轴和套筒出来，使心轴和套筒“解锁解

32、锁”，同时刀翼又会吃住井壁，柔性，同时刀翼又会吃住井壁，柔性套筒将不旋转，保持工具面不变。在解锁状态下，心轴每旋转套筒将不旋转，保持工具面不变。在解锁状态下，心轴每旋转一周，两个泥浆口将会相通一次，从而发出一个泥浆脉冲，地一周，两个泥浆口将会相通一次，从而发出一个泥浆脉冲，地面上可以接收到这个脉冲，从而可以监视工具面是否发生变化。面上可以接收到这个脉冲，从而可以监视工具面是否发生变化。 “雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。一种新的短半径旋转钻井系统一种新的短半径旋转

33、钻井系统1.保持保持工具面工具面不变，可精确钻出不变，可精确钻出斜面圆弧斜面圆弧井眼。井眼。2.没有井下动力钻具，没有井下动力钻具，不存在反扭角不存在反扭角的问题。的问题。3.不需要不需要MWD监测，定向后地面上就有监测，定向后地面上就有“标标记记”。4.具有具有旋转旋转钻进的优越性，克服滑动钻进的缺点。钻进的优越性，克服滑动钻进的缺点。5.水平段采用旋转钻进的水平段采用旋转钻进的“满眼组合满眼组合”。 侧钻前，需要磨洗套管侧钻前，需要磨洗套管8米左右，然后打水泥塞，再钻导眼，然米左右，然后打水泥塞，再钻导眼，然后准确地从造斜点开始侧钻。后准确地从造斜点开始侧钻。 在柔性套筒上部安置定向接头，

34、内置定向键；正常下钻。在柔性套筒上部安置定向接头，内置定向键；正常下钻。 采用常规的采用常规的“mule shoe”定向。定向仪器的下入，必要时也要定向。定向仪器的下入，必要时也要采用泵冲法。采用泵冲法。 第一次摆正工具面角之后，在井口以上的钻柱母线上做标记。第一次摆正工具面角之后，在井口以上的钻柱母线上做标记。 当钻柱顺时针旋转时，套筒卡在井壁上不旋转，给出的工具面当钻柱顺时针旋转时，套筒卡在井壁上不旋转，给出的工具面角也不会变化。角也不会变化。 当需要向下移动套筒时，只要反时针转动钻柱，就可带动套筒，当需要向下移动套筒时，只要反时针转动钻柱，就可带动套筒，并按照井口钻柱上的标记线再次摆正工

35、具面。并按照井口钻柱上的标记线再次摆正工具面。“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。闭环闭环钻井钻井旋转导向旋转导向闭环闭环钻井系统钻井系统 德国用于超深井防斜的垂直钻井系统德国用于超深井防斜的垂直钻井系统VDS (Vertical Drilling System) 美国能源部提出的自动钻井系统美国能源部提出的自动钻井系统ADD (Automatic Directional Drilling) Cambridge Radiation Technology Ltd.公司

36、的自动导向公司的自动导向系统系统AGS (Automated Guidance System) 英国英国CAMCO公司推出的旋转导向钻井系统公司推出的旋转导向钻井系统SRD (Steerable Rotary Drilling) BakeHughes公司的旋转导向钻井系统公司的旋转导向钻井系统RCLS (Rotary Closed Loop System) ，商品名称商品名称AutoTrack。“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。旋转导向钻井系统旋转导向钻井系统的应

37、用及前景的应用及前景韩志勇韩志勇石油大学石油工程学院石油大学石油工程学院2003/10/102003/10/10“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。旋转导向系统的优点旋转导向系统的优点 大大增强轨迹控制能力：大大增强轨迹控制能力： 地面与井下双向传输，改变井下钻进模式；地面与井下双向传输，改变井下钻进模式； 几何导向和地质导向，都可连续旋转钻进；几何导向和地质导向，都可连续旋转钻进； 不存在反扭角问题，可精确中靶；不存在反扭角问题，可精确中靶； 提高钻速，缩短周期，

38、降低成本：提高钻速，缩短周期，降低成本： 不存在滑动钻进加不上钻压问题；不存在滑动钻进加不上钻压问题； 旋转钻进速度快；旋转钻进速度快； 井眼光滑无波动：井眼光滑无波动： 井眼光滑，则摩阻摩扭很小；井眼光滑，则摩阻摩扭很小； 井眼光滑则起下钻通畅；井眼光滑则起下钻通畅； 下套管，固井，完井都很顺利下套管，固井，完井都很顺利；讲讲“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。旋转导向系统的优点旋转导向系统的优点 旋转钻进与滑动钻进的钻速比较。旋转钻进与滑动钻进的钻速比较。讲讲“

39、雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。旋转导向系统的优点旋转导向系统的优点PowerDrive应用情况应用情况 Wytch Farm 油田油田M11井： 下井下井6次，配合地质导向仪器，钻水平段原计划次，配合地质导向仪器，钻水平段原计划64天，实天，实际际40天，节约天，节约24天，节省资金天，节省资金120万美元；万美元； 平均日进尺原计划平均日进尺原计划34米，实际米，实际53米。米。讲讲“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息

40、化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。旋转导向系统的优点旋转导向系统的优点PowerDrive应用情况应用情况 Wytch Farm 油田油田M-15井：井： 这是一口阶梯式水平井，两次转向。这是一口阶梯式水平井，两次转向。 以以7/30米和米和5/30米的造斜率，分别在米的造斜率，分别在19000ft和和22000ft处转处转向。向。 设计日进尺设计日进尺320ft ，实际日进尺，实际日进尺530ft。全井节省。全井节省6天时间。天时间。讲讲“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为

