导向钻井技术
一概述
1．定义
钻井技术发展的新阶段是自动化钻井。所谓自动化钻井就是钻井的全部过程依靠传感器测量各种参数，并用计算机采集，进行综合解释与处理，然后再发出指令，最后由各相关设备自动执行，使整个钻井过程变成一个无人操作的自动控制过程。
自动化钻井的全过程分六个环节：
(1)地面实时测量主要用综合录井仪。
(2)井下随钻测量目前主要用MWD/LWD/FEWD等。
(3)数据实时采集由相关计算机（井下或地面）完成。
(4)数据综合解释并发出指令应用人工智能优化钻井措施。
(5)地面操作自动化地面操作自动化（铁钻工/自动排管机）
(6)井下操作自动控制钻头自动导向（轨迹自动控制）。
以上六个环节中，井下随钻测量和井下自动控制是关键环节，同时也是关键技术，二者结合起来实际上是井眼轨迹自动控制技术（即自动导向钻井技术）（AutoTrak自动跟踪/ClosedLoopSteeringDrilling 闭环钻井）。
导向钻井实际就是井眼轨迹控制问题，无论是常规直井或特殊工艺井，都需要井眼轨迹控制。直井需要防斜打直，定向井需要按设计井眼轨道控制钻头钻进的轨迹。传统的导向钻井（即井眼轨迹控制）是由井下导向工具配以适当的钻井参数来实现的，自动导向钻井是由井下计算机根据随钻采集的参数自动控制导向工具来实现的。
2．发展沿革
自动导向钻井技术是钻井工程领域的高新技术，代表着世界最先进的钻井技术发展方向。目前，在世界范围内水平井、大位移井、分支井等高难度的复杂井正蓬勃发展，常规钻井技术难以适应需要，必
须依靠先进的导向技术才能保证井眼轨迹的准确无误。
迄今为止，定向钻井技术经历了三个里程碑：(1)利用造斜器(斜向器)定向钻井；(2)利用井下马达配合弯接头定向钻井；(3)利用导向马达(弯壳体井下马达)定向钻井。这三种定向钻井工具的广泛使用，促进了定向钻井技术的快速发展，使得今天人们能够应用斜井、丛式井、水平井、水平分支井技术开发油田。
随着石油工业的发展，为了获得更好的经济效益，需要钻深井、超深井、大位移井和长距离水平井，而且常常要在更复杂的地层如高陡构造带钻井。这些都对定向钻井工具提出了更高的要求。
为了克服滑动导向技术的不足，从20世纪80年代后期，国际上开始研究旋转导向钻井技术，到20世纪90年代初期多家公司形成了商业化技术。旋转导向钻井系统实质上是一个井下闭环变径稳定器与测量传输仪器（MWD/LWD）联合组成的工具系统。它完全抛开了滑动导向方式，而以旋转导向钻进方式，自动、灵活地调整井斜和方位，大大提高了钻井速度和钻井安全性，轨迹控制精度也非常高，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、水平分支井等特殊工艺井导向钻井的需要。
导向钻井技术最初用于水平井的施工，随后应用在大斜度井和大位移井。钻井施工中，导向钻井技术逐步完善和成熟，在一些条件合适的定向井中采用此技术，取得了良好的效益，大幅度提高了油田定向井的钻井速度和质量。
二导向方式
1.几何导向钻井
根据井下测量工具（MWD）测量的井眼几何参数（井斜角、方位角和工具面角）来控制井眼轨迹的导向钻井方式称为几何导向钻井。如果井下参数测量和导向工具的控制由井下计算机完成，则为自动几何导向钻井。
由井下随钻测量工具（MWD/LWD）测量的几何参数，井斜、方位和工具面的数值传给控制系统，由控制系统及时纠正和控制井眼沿预定的井眼轨迹前进。
2.地质导向钻井
地质导向是在拥有几何导向的能力的同时，又能根据随钻测井（LWD）得出的地质参数（地层岩性、地层层面、油层特点等），实时控制井眼轨迹，使钻头沿着地层的最优位置钻进。这样可在预先不掌握地层特性的情况下实现最优控制。地质导向本身就是自动导向钻井，井眼轨迹控制的依据是地质地层参数，这样一来实钻井眼的轨迹很有可能脱离钻井设计的井眼轨道
