海洋石油钻井旋转导向钻井系统研究.ppt

1WWW.COSL.COM.CN 海洋石油旋转导向钻井系统研究进展海洋石油旋转导向钻井系统研究进展中海油田服务股份有限公司中海油田服务股份有限公司 油田技术研究院油田技术研究院报告人：菅志军报告人：菅志军2011 2011 年年 6 6月月24242一 、技术发展背景二 、几种典型的旋转导向工具原理三 、旋转导向钻井系统研究进展四 、结束语3一、技术发展背景◆随着复杂油气藏开发的需要，定向井工作量增长很快◆ 旋转导向技术取代传统的泥浆马达和弯接头，能够全井段旋转钻定向井，调整控制井眼轨迹效果好，井身质量高，钻井速度快，井眼清洁好，降低了定向钻井的工程风险，特别 是与LWD一起在钻大斜度井、水平井、分支井、大位移井及地质旋转导向进入油层的最佳位置方面能够达到理想的效果4一、技术发展背景1)VDS自动垂直钻井系统90年代初德国KTB项目组与EASTMAN TELEO联合开发研制 2）SDD自动直井钻井系统AGIP与BAKER HUGHES INTEQ合作在VDS系统的基础上开发研制 3）ADD自动定向钻井系统1991年美国能源部资助研制，目前已达到商业应用阶段 4）AGS和GEO－PILOT旋转导向自动钻井系统1993年，SPERRY－SUN公司研制了AGS；1999年，推出 GEO－PILOT旋转导向自动钻井系统。

5）RCLS旋转闭环自动钻井系统1993年，AGIP与BAKER HUGHES INTEQ合作研制；1997年，RCLS系统注册为AUTOTRAK，正式推向市场 6）SRD全旋转导向自动钻井系统1994年，英国CAMCO公司开始研制，1999年5月，CAMCO与Schlumberger 的Anadrill合并，SRD系统注册为PowerDrive应用于现场 5一、技术发展背景◆ 1997年左右旋转导向钻井技术开始商业化应用，据统计2007年市场份额达20亿$；◆随钻测井技术及导向钻井技术的日趋成熟也大大促进了大斜度井和水平井技术的应用 6二、几种典型的旋转导向工具的原理导向工具的基本原理◆push the bit ◆泥浆动力◆ point the bit ◆液压动力push the bitpoint the bit7二、几种典型的旋转导向工具的原理旋转轴不旋转套导向翼肋液压控制阀电子控制单元及进钻头测量传感器AutoTrak（贝克休斯）◆push the bit 导向原理◆带有不旋转外套◆电机液压动力驱动形式8二、几种典型的旋转导向工具的原理翼肋伸出翼肋伸出翼肋收缩翼肋收缩不旋转阀旋转翼肋旋转PowerDriver（斯伦贝谢）◆push the bit 导向原理◆没有不旋转外套◆泥浆动力驱动形式9二、几种典型的旋转导向工具的原理◆point the bit 导向原理◆带有不旋转外套◆液压动力驱动形式Geopilot（Halliburton）10三、旋转导向钻井系统研究进展涡轮发电机柔性短节旋转导向短节钻头伽玛电阻率工程参数短节井下中控 （定向探管＋泥浆脉冲器）随钻测量MWD （振动、环空压力、超声井径）◆导向单元； ◆近钻头井斜及工具面测量； ◆柔性短节及扶正器。

