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1、1,旋转导向钻井技术简介,2023/3/29,2,旋转导向钻井技术概述井下旋转导向钻井系统分类典型的旋转导向钻井系统（1）AutoTrak RCLS系统：Baker Hughes公司（2）PowerDrive SRD系统：Schlumberger公司（3）Geo-Pilot系统：Halliburton公司,主要内容,3,（1）技术关键：井下旋转导向核心是井下旋转导向钻井工具系统。钻柱在旋转钻进过程中实现准确增斜、稳斜、降斜及扭方位。（2）技术优势井下工具一直在旋转状态下工作，因此井眼净化效果更好，井身轨迹控制精度更高，位移延伸能力更强。（3）应用范围广泛用于井下马达滑动钻进比较困难的深井、大斜
2、度井、大位移井、水平井、分支井，以及易发生粘卡的情况。,1、旋转导向钻井技术概述,4,（1）根据导向方式分类推靠式（Push the Bit）：在钻头附近直接给钻头提供侧向力。指向式（Point the Bit）：通过近钻头处钻柱的弯曲使钻头指向井眼轨迹控制方向。,2、旋转导向钻井系统分类,5,（2）根据偏置机构的工作方式分类静态偏置式：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。,2、旋转导向钻井系统分类,旋转导向钻井系统的工作机理都是靠偏置机构(Bias Units)
3、偏置钻头或钻柱而产生导向。,两种偏置工作方式对比,6,（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。,2、旋转导向钻井系统分类,7,（1）AutoTrak RCLS系统：Baker Hughes公司（2）PowerDrive SRD系统：Schlumberger公司（3）Geo-Pilot系统：Halliburton公司,3、典型的旋
4、转导向钻井系统,8,概述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)。1997年注册为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，既可以精确地按照设计钻进，也可在油藏内精确地进行地质导向钻井。,（1）AutoTrak RCLS系统,9,核心工具非旋转可调扶正器滑套：近钻头井斜传感器、电子控制元件、液压控制阀和活塞。,（1）AutoTrak RCLS系统,10,Non Rotating Steerable Stabilizer,11,导向原理：通
5、过液压可推动活塞分别对3 个稳定块施加不同的压力，其合力就使钻具沿某一特定方向偏移，从而在钻进过程中使钻头产生一个侧向力，保证钻头沿这一方向定向钻进。,（1）AutoTrak RCLS系统,12,Steering PrincipleStatic side force,dynamic control,13,整体设计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；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。,（1）AutoTrak RCLS系统,14,Control principl
6、e two way communication,Automated Steering of the downhole tool while drilling aheadBypass valve at the stand pipe creates coded flow rate variations of 15%Commands for Steering and to control the MWD/LWD operation,15,Surface Equipment,DrillByte Computer,Sensor Interface/Decoding Unit(TR700),By Pass
7、 Controller,Transducer Signal,Other Sensors,Compressed Air,By Pass Actuator,Hazardous Area,Safe Area,16,AutoTrak Bit Development,Dogleg capability0-6.5/30mGood experience with TX445 and TX447 bitSteerability in very hard to very soft formations,ROPs 2-150m/hr,New TX488 AutoTrak bits introduced with
8、excellent results in Steerability:reliable doglegs of 6/100ft in various formations ROP:very good penetration rates Durability:less erosion and wear then competitor bits,17,Directional/Geosteering wells in 8.1/2”-12.1/4”hole sizeWhere the operator wants:better hole cleaning,less circulation time,les
9、s wiper tripsextented run lengths by using PDC bitsbetter hole quality to ease logging and completionsuperior geometrical steering&geosteering to maximise productionextented reach&extented horizontal sections to maximise production and to decrease the No.of wells and platforms to develop a fieldand
10、all together with high ROP and less BHAs,Application Areas,18,概述1994年英国Camco公司研制的旋转导向钻井(SDR)系统在英格兰Montrose地区井中试验获得成功。1999年5月，Camco公司与美国Schlumberger公司的Anadrill公司合并，SR系统注册为PowerDrive。2000年改进为PowerDriveXtra。,（2）PowerDrive SRD系统,19,PowerDrive 系统,20,PowerDrive 优 点,21,PowerDrive 工作原理,侧向力支撑座从旋转的本体中定时伸出井眼曲线
11、由3个接触点决定,22,井下滑 动钻进存在如下问题,稳定方位不理想的ROP不好的洞眼清洁不能滑动压差卡钻井下钻杆挠曲高狗腿度地层影响造斜率,23,PowerDrive 改善机械钻速,优化钻头切削齿结构优化钻井参数钻具连续旋转不因滑动钻进而降低机械钻速更好的井眼清洁更少的划眼机械钻速的全面提高,24,PowerDrive 系统,25,PowerDrive 定向机构,由液压驱动 3 片支撑座定向机构与钻头同转速转动且施钻头侧向力,26,定向机构支撑座,支撑座出,支撑座入,27,定向机构的协调行为,28,控制范围,81处位置，现场决策；每处位置有2个控制因数：工具面、狗腿度强度 0,100%=最大量
12、设置,180,50%=半量设置,29,PowerDrive 钻具组合,30,PowerDrive 结构及工作参数,长度：16 ft 4.9 m排量：500-1000 gpm 1900-3800 lpm转速：40-220 rpm工具压降：少于100 psi 6 bar最小钻头所需压降：500 psi 34 bar现最高运行温度：250F 120 C 泥浆比重：7.5-20 ppg 0.9-2.4 sgLCM：使用MWD 指示,31,PowerDrive 优越性,集成化工具-简单，平台设置无额外设备、费用工具压降低(持续钻井无静止点 更好的洞眼清洁更少的卡钻风险无局限通常钻井作业,32,概述198
13、9年日本国家石油公司(JNOC)开始研究遥控动态定向系统(RCDOS)；1993年美国Sperry-Sun公司研制了适合于转盘钻进的自动定向系统(AGS)；1999年，2公司合作以Halliburton公司的名义推出了Geo-Pilot旋转导向自动钻井系统。核心工具可变径稳定器：可遥控且能自动控制,（3）Geo-Pilot系统,33,核心工具：可遥控且能自动控制的可变径稳定器扩大了稳定器的径向调整范围，加强了井斜的控制能力。如215.90mm 稳定器可在184.15215.90mm 之间调节。311.15mm 稳定器可在266.70311.15mm 之间调节。为稳定器设置了多个控制位置，采用钻
14、井液脉冲遥控技术、电子及液压技术对稳定器的径向位置进行控制。通过MWD 向地面通报稳定器的工作状态。降低了对稳定器所受的压力要求，不影响钻井参数的优选。,（3）Geo-Pilot系统,34,AUTOTRAK系统原理：采用了静态式工作原理，主要靠钻具的偏心控制来改变钻头上的侧向力。优点：可以利用成熟的控制技术来实现偏心距的控制。缺点：井下复杂条件，如位移工作方式、静止外套、小型化能力差、结构复杂等，影响这种系统的发展。,（4）三种典型系统的对比,35,PowerDrive系统原理：采用调制式（动态偏置推靠式）工作原理。优点：在结构设计方面更为简单，小型化趋势好，全旋转工作方式使钻柱对井壁没有静止点，从而可以保证这种系统更能适合各种复杂的环境，钻井极限井深更深，速度更快，在大位移井、三维多目标井及其它高难度特殊工艺井中更具竞争力。缺点：工作寿命有待进一步提高。,（4）三种典型系统的对比,
