中國定向井技術(shù)服務(wù)承包商協(xié)會

1、WE MUST DO BETTER旋轉(zhuǎn)導向和分支井旋轉(zhuǎn)導向和分支井技術(shù)介紹技術(shù)介紹WE MUST DO BETTER1.概述2.國際上已經(jīng)投入使用的旋轉(zhuǎn)導向鉆井系統(tǒng)3.在渤海油田使用的旋轉(zhuǎn)導向鉆井系統(tǒng)介紹4.旋轉(zhuǎn)導向技術(shù)的應(yīng)用5.分支井技術(shù)WE MUST DO BETTERn20世紀90年代初期,多家公司形成了商業(yè)化的旋轉(zhuǎn)導向技術(shù)。n旋轉(zhuǎn)導向鉆井系統(tǒng)實質(zhì)上是一個變徑穩(wěn)定器與測量傳輸儀器（MWD/LWD）聯(lián)合組成的井下閉環(huán)工具系統(tǒng)。非常適合目前開發(fā)特殊油藏的超深井、高難度定向井、水平井、大位移井、水平分支井等。旋轉(zhuǎn)導向鉆井技術(shù)概述旋轉(zhuǎn)導向鉆井技術(shù)概述WE MUST DO BETTERn在鉆柱旋轉(zhuǎn)

2、的情況下，具有導向能力；n配有全系列標準的地層參數(shù)及鉆井參數(shù)檢測儀器；n配有地面井下雙向通訊系統(tǒng)；n工具設(shè)計制造模塊化、集成化；n定向鉆井時不需要特殊的鉆井參數(shù)，就可以保證最優(yōu)的鉆井過程n導向自動控制，以保證準確光滑的井眼軌跡。旋轉(zhuǎn)導向鉆井技術(shù)概述旋轉(zhuǎn)導向鉆井技術(shù)概述(續(xù)續(xù))WE MUST DO BETTERnSperry-sun在1999年推出新一代的Geo-Pilot旋轉(zhuǎn)導向自動鉆井系統(tǒng)nBaker Hughes Inteq在1997年推出的Auto Trak。其63/4“系統(tǒng)創(chuàng)下了單次下井工作時間92h，進尺2986m的世界紀錄，81/4”系統(tǒng)創(chuàng)下了單次下井工作時間167h，進尺3620

3、m的世界紀錄。nAnadrill公司的PowerDrive。截至1999年底，該系統(tǒng)已下井138次，累計工作時間11610h，總進尺47780m。目前，世界上3口位移超過10000m的大位移井中，有2口應(yīng)用了該系統(tǒng)。 國際上已使用的旋轉(zhuǎn)導向鉆井系統(tǒng)國際上已使用的旋轉(zhuǎn)導向鉆井系統(tǒng)( (續(xù)續(xù)) )WE MUST DO BETTER 目前，旋轉(zhuǎn)導向鉆井系統(tǒng)形成了兩大發(fā)展方向：不旋轉(zhuǎn)外筒式閉環(huán)自動導向鉆井系統(tǒng)不旋轉(zhuǎn)外筒式閉環(huán)自動導向鉆井系統(tǒng): AUTOTRAK和和GP全旋轉(zhuǎn)自動導向鉆井系統(tǒng)全旋轉(zhuǎn)自動導向鉆井系統(tǒng): Power Driver SRDWE MUST DO BETTER 2000年，Powe

4、rDrive SRD系統(tǒng)引入國內(nèi)海上應(yīng)用，在設(shè)計井深8800m、水平位移超過7500m的南海XJ243A18井68718610m井段中成功應(yīng)用。盡管該工具的日租金高達數(shù)萬美元，仍直接節(jié)約了500萬美元的鉆井作業(yè)費用。國際上已使用的旋轉(zhuǎn)導向鉆井系統(tǒng)國際上已使用的旋轉(zhuǎn)導向鉆井系統(tǒng)(續(xù)續(xù))WE MUST DO BETTERWE MUST DO BETTER、AutoTrak旋轉(zhuǎn)閉環(huán)鉆井系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)閉環(huán)鉆井系統(tǒng) 系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成: :地面與井下的雙向通訊系統(tǒng)(地面監(jiān)控計算機、解碼系統(tǒng)及鉆井液脈沖信號發(fā)生裝置)導向系統(tǒng)(AutoTrak工具)MWD/LWDWE MUST DO BETTER、AutoTrak

