旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)(簡版)

旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)(簡版)第一頁，共35頁。AutoTrakRCLS（AutoTrakRotaryClosedLoopDrillingSystem）是目前技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的旋轉(zhuǎn)閉環(huán)鉆井系統(tǒng)之一。該系統(tǒng)是BakerHughesINTEQ公司與Agip公司在早期的垂直鉆井系統(tǒng)（VDS）和直井鉆井裝置（SDD）基礎(chǔ)上研制的旋轉(zhuǎn)閉環(huán)系統(tǒng)。1996年在4口井中試驗(yàn)獲得成功，1997年注冊為AutoTrak，正式推向市場。二、國外主要旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)第二頁，共35頁。該系統(tǒng)目前已開發(fā)應(yīng)用成功的系列有三種：ф168.0mm旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)(用于ф215.9mm井眼)ф210.0mm旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)(用于ф311.1mm井眼)2002年推出的一體化的第三代AutoTrak系統(tǒng)。第三代AutoTrak系統(tǒng)，整個鉆井和地層評價部件都進(jìn)行了重新設(shè)計，系統(tǒng)部件減少了30%，井下鉆具組合進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，取消了旋轉(zhuǎn)密封，提高了強(qiáng)度，系統(tǒng)的可靠性大大提高。二、國外主要旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)第三頁，共35頁。1、AutoTrak系統(tǒng)的組成二、國外主要旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)第四頁，共35頁。

Jotun油田位于挪威外海165km，水深127m。目的層位于古新世的Heimdal砂巖，垂深約2050m。BakerHughesInteq與EssoNorgeAS公司達(dá)成協(xié)議，在JotonB平臺使用AutoTrak系統(tǒng)鉆?311.2mm井段和?215.9mm水平段。

這是世界上首次使用旋導(dǎo)技術(shù)進(jìn)行油田開發(fā)，共鉆了14口水平生產(chǎn)井和一口注水井2、AutoTrak系統(tǒng)的現(xiàn)場應(yīng)用實(shí)例挪威Jotun油田二、國外主要旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)第五頁，共35頁。Jotun油田B-11井套管程序和井眼軌跡

可以開發(fā)半徑6km范圍內(nèi)的3個油藏，為了能夠在油藏中以需要的方向鉆水平段，設(shè)計了復(fù)雜的三維井眼軌跡（見圖）。二、國外主要旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)第六頁，共35頁。

在Jotun鉆井項(xiàng)目15口井的施工中

?311.2mm井段都是一趟鉆鉆成，平均機(jī)械鉆速是507m/d，最快機(jī)械鉆速達(dá)954m/d，而該地區(qū)?311.2mm井段使用傳統(tǒng)的定向鉆井系統(tǒng)的平均機(jī)械鉆速只有198m/d；

?215.9mm水平段最快機(jī)械鉆速是591m/d，平均機(jī)械鉆速是329m/d，而該地區(qū)?215.9mm水平段使用傳統(tǒng)的定向鉆井系統(tǒng)的平均機(jī)械鉆速為281m/d。

與鄰井相比，Jotun鉆井項(xiàng)目由于采用了旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)比計劃減少了約100個鉆機(jī)日。二、國外主要旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)第七頁，共35頁。二、國外主要旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)迄今為止，AutoTrak系統(tǒng)已經(jīng)鉆出世界上25口最長大位移井中的18口井。第八頁，共35頁。HALLIBURTONSPERRY-SUN公司的GEO-PILOT系統(tǒng)導(dǎo)向方式：靜態(tài)指向式結(jié)構(gòu)：不旋轉(zhuǎn)外筒式導(dǎo)向機(jī)理：偏置鉆柱第九頁，共35頁。Geo-Pilot是HalliburtonSperry-sun公司開發(fā)的目前現(xiàn)場應(yīng)用最成熟的靜態(tài)指向鉆頭式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括驅(qū)動心軸、不旋轉(zhuǎn)套筒、偏心環(huán)偏置機(jī)構(gòu)、懸掛軸承、聚焦軸承等；另外還包括測控部分、偏心環(huán)偏置機(jī)構(gòu)驅(qū)動裝置、不旋轉(zhuǎn)套筒防旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)動密封及液壓補(bǔ)償系統(tǒng)等。1998年該系統(tǒng)開始商業(yè)應(yīng)用。

二、國外主要旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)第十頁，共35頁。Weatherford公司的RSS系統(tǒng)導(dǎo)向方式：靜態(tài)指向式結(jié)構(gòu)：不旋轉(zhuǎn)扶正套導(dǎo)向機(jī)理：偏置內(nèi)軸第十一頁，共35頁。-直井段-驅(qū)動主軸位于井眼中心在直井段，RSS處于空擋位置，驅(qū)動主軸與非旋轉(zhuǎn)外筒同心。