◆井下涡轮发电机； ◆MWD信息上传系统； ◆地面指令下传系统；旋转导向钻井系统组成11三、旋转导向钻井系统研究进展导向单元导向力产生的基本原理及导向单元的组成◆基于push the bit 导向原理；◆电机、泵驱动产生液压动力；◆导向力闭环控制；◆近钻头井斜角和工具面实时测量；◆井下涡轮发电机供电；12三、旋转导向钻井系统研究进展井下涡轮发电机电源模块负载试验发电机测试装置发电机电源模块基本结构原理◆发电机本体；◆导轮及叶轮的结构；◆整流及稳压电源模块13三、旋转导向钻井系统研究进展井下涡轮发电机涡轮发电机循环试验测试试验◆发电机功率测试（300W）；◆电源模块150℃高温测试；◆水循环测试14三、旋转导向钻井系统研究进展MWD信息上传系统◆300m实钻试验；◆传输速率3Bit/s15三、旋转导向钻井系统研究进展指令下传装置◆与立管相连的一个旁通阀，开启时实现泥浆流量的旁通分流，在钻柱中引起流量变化；◆计算机控制阀的开闭，实现编码指令的下传；◆井下仪器通过检测流量变化识别指令定向井实钻试验16610m-663m：旋转稳斜钻进（2柱）①扶正器模式②Inc：+0.55°Azi：+2.1°井名JJSY-4井井别试验井东经117°41′1.480″ 北纬38°54′45.440″ 补心距 9m井温45°C Max井斜16.70°预斜套管鞋 608m磁偏角 -5.09°磁倾角 57.29°收敛角 1.45°钻井液 搬土泥浆泥浆 电阻率2.46ohmm @31℃比重1.10g/cm3 粘度40s PH值 8.5663m-750m：旋转增斜钻进（3柱）①造斜模式②Inc：+11.59°Azi：+13.39°750m-838m：旋转扭方位钻进（3柱）①扭方位模式②Inc：+9.24°Azi：-17.67°50m：表层循环测试①翼肋回收模式OFF②泥浆脉冲遥传测试0m：井口测试①Tbus总线测试②B48总线测试三、旋转导向钻井系统研究进展定向井实钻试验17测量井深井斜方位井斜变化率30米方位变化率30米 导向模式（造斜）66317.25236.281.21 1.63677.7319.47242.644.52 12.95706.5224.92246.55.68 4.02734.9827.43248.972.65 2.6075328.84249.672.35 1.17导向模式（左扭）76530.33247.383.73 5.7279335.03242.25.04 5.5582337.27235.62.24 6.60838.4538.082321.57 6.99三、旋转导向钻井系统研究进展定向井实钻试验18三、旋转导向钻井系统研究进展定向井实钻试验19本次旋转导向工具试验累计进尺228m，有效 钻进时间12小时，试验初步验证了所研制的旋转导向工 具的功能及原理，试验表明所研制的旋转导向钻井系统 功能全部实现，展示了良好的前景。

三、旋转导向钻井系统研究进展20目前已经完成两套试验样机的加工制造，并进行了大量的实验室的功能测试及联调试验试验结果表明，旋转导向钻井系统各个单元样机功能原理完全实现，涉及的关键技术难题已经解决，部分单元样机进行了相关高温、振动、冲击、承压等可靠性测试试验1）旋转导向机构功能原理通过实钻试验验证；（2）涡轮发电机及其大功率的电源模块实现，发电机功率达到300W；（3）地面下传指令装置可实现计算机控制的指令下传；（4）MWD泥浆脉冲传输速率达到3bit/s，探管测量精度满足技术指标要求；（5）实现近钻头井斜角和重力高边工具面的实时监测，与导向单元配合可实现导向力 矢量的闭环控制；（6）初步验证了工具的造斜和扭方位的能力在造斜井段实现最大造斜率5.68°/30m，在扭方位井段实现最大方位调整率6.99°/30m7）初步检验了工具的的可靠性三、旋转导向钻井系统研究进展研究成果小结21四、结束语◆旋转导向钻井技术是一项比较复杂的技术，涉及到机械、电子、液压、控 制、软件设计等技术◆受工具尺寸限制，井下机构的设计难度较大，高温的微型液压元件及电子器件的选购难度较大；◆本设计采用了简单的液压系统，不涉及电磁阀等复杂控制机构，设计中采用了非接触式的电能信号耦合技术，采用了井下涡轮发电技术，有利于提高工具的可靠性、寿命和驱动能力。

◆受到井下恶劣的环境的影响，工具的可靠性和寿命非常重要试验样机尚需进行大量试验测试，可靠性测试，并进行实钻试验谢谢请批评指正。