鉆井機械現(xiàn)狀及發(fā)展2011

1、123井下控制工程井下控制工程2鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展鉆井新方法鉆井新方法1435 石油鉆機標準石油鉆機標準鉆井工程與鉆井機械鉆井工程與鉆井機械4井下控制工程井下控制工程2鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展鉆井新方法鉆井新方法1435 石油鉆機標準石油鉆機標準鉆井工程與鉆井機械鉆井工程與鉆井機械51.1 1.1 我國的鉆井形勢我國的鉆井形勢 目前，我國的鉆井工作量已位居世界目前，我國的鉆井工作量已位居世界第三，僅次于美國、加拿大兩國，并且已第三，僅次于美國、加拿大兩國，并且已經掌握了常規(guī)的定向井、水平井、老井側經掌握了常規(guī)的定向井、水平井、老井側鉆、叢式井及深井鉆井等系列技術，基本鉆、叢式井及

2、深井鉆井等系列技術，基本上能滿足國內油氣勘探開發(fā)的一般需求，上能滿足國內油氣勘探開發(fā)的一般需求，并縮小了與國際先進水平的差距。并縮小了與國際先進水平的差距。 國內鉆井行業(yè)在圍繞持續(xù)提速，提高國內鉆井行業(yè)在圍繞持續(xù)提速，提高探井發(fā)現(xiàn)率，保護、發(fā)現(xiàn)油氣藏等領域展探井發(fā)現(xiàn)率，保護、發(fā)現(xiàn)油氣藏等領域展開研究。開研究。1.1.鉆井工程與鉆井機械鉆井工程與鉆井機械6剩余石油資源（剩余石油資源（20052005年）年）71.2 鉆井工程鉆井工程鉆井工程含方法和裝備兩個方面鉆井工程含方法和裝備兩個方面軟件：鉆井方法，鉆井工藝軟件：鉆井方法，鉆井工藝 過程監(jiān)測過程監(jiān)測地面，井下狀態(tài)地面，井下狀態(tài)硬件：鉆機硬件：

3、鉆機 鉆井工具鉆井工具 輔助設備輔助設備 1.1.鉆井工程與鉆井機械鉆井工程與鉆井機械8軟件：軟件： 各種鉆井方法各種鉆井方法 常規(guī)、斜井、水平井、小曲率、常規(guī)、斜井、水平井、小曲率、 欠平衡、側鉆、欠平衡、側鉆、 井下控制工程學井下控制工程學 鉆井狀態(tài)監(jiān)測鉆井狀態(tài)監(jiān)測 地面參數(shù)監(jiān)測地面參數(shù)監(jiān)測 井下狀態(tài)檢測井下狀態(tài)檢測 隨鉆測量（隨鉆測量（MWD） 隨鉆測井（隨鉆測井（LWD）1.1.鉆井工程與鉆井機械鉆井工程與鉆井機械9硬件：硬件：（1）鉆機（鉆井設備）鉆機（鉆井設備）發(fā)展：發(fā)展： 機械、液力、機械、液力、DC、AC（交流變頻）（交流變頻） 頂部驅動頂部驅動 液控盤式剎車液控盤式剎車 液壓

4、鉆機液壓鉆機1.1.鉆井工程與鉆井機械鉆井工程與鉆井機械10（2）鉆井工具）鉆井工具 鉆頭鉆頭 常規(guī)、噴射常規(guī)、噴射 鉆具鉆具 單螺桿、電機、渦輪單螺桿、電機、渦輪 鉆柱鉆柱 常規(guī)、小井眼、鋁合金常規(guī)、小井眼、鋁合金 儀表儀表 鉆井測量儀表，數(shù)字傳輸鉆井測量儀表，數(shù)字傳輸 井下測量工具，信號傳輸設備井下測量工具，信號傳輸設備1.1.鉆井工程與鉆井機械鉆井工程與鉆井機械11（3）輔助設備）輔助設備 鉆井液及鉆井液及固控設備（泥漿處理）固控設備（泥漿處理） （空氣壓縮機（空氣壓縮機氣體鉆井）氣體鉆井） 防噴器與壓井設備防噴器與壓井設備 固井設備固井設備 完井設備完井設備 測井設備測井設備1.1.鉆

5、井工程與鉆井機械鉆井工程與鉆井機械12蘇義腦蘇義腦井下控制工程學井下控制工程學摸著鉆摸著鉆算著鉆算著鉆看著鉆看著鉆變著鉆變著鉆自動鉆自動鉆1.1.鉆井工程與鉆井機械鉆井工程與鉆井機械13顧心懌顧心懌鉆機的自動化鉆機的自動化 與節(jié)能與節(jié)能液壓修井機液壓修井機（液壓鉆機）（液壓鉆機）1.1.鉆井工程與鉆井機械鉆井工程與鉆井機械14沈忠厚沈忠厚高壓水射流高壓水射流加長噴嘴鉆頭加長噴嘴鉆頭1.1.鉆井工程與鉆井機械鉆井工程與鉆井機械15井下控制工程井下控制工程2鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展鉆井新方法鉆井新方法1435 石油鉆機標準石油鉆機標準鉆井工程與鉆井機械鉆井工程與鉆井機械162.1 鉆井方法鉆井

6、方法2.2 鉆機的組成與型式鉆機的組成與型式2.3 鉆機的近代技術鉆機的近代技術2.4 鉆機的自動化與數(shù)字化技術鉆機的自動化與數(shù)字化技術2.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展172.1 鉆井方法鉆井方法油井特點：油井特點： 細細百毫米百毫米 長長幾千米幾千米 剛剛鋼管壁鋼管壁井身結構：井身結構： 導管導管 表層套管表層套管 技術套管技術套管 油層套管油層套管2.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展18鉆具組合：鉆具組合：方鉆桿（傳輸扭矩）方鉆桿（傳輸扭矩）鉆桿鉆桿 （延長井深）（延長井深）鉆鋌鉆鋌 （穩(wěn)定井眼）（穩(wěn)定井眼） 動力鉆具動力鉆具鉆頭鉆頭 （破碎巖石）（破碎巖石）連接接頭連接接頭2.2.鉆

7、井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展19鉆進過程：鉆進過程： 破巖破巖破碎巖石，以形成井眼破碎巖石，以形成井眼 排屑排屑清洗井底，以繼續(xù)鉆進清洗井底，以繼續(xù)鉆進鉆井方法：鉆井方法： 頓鉆鉆井頓鉆鉆井鉆進過程不連續(xù)鉆進過程不連續(xù) 旋轉鉆井旋轉鉆井鉆進過程連續(xù)鉆進過程連續(xù) 轉盤驅動轉盤驅動 井下動力驅動井下動力驅動 頂部驅動頂部驅動2.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展20頓鉆鉆井頓鉆鉆井 破巖破巖矛形鉆頭矛形鉆頭 排屑排屑撈砂筒撈砂筒兩者交替進行，兩者交替進行，鉆進過程不連續(xù)鉆進過程不連續(xù)2.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展21四川自貢市四川自貢市鹽業(yè)歷史博物館鹽業(yè)歷史博物館u燊海井燊海井(興海井興海井)（

