旋转导向钻井技术介绍.docx

旋转导向钻井技术介绍引言近十几年来，水平井、大位移井、多分支井等简单构造井和“海油陆采”的快速进展为了节约开发本钱和提高石油产量，对那些受地理位置限制或开发后期的油田，通常通过开发深井、超深井、大位移井和长距离水平井来实现，进而造成简单构造的井不断增多目前通行的滑动钻井技术已经不能满足现代钻井的需要于是，自 20 世纪 80 年月后期，国际上开头加强对旋转导向钻井技术的争论；到 90 年月初期，旋转导向钻井技术已呈现商业化国外钻井实践证明，在水平井、大位移井、大斜度井、三维多目标井中推广应用旋转导向钻井技术，既提高了钻井速度，也削减了钻井事故，从而降低了钻井本钱旋转导向钻井技术是现代导向钻井技术的进展方向旋转导向钻井技术旋转导向钻井法是在用转盘旋转钻柱钻井时随钻实时完成导向功能钻进时的摩阻与扭阻小、钻速高、钻头进尺多、钻井时效高、建井周期短、井身轨迹平滑易调控此外，其极限井深可达 15 km，钻井本钱低旋转导向钻井技术的核心是旋转自动导向钻井统，如图 1 所示它主要由地面监控系统、地面与井下双向传输通讯系统和井下旋转自动导向钻井系统 3 局部组成1、 地面监控系统旋转导向钻井系统的地面监控系统包括信号接收和传输子系统及地面计算存储分析模拟系统，有的还具有智能决策支持系统。

旋转导向钻井系统的主要功能通过闭环信息流监视并随钻调控井身轨迹，其关键技术是从地面发送到井下的下行掌握指令系统2、 地面与井下双向传输通讯系统目前已提出的信号传输方式有 4 种，即钻井液脉冲、绝缘导线、电磁波和声波通过比较分析，笔者觉察这 4 种传输方式各有优缺点和应用局限，如表1 所示3、 井下旋转自动导向钻井系统井下旋转自动导向钻井系统是旋转自动导向系统的核心，它主要由 3 局部构成，即测量系统、导向机构、CPU 和掌握系统1） 测量系统 测量系统主要用于监测井眼轨迹的井斜、方位及地层状况等根本参数，使钻井过程中井下地质参数、钻井参数和井眼参数能够实时测量、传输、分析和掌握它经受了随钻测量(MWD)、随钻测井(LWD)、随钻地震(SWD)、随钻地层评价测试技术(FEMWD)和地质导向技术(GST)几个阶段2） 导向机构 导向机构代表了目前导向技术的先进水平按原理不同，导向机构原理可分为:①导向力原理推力式〔或称偏置式〕旋转导向工具和指向式旋转导向工具推力式旋转导向工具是通过侧向力推靠钻头来转变钻头的井斜和方位而指向式旋转导向工具是预先定向给钻头一个角位移，通过为钻头供给一个与井眼轴线不全都的倾角来使钻头定向造斜。

②掌握原理可变径稳定器式旋转导向工具和调制式旋转导向工具前者是先通过电磁阀调整在伸缩块上的液压，以使导向力矢量满足所需导向目标； 再通过定向掌握系统进展方位与井斜的掌握〔图 2〕而后者是通过调整涡轮发电机负载电流转变涡轮发电机绕组回路阻抗，以使携带高强度永磁铁的涡轮叶片与稳定平台内的扭矩线圈耦合产生不同的电磁转矩和加速度，进而使旋转换向阀保持一个相对于井壁的固定角度，即工具面角，最终实现掌握轴在受控状态下的运动状态转变〔图 3〕③套筒旋转与否原理全旋转导向工具和不旋转套筒旋转导向工具全旋转导向工具与井壁动态接触，其旋转掌握阀在垂直井段随钻柱一起旋转不旋转套筒旋转导向工具与井壁静态接触，其外套不随钻柱旋转3） CPU 和掌握系统 CPU 和掌握系统是整个系统的信息处理和治理中心，它承受来自各个传感器的信号，并依据特定的数据处理方法和掌握规律， 来掌握可调稳定块的伸缩，从而转变钻头的运动轨迹,以到达预设的要求CPU 运行的掌握算法〔包括掌握器设计、模型辨识以及状态估量等〕是智能钻井的关键局部可见，CPU 运行的掌握算法、传感器技术和变径机构的开发是构成可变径稳定器的三大组成局部旋转导向钻井工具旋转导向钻井工具是旋转导向钻井系统的核心，打算了旋转导向钻井系统的工作特色和工作力量。

