旋转导向和分支井技术介绍

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旋转导向和分支井技术介绍

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1. 概述

2. 国际上已经投入使用的旋转导向钻井系统

3. 在渤海油田使用的旋转导向钻井系统介绍

4. 旋转导向技术的应用

5. 分支井技术

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20 世纪 90 年代初期 , 多家公司形成了商业化的旋转导向技术。

旋转导向钻井系统实质上是一个变径稳定器与测量传输仪器（ MWD/LWD ）联合组成的井下闭环工具系统。非常适合目前开发特殊油藏的超深井、高难度定向井、水平井、大位移井、水平分支井等。

旋转导向钻井技术概述

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在钻柱旋转的情况下，具有导向能力；

配有全系列标准的地层参数及钻井参数检测仪器；

配有地面—井下双向通讯系统；

工具设计制造模块化、集成化；

定向钻井时不需要特殊的钻井参数，就可以保证最优的钻井过程

导向自动控制，以保证准确光滑的井眼轨迹。

旋转导向钻井技术概述 ( 续 )

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Sperry-sun 在 1999 年推出新一代的 Geo-Pilot 旋转导向自动钻井系统

Baker Hughes Inteq 在 1997 年推出的 Auto Trak 。其 63/4“ 系统创下了单次下井工作时间 92h ，进尺 2986m 的世界纪录， 81/4” 系统创下了单次下井工作时间 167h ，进尺 3620m 的世界纪录。

Anadrill 公司的 PowerDrive 。截至 1999 年底，该系统已下井138 次，累计工作时间 11610h ，总进尺 47780m 。目前，世界上 3 口位移超过 10000m 的大位移井中，有 2 口应用了该系统。

国际上已使用的旋转导向钻井系统 ( 续 )

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目前，旋转导向钻井系统形成了两大发展方向：

不旋转外筒式闭环自动导向钻井系统 :

AUTOTRAK 和 GP

全旋转自动导向钻井系统 :

Power Driver SRD

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2000 年， PowerDrive SRD 系统引入国内海上应用，在设计井深 8800m 、水平位移超过7500m 的南海 XJ24—3—A18 井 6871—8610m 井段中成功应用。尽管该工具的日租金高达数万美元，仍直接节约了 500 万美元的钻井作业费用。

国际上已使用的旋转导向钻井系统 ( 续 )

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㈠、 AutoTrak 旋转闭环钻井系统

系统组成 :

地面与井下的双向通讯系统 ( 地面监控计算机、解码系统及钻井液脉冲信号发生装置 )

导向系统 (AutoTrak工具 )

MWD/LWD

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㈠、 AutoTrak 旋转闭环钻井系统 (续 )

井下偏置导向工具导向原理示意图

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工作原理 :

AutoTrak RClS系统的井下偏置导向工具由不旋转外套和旋转心轴两大部分通过上下轴承连接形成一可相对转动的结构。旋转心轴上接钻柱，下接钻头，起传递钻压、扭矩和输送钻井液的作用。不旋转外套上设置有井下 CPU、控制部分

和支撑翼肋图 2 AutoTrak RCLS 结构示意图

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系统的组成

Power Driver SRD 系统由稳定平台和翼肋支出及控制机构组成。

㈡ PowerDrive 旋转导向钻井系统

图 5 PowerDrive 系统主要组成部分PowerDrive 系统主要组成部分

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Power DrIver SRD 系统的支撑翼肋的支出动力来源是钻井过程中钻柱内外的钻井液压差。控制轴从稳定平台延伸到下部的翼肋支出控制机构，底端固定上盘阀，由稳定平台控制上盘阀的转角。下盘阀固定于井下偏置工具内部，随钻柱一起转动，其上的液压孔分别与翼肋支撑液压腔相通。在井下工作时，由稳定平台控制上盘阀的相对稳定性；随钻柱一起旋转的下盘阀上的液压孔将依次与上盘阀上的高压孔接通，使钻柱内部的高压钻井液通过该临时接通的液压通道进入相关的翼肋支撑液压腔，在钻柱内外钻井液压差的作用下，将翼肋支出。

㈡ PowerDrive 旋转导向钻井系统( 续 )

图 6 PowerDrive 盘阀控制机构示意图

PowerDrive 盘阀控制机构示意图

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㈡ PowerDrive 旋转导向钻井系统( 续 )

PowerDrive 把旋转钻井条件下测得的井斜角、方位角和工具面角等数据上传到地面，地面计算机监控系统根据实钻井眼与设计井眼的相对位置来产生改变工具面角等参数的下传指令，井下微处理器分析脉冲信号加以识别，与储存在仪器里的指令对比后，由井下旋转导向工具执行指令

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PowerDrive675

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PowerDrive BHA

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⑴ 整个钻具对井眼没有静止点，能减小摩阻、利于井眼清洗、优化井身质量。

⑵ 内部故障诊断和工具维护指示，减小了井下故障发生的几率。

⑶ 同步发送和接收MWD 、 LWD 等数据，一体化的设计特色和 6-12bit/s 的数据传输速度。

⑷ 地面监控系统能改善对钻压、钻井泵的控制。通过改变泥浆的流量，可改编数据传输速度。通过改变数据帧，它能随钻井和地质条件的改变而选择哪个数据实时传输和哪个数据存贮起来。

⑸ 可配套特制的 PDC 钻头，大幅度提高钻速。

⑹ 旋转控制阀在垂直井段随钻柱一起旋转，导向块产生的导向力也不断变化，会造成井眼扩径和井下钻具的横向冲击与振动。同时由于活塞伸缩频繁和液压控制系统的工作介质的影响，工具的耐磨损与密封是关键技术。