8、1833-1835）, 1001.42m?？⒐こ跗?，日產鹵竣工初期，日產鹵14m3，天然，天然氣氣8500m3，燒鹽鍋，燒鹽鍋80余口。余口。 u小橋井小橋井 約鑿于清乾隆三十七年約鑿于清乾隆三十七年（ 1772年），歷時六年。曾年），歷時六年。曾日產天然氣日產天然氣200多多m3，燒鹽鍋，燒鹽鍋數(shù)口。數(shù)口。 井深井深304.92m,井徑井徑7.26cm，固井導管長固井導管長49.33m，用楠竹制，用楠竹制成成 。2.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展22旋轉鉆井旋轉鉆井 （以轉盤驅動為例）（以轉盤驅動為例）破巖破巖旋轉鉆頭旋轉鉆頭 鉆桿部分自重加載鉆桿部分自重加載排屑排屑循環(huán)泥漿循環(huán)泥漿破巖和

9、排屑同時進行，破巖和排屑同時進行，鉆進過程連續(xù)鉆進過程連續(xù)2.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展23旋轉鉆井：旋轉鉆井： 轉盤轉盤驅動驅動旋轉動力在底座上，驅旋轉動力在底座上，驅動方鉆桿、鉆桿帶動鉆頭。動方鉆桿、鉆桿帶動鉆頭。 井下動力井下動力驅動驅動旋轉動力在鉆鋌下旋轉動力在鉆鋌下方，直接驅動鉆頭。方，直接驅動鉆頭。 頂部驅動頂部驅動旋轉動力在水龍頭上，旋轉動力在水龍頭上，驅動水龍頭中心管、鉆桿，帶動鉆頭。驅動水龍頭中心管、鉆桿，帶動鉆頭。2.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展242.2 鉆機的組成與型式鉆機的組成與型式（1）組成（八大系統(tǒng)）組成（八大系統(tǒng)） 起升系統(tǒng)起升系統(tǒng) 旋轉系統(tǒng)旋轉系統(tǒng)

10、循環(huán)系統(tǒng)循環(huán)系統(tǒng) 動力驅動系統(tǒng)動力驅動系統(tǒng) 傳動系統(tǒng)傳動系統(tǒng) 控制監(jiān)測系統(tǒng)控制監(jiān)測系統(tǒng) 鉆機底座鉆機底座 輔助設備輔助設備2.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展25（2）鉆機的特點）鉆機的特點 1）功率大，動力傳遞復雜。鉆機是大功率、）功率大，動力傳遞復雜。鉆機是大功率、多工作機聯(lián)合工作的重型礦業(yè)機械，由多臺柴多工作機聯(lián)合工作的重型礦業(yè)機械，由多臺柴油機提供動力油機提供動力. 2）鉆井過程不連續(xù)，功率要求也不相同。正）鉆井過程不連續(xù)，功率要求也不相同。正常鉆進時，轉盤驅動鉆柱，泥將泵循環(huán)泥漿。常鉆進時，轉盤驅動鉆柱，泥將泵循環(huán)泥漿。起下鉆作業(yè)時，則是起升系統(tǒng)需要功率。起下鉆作業(yè)時，則是起升系統(tǒng)需

11、要功率。 3）工作地區(qū)廣闊（平原、山地、沙漠、沼澤、）工作地區(qū)廣闊（平原、山地、沙漠、沼澤、海洋），自然環(huán)境惡劣（風、沙、雨、雪），海洋），自然環(huán)境惡劣（風、沙、雨、雪），野外流動作業(yè)，要求鉆機有很強的適應地區(qū)、野外流動作業(yè)，要求鉆機有很強的適應地區(qū)、環(huán)境的能力和便捷的移運性能。環(huán)境的能力和便捷的移運性能。2.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展26（3）驅動形式）驅動形式1）機械驅動型式）機械驅動型式 皮帶并車鉆機皮帶并車鉆機 鏈條并車鉆機鏈條并車鉆機 齒輪并車鉆機齒輪并車鉆機2）電驅動型式）電驅動型式 AC-AC交流電驅動交流電驅動 DC-DC直流電驅動直流電驅動 AC-SCR-DC直流電驅動

12、直流電驅動 AC-VFM-AC交流變頻電驅動交流變頻電驅動3）液壓驅動型式）液壓驅動型式4）混合驅動型式）混合驅動型式 液電、機電液電、機電2.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展271）機械驅動型式）機械驅動型式u 皮帶并車鉆機皮帶并車鉆機 ZJ32J-2鉆機傳動系統(tǒng)2.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展28u 優(yōu)點優(yōu)點 不受地域限制；不受地域限制； 動力配置方便；動力配置方便； 轉速可平穩(wěn)調節(jié)；轉速可平穩(wěn)調節(jié)； 結構緊湊，體積小，重量輕，便于搬遷結構緊湊，體積小，重量輕，便于搬遷移運，適于野外流動作業(yè)。移運，適于野外流動作業(yè)。u 缺點缺點 適應性系數(shù)小，過載能力有限；適應性系數(shù)小，過載能力有限；

13、 轉速調節(jié)范圍窄；轉速調節(jié)范圍窄； 噪聲大；噪聲大； 傳動效率低，維護使用費較高。傳動效率低，維護使用費較高。2.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展u鏈條并車鉆機鏈條并車鉆機ZJ32L鉆機傳動系統(tǒng)（寶石廠1998）2.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展30u 優(yōu)點優(yōu)點 自動無級變速、變矩，提高鉆機起升自動無級變速、變矩，提高鉆機起升工效；工效； 調速范圍變寬，傳動平穩(wěn)柔和，吸收調速范圍變寬，傳動平穩(wěn)柔和，吸收沖擊振動，延長了機械設備壽命；沖擊振動，延長了機械設備壽命； 減少并車損失。減少并車損失。u 缺點缺點 效率偏低，且隨渦輪軸轉速變化；效率偏低，且隨渦輪軸轉速變化； 液力變矩器結構比較復雜，需

14、要一套液力變矩器結構比較復雜，需要一套補償和散熱冷卻系統(tǒng)。補償和散熱冷卻系統(tǒng)。2.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展31u 齒輪并車鉆機齒輪并車鉆機ZJ20-2鉆機傳動系統(tǒng)2.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展32u 優(yōu)點優(yōu)點 傳動柔和，可吸收振動與沖擊；傳動柔和，可吸收振動與沖擊； 移運迅速，安裝方便；移運迅速，安裝方便； 渦輪軸可隨外載變化而自動變速，可渦輪軸可隨外載變化而自動變速，可防止工作機過載。防止工作機過載。u 缺點缺點 液力耦合器只能在高轉速比工況下工液力耦合器只能在高轉速比工況下工作，否則效率過低，功率損失大；作，否則效率過低，功率損失大； 只能傳遞扭矩，不能變矩。只能傳遞扭矩，不