1、 典型井下闭环旋转导向钻井工具1.1 MRST 的组成及工作原理调制式旋转导向钻井工具〔MRST〕属于推靠式旋转导向钻井工具〔图 4〕由于其钻柱与井壁之间不存在静止点，因此，在钻井过程中更可表达旋转钻井的优越性调制式旋转导向钻井系统导向力的大小和方向主要是由稳定平台掌握的当需要最大导向力时，稳定平台掌握轴就带动上盘阀旋转，使上盘阀稳定在预定方向，掌握上盘阀高压孔方向恒定在钻柱旋转过程中,每个“巴掌”依次在该方向四周伸出拍打井壁，导向机构对井壁的作用力就是这些拍打力的合力这个合力的反力就是钻柱受到的导向力，方向沿着上盘阀预定方向的反方向当不需要导向时，稳定平台带动上盘阀以和钻柱具有不同的某一转速匀速转动，这时“巴掌”均匀拍打井壁四 周，导向工具可掌握的液压导向力的合力就等于零，此时导向工具呈中性工作状态，到达稳斜效果MRST 液压掌握阀承受上、下盘阀构造，上盘阀与稳定平台掌握轴相连接，它只有一个弧形长孔外形的高压阀孔下盘阀与钻柱本体连接，随 MRST 外壳及钻柱一起旋转，它有 3 个互成 120°圆心角的等直径低压孔〔泄流孔〕，见图 5图 4 调制式旋转导向钻井工具图图 5 液压掌握上、下盘阀图1.2 Geo-Pilot 的组成及工作原理Geo-Pilot 是一种不旋转套式导向工具〔图 6〕属于指向式旋转导向钻井工具。

它不是靠偏心稳定器的翼肋推靠井壁偏置钻头进展导向，而是靠不旋转套与万向短节之间的一套偏心机构使万向轴偏置， 从而为钻头供给了一个与井眼轴线不全都的倾角，产生导向作用该机构由几个可掌握的偏心环组合而成，当井下自动掌握完成偏心环组合之后，该机构将相对于不旋转套固定，从而始终将万向轴向固定方向偏置，为钻头供给一个方向固定的倾角图 6 Geo-Pilot 旋转导向钻井工具图2、 型指向式旋转导向钻井工具构造与导向原理2.1 底部钻具组合〔BHA〕及导向原理型指向式旋转导向钻井工具 BHA 构造〔图 7〕由 4 个局部组成，分别是：枢轴稳定器、水力偏置系统、MWD 总成和钻柱稳定器其中，MWD 总成包括：CPU、存储器、螺线型电导管、随钻测量仪〔MWD〕及掌握电路和传感器该指向式旋转导向钻井工具〔图 8〕包含两个尤为重要的组成局部： 一个是近钻头稳定器〔枢轴稳定器〕，该稳定器由不锈钢材料组成,拥有 4 个螺旋形刀锋翼肋且相互“环布”连接，并为旋转中心轴供给固定支点；另一个是水力偏置机构，也可看着是一个特别的“稳定器”，由于它是由不旋转外套筒、电子马达和放射状偏心环组成，并且在不旋转外套筒上安装有 3 个水力驱动“巴掌”，旋转中心轴位于不旋转外套筒内依次穿过偏置系统和近钻头稳定器。

动力模块电子马达位于中心轴和不旋转套筒之间与掌握电路相连图 7 型指向式旋转导向钻井工具 BHA 构造简图图 8 型指向式旋转导向钻井工具图导向原理正常状况下，中心轴与外套筒中心线重合〔图 9-Ⅰ〕钻井的过程中，该 型指向式旋转导向钻井工具中的掌握电路 CPU 接收到 MWD 总成中相关高端传感器传输的信号〔比方：井斜、方位〕，然后经由螺线形电导管传输给动力模块电子马达，电子马达给放射状水力偏置系统供给动力，安装在不旋转套筒外部的“巴掌”伸出与井壁接触，同时安装在其内部的偏心环旋转在“巴掌”和近钻头稳定器支点共同作用下，钻头形成一偏角，即中心轴与不旋转套筒中心线形成肯定角度〔图 9-Ⅱ〕在偏心环作用下，将连接着钻头 的中心轴向固定方向偏置，为钻头供给一个方向的固定的倾角，从而使钻头的钻井方向发生转变，对井斜和方位进展订正〔见图 9-Ⅲ〕其中，钻头偏移 角度不仅可调，而且在钻井过程中将钻杆传递的扭矩和钻压实时传递给钻头同时，掌握电路把信号转化成泥浆脉冲信号，上传给地面掌握系统进展分析其导向原理如图 10 所示图 9 型指向式旋转导向钻井工具导向流程图图 10 型指向式旋转导向钻井工具导向原理简图。