5、旋轉(zhuǎn)閉環(huán)鉆井系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)閉環(huán)鉆井系統(tǒng)(續(xù)續(xù))井下偏置導向工具導向原理示意圖井下偏置導向工具導向原理示意圖 WE MUST DO BETTER、AutoTrak旋轉(zhuǎn)閉環(huán)鉆井系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)閉環(huán)鉆井系統(tǒng)(續(xù)續(xù))WE MUST DO BETTER、AutoTrak旋轉(zhuǎn)閉環(huán)鉆井系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)閉環(huán)鉆井系統(tǒng)(續(xù)續(xù)) 工作原理工作原理: :AutoTrakAutoTrak RClSRClS系統(tǒng)的井下偏系統(tǒng)的井下偏置導向工具由不旋轉(zhuǎn)外套和旋置導向工具由不旋轉(zhuǎn)外套和旋轉(zhuǎn)心軸兩大部分通過上下軸承轉(zhuǎn)心軸兩大部分通過上下軸承連接形成一可相對轉(zhuǎn)動的結(jié)構(gòu)連接形成一可相對轉(zhuǎn)動的結(jié)構(gòu)。旋轉(zhuǎn)心軸上接鉆柱，下接鉆。旋轉(zhuǎn)心軸上接鉆柱，下接鉆頭，起傳

6、遞鉆壓、扭矩和輸送頭，起傳遞鉆壓、扭矩和輸送鉆井液的作用。不旋轉(zhuǎn)外套上鉆井液的作用。不旋轉(zhuǎn)外套上設(shè)置有井下設(shè)置有井下CPUCPU、控制部分和、控制部分和支撐翼肋支撐翼肋圖2 AutoTrak RCLS結(jié)構(gòu)示意圖WE MUST DO BETTER系統(tǒng)的組成系統(tǒng)的組成nPower Driver SRD系統(tǒng)由穩(wěn)定平臺和翼肋支出及控制機構(gòu)組成。 PowerDrive旋轉(zhuǎn)導向鉆井系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)導向鉆井系統(tǒng)圖5 PowerDrive系統(tǒng)主要組成部分PowerDrive系統(tǒng)主要組成部分系統(tǒng)主要組成部分 WE MUST DO BETTERnPower DrIver SRD系統(tǒng)的支撐翼肋的支出動力來源是鉆井過程中鉆柱

7、內(nèi)外的鉆井液壓差?？刂戚S從穩(wěn)定平臺延伸到下部的翼肋支出控制機構(gòu)，底端固定上盤閥，由穩(wěn)定平臺控制上盤閥的轉(zhuǎn)角。下盤閥固定于井下偏置工具內(nèi)部，隨鉆柱一起轉(zhuǎn)動，其上的液壓孔分別與翼肋支撐液壓腔相通。在井下工作時，由穩(wěn)定平臺控制上盤閥的相對穩(wěn)定性；隨鉆柱一起旋轉(zhuǎn)的下盤閥上的液壓孔將依次與上盤閥上的高壓孔接通，使鉆柱內(nèi)部的高壓鉆井液通過該臨時接通的液壓通道進入相關(guān)的翼肋支撐液壓腔，在鉆柱內(nèi)外鉆井液壓差的作用下，將翼肋支出。 PowerDrive旋轉(zhuǎn)導向鉆井系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)導向鉆井系統(tǒng)(續(xù)續(xù))圖6 PowerDrive盤閥控制機構(gòu)示意圖PowerDrive盤閥控制機構(gòu)示意圖盤閥控制機構(gòu)示意圖 WE MUST DO

8、 BETTER PowerDrive旋轉(zhuǎn)導向鉆井系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)導向鉆井系統(tǒng)(續(xù)續(xù))nPowerDrive把旋轉(zhuǎn)鉆井條件下測得的井斜角、方位角和工具面角等數(shù)據(jù)上傳到地面，地面計算機監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)實鉆井眼與設(shè)計井眼的相對位置來產(chǎn)生改變工具面角等參數(shù)的下傳指令，井下微處理器分析脈沖信號加以識別，與儲存在儀器里的指令對比后，由井下旋轉(zhuǎn)導向工具執(zhí)行指令WE MUST DO BETTERPowerDrive675WE MUST DO BETTERPowerDrive BHAWE MUST DO BETTER 整個鉆具對井眼沒有靜止點，能減小摩阻、利于井眼清洗、優(yōu)化井身質(zhì)量。 內(nèi)部故障診斷和工具維護指示，減小了井下