15、能變矩。2.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展332）電驅動型式）電驅動型式u AC-AC驅動驅動 2.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展34u 優(yōu)點優(yōu)點 短時過載能力強；短時過載能力強； 采用單軸驅動，傳動效率高，維護保采用單軸驅動，傳動效率高，維護保養(yǎng)簡單；養(yǎng)簡單； 工作安全，噪音小。工作安全，噪音小。u 缺點缺點 工作轉速不可調節(jié)；工作轉速不可調節(jié)； 載荷速度特性為硬特性。載荷速度特性為硬特性。2.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展35u DC-DC驅動驅動2.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展36u 優(yōu)點優(yōu)點 無級調速，且調速范圍廣；無級調速，且調速范圍廣； 適應性強；適應性強； 操作方便，變

16、速快、時間短；操作方便，變速快、時間短； 簡化了傳動系統(tǒng)，提高傳動效率；簡化了傳動系統(tǒng)，提高傳動效率； 具有較好的運行經濟性。具有較好的運行經濟性。u 缺點缺點 DC-DCDC-DC電驅動鉆機采用單獨驅動方式，電驅動鉆機采用單獨驅動方式，可靠性較差。可靠性較差。2.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展37uAC-SCR-DC驅動驅動AC-SCR-DC驅動驅動系統(tǒng)2.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展38 AC-SCR-DC驅動驅動ZJ45D叢式井鉆機傳動系統(tǒng)2.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展39ZJ70/4500D鉆機傳動系統(tǒng)2.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展40u特點特點 AC-SCR-DCA

17、C-SCR-DC驅動鉆機具有驅動鉆機具有DC-DCDC-DC電驅動電驅動鉆機的全部優(yōu)點；鉆機的全部優(yōu)點； 采用并聯(lián)運行方式，功率利用率高；采用并聯(lián)運行方式，功率利用率高； 一次性投資費用一次性投資費用較較高高，運行費用低；，運行費用低； 鉆機運行可靠性高鉆機運行可靠性高； 交流公共母線上的功率因數(shù)較低交流公共母線上的功率因數(shù)較低。2.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展41uAC變頻驅動變頻驅動AC變頻驅動控制系統(tǒng)變頻驅動控制系統(tǒng)2.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展42AC變頻驅動變頻驅動ZJ50DB傳動系統(tǒng)2.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展43u 特點特點 能精確控制轉速和扭矩；能精確控制轉速

18、和扭矩； 轉速調節(jié)方便且范圍廣；轉速調節(jié)方便且范圍廣； 具有全扭矩；具有全扭矩； 啟動電流小、工作效率高；啟動電流小、工作效率高； 過載能力強；過載能力強； 可實現(xiàn)回饋制動剎車可實現(xiàn)回饋制動剎車； 使用安全方便、噪音低、維護簡便使用安全方便、噪音低、維護簡便。 自動送鉆裝置功能較多，自動送鉆裝置功能較多， 檔數(shù)少。檔數(shù)少。2.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展443）液壓驅動型式）液壓驅動型式 早在早在20世紀世紀50年代，石油鉆機中就采用年代，石油鉆機中就采用了液壓驅動轉盤，隨后發(fā)展到采用液壓驅了液壓驅動轉盤，隨后發(fā)展到采用液壓驅動絞車進行鉆井作業(yè)和起下鉆作業(yè)。動絞車進行鉆井作業(yè)和起下鉆作業(yè)。

19、 美國研制了全液壓驅動石油鉆機，采用美國研制了全液壓驅動石油鉆機，采用了液壓驅動的頂部驅動鉆井系統(tǒng)，其絞車了液壓驅動的頂部驅動鉆井系統(tǒng)，其絞車是一組多級同心液缸，取消了常規(guī)石油鉆是一組多級同心液缸，取消了常規(guī)石油鉆機結構型式的絞車和提升系統(tǒng)。機結構型式的絞車和提升系統(tǒng)。 自動化石油鉆機中也采用了液壓驅動型自動化石油鉆機中也采用了液壓驅動型式，如頂部驅動采用液壓驅動型式。式，如頂部驅動采用液壓驅動型式。2.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展46液壓驅動石油鉆機液壓驅動石油鉆機性能：性能： 鉆機發(fā)動機功率：鉆機發(fā)動機功率：500 hp 最大輸出扭矩：最大輸出扭矩：3600 kg.m （在在50 r/

20、min情況下）情況下） 兩臺泥漿泵發(fā)動機功率：兩臺泥漿泵發(fā)動機功率：500 hp 最大泵排量：最大泵排量：2300 l/min 最大泵壓：最大泵壓： 4200 psi（294 bar） 最大靜載：最大靜載：91 000 kg2.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展47顧心懌顧心懌液壓液壓修井機修井機2.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展484）混合驅動型式）混合驅動型式2.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展ZJ40LD鉆機傳動鉆機傳動49 石油鉆機驅動型式由機械、液力向電石油鉆機驅動型式由機械、液力向電驅動方向發(fā)展。驅動方向發(fā)展。 電驅動鉆機由直流電向交流變頻方向電驅動鉆機由直流電向交流變頻方向發(fā)展。

21、發(fā)展。 鉆機混合驅動形式鉆機混合驅動形式液電、機電液電、機電2.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展502.3 鉆機的近代技術鉆機的近代技術（1 1）液控盤式剎車）液控盤式剎車（2 2）交流變頻驅動）交流變頻驅動（3 3）頂部驅動系統(tǒng)）頂部驅動系統(tǒng)（4 4）液壓驅動鉆機）液壓驅動鉆機2.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展51（1）液控盤式剎車液控盤式剎車u周向制動改為徑向制動周向制動改為徑向制動 摩擦力均勻摩擦力均勻u手動控制改為液壓控制手動控制改為液壓控制 可自動控制可自動控制2.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展52ZJ70DB鉆機控制系統(tǒng)鉆機控制系統(tǒng)2.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展53未來的

22、研究及發(fā)展方向未來的研究及發(fā)展方向u 海洋鉆機盤式剎車海洋鉆機盤式剎車u 剎車副的摩擦特性研究剎車副的摩擦特性研究u 盤式剎車使用可靠性的提高盤式剎車使用可靠性的提高2.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展54（2 2）交流變頻驅動交流變頻驅動u交流變頻控制的特點交流變頻控制的特點 交流變頻電機特點：交流變頻電機特點： 功率密度大；功率密度大； 可靠性高；可靠性高； 防爆性能好。防爆性能好。 交流變頻控制的特點：交流變頻控制的特點： 控制精確；控制精確； 便于監(jiān)測；便于監(jiān)測； 遠程控制。遠程控制。2.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展55u主要發(fā)展方向主要發(fā)展方向 系列化、大功率系列化、大功率 人機