地质导向的目的就是要根据地层中碳氢化合物的含量控制井眼轨迹穿越油气层，而不是利用常规的几何方式控制井眼轨迹在地层中穿行。利用地质评价仪器进行地质导向施工，仪器测量点滞后钻头的距离达20~30m，易导致EP点确定不精确、不能有效避开油/气、油/水界面、不能及时发现和避开断层等现象，实钻井眼轨迹难免会在油气层的上界或下界中交叉穿越，从而降低了油气层的暴露程度，不利于提高施工的效益。地质导向工具将地质仪器与钻井工具(井下动力钻具、可调径稳定器等)融为一体，缩短了地质参数测量点距钻头的
距离，在钻进过程中能及早感应到地层的变化，以此控制轨迹，能保
证轨迹最大限度地在油气层中穿行、提高油井产量、降低完井费用。
利用近钻头处实时采集的地质地层参数，超前预测和识别油气层，并根据需要调整井眼轨迹，引导钻头准确钻达油气富集区域。
地质导向的技术关键是近钻头处地层参数、井眼轨迹参数和钻头工作参数的实时测量。
国外对地质导向的研究始于八十年代末，主要有美国、英国、德国、法国和挪威等国家。1993年由Anadrill公司研制成功了钻井、测井综合评价系统，实现了地质导向。
2．1地质导向钻井技术
地质导向钻井系统是近年来国内外发展起来的前沿钻井技术之一，是石油钻井工业的一次技术革新，它以近钻头地质参数与工程参数的随钻测量、传输、地面实时处理解释和决策控制为主要技术特征，被广泛应用于水平井（尤其是薄油层水平井）、大位移井、分支井、
侧钻井和深探井。
地质导向钻井技术是随着水平井钻井技术、地质评价仪器、地质导向工具发展和地质评价的需要而逐步发展起来的，到20世纪90年代初期，能满足当时各种不同需要的随钻地质评价仪器和地质导向工具相继出现，标志着地质导向钻井技术已经基本成熟。目前，地质导向钻井技术在大位移定向井、水平井及特殊工艺井中获得广泛应用，已经成为现代钻井技术的核心技术之一。地质导向钻井技术是在导向钻井技术的基础上发展起来的，但是和导向钻井技术又有着明显的区别，其核心是随钻地质评价仪器和地质导向工具。利用地质导向钻井技术施工，具有实时获得真实的地质参数、实现地质导向、风险开发施工回避、提高勘探开发效率等优势。
2．2地质导向钻井的优越性
1、连续井眼轨迹控制，减少起下钻次数；
2、近钻头处的井斜传感器减少了大斜度井、水平井的井斜误差，增强了井眼位移延伸的能力，减少了钻柱的摩阻；
3、近钻头钻速传感器可帮助司钻最佳使用导向马达，提高机械钻速，延长马达的使用寿命，减少起下钻换钻具的时间；
4、近钻头传感器使钻头处参数测量的滞后时间接近于零，能使井眼最大限度地保持在油气层内；
5、方位伽马射线测量能在钻头处进行地层对比，这对探测标志层、确定套管下深和取心层位是非常有用的，同时还可使司钻确知是否钻穿地层的顶部或者底部；
6、定性的电阻率测量能够实时显示油气和岩性，这对地层对比和确定油气水界面是非常有用的；
7、方位电阻率可使司钻得知油水、油气和其它液相界面流体边界的方向。
2.3地质导向系统
地质导向系统是把井眼轨迹测量和地层特性参数测量的传感器以短节的形式装在近钻头位置，测量的数据通过MWD传到地面，供控制人员识别地下情况，调整井眼轨迹。
1、地质导向系统的组成
地质导向系统：马达、近钻头电阻率测井仪、伽马射线测井仪、
几何参数测井仪
2、地质导向测量工具
导向马达的壳体内安装多种传感器组件，使导向马达仪器化。工具直接与钻头相连，测量近钻头处的电阻率、自然伽玛、井斜及钻头转速等。
（1）近钻头电阻率工具（RAB）
RAB是一种仪器化的近钻头稳定器，直接与钻头相连，测量近钻头处的电阻率、自然伽玛、井斜和振动等参数。其最大特点是利用测得的数据进行地层评价、裂缝、薄产层或渗透性产层的检测。
RAM测量原理图
利用环状电极测电阻率
（2）钻井参数测量工具
测量井下的钻压、扭矩、钻头压降及环空压降等。
（3）动力脉冲MWD
可测量井斜、方位和钻柱振动等参数，并用连续载波编码技术将数据传至地面。
（4）补偿双电阻率（CDR）及中子密度仪