9、故障發(fā)生的幾率。 同步發(fā)送和接收MWD、LWD等數(shù)據(jù)，一體化的設(shè)計特色和6-12bit/s的數(shù)據(jù)傳輸速度。 地面監(jiān)控系統(tǒng)能改善對鉆壓、鉆井泵的控制。通過改變泥漿的流量，可改編數(shù)據(jù)傳輸速度。通過改變數(shù)據(jù)幀，它能隨鉆井和地質(zhì)條件的改變而選擇哪個數(shù)據(jù)實時傳輸和哪個數(shù)據(jù)存貯起來。 可配套特制的PDC鉆頭，大幅度提高鉆速。 旋轉(zhuǎn)控制閥在垂直井段隨鉆柱一起旋轉(zhuǎn)，導向塊產(chǎn)生的導向力也不斷變化，會造成井眼擴徑和井下鉆具的橫向沖擊與振動。同時由于活塞伸縮頻繁和液壓控制系統(tǒng)的工作介質(zhì)的影響，工具的耐磨損與密封是關(guān)鍵技術(shù)。PowerDrive的特點的特點WE MUST DO BETTERGeo-Pilot系統(tǒng)也是一

10、種不旋轉(zhuǎn)外筒式導向工具不旋轉(zhuǎn)外筒式導向工具，Geo-Pilot旋轉(zhuǎn)導向是靠不旋轉(zhuǎn)外筒與旋轉(zhuǎn)心軸之間的一套偏置機構(gòu)使旋轉(zhuǎn)心軸偏置，從而為鉆頭提供了一個與井眼軸線不一致的傾角。其偏置機構(gòu)偏置機構(gòu)是一套由幾由幾個可控制的偏心圓環(huán)組合形成的偏心機構(gòu)個可控制的偏心圓環(huán)組合形成的偏心機構(gòu)，當井下自動控制完成之后，該機構(gòu)將相對于不旋轉(zhuǎn)外套固定，從而始終將旋轉(zhuǎn)心軸向固定方向偏置，提供方向固定的傾角。 Geo-Pilot系統(tǒng)系統(tǒng)WE MUST DO BETTERWE MUST DO BETTERGeo-PilotSystemWE MUST DO BETTERWE MUST DO BETTERWE MUST DO

11、 BETTER以Geo-Pilot 為例介紹旋轉(zhuǎn)導向工具的應(yīng)用五、旋轉(zhuǎn)導向技術(shù)的應(yīng)用五、旋轉(zhuǎn)導向技術(shù)的應(yīng)用 2005 2005年，我公司與年，我公司與HalliburtonHalliburton公司合作，在渤海的公司合作，在渤海的NB35-2NB35-2油田油田水平分支井水平分支井8-1/28-1/2井眼作業(yè)中，使用該公司的旋轉(zhuǎn)導向工具和我公井眼作業(yè)中，使用該公司的旋轉(zhuǎn)導向工具和我公司的司的FELWDFELWD測井工具聯(lián)合作業(yè)，取得了預(yù)期的效果。測井工具聯(lián)合作業(yè)，取得了預(yù)期的效果。使用該工具共作業(yè)使用該工具共作業(yè)1212口井口井 WE MUST DO BETTER NB35-2NB35-2油田

12、水平分支井油田水平分支井8-1/28-1/2井眼作業(yè)時，軌跡的控制是定向井井眼作業(yè)時，軌跡的控制是定向井工作的重中之重。為了控制好軌跡，作業(yè)中我們嚴格按照設(shè)計鉆進（工作的重中之重。為了控制好軌跡，作業(yè)中我們嚴格按照設(shè)計鉆進（如果油層走向同設(shè)計對比存在少許偏差，那我們嚴格按照陸地項目組如果油層走向同設(shè)計對比存在少許偏差，那我們嚴格按照陸地項目組的要求作業(yè)），勤跟蹤、預(yù)測軌跡變化趨勢，確保的要求作業(yè)），勤跟蹤、預(yù)測軌跡變化趨勢，確保GPGP能夠正常工作，能夠正常工作，同時避免軌跡控制上同時避免軌跡控制上“大起大落大起大落”。 根據(jù)已鉆井的作業(yè)情況根據(jù)已鉆井的作業(yè)情況, ,我們控制軌跡主要使用以下鉆