23、一體化、自動化、智能化人機一體化、自動化、智能化 遠程作業(yè)指導和診斷（數(shù)字化油田）遠程作業(yè)指導和診斷（數(shù)字化油田）2.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展56國內交流變頻鉆機的發(fā)展概況國內交流變頻鉆機的發(fā)展概況u 第一階段第一階段(1997(19972000)2000)研制研制ZJ15DBZJ15DB、ZJ30DBZJ30DB、ZJ10DBT ZJ10DBT ZJ15DB鉆機主要技術參數(shù)2.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展57u 第二階段第二階段(2001(20012004)2004)研發(fā)研發(fā) 2002 2002年：年：ZJ70DBZJ70DB、ZJ50DBSZJ50DBS ZJ40DB ZJ40

24、DB、ZJ50DBTZJ50DBT、ZJ30DBTZJ30DBT ZJ40/2250DB鉆機主要技術參數(shù)2.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展58u 第三階段第三階段(2005(2005) ) 發(fā)展發(fā)展 ZJ90/6750DB ZJ90/6750DB、ZJ120/9000DBZJ120/9000DB ZJ70/4500DB ZJ70/4500DB人工島環(huán)形軌道模塊鉆機人工島環(huán)形軌道模塊鉆機ZJ70ZJ90ZJ1202.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展59（3 3）頂部驅動鉆井系統(tǒng)頂部驅動鉆井系統(tǒng) 頂部驅動鉆井系統(tǒng)頂部驅動鉆井系統(tǒng)（Top drive drilling Top drive dril

25、ling systemsystem）簡稱頂驅，是）簡稱頂驅，是在鉆柱上端直接驅動鉆在鉆柱上端直接驅動鉆柱旋轉鉆進、循環(huán)泥漿、柱旋轉鉆進、循環(huán)泥漿、上卸扣、上卸扣、IBOPIBOP控制等具控制等具有多種功能的設備，是有多種功能的設備，是集機電液技術一體化的集機電液技術一體化的結構較為復雜的裝置。結構較為復雜的裝置。 2.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展60頂驅裝置的結構組成及其功能頂驅裝置的結構組成及其功能結構組成：結構組成：u頂驅主體頂驅主體u管子處理裝置管子處理裝置u導軌導軌u液壓傳動與控制系統(tǒng)液壓傳動與控制系統(tǒng) u其他：其他： 井口扶正器、下套管裝置、測井裝置、井口扶正器、下套管裝置、測井

26、裝置、 檢測工具與儀表等檢測工具與儀表等2.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展6122.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展62u頂驅主體頂驅主體動力水龍頭：動力水龍頭： 驅動主軸旋轉鉆進驅動主軸旋轉鉆進2.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展63u導軌導軌 承受頂驅主體反扭矩承受頂驅主體反扭矩2.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展64u液壓傳動與控制系統(tǒng)液壓傳動與控制系統(tǒng) 控制柜控制柜 頂驅司鉆臺頂驅司鉆臺 液壓控制系統(tǒng)液壓控制系統(tǒng)2.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展65液壓系統(tǒng)液壓油濾子平衡系統(tǒng)儲能器上IBOP延時儲能器齒輪油濾子油壓開關系統(tǒng)儲能器IBOP 壓力開關上IBOP執(zhí)行液缸平衡系統(tǒng)閥塊主液壓

27、系統(tǒng)閥塊吊環(huán)閥塊吊環(huán)液缸平衡液缸液壓油箱旋轉頭馬達和鎖銷總成電機和泵總成液壓電機10hp, 1,800rpm油箱容量25 加侖特性2.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展66u管子處理裝置管子處理裝置 抓放鉆桿抓放鉆桿 上卸扣上卸扣 控制控制IBOP 2.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展67u其他其他 井口扶正器井口扶正器 下套管裝置下套管裝置 測井裝置測井裝置 檢測工具與儀表等檢測工具與儀表等2.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展68頂驅鉆井優(yōu)勢頂驅鉆井優(yōu)勢u 節(jié)省接單根時間節(jié)省接單根時間u 倒劃眼防止卡鉆倒劃眼防止卡鉆u 下鉆劃眼下鉆劃眼u 節(jié)約泥漿節(jié)約泥漿u 人員、井下、設備安全人員、井下、設

28、備安全頂驅鉆井方式頂驅鉆井方式轉盤鉆井方式轉盤鉆井方式2.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展69國內外頂驅發(fā)展概況國內外頂驅發(fā)展概況u 美國：美國： NOV 、Bowen u 加拿大：加拿大：TESCO、Canrigu 挪威：挪威：MHu 法國：法國：Acbu 中國：中國石油勘探開發(fā)研究院設計中國：中國石油勘探開發(fā)研究院設計 北石廠、華北石油機械廠制造北石廠、華北石油機械廠制造 遼河天意有限公司遼河天意有限公司2.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展70美國美國NOV公司公司 NOV( Varco)公司是世界上最早開發(fā)和生產頂驅的公司，自1982年生產TDS-3以來，現(xiàn)已銷售800多臺頂驅，其中交流

29、變頻130多臺。主要的品種有： IDS-1 TDS-4H TDS-4S TDS-6S TDS-8SA TDS-9SA TDS-10SA TDS-11SA 我國陸上引進有四種規(guī)格：IDS-1、TDS-9SA、TDS-11SA及TDS-10S。2.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展NOV公司公司產品產品71NOV公司公司產品產品7273TDS-11SA頂驅鉆井系統(tǒng)與井架的關系TDS-11SA技術參數(shù)：技術參數(shù)： u API提升載荷：提升載荷：500噸噸u 整體式水龍頭整體式水龍頭u 雙交流電機：雙交流電機：2350馬力馬力u 減速箱齒輪傳動比：減速箱齒輪傳動比：10.5u 連續(xù)工作扭矩：連續(xù)工作扭矩

30、：51.75kNmu 間歇工作扭矩：間歇工作扭矩：67.34kNmu 適用鉆桿尺寸：適用鉆桿尺寸：3 5 inu 靜音斜齒輪傳動靜音斜齒輪傳動2.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展74Tesco 頂頂 驅驅2.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展75500 or 650 ECIS500 or 650 HCIS500 or 650 HS TOP DRIVE2.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展76 200 HMIS TOP DRIVE500 HC TOP DRIVE2.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展77 2.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展78 挪威挪威MH公司公司2.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展

31、79挪威挪威MH公司公司2.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展80國內頂驅裝置國內頂驅裝置u 中國石油勘探開發(fā)研究院自1989年開始，先后研制出直流、交流、液壓驅動的系列頂驅，適應20009000米井深。填補國內空白。u 交流變頻頂驅已在北石廠產業(yè)化，已生產頂驅120臺以上，其中絕大多數(shù)在國外鉆井，出口美國13臺；總訂貨量達到150臺。u 現(xiàn)與華北石油機械廠合作開發(fā)了DQ20Y液壓多功能動力水龍頭，已進行現(xiàn)場工業(yè)應用3口井以上。u 遼河天意公司已生產50臺頂驅以上。2.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展81 2.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展82 6750kN4500kN2250kN6.1m5.

