旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具簡介

1、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具簡介報 告 人： 惠 坤 亮指導(dǎo)老師：丁慶新教授目錄背景背景：為克服滑動導(dǎo)向技術(shù)的不足，從：為克服滑動導(dǎo)向技術(shù)的不足，從2020世紀世紀8080年代后期，國際上開始研究旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)。年代后期，國際上開始研究旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)。發(fā)展發(fā)展：2020世紀世紀9090年代初期年代初期, ,多家公司形成了商業(yè)化多家公司形成了商業(yè)化的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)，目前有三種比較成熟導(dǎo)向系統(tǒng)。的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)，目前有三種比較成熟導(dǎo)向系統(tǒng)。組成組成：旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)實質(zhì)上是一個旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向：旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)實質(zhì)上是一個旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具與測量傳輸儀器（工具與測量傳輸儀器（MWD/LWDMWD/LWD）聯(lián)合組成的井下）聯(lián)

2、合組成的井下閉環(huán)工具系統(tǒng)。閉環(huán)工具系統(tǒng)。應(yīng)用應(yīng)用：非常適合目前開發(fā)特殊油藏的超深井、高：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、大位移井和水平分支井等。難度定向井、水平井、大位移井和水平分支井等。旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)概況典型旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具介紹 Baker HughesBaker Hughes推出的推出的Auto TrakAuto Trak不旋轉(zhuǎn)外筒式不旋轉(zhuǎn)外筒式閉環(huán)自動導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)。閉環(huán)自動導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)。 Schlumberger AnadrillSchlumberger Anadrill公司的公司的Power DrivePower Drive全旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)。全旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系

3、統(tǒng)。 Sperry-Sun Sperry-Sun 產(chǎn)品服務(wù)公司推出的產(chǎn)品服務(wù)公司推出的Geo-PilotGeo-Pilot旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向自動鉆井系統(tǒng)。旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向自動鉆井系統(tǒng)。工作原理工作原理: :AutoTrak RCLSAutoTrak RCLS系統(tǒng)的井下系統(tǒng)的井下偏置導(dǎo)向工具由不旋轉(zhuǎn)外偏置導(dǎo)向工具由不旋轉(zhuǎn)外套和旋轉(zhuǎn)心軸兩大部分通套和旋轉(zhuǎn)心軸兩大部分通過上下軸承連接形成一可過上下軸承連接形成一可相對轉(zhuǎn)動的結(jié)構(gòu)。旋轉(zhuǎn)心相對轉(zhuǎn)動的結(jié)構(gòu)。旋轉(zhuǎn)心軸上接鉆柱，下接鉆頭，軸上接鉆柱，下接鉆頭，起傳遞鉆壓、扭矩和輸送起傳遞鉆壓、扭矩和輸送鉆井液的作用。不旋轉(zhuǎn)外鉆井液的作用。不旋轉(zhuǎn)外套上設(shè)置有井下套上設(shè)置有井下CP

4、UCPU、控制、控制部分和支撐翼肋。部分和支撐翼肋。1.Auto Trak 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)偏 置 原 理2.Power Drive 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)產(chǎn)品特點：產(chǎn)品特點：1 1、系統(tǒng)是全旋轉(zhuǎn)式的。、系統(tǒng)是全旋轉(zhuǎn)式的。2 2、該系統(tǒng)由穩(wěn)定平臺單元、工作液控制分配單元及偏置、該系統(tǒng)由穩(wěn)定平臺單元、工作液控制分配單元及偏置執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)3 3部分組成。部分組成。偏置單元偏置單元導(dǎo) 向 原 理主要特點：外筒不旋轉(zhuǎn)，改變角度導(dǎo)向主要特點：外筒不旋轉(zhuǎn)，改變角度導(dǎo)向3.Geo-Pilot旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)導(dǎo) 向 原 理偏 置 原 理旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的分類及對比 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)按導(dǎo)向方式可分為兩類：推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)