二、國外主要旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)工作原理第十二頁，共35頁。二、國外主要旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)工作原理-導(dǎo)向-驅(qū)動主軸偏向低邊

改變方向時，液壓活塞使驅(qū)動主軸偏離中心線0到6mm，從而使鉆頭“指向”相反方向。第十三頁，共35頁。二、國外主要旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)偏執(zhí)機(jī)構(gòu)

閥+活塞：72個，12個/組×6組壓力平衡的密閉清潔系統(tǒng)第十四頁，共35頁。二、國外主要旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)工具尺寸ToolSize475675825鉆頭尺寸BitRange6-6?in.83/8-97/8in.12?in.造斜率DeviationRate0–12deg/30m0–12deg/30m0-8deg/30m轉(zhuǎn)速RotarySpeed50-250rpm50-250rpm50-250rpm最大排量MaxFlowRate1,325l/min2,840l/min5,678gal/min最大鉆壓MaxWOB12.5ton25ton47.5ton額定壓力PressureRating30,000psi30,000psi30,000psi最大工作溫度MaxOperatingTemp175degC175degC175degC*極限拉伸承受力MaxTensileLoad(Survival)125ton175ton350ton鉆頭壓降BitPressureDrop無限制Nolimitations無限制Nolimitations無限制Nolimitations最小造斜角度MinimumKOangle垂直Vertical垂直Vertical垂直Vertical技術(shù)指標(biāo)第十五頁，共35頁。二、國外主要旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)應(yīng)用情況在北美陸地鉆井明顯增多，尤其是頁巖氣開發(fā)，美國15%～17%，加拿大20%,近兩年在美國頁巖氣開發(fā)應(yīng)用統(tǒng)計：單趟鉆進(jìn)尺超2100m：55次單趟鉆進(jìn)尺超3000m：11次最高單趟鉆進(jìn)尺：3985m（未到工具極限）實(shí)現(xiàn)最大造斜率：24o/100m第十六頁，共35頁。二、國外主要旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)應(yīng)用情況第十七頁，共35頁。Schlumberger公司的PowerDriveXtra系統(tǒng)導(dǎo)向方式：動態(tài)推靠式動力：鉆井液壓差井眼支撐翼肋控制機(jī)構(gòu)偏置方向第十八頁，共35頁。

PowerDriveXtra系統(tǒng)是典型的調(diào)制式全旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)，它安裝在鉆頭的上方，是在控制機(jī)構(gòu)的控制下，通過支撐翼肋的伸出推靠鉆頭產(chǎn)生偏置的原理來導(dǎo)向。二、國外主要旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)工作原理第十九頁，共35頁。小井眼系統(tǒng)小井眼旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)PowerDriveXtra475，外徑120.7mm，

殼牌英國勘探開發(fā)公司和斯倫貝謝公司于2002年4月在北海試驗(yàn)成功；

試驗(yàn)效果：利用該系統(tǒng)鉆?155.6mm井眼，43.5h鉆進(jìn)724.5m，平均機(jī)械鉆速20.4m/h。二、國外主要旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)第二十頁，共35頁。大尺寸系統(tǒng)

隨著世界范圍內(nèi)深水勘探開發(fā)的迅速發(fā)展，提高上部井段的鉆井效率的需求越來越強(qiáng)烈，從而促進(jìn)了用于大尺寸井眼（?444.5mm和?463.6mm）的旋導(dǎo)工具的開發(fā)。斯倫貝謝公司與BP公司合作，歷時9個月，于2002年初推出了大尺寸PowerDrive旋導(dǎo)系統(tǒng)。二、國外主要旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)第二十一頁，共35頁。

大尺寸PowerDrive

Xtra旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)的導(dǎo)向原理—同步動態(tài)偏置。一個全旋轉(zhuǎn)偏置機(jī)構(gòu)緊靠在鉆頭的后面，給鉆頭施加側(cè)向力該側(cè)向力經(jīng)電子控制機(jī)構(gòu)調(diào)制，實(shí)現(xiàn)定向控制。二、國外主要旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)第二十二頁，共35頁。

大尺寸PowerDriveXtra旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)現(xiàn)場試驗(yàn)情況：

該系統(tǒng)在9小時內(nèi)鉆進(jìn)477m，平均機(jī)械鉆速53m/h，最大狗腿度4°/30m。工具沒有遭受磨損和沖蝕的跡象，外部元件、導(dǎo)向塊和密封都處于良好狀態(tài)。