32、9m5.3mkW）368 2 295 2400175kN.m52kN.m40kN.m125kN.m78kN.m60kN.m68kN.m68kN.m68kN.m35MPa35MPa35MPa89mm76.2mm76.2mmr/min）020002200180交流變頻驅動：交流變頻驅動：轉速范圍寬，過載能力強，功率利用充分，電機可靠性高轉速范圍寬，過載能力強，功率利用充分，電機可靠性高2.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展83管子處理裝置管子處理裝置旋轉頭IBOP 環(huán)形背鉗 導入環(huán)吊卡 傾斜機構2.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展84鉆桿夾緊背鉗鉆桿夾緊背鉗2.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展85電

33、控系統(tǒng)網絡結構電控系統(tǒng)網絡結構2.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展86主電控系統(tǒng)主電控系統(tǒng)2.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展87頂驅司鉆操作臺頂驅司鉆操作臺2.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展88（4 4）液壓鉆機）液壓鉆機u 液壓鉆機結構簡單，系統(tǒng)質量小，承載能力液壓鉆機結構簡單，系統(tǒng)質量小，承載能力高，鉆臺底座可利用空間大，功率利用率高，高，鉆臺底座可利用空間大，功率利用率高，鉆井成本低，且容易實現(xiàn)自動化作業(yè)。鉆井成本低，且容易實現(xiàn)自動化作業(yè)。u 近幾年來，加拿大、德國、意大利、美國和近幾年來，加拿大、德國、意大利、美國和挪威等國許多以液壓技術見長的公司，研制出挪威等國許多以液壓技術見長

34、的公司，研制出多種類型（有的已形成系列）的液壓驅動鉆機多種類型（有的已形成系列）的液壓驅動鉆機并不斷加以創(chuàng)新、改進、完善。并不斷加以創(chuàng)新、改進、完善。u 液壓驅動具有運動方式轉換容易等優(yōu)點，在液壓驅動具有運動方式轉換容易等優(yōu)點，在大功率液壓元器件可靠性不斷提高的前提下，大功率液壓元器件可靠性不斷提高的前提下，在對鉆機體積和質量要求嚴格的情況下（如海在對鉆機體積和質量要求嚴格的情況下（如海洋平臺、高移運性鉆機），液壓驅動石油鉆機洋平臺、高移運性鉆機），液壓驅動石油鉆機已成為一種主要的發(fā)展趨勢。已成為一種主要的發(fā)展趨勢。2.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展89u 加拿大加拿大Tesco公司的套管鉆

35、井鉆機、挪公司的套管鉆井鉆機、挪威海事液壓公司的威海事液壓公司的Ram鉆機等普遍采用全鉆機等普遍采用全液壓驅動形式外；液壓驅動形式外；u意大利意大利Drillmec公司推出的公司推出的HH系列全液系列全液壓鉆機已形成壓鉆機已形成9802942kN鉤載系列產品。鉤載系列產品。u 美國美國Schramm公司于公司于2006年年8月推出了月推出了首臺伸縮桅桿的首臺伸縮桅桿的TXD系列靜液傳動無絞車系列靜液傳動無絞車型動力頭鉆機，目前型動力頭鉆機，目前TXD系列鉆機已有系列鉆機已有T90XD型、型、T130XD型和型和T180XD型型3種規(guī)種規(guī)格，提升能力分別為格，提升能力分別為400.5、578.5

36、和和801.0kN。2.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展902.4 2.4 鉆機的自動化與數(shù)字化技術鉆機的自動化與數(shù)字化技術鉆機今后的發(fā)展趨勢鉆機今后的發(fā)展趨勢u 數(shù)字化、信息化、自動化、智能化數(shù)字化、信息化、自動化、智能化u 高適應性高適應性u 高經濟性、高可靠性高經濟性、高可靠性u 高移運性高移運性u 大型化大型化2.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展91鉆機控制系統(tǒng)由模擬式控制系統(tǒng)逐步鉆機控制系統(tǒng)由模擬式控制系統(tǒng)逐步轉化為數(shù)字式控制技術，并朝著智能轉化為數(shù)字式控制技術，并朝著智能化控制方向發(fā)展：化控制方向發(fā)展：u 智能化智能化u 網絡化網絡化u 開放化開放化2.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及

37、發(fā)展92 鉆機智能控制系統(tǒng)以鉆機智能控制系統(tǒng)以SIEMENSSIEMENS高性能的高性能的PLCPLC為控制核心，通過現(xiàn)場總線技術用數(shù)字為控制核心，通過現(xiàn)場總線技術用數(shù)字化設備組成化設備組成PROFIBUS-DPPROFIBUS-DP網絡。網絡。u 動力監(jiān)測控制系統(tǒng)動力監(jiān)測控制系統(tǒng)u 絞車自動化控制系統(tǒng)絞車自動化控制系統(tǒng)u 轉盤軟扭控制系統(tǒng)轉盤軟扭控制系統(tǒng)u 軟泵控制系統(tǒng)軟泵控制系統(tǒng)u 自動送鉆系統(tǒng)自動送鉆系統(tǒng)u 電子防碰系統(tǒng)一體化儀表系統(tǒng)電子防碰系統(tǒng)一體化儀表系統(tǒng)u 電、氣、液聯(lián)控系統(tǒng)電、氣、液聯(lián)控系統(tǒng)u 智能軟起動和執(zhí)行器智能軟起動和執(zhí)行器u 傳感器接口（傳感器接口（AS-iAS-i）系統(tǒng)

38、）系統(tǒng)u 電視監(jiān)控系統(tǒng)電視監(jiān)控系統(tǒng)2.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展93ZJ70DBS鉆機遠程智能控制網絡系統(tǒng)鉆機遠程智能控制網絡系統(tǒng)u 管理級網絡管理級網絡 IPC（WinCC），油田局域網，油田局域網u 控制級網絡控制級網絡 PLCu 現(xiàn)場級網絡現(xiàn)場級網絡 變頻器、變頻器、I/O模塊、模塊、AS-i接口接口2.2.鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展94井下控制工程井下控制工程2鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展鉆井新方法鉆井新方法1435 石油鉆機標準石油鉆機標準鉆井工程與鉆井機械鉆井工程與鉆井機械953.1 3.1 欠平衡鉆井欠平衡鉆井泥漿壓力低于地層壓力的鉆井方法泥漿壓力低于地層壓力的鉆井方法3