5、向系統(tǒng)按導(dǎo)向方式可分為兩類：推靠式(Push the (Push the bit) bit) 和指向式和指向式(Point the bit)(Point the bit)。 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)按偏置機構(gòu)的工作方式又可分為靜態(tài)偏置式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)按偏置機構(gòu)的工作方式又可分為靜態(tài)偏置式(Static Bias) (Static Bias) 和動態(tài)偏置式和動態(tài)偏置式(Dynamic Bias ,(Dynamic Bias ,即調(diào)制式即調(diào)制式(Modulated) ) (Modulated) ) 二種。二種。靜態(tài)偏置推靠鉆頭工作方式靜態(tài)偏置推靠鉆頭工作方式動態(tài)偏置推靠鉆頭工作方式動態(tài)偏置推靠鉆頭工作方式靜態(tài)偏

6、置指向鉆頭工作方式靜態(tài)偏置指向鉆頭工作方式動態(tài)偏置指向鉆頭工作方式動態(tài)偏置指向鉆頭工作方式 推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)的特點：側(cè)向力大推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)的特點：側(cè)向力大, , 造斜率高造斜率高, , 但旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆出的井眼狗腿大但旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆出的井眼狗腿大, , 軌跡波動大軌跡波動大, , 不平不平滑。鉆頭和鉆頭軸承的磨損較嚴重?；ｃ@頭和鉆頭軸承的磨損較嚴重。 指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)的特點：能鉆出較平滑的井眼；指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)的特點：能鉆出較平滑的井眼；摩阻和扭矩較小；可以使用較大的鉆壓；機械鉆速摩阻和扭矩較??；可以使用較大的鉆壓；機械鉆速較高；有助于發(fā)揮鉆頭的性能；鉆頭及其軸承承受較高；有助于發(fā)揮鉆頭的

7、性能；鉆頭及其軸承承受的側(cè)向載荷較??；極限位移增加。但是造斜率較低。的側(cè)向載荷較??；極限位移增加。但是造斜率較低。推靠式指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)三種不同方式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)對比三種主流鉆井旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對比 Auto Track RCLSAuto Track RCLS：位移工作方式、靜止外套、?。何灰乒ぷ鞣绞?、靜止外套、小型化能力差、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等。型化能力差、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等。 Power Drive SRDPower Drive SRD：鉆頭和鉆頭軸承的磨損較嚴重：鉆頭和鉆頭軸承的磨損較嚴重, ,工作壽命有待進一步提高。工作壽命有待進一步提高。 Geo-PilotGeo-Pilot：鉆柱承受高強度的交變應(yīng)力

8、：鉆柱承受高強度的交變應(yīng)力, ,鉆柱容鉆柱容易發(fā)生疲勞破壞。易發(fā)生疲勞破壞。國外旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具研究的新進展1、結(jié)合了哈里伯頓的GeoPilot的指向式原理和斯倫貝謝的Power Drive的動態(tài)全旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)；2、2000年的SPE年度技術(shù)大會上斯倫貝謝公司就提出了一種新的動態(tài)偏置指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)；3、在2004年投入市場使用，定型為Power Drive Xceed，同年被美國Harts E&P雜志評出2004年世界16大工程技術(shù)創(chuàng)新特別貢獻獎，被稱為是劃時代的產(chǎn)品。 重要的組成部分重要的組成部分：近鉆頭穩(wěn)定器近鉆頭穩(wěn)定器( (樞軸穩(wěn)定器樞軸穩(wěn)定器) )，擁有擁有4 4個螺旋個螺旋形刀鋒