PowerDrive 的特点

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Geo-Pilot 系统也是一种不旋转外筒式导向工具， Geo-Pilot 旋转导向是靠不旋转外筒与旋转心轴之间的一套偏置机构使旋转心轴偏置，从而为钻头提供了一个与井眼轴线不一致的倾角。其偏置机构是一套由几个可控制的偏心圆环组合形成的偏心机构，当井下自动控制完成之后，该机构将相对于不旋转外套固定，从而始终将旋转心轴向固定方向偏置，提供方向固定的倾角。

㈢ Geo-Pilot 系统

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Geo-Pilot™System

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以 Geo-Pilot 为例介绍旋转导向工具的应用

五、旋转导向技术的应用

2005 年，我公司与 Halliburton 公司合作，在渤海的 NB35-2 油田水平分支井 8-1/2 〞井眼作业中，使用该公司的旋转导向工具和我公司的 FELWD 测井工具联合作业，取得了预期的效果。

　　　使用该工具共作业 12 口井

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NB35-2 油田水平分支井 8-1/2" 井眼作业时，轨迹的控制是定向井工作的重中之重。为了控制好轨迹，作业中我们严格按照设计钻进（如果油层走向同设计对比存在少许偏差，那我们严格按照陆地项目组的要求作业），勤跟踪、预测轨迹变化趋势，确保 GP 能够正常工作，同时避免轨迹控制上“大起大落”。

根据已钻井的作业情况 , 我们控制轨迹主要使用以下钻井参数 :

（另外，在保护好油层的条件下，同时确保 GP 能够发挥更好的效果，根据不同的地层情况 , 可使用的泥浆性能为： 1. 地层特别松软 , 可钻性好 , 机械钻速高于 120 米 / 小时 , 其漏斗粘度 90~100sec/qt,密度 1.16g/cm3; 2. 可钻性相对来说较差的地层 ,其 ROP<100米 /小时 ,其漏斗粘度 75~85sec/qt, 密度 1.15g/cm3.)

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增斜钻进： F/R ： 950~1000l/min, RPM:40 ～ 80, WOB:10~16t TF ： 0deg, Deflection:100%.

在增斜钻进过程中，使用高钻压，低转速，低排量，其目的是为了减少钻头对地层的水力冲蚀，增加井眼轨迹的规则性，确保井眼扩大率小，只有这样， GP 才能够很好地确保侧向力在高钻压，低转速时能够很好的发挥出来，从而达到在油层中的增斜效果

Geo-Pilot 井眼轨迹控制理念

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降斜钻进： F/R ： 1500~1700l/min, RPM:120, WOB:0~5t TF ： 180deg, Deflection:100%.

在降斜钻进过程中，使用低钻压，高转速，高排量，其目的充分依靠钻具自身重力和 GP 向下的侧向力，达到降斜效果。

Geo-Pilot 井眼轨迹控制理念（续）

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稳斜钻进： F/R ： 1500~1600l/min, RPM:120, WOB:3~12t TF ： 0deg, Deflection:100%;

使用以上参数钻进时，一个是底部钻具在松软的地层中有降斜趋势，另一个是底部钻具在 GP 向上的侧向力作用下，有增斜趋势，两者矢量上的叠加，能够较好的起到稳斜作用。

Geo-Pilot 井眼轨迹控制理念（续）

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分支井技术分支井技术

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REFERENCE INFORMATION

Co-ordinate (N/E) Reference:Vertical (TVD) Reference: site2 @ 39.00m

Section (VS) Reference: Slot - B1(-4.65N, -5.85E)

Measured Depth Reference:

site2 @ 39.00m

Calculation Method: Minimum Curvature

Directional Drilling of Well_Tech China Oilfield Services Ltd.

Azimuths to Grid North

True North: 0.71dMagnetic North: -5.77d

Magnetic Field

Strength: 53681.0nTDip Angle: 57.06dDate: 2004-12-31

Model: WMM_2000

-15 -13 -12 -10 -9 -7 -6 -4 -3 -1 0 1 3 4 6 7 9 10 12 13 15

West(-)/East(+) (3 m/in)

NB35-2 B 平台基本概况

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　分枝井的悬空钻进： F/R ： 1100~1300l/min, RPM:140, WOB:0~2t ROP ： 1~5m/hr

1. 确保该井段井眼轨迹规则，平滑，通畅，为后面完井作业打好基础

2. 确保该井段轨迹走向有向下的趋势，保证筛管能够顺利下到主支里面，而不是分支里面；

3. 确保所钻轨迹在较少井段尽快与分支分离。

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水平分枝井井身结构剖面示意水平分枝井井身结构剖面示意图图

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在 NB35-2 油田A 平台所钻的水平分支井中，其中 A7m 井共钻6 个分支，是渤海湾所钻分支最多的一口水平分支井

Survey: Sidetrack_mainbore (A7m/Survey)

West(-)/East(+) [m]

500 550 600 650 700 750 800 850 900 9501300

实钻井眼轨迹投影图

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谢谢！

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11 拉伸、旋转、扫掠、放样

§23.1 图形的旋转（一）

第四章柱面、锥面、旋转曲面与二次曲面

1. 概念：旋转：如果一个图形绕某一个定点沿某一个方向转动一个角度 , 这样的图形运动称为旋转 . 这个定点称为旋转中心 , 转动的角度称为

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