39、 3. .鉆井新方法鉆井新方法不同鉆井方式比較過平衡鉆井欠平衡鉆井鉆速慢極大地提高鉆速可能錯過產層可能從未知地層發(fā)現(xiàn)油氣容易傷害儲層減少損害可能造成壓差卡鉆不會造成壓差卡鉆能制止地層坍塌易造成地層坍塌可防止地層流體的涌出易發(fā)生井涌和井噴易造成井漏需要更多的配套設備3 3. .鉆井新方法鉆井新方法欠平衡鉆井需要的配套設備3 3. .鉆井新方法鉆井新方法氣體鉆井氣體鉆井龍崗龍崗1 1井使用氣體鉆井井段井使用氣體鉆井井段3304m3304m，僅用，僅用145145天完成天完成6540m6540m的鉆探任務，創(chuàng)造了單的鉆探任務，創(chuàng)造了單只空氣錘進尺只空氣錘進尺1712.82m1712.82m氣體鉆井日

40、進尺氣體鉆井日進尺557.32m557.32m的新紀錄。的新紀錄。四川七里北氣田采用氣體鉆井，與同一四川七里北氣田采用氣體鉆井，與同一地區(qū)采用泥漿鉆井相比，地區(qū)采用泥漿鉆井相比，2 2號井機械鉆速號井機械鉆速提高提高1 1倍，倍，101101號井提高約號井提高約5 5倍倍3 3. .鉆井新方法鉆井新方法3 3. .鉆井新方法鉆井新方法3 3. .鉆井新方法鉆井新方法1014.2 小井眼鉆井小井眼鉆井（1 1）小井眼鉆井設備的優(yōu)點）小井眼鉆井設備的優(yōu)點u 井眼體積小；井眼體積?。籾 節(jié)省費用節(jié)省費用50%50%左右；左右；u 質量輕、占地面積小、鉆機配套功質量輕、占地面積小、鉆機配套功率低，搬遷

41、安裝簡便；率低，搬遷安裝簡便；u 減小環(huán)境污染、降低噪聲干擾。減小環(huán)境污染、降低噪聲干擾。3 3. .鉆井新方法鉆井新方法小井眼鉆井系統(tǒng)小井眼鉆井系統(tǒng)1023 3. .鉆井新方法鉆井新方法103（2 2）國外小井眼鉆井設備的發(fā)展現(xiàn)狀）國外小井眼鉆井設備的發(fā)展現(xiàn)狀u 常規(guī)石油鉆機改造成小井眼鉆機常規(guī)石油鉆機改造成小井眼鉆機 美國美國Paker鉆井公司、鉆井公司、Cofor公司：公司： 鋼絲繩連續(xù)取芯裝置鋼絲繩連續(xù)取芯裝置 法國法國Forasol-Foramer公司：公司： W-N Apache 意大利：意大利： G150鉆機鉆機3 3. .鉆井新方法鉆井新方法104u 專門設計小井眼鉆機專門設計

42、小井眼鉆機 瑞典瑞典Microdrill公司：公司：MD-1500； Long year公司：公司：PM603； 美國美國Standard公司：公司：Irian沼澤地小井眼鉆機；沼澤地小井眼鉆機； Amoco公司和公司和Nabors工業(yè)公司：工業(yè)公司：Nabors 170型型 意大利意大利Silvio Ballerini公司：公司：ST系列系列ST-2、ST-4、 ST-6、ST-10，9803500m； Advance公司：公司：G系列車裝鉆機系列車裝鉆機G-14、G-22、 G-35、G-55、G-75，8001800m； 美國美國CBC公司：公司：CS系列系列CS-1000、CS-200

43、0、 CS-4000，10004000m，其中，其中CS-4000鉆機可鉆機可 進行連續(xù)取芯鉆井。進行連續(xù)取芯鉆井。3 3. .鉆井新方法鉆井新方法105u 小井眼鉆具小井眼鉆具 鉆頭鉆頭新型新型PDCPDC聚晶金剛石鉆頭、聚晶金剛石鉆頭、TSDTSD金鋼石鉆頭金鋼石鉆頭 鉆柱鉆柱 井下取芯工具井下取芯工具 打撈工具打撈工具 測井設備測井設備 完井工具完井工具3 3. .鉆井新方法鉆井新方法小井眼井下鉆具組合小井眼井下鉆具組合1063 3. .鉆井新方法鉆井新方法107（3 3）國內小井眼鉆井設備現(xiàn)狀）國內小井眼鉆井設備現(xiàn)狀吉林油田：吉林油田：F100F100型鉆機、型鉆機、ZJ15DZJ15

44、D型鉆機；型鉆機；四川油田：川西地區(qū)用四川油田：川西地區(qū)用XY5GXY5G型礦業(yè)鉆機和型礦業(yè)鉆機和TSJ6/660TSJ6/660型水井鉆機分別鉆型水井鉆機分別鉆1000m1000m以下和以下和1500m1500m小小井眼井；井眼井；勝利油田：鉆勝利油田：鉆1500m1500m以下淺層氣井也曾使用了大以下淺層氣井也曾使用了大慶慶130130鉆機和鉆機和ZJ45ZJ45型鉆機；型鉆機；大慶油田：近幾年小眼井鉆得較多，占國內大慶油田：近幾年小眼井鉆得較多，占國內80%80%以上，主要使用進口的以上，主要使用進口的1500m1500m車裝鉆機鉆小井眼車裝鉆機鉆小井眼井；井；長慶油田：鉆小井眼井主要用

45、長慶油田：鉆小井眼井主要用XJ-450XJ-450、350350、250250及及T50BT50B幾種車裝修井機。幾種車裝修井機。3 3. .鉆井新方法鉆井新方法108 國內已研制成功：國內已研制成功： 液壓頂部驅動鉆井系統(tǒng)液壓頂部驅動鉆井系統(tǒng) 金剛石小井眼鉆頭金剛石小井眼鉆頭 小井眼測斜儀器小井眼測斜儀器 小井眼井下鉆具小井眼井下鉆具 液控盤式剎車液控盤式剎車 正在研制：正在研制：液壓絞車、液壓泥漿泵液壓絞車、液壓泥漿泵3 3. .鉆井新方法鉆井新方法1094.3 4.3 連續(xù)管鉆井連續(xù)管鉆井 國外在用連續(xù)管鉆機超過國外在用連續(xù)管鉆機超過800800臺，臺，并以超過常規(guī)鉆機一倍的速度在發(fā)展。

46、并以超過常規(guī)鉆機一倍的速度在發(fā)展。連續(xù)油管作業(yè)機連續(xù)油管作業(yè)機3 3. .鉆井新方法鉆井新方法110連續(xù)油管卷筒連續(xù)油管卷筒 3 3. .鉆井新方法鉆井新方法1114.4.4 4 套管鉆機套管鉆機套管鉆機鉆井具有以下優(yōu)點：套管鉆機鉆井具有以下優(yōu)點： 簡化鉆機結構，減小鉆機尺寸，降低鉆簡化鉆機結構，減小鉆機尺寸，降低鉆機成本；機成本； 節(jié)省鉆井管材，減少費用；節(jié)省鉆井管材，減少費用； 減少起下鉆時間；減少起下鉆時間； 減少意外事故的發(fā)生；減少意外事故的發(fā)生； 套管鉆機在起下鉆更換鉆頭或測井時，套管鉆機在起下鉆更換鉆頭或測井時，可繼續(xù)循環(huán)鉆井液，防止鉆屑沉積，減少可繼續(xù)循環(huán)鉆井液，防止鉆屑沉積，減