2002年3月大尺寸PowerDriveXtra旋導(dǎo)系統(tǒng)投入商業(yè)應(yīng)用。二、國外主要旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)第二十三頁，共35頁。國內(nèi)應(yīng)用：

PowerDrive

Xtra首先應(yīng)用于我國南海的海上深井和大位移井，2000年至今，已在中國南海、渤海灣和陸上成功完成30多口大位移井作業(yè)，最大測深超8000m，其中南海某區(qū)塊大位移井位垂比4.58居國內(nèi)之首。二、國外主要旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)第二十四頁，共35頁。國內(nèi)應(yīng)用：

二、國外主要旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)

TK238H井設(shè)計井深5111.76m,實(shí)鉆井深5177m,造斜點(diǎn)4163m,水平段300m,成功穿越油層276m，機(jī)械鉆速15.68m/h。斜井段及水平段平均狗腿度3.88°/30m,而常規(guī)水平井平均狗腿度為10°/30m以上,很好的控制了井眼的光滑度,實(shí)際鉆井周期50d,節(jié)約鉆井周期27d,創(chuàng)造塔河油田水平井鉆井周期最短記錄。塔河油田TK238H井第二十五頁，共35頁。Schlumberger公司的PowerDriveXceed系統(tǒng)導(dǎo)向方式：動態(tài)指向式

工具通過內(nèi)部伺服電機(jī)對鉆頭驅(qū)動軸的工具面進(jìn)行連續(xù)地控制而實(shí)現(xiàn)指向式導(dǎo)向。工作原理：第二十六頁，共35頁。PowerDriveXceed全旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是降低卡鉆的機(jī)率，減少巖屑重復(fù)研磨機(jī)會，提高鉆頭動力傳輸效率。

PowerDriveXceed工具的特點(diǎn)是：全旋轉(zhuǎn)部件允許向后和向前旋轉(zhuǎn)穿過幾何形狀變化井眼，可在井眼尺寸和形狀不符合要求而必須進(jìn)行劃眼時提供旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向能力。采用了指向鉆頭（point-the-bit）技術(shù)，允許工具在連續(xù)旋轉(zhuǎn)時將鉆頭傾斜在期望的方向，可在狗腿嚴(yán)重度高達(dá)8°/100ft（30m）下鉆成光滑的井段。這項(xiàng)新技術(shù)能在轉(zhuǎn)速高達(dá)350r/min時完成從硬地層向軟地層的陡然過渡并保持穩(wěn)定的工具面（在使用任何泥漿類型條件下），還可以采用偏心鉆頭進(jìn)行定向鉆井。二、國外主要旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)第二十七頁，共35頁。二、國外主要旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)國內(nèi)應(yīng)用：渤海灣地區(qū)已成為世界上使用指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)頻率最高的地區(qū)，以大港油田為例，到目前為止共有24口井使用了指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)，其中莊海8NM-H3井水平位移4195.5m，垂深1071m，位垂比3.92創(chuàng)造了渤海灣地區(qū)大位移井位垂比新記錄。第二十八頁，共35頁。Schlumberger公司的PowerDriveArcher系統(tǒng)導(dǎo)向方式：復(fù)合式工作原理：

偏執(zhí)單元內(nèi)置，不與井壁接觸，導(dǎo)向時內(nèi)推塊通過萬向軸使鉆頭軸向發(fā)生偏移，造斜率高。第二十九頁，共35頁。二、國外主要旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)在美國Marcellus區(qū)塊應(yīng)用10口井，累計節(jié)省作業(yè)時間10d,節(jié)省經(jīng)費(fèi)1百萬美元。第三十頁，共35頁。二、國外主要旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)Schlumberger公司旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)發(fā)展歷程1999年推出第一代推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)PDXtra系統(tǒng)；2004年推出第二代推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)

PDX5和垂直鉆井系統(tǒng)PowerV；2006年推出指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)

PDExceed；2009年推出了泥漿馬達(dá)一體化的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向動力單元PDVortex；2010年將PDX5

升級為PD

X6，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性；2010年推出了用于高造斜率的復(fù)合式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)PDArcher。由此看出斯倫貝謝公司的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)是有先推靠式再指向式然后復(fù)合式。第三十一頁，共35頁。二、國外主要旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)由工具的適應(yīng)性來看，推靠式工具覆蓋了所有的常規(guī)井眼，指向式和復(fù)合式工具分別只有兩種尺寸型號。第三十二頁，共35頁。二、國外主要旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)

從市場統(tǒng)計來看，指向式比推