测井眼补偿感应电阻率、自然伽玛、中子密度等。
三地质导向工具
导向钻井的实现主要靠导向工具，导向工具分两大类：
滑动式导向工具、旋转式导向工具。
1．滑动式导向工具
滑动式导向工具的特征是导向作业时钻柱不旋转，钻柱随钻头向前推进，沿井壁滑动。这就带来以下问题：
（1）钻柱的扭矩、摩阻问题。
（2）井眼清洗问题。
（3）机械钻速慢。
（4）钻头选型受限。
滑动式导向工具虽存在诸多缺点，但目前仍占主导地位，因导向钻井大多使用井下动力钻具。主要的滑动式导向工具有弯外壳马达、可调弯接头等。
工具组合方式：钻柱+MWD/LWD+动力钻具+导向工具+钻头
2．旋转式导向工具
2.1旋转导向工具的工作原理
旋转导向钻井系统的导向力主要是通过偏置钻头来获得的，下面以贝克休斯的AutoTrack RCLS 系统为例简要说明旋转导向钻井系
统的工作原理。
如上图，旋转导向系统主要由可旋转内筒（接钻头）、非旋转外筒和可伸缩翼肋组成。系统工作时钻头所需要的导向力（即侧向力）通过可伸缩翼肋的活动来提供。如图A-A，当一号翼肋伸出支撑在井壁上时，钻头就获得与一号翼肋伸出方向相反的侧向力F，这样钻头在这个侧向力的作用下就可以改变自己原来的切削轨迹。
实际上旋转导向钻井系统的工作并非如此简单，整个系统的工作是由计算机控制的。系统工作时首先由测量系统根据需要测量井眼的实时几何参数（地质导向还要测地质地层参数），这些参数进入井下计算机，计算机进行评价决策，并向控制系统发出指令，由控制系统控制可伸缩翼肋的动作，从而给钻头施加侧向力，自动控制井眼轨迹。
旋转式导向工具是在钻柱旋转的情况下实现自动的连续的钻头轨迹控制，从而避免了钻柱躺在井壁上滑动，使井眼得到很好的清洗，同时允许根据地层选择合适的钻头类型，这样可显著地减轻或消除滑动式导向工具的不足。
世界上最早的旋转导向工具是上世纪80年代末90年代初德国KTB计划中开发的垂直钻井（VDS）系统，专为直井防斜用的。在此基础上，国外多家公司相继开发了多种型号的旋转导向钻井系统，并成功地投入现场应用。目前世界上有代表性的旋转导向钻井系统有贝克休斯公司的AutoTrack RCLS系统，哈里伯顿的GEO-PILOT系统和斯仑贝协公司的PowerDrive SRD系统。
2.1系统组成
旋转自动导向钻井技术的核心是旋转自动导向钻井系统，如图1，它主要由井下旋转自动导向钻井系统、地面监控系统和将上述2部分
联系在一起的双向通讯技术3部分组成。旋转自动导向钻井系统的核心是井下旋转自动导向钻井系统，它主要由以下几部分组成。
a)测量系统包括近钻头井斜测量、地层评价测量，MWD/LWD随钻测量仪器等，用于监测井眼轨迹的井斜、方位及地层情况等基本参数。
b)控制系统接收测量系统的信息或地面控制指令进行处理，并根据预置的控制软件和程序控制偏置导向机构的动作。偏置导向机构在井下CPU的控制下进行导向钻井作业。
图1旋转自动导向钻井系统功能框图
2.2技术特点
a)旋转导向代替了传统的滑动导向。一方面大大提高了钻井速度；另一方面解决了滑动导向方式带来的诸如井身质量差、井眼净化效果差及极限位移限制等缺点，从而大大提高了钻井安全性，解决了大位移井的导向问题。
b)具有不必起下钻自动调整钻具导向性能的能力，大大提高了钻井效率和井眼轨迹控制的灵活性，可满足特殊工艺井的导向钻井需要。
c)具有井下闭环自动导向的能力，结合地质导向技术使用，使井眼轨迹控制精度大大提高。
2.3按导向方式分类
综合上述各种旋转导向钻井工具，从导向方式上可以分为两类；推靠式(Pushthebit)(如图4所示)和指向式(Point-the-bit)(如图5所示)。
图4 推靠式
图5指向式(Pointthebit)旋转导向工具的导向原理图
2.3.1推靠式
图4所示的推靠式旋转导向井下工具中，偏置稳定器安放在靠钻头位置，其后面串接一个或多个钻柱稳定器，为了减小上部的钻柱力学性能对底部钻具组合导向性能的影响，串接了一根柔性钻具。在旋转导向过程中，偏置工具的偏心产生的钻头侧向力起主要导向作用。