47、少卡鉆和井涌發(fā)生。卡鉆和井涌發(fā)生。 3 3. .鉆井新方法鉆井新方法1124.5 4.5 激光鉆井激光鉆井（1 1）激光鉆井技術的）激光鉆井技術的發(fā)展歷程發(fā)展歷程 20 20世紀世紀6060年代末，美國年代末，美國 20 20世紀世紀7070年代初，美國、年代初，美國、法國、荷蘭法國、荷蘭 至至19971997年，激光鉆井的年，激光鉆井的可行性才得以證實可行性才得以證實 1998 1998年，美國天然氣工年，美國天然氣工業(yè)協(xié)會，聯(lián)合美國空軍、業(yè)協(xié)會，聯(lián)合美國空軍、陸軍啟動陸軍啟動“激光鉆井激光鉆井”計計劃。劃。3 3. .鉆井新方法鉆井新方法113（2 2）激光鉆井的優(yōu)點）激光鉆井的優(yōu)點 更易

48、穿透巖石，大大增加鉆進速度；更易穿透巖石，大大增加鉆進速度； 連續(xù)鉆進，節(jié)省時間；連續(xù)鉆進，節(jié)省時間； 不需要鉆頭、套管設備，減少鉆井成本；不需要鉆頭、套管設備，減少鉆井成本； 光纜連接，易于井底信息傳到地面；光纜連接，易于井底信息傳到地面； 大大減少對地層的污染；大大減少對地層的污染； 在一定程度上防止了井噴；在一定程度上防止了井噴； 能有效地控制井眼軌跡。能有效地控制井眼軌跡。 3 3. .鉆井新方法鉆井新方法114（3 3）激光鉆井技術尚需解決的問題）激光鉆井技術尚需解決的問題 復雜的地層條件復雜的地層條件； 井眼的清洗；井眼的清洗； 異常壓力的控制；異常壓力的控制； 實驗室研究與現(xiàn)場應

49、用的差距。實驗室研究與現(xiàn)場應用的差距。3 3. .鉆井新方法鉆井新方法1154.6 4.6 其他鉆井新技術其他鉆井新技術 膨脹管鉆井技術；膨脹管鉆井技術； 微孔鉆井技術；微孔鉆井技術； 旋沖鉆井技術；旋沖鉆井技術； 高壓高溫鉆井技術；高壓高溫鉆井技術； 三維可控與可視化鉆井技術；三維可控與可視化鉆井技術； 3 3. .鉆井新方法鉆井新方法116井下控制工程井下控制工程2鉆井機械及發(fā)展鉆井機械及發(fā)展鉆井新方法鉆井新方法1435 石油鉆機標準石油鉆機標準鉆井工程與鉆井機械鉆井工程與鉆井機械1174 井下控制工程井下控制工程井下控制工程學井下控制工程學蘇義腦蘇義腦 井下控制工程學是用工程控制論的觀井

50、下控制工程學是用工程控制論的觀點和方法，去研究和解決油氣井井下工程點和方法，去研究和解決油氣井井下工程控制問題的有關理論、技術手段的一個新控制問題的有關理論、技術手段的一個新學科分支，是一個多學科交叉的應用技術學科分支，是一個多學科交叉的應用技術新領域。新領域。 以井下為對象，以控制為目標，以力以井下為對象，以控制為目標，以力學為基礎，以機械為主體，以泥漿為介質，學為基礎，以機械為主體，以泥漿為介質，以計算機為手段，以實驗為依托。以計算機為手段，以實驗為依托。4.4.井下控制工程井下控制工程118地質導向鉆井技術地質導向鉆井技術 鉆井就是根據(jù)有關設計，采取各種措鉆井就是根據(jù)有關設計，采取各種措

51、施向目的層進軍。鉆井導向是幾何導向，施向目的層進軍。鉆井導向是幾何導向，只要鉆遇事先確定的幾何目標，即使沒有只要鉆遇事先確定的幾何目標，即使沒有發(fā)現(xiàn)油層，鉆井工作也算大功告成。發(fā)現(xiàn)油層，鉆井工作也算大功告成。 油田開發(fā)的不斷深入和勘探開發(fā)一體油田開發(fā)的不斷深入和勘探開發(fā)一體化的進程不斷加快，對鉆井技術提出了越化的進程不斷加快，對鉆井技術提出了越來越高的要求?，F(xiàn)在，鉆井不再是單純?yōu)閬碓礁叩囊蟆，F(xiàn)在，鉆井不再是單純?yōu)榱舜蚓?，了打井，“打井為了出油打井為了出油”的認識被更多的認識被更多人所接受。人所接受。4.4.井下控制工程井下控制工程119 同時，部分測井項目也由原來的完井后同時，部分測井項目也

52、由原來的完井后進行，變?yōu)殡S鉆隨測、在鉆進中進行。進行，變?yōu)殡S鉆隨測、在鉆進中進行。 鉆井技術的發(fā)展趨勢，是鉆探目標不再鉆井技術的發(fā)展趨勢，是鉆探目標不再固定不變，而是根據(jù)油層的位置隨時調整，固定不變，而是根據(jù)油層的位置隨時調整，將原先預測固定的將原先預測固定的“幾何靶幾何靶”變成實際上不變成實際上不確定的確定的“移動靶移動靶”。也就是說，鉆井導向必。也就是說，鉆井導向必須由幾何導向轉變?yōu)榈刭|導向。須由幾何導向轉變?yōu)榈刭|導向。 地質導向的任務是對準確鉆入油氣目的地質導向的任務是對準確鉆入油氣目的層負責。層負責。 “為鉆頭裝上鼻子，讓鉆頭聞著油味準為鉆頭裝上鼻子，讓鉆頭聞著油味準確前行。確前行。

53、”4.4.井下控制工程井下控制工程120（2）4.4.井下控制工程井下控制工程121組成：組成：井下測量井下測量用用MWD或或LWD測量測量近鉆頭處近鉆頭處 參數(shù)和工程參數(shù)；參數(shù)和工程參數(shù)；導向鉆具導向鉆具用井下導向馬達作為導向執(zhí)用井下導向馬達作為導向執(zhí)行行 工具；工具；信息傳輸信息傳輸用無線短傳技術把近鉆頭測量用無線短傳技術把近鉆頭測量 信息越過導向馬達傳至信息越過導向馬達傳至MWD 或或LWD并進一步上傳；并進一步上傳；決策處理決策處理地面信息處理與導向決策軟件地面信息處理與導向決策軟件 系統(tǒng)將井下測量信息進行處理系統(tǒng)將井下測量信息進行處理 解釋、判斷、決策，指揮導向解釋、判斷、決策，指揮