9、翼肋且相互形刀鋒翼肋且相互“環(huán)布環(huán)布”連接連接，并為旋轉(zhuǎn)中心軸提供固定支并為旋轉(zhuǎn)中心軸提供固定支點點；導(dǎo)向作業(yè)時導(dǎo)向作業(yè)時，樞軸穩(wěn)定器給鉆頭提供一個固定的支點以便指向樞軸穩(wěn)定器給鉆頭提供一個固定的支點以便指向鉆頭順利完成導(dǎo)向鉆頭順利完成導(dǎo)向，并且支點離鉆頭的距離越近鉆頭獲得的指并且支點離鉆頭的距離越近鉆頭獲得的指向力就越大向力就越大。國內(nèi)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具研究狀況 1 1、動態(tài)推進式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具、動態(tài)推進式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具 2 2、可控偏心器旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具、可控偏心器旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具 3 3、動態(tài)指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具、動態(tài)指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具 4 4、基于旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆進方式的可控彎接頭系統(tǒng)、

10、基于旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆進方式的可控彎接頭系統(tǒng) 5 5、指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具、指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具 勝利油田承擔(dān)國家勝利油田承擔(dān)國家“863”“863”計劃計劃“旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)關(guān)鍵旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究技術(shù)研究”后后, ,與西安石油大學(xué)聯(lián)合開發(fā)與西安石油大學(xué)聯(lián)合開發(fā) 原理：斯倫貝謝的原理：斯倫貝謝的PowerDrivePowerDrive基本一樣?；疽粯?。 現(xiàn)狀：進行了現(xiàn)狀：進行了20 20 多次的地面試驗多次的地面試驗,2006 ,2006 年年8 8 月在營月在營122122斜斜225 225 井上進行了整個旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)的聯(lián)合現(xiàn)場試驗井上進行了整個旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)的聯(lián)合現(xiàn)場試驗,

11、,獲得了成功。目前已基本成熟。獲得了成功。目前已基本成熟。動態(tài)推進式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具可控偏心器旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井 由中海石油研究中心、西安石油大學(xué)及中海油田服務(wù)股份由中海石油研究中心、西安石油大學(xué)及中海油田服務(wù)股份有限公司聯(lián)合研制。有限公司聯(lián)合研制。 導(dǎo)向原理與貝克休斯基本一樣，液壓動力來源于鉆井液導(dǎo)向原理與貝克休斯基本一樣，液壓動力來源于鉆井液 20052005年年1111月分別在長慶油田西月分別在長慶油田西28-02228-022井、寧井、寧37-3237-32井和渤井和渤海油田海油田L(fēng)D5-2-A1LD5-2-A1井進行了現(xiàn)場鉆井作業(yè)試驗。井進行了現(xiàn)場鉆井作業(yè)試驗。 由海洋石油工程股份有限公司

12、及西南石油大學(xué)，結(jié)合了哈由海洋石油工程股份有限公司及西南石油大學(xué)，結(jié)合了哈里伯頓的里伯頓的GeoPilotGeoPilot的指向式結(jié)構(gòu)和斯倫貝謝的的指向式結(jié)構(gòu)和斯倫貝謝的Power Power DriveDrive的隨鉆的下盤閥結(jié)構(gòu)，提出了動態(tài)指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向的隨鉆的下盤閥結(jié)構(gòu)，提出了動態(tài)指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的設(shè)計思想鉆井工具的設(shè)計思想, ,目前還停留在理論階段。目前還停留在理論階段。動態(tài)指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具 由西安石油大學(xué)機械工程學(xué)院中原油田第三采油廠在由西安石油大學(xué)機械工程學(xué)院中原油田第三采油廠在CNPCCNPC鉆井工程重點實驗室的支持下鉆井工程重點實驗室的支持下, ,對可控彎接頭導(dǎo)向機構(gòu)基對可控彎接頭導(dǎo)向機構(gòu)基本原理進行了探索性研究本原理進行了探索性研究, ,研制出原理性樣機研制出原理性樣機, ,取得了初步取得了初步的成果。的成果。 基于旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆進方式的可控彎接頭系統(tǒng)可控彎接頭導(dǎo)向結(jié)構(gòu)示意圖可控彎接頭導(dǎo)向結(jié)構(gòu)示意圖可控彎接頭導(dǎo)向原理圖可控彎接頭導(dǎo)向原理圖指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具 中國地質(zhì)大學(xué)的李穎