13、井參數(shù)我們控制軌跡主要使用以下鉆井參數(shù): :（另外，在保護好油層的條件下，同時確保（另外，在保護好油層的條件下，同時確保GPGP能夠發(fā)揮更好的效果，根能夠發(fā)揮更好的效果，根據(jù)不同的地層情況據(jù)不同的地層情況, ,可使用的泥漿性能為：可使用的泥漿性能為：1.1.地層特別松軟地層特別松軟, ,可鉆性好可鉆性好, ,機械鉆速高于機械鉆速高于120120米米/ /小時小時, ,其漏斗粘度其漏斗粘度90100sec/qt,90100sec/qt,密度密度1.16g/cm3;1.16g/cm3; 2.可鉆性相對來說較差的地層,其ROP100米/小時,其漏斗其漏斗粘度粘度7585sec/qt,7585sec/

14、qt,密度密度1.15g/cm3.)1.15g/cm3.)WE MUST DO BETTER增斜鉆進：增斜鉆進： F/R：9501000l/min, RPM:4080, WOB:1016t TF：0deg, Deflection:100%. 在增斜鉆進過程中，使用高鉆壓，低轉(zhuǎn)速，低排量，其目在增斜鉆進過程中，使用高鉆壓，低轉(zhuǎn)速，低排量，其目的是為了減少鉆頭對地層的水力沖蝕，增加井眼軌跡的規(guī)的是為了減少鉆頭對地層的水力沖蝕，增加井眼軌跡的規(guī)則性，確保井眼擴大率小，只有這樣，則性，確保井眼擴大率小，只有這樣，GP才能夠很好地才能夠很好地確保側(cè)向力在高鉆壓，低轉(zhuǎn)速時能夠很好的發(fā)揮出來，從確保側(cè)向力在

15、高鉆壓，低轉(zhuǎn)速時能夠很好的發(fā)揮出來，從而達到在油層中的增斜效果而達到在油層中的增斜效果Geo-Pilot井眼軌跡控制理念井眼軌跡控制理念WE MUST DO BETTER降斜鉆進：降斜鉆進：F/R：15001700l/min, RPM:120, WOB:05t TF：180deg, Deflection:100%. 在降斜鉆進過程中，使用低鉆壓，高轉(zhuǎn)速，高排量，其目在降斜鉆進過程中，使用低鉆壓，高轉(zhuǎn)速，高排量，其目的充分依靠鉆具自身重力和的充分依靠鉆具自身重力和GP向下的側(cè)向力，達到降斜向下的側(cè)向力，達到降斜效果。效果。Geo-Pilot井眼軌跡控制理念（續(xù)）井眼軌跡控制理念（續(xù)）WE MUS

16、T DO BETTER穩(wěn)斜鉆進：穩(wěn)斜鉆進：F/R：15001600l/min, RPM:120, WOB:312t TF：0deg, Deflection:100%; 使用以上參數(shù)鉆進時，一個是底部鉆具在松軟的地層中有使用以上參數(shù)鉆進時，一個是底部鉆具在松軟的地層中有降斜趨勢，另一個是底部鉆具在降斜趨勢，另一個是底部鉆具在GP向上的側(cè)向力作用下向上的側(cè)向力作用下，有增斜趨勢，兩者矢量上的疊加，能夠較好的起到穩(wěn)斜，有增斜趨勢，兩者矢量上的疊加，能夠較好的起到穩(wěn)斜作用。作用。Geo-Pilot井眼軌跡控制理念（續(xù)）井眼軌跡控制理念（續(xù)）WE MUST DO BETTERWE MUST DO BET

17、TERWE MUST DO BETTERREFERENCE INFORMATIONCo-ordinate (N/E) Reference:Vertical (TVD) Reference:site2 39.00mSection (VS) Reference:Slot - B1(-4.65N, -5.85E)Measured Depth Reference:site2 39.00mCalculation Method:Minimum CurvatureDirectional Drilling of Well_Tech China Oilfield Services Ltd.Azimuths to

18、 Grid NorthTrue North: 0.71dMagnetic North: -5.77dMagnetic FieldStrength: 53681.0nTDip Angle: 57.06dDate: 2004-12-31Model: WMM_2000GMT-9-7-6-4-3-1013467South(-)/North(+) (3 m/in)-15-13-12-10-9-7-6-4-3-1013467910121315West(-)/East(+) (3 m/in)1#10#11#2#21#29#3#30#31#32#39#40#8#9#B1B10mB11mB12mB13mB14mB15B16B17B18mB19mB2B20mB21mB22B23mB24B25mB26wB3mB4mB5B6B7mB8mB9mNB35-2 B平臺基本概況平臺基本概況WE MUST DO BETTER分枝井的懸空鉆進：分枝井的懸空鉆進：F/R：11001300l/min, RPM:140, WOB:02t ROP：15m/hr1.確保該井段井眼軌跡規(guī)則，平滑，通暢，為后面完井作業(yè)確