54、導向 工具準確鉆入油氣目的層。工具準確鉆入油氣目的層。4.4.井下控制工程井下控制工程1224.2 隨鉆測量系統(tǒng)隨鉆測量系統(tǒng) 井下隨鉆測量包括鉆井工程測量（井下隨鉆測量包括鉆井工程測量（MW D）和隨鉆測井（）和隨鉆測井（LWD）兩大部分。）兩大部分。 隨鉆測量技術的發(fā)展促進了鉆井、錄井、隨鉆測量技術的發(fā)展促進了鉆井、錄井、測井乃至地震（隨鉆地震測井乃至地震（隨鉆地震SWD）和地質（實）和地質（實時評價時評價FEWD）的多學科交叉與融合，實現(xiàn)）的多學科交叉與融合，實現(xiàn)了在鉆井的同時對鉆井作業(yè)的綜合評價和實了在鉆井的同時對鉆井作業(yè)的綜合評價和實時測井作業(yè)時測井作業(yè) 。4.4.井下控制工程井下控制

55、工程123 借助于借助于MWD進行鉆頭力學和鉆井的動進行鉆頭力學和鉆井的動態(tài)測量，地面上很難測量的工程參數(shù)在井態(tài)測量，地面上很難測量的工程參數(shù)在井下可以準確獲得。下可以準確獲得。 如井底鉆頭鉆壓、扭矩、振動、轉速、如井底鉆頭鉆壓、扭矩、振動、轉速、壓力、井斜角、方位角、工具面角、溫度、壓力、井斜角、方位角、工具面角、溫度、鉆柱彎矩、軸向拉（壓）力和三向（軸向、鉆柱彎矩、軸向拉（壓）力和三向（軸向、徑向、周向）加速度等。徑向、周向）加速度等。 這些參數(shù)的實時獲得，利于修正各種這些參數(shù)的實時獲得，利于修正各種模型、優(yōu)化鉆井參數(shù)、產層導向、預測和模型、優(yōu)化鉆井參數(shù)、產層導向、預測和預防及提前控制井下

56、事故的發(fā)生，達到安預防及提前控制井下事故的發(fā)生，達到安全、高效鉆井的目的。全、高效鉆井的目的。4.4.井下控制工程井下控制工程124LWD：利用隨鉆伽馬測井信息確定泥頁巖層：利用隨鉆伽馬測井信息確定泥頁巖層來選擇套管下深；確定儲集層頂部開始取心來選擇套管下深；確定儲集層頂部開始取心作業(yè)；在鉆進時利用隨鉆伽馬、密度、聲波作業(yè)；在鉆進時利用隨鉆伽馬、密度、聲波和電阻率測井曲線等評價地層壓力；在地層和電阻率測井曲線等評價地層壓力；在地層將被鉆井液嚴重污染前獲得真實的地層特性將被鉆井液嚴重污染前獲得真實的地層特性和最新資料。和最新資料。4.4.井下控制工程井下控制工程1254.3 旋轉導向馬達旋轉導向

57、馬達 推靠式（推靠式（Push the Bit）在鉆頭附近在鉆頭附近直接給鉆頭提供側向力；直接給鉆頭提供側向力； 指向式（指向式（Point the Bit）通過近鉆通過近鉆頭處鉆柱的彎曲使鉆頭指向井眼軌跡控制方頭處鉆柱的彎曲使鉆頭指向井眼軌跡控制方向。向。4.4.井下控制工程井下控制工程126 旋轉導向鉆井系統(tǒng)的工作機理都是靠偏旋轉導向鉆井系統(tǒng)的工作機理都是靠偏置機構（置機構（Bias Units）分別偏置鉆頭或鉆柱，）分別偏置鉆頭或鉆柱，從而產生導向。從而產生導向。 偏置機構的工作方式又可分為靜態(tài)偏置偏置機構的工作方式又可分為靜態(tài)偏置式（式（Static Bias）和動態(tài)偏置式（）和動態(tài)偏

58、置式（Dynamic Bias）（即調制式（）（即調制式（Modulated）兩種。）兩種。 靜態(tài)偏置式是指偏置導向機構在鉆進過靜態(tài)偏置式是指偏置導向機構在鉆進過程中不與鉆柱一起旋轉，從而在某一固定方程中不與鉆柱一起旋轉，從而在某一固定方向上提供側向力；向上提供側向力； 調制式是指偏置導向機構在鉆進過程中調制式是指偏置導向機構在鉆進過程中與鉆柱一起旋轉，依靠控制系統(tǒng)使其在某一與鉆柱一起旋轉，依靠控制系統(tǒng)使其在某一位置定向支出提供導向力。位置定向支出提供導向力。 4.4.井下控制工程井下控制工程127 三種工作方式的旋轉導向工具系統(tǒng)性能對比表三種工作方式的旋轉導向工具系統(tǒng)性能對比表工作方式工作方

59、式代表系統(tǒng)代表系統(tǒng)旋轉導向程旋轉導向程度度造斜能力造斜能力/30m位移位移延伸延伸能力能力螺旋螺旋井眼井眼適應井眼尺適應井眼尺寸寸（mm）靜態(tài)偏置靜態(tài)偏置推靠式推靠式AutoTrak RCLS工具系統(tǒng)工具系統(tǒng)外筒不旋轉外筒不旋轉6.5低低存在存在216311調制式調制式PowerDrive SRD全旋轉全旋轉8.5高高存在存在152311靜態(tài)偏置靜態(tài)偏置指向式指向式Geo-Pilot工具系統(tǒng)工具系統(tǒng)外筒不旋轉外筒不旋轉5.5中中消除消除2163114.4.井下控制工程井下控制工程1284.4 隨鉆測量信息傳輸技術隨鉆測量信息傳輸技術（1）有線傳輸方式）有線傳輸方式 通過電纜或光纜傳送信號，關鍵

60、通過電纜或光纜傳送信號，關鍵解決如何通過鉆桿的問題。解決如何通過鉆桿的問題。 電纜、鉆桿、光纜電纜、鉆桿、光纜（2）無線傳輸方式）無線傳輸方式 通過環(huán)境介質傳送信號，關鍵解通過環(huán)境介質傳送信號，關鍵解決長距離傳輸中信號衰減問題決長距離傳輸中信號衰減問題 泥漿、電磁、聲波泥漿、電磁、聲波4.4.井下控制工程井下控制工程129（1）有線傳輸方式）有線傳輸方式 電纜傳輸方式電纜傳輸方式 電纜隨鉆信號傳輸?shù)姆椒ㄊ峭娎|隨鉆信號傳輸?shù)姆椒ㄊ峭ㄟ^鉆桿內部下入電導線，導線的類過鉆桿內部下入電導線，導線的類型與電測中的電纜相似，是鎧裝電型與電測中的電纜相似，是鎧裝電纜。隨著鉆井的加深，加接單根時纜。隨著鉆井的