41、基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。旋转导向系统的优点旋转导向系统的优点PowerDrive应用情况应用情况英国，英国，Brent油田一口在已钻井区绕障的水平井。油田一口在已钻井区绕障的水平井。 井眼在水平段以井眼在水平段以4.33/30米的曲率，扭方位米的曲率，扭方位51.8，成功绕过障碍，并，成功绕过障碍，并钻进油层。钻进油层。 一趟钻，钻进一趟钻，钻进3195英尺，纯钻英尺，纯钻120小时，泥浆循环工作小时，泥浆循环工作50小时。小时。讲讲“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频

42、监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。旋转导向系统的优点旋转导向系统的优点PowerDrive应用情况应用情况 这是挪威一口在井这是挪威一口在井斜角斜角60情况下情况下扭方位的井。扭方位的井。 由于地层原因，滑动由于地层原因，滑动钻进特别困难钻进特别困难。 用用PowerDrive 一趟一趟钻，钻，95小时，钻进小时，钻进3596ft，机械钻速，机械钻速37.8米米 /时。时。 井眼曲率井眼曲率4.07/30米。米。“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。旋转导向

43、系统的优点旋转导向系统的优点PowerDrive应用情况应用情况 马来西亚。马来西亚。Bekok A7st井。这是一口从老井中井。这是一口从老井中反向三维侧钻反向三维侧钻的的井。井。钻进钻进1389米，米，51m/时，日进尺时，日进尺513米。井眼曲率米。井眼曲率2.03.7/30M米。井斜由米。井斜由40增至增至70。讲讲“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。旋转导向系统的优点旋转导向系统的优点PowerDrive应用情况应用情况情况 这是挪威一口井在井斜角这是挪威

44、一口井在井斜角77下用扶正器组合钻进，结果井眼下用扶正器组合钻进，结果井眼向左偏离（虚线）的井。向左偏离（虚线）的井。 用用PowerDrive 纠方位。在井斜纠方位。在井斜77情况下，方位从情况下，方位从188扭到扭到198。 机械钻速机械钻速70ft / 时，以前为时，以前为3349 70ft / 时。时。“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。旋转导向系统的优点旋转导向系统的优点 井眼光直无波动的重要性：井眼光直无波动的重要性： 摩阻摩扭小；摩阻摩扭小； 井眼清洁

45、；井眼清洁； 使用水基泥浆的潜力：使用水基泥浆的潜力： 费用低；费用低； 环保有利；环保有利； 除砂易，少跑泥浆；除砂易，少跑泥浆； 减少粘卡减少粘卡 完井和下套管容易；完井和下套管容易； 固井质量高；固井质量高；讲讲“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。旋转导向系统的优点旋转导向系统的优点 AUTO-TRACK应用情况应用情况 这是一口在海上平台上钻的这是一口在海上平台上钻的三三维多目标水平井维多目标水平井： 常规方法钻常规方法钻12-1/4“，80%进尺要滑动钻进

46、。旋转转进尺要滑动钻进。旋转转速最高速最高60rpm 。循环携岩。循环携岩时间加长，钻速下降时间加长，钻速下降50%。 用用AUTO TRACK 带带PDC钻头，下井两次，工作钻头，下井两次，工作61.5小时，钻速小时，钻速95/时。比时。比常规节省常规节省4天时间，节省经天时间，节省经费费40万。万。讲讲“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。旋转导向系统的优点旋转导向系统的优点 AUTO-TRACK应用情况应用情况 这是一口大位移水平井。这是一口大位移水平井。 计划

47、钻的计划钻的12-1/4“井眼井眼3400米，有米，有3000米井斜为米井斜为70。由于要探测上部。由于要探测上部的气顶，要求钻进时带的气顶，要求钻进时带FEMWD。 实际用实际用8-1/4“AUTO TRACK,一趟钻钻一趟钻钻完完3621米，用米，用93.5小时，平均钻速为小时，平均钻速为38.6米米 / 时，最后的时，最后的250米由于地质家米由于地质家的要求而控制钻速。的要求而控制钻速。比常规节省比常规节省6天；天；节约节约100万；万；稳斜段井斜误稳斜段井斜误差为差为0.15。“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、

48、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。旋转导向系统的优点旋转导向系统的优点 AUTO-TRACK应用情况应用情况 这是一口打水平段的实例。原井在水平段断钻具，要求从这是一口打水平段的实例。原井在水平段断钻具，要求从85开开始向下侧钻，井斜角增至始向下侧钻，井斜角增至95，同时扭方位，然后钻进水平段。，同时扭方位，然后钻进水平段。 实际：井斜实际：井斜8590，方位，方位172160。在在1336米的水平米的水平段垂深误差为段垂深误差为0.2米。米。7“尾管下入和固井顺利，且可旋转。节尾管下入和固井顺利，且可旋转。节约约60万万“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级

49、综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。旋转导向系统的优点旋转导向系统的优点 AUTO-TRACK应用情况应用情况 又一口井：预计后段油层下倾，实际碰到断层，且油层上倾。又一口井：预计后段油层下倾，实际碰到断层，且油层上倾。采用地质导向，准确找到油层。采用地质导向，准确找到油层。油层油层油层油层断层断层“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。旋转导向系统的应用旋转导向系统的应用前景前景 油田开

50、发上的应用油田开发上的应用： 断层油藏；断层油藏； 边际卫星油田边际卫星油田 降低成本，提高采收率降低成本，提高采收率讲讲“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。旋转导向系统的应用旋转导向系统的应用前景前景 Designer Wells (设计设计师井师井)高难度的高难度的三维三维多目标多目标大位移大位移水平井水平井，有较，有较大的方位变化；大的方位变化；井口固定条件下，希井口固定条件下，希望钻的各种定向井；望钻的各种定向井；必须是使用高新技术必须是使用高新技术钻出的井