这样导向方式的特点是钻头的侧向力大，造斜率高，但旋转导向钻出的井眼狗腿大，轨迹波动大，不平滑。
2.3.2指向式
图5所示的指向式旋转导向井下工具中，偏置稳定器安放在两个稳定器之间，为了减小上部的钻柱力学性能对底部钻具组合导向性能的影响，串接了一根柔性钻具。在旋转导向过程中，偏置工具的偏心导致其上下两跨钻柱发生弯曲，使钻头处钻柱的轴线和井眼轴线之间出现夹角，当然也有侧向力，但主要是由于钻头的转角而实现的旋转导向。这样导向方式的特点是钻头的侧向力较小，造斜率较低，但旋转导向钻出的井眼狗腿小，轨迹平缓。
国际上现有的旋转导向工具的分类；AutoTrack和WellDone的VERTICALIXXRWELLDIRECTORR、WELLDIREGENTR属于推靠式旋转导向工具；GeoPilot、CDA、PowerDrive和3S属于指向式旋转导向工具。
2.3.3两种旋转导向方式的特点
（1）推靠式旋转导向钻具的特点；
-造斜率较高
-侧向载荷较大
-钻头和钻头轴承的磨损较严重
（2）指向式旋转导向钻具的特点；
-能钻出较平滑的井眼
-摩阻和扭矩较小
-可以使用较大的钻压
-机械钻速较高
-有助于发挥钻头的性能
-钻头及其轴承承受的侧向载荷较小
-极限位移增加
推靠式和指向式导向方式的对比图
3．旋转式导向工具的缺点
由于阻力矩、钻头扭矩和可能的钻柱扭转弯曲可能导致下部钻柱的扭转振动，同时导向控制难度大，投资也大。
采用旋转导向钻井技术，可根据地质要求，钻出空间三维井眼（DESIGNER WELL），以达到绕障、穿过多油藏和精确钻穿薄油层的目的，从而大大提高了采收率和效率。
4.旋转导向钻井系统的特点是：
(1)在钻柱旋转的情况下，具有导向能力；
(2)如果需要，可以与井下马达一起使用；
(3)配有全系列标准的地层参数及钻井参数检测仪器；
(4)配有地面—井下双向通讯系统，可根据井下传来的数据，在不起钻的情况下从地面发出指令改变井眼轨迹；
(5)工具设计制造模块化、集成化；
(6)可以在150o以上的高温井中使用；
(7)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；
(8)导向自动控制，以保证准确光滑的井眼轨迹。
4．导向工具的功能特点
目前，比较成熟的地质导向工具主要是Schlumberger公司的地质导向工具GeosteerTM、Baker-HughesINTEQ公司的NaviGatorTM地质导航系统和Sperry-Sun公司的仪器动力钻具IMMTM，这些地质导向工具具有以下功能和特点；
(1)地面可调弯壳体可以根据施工的需要调整工具的弯度，能适用于中、短曲率的井的施工。
(2)近钻头井斜为轨迹的控制及早提供依据，可以使轨迹更加平滑，为完井施工顺利进行打好基础。
(3)工具的转速传感器可以协助施工人员优选钻井参数，提高机械钻速，延长动力钻具的工作寿命，节省起下钻时间。
(4)近钻头地质评价传感器测量的范围与钻头所处的位置接近同步，地层的变化在地层刚被打开时就能被仪器探测到，可以最大限度地提高轨迹穿过油气层的有效距离。
(5)方位伽玛测量仪器可以准确确定标志地层、套管鞋位置及取心点，并能分辨轨迹所处的地层是位于油气层的上方或下方，便于轨迹的控制。
(6)实时电阻率参数能准确分辨地层中碳氢化合物的含量及岩层性质，防止轨迹进入水层。
(7)方位电阻率协助施工人员及时分辨油/水界面、油/气界面及其它流相界面。
5．导向工具的发展
5．1旋转导向钻井技术
地质导向钻井技术在高效开发复杂油藏方面具有极大的优势，但是它也有自身的不足，那就是在必要的时候该钻井技术仍然需要采用弯壳体马达滑动钻进，这样会造成轨迹过度扭曲。同时，滑动钻进不利于井眼清洁和有效克服摩阻，轨迹控制难度增加，井眼轨迹在达到一定的程度后难以继续向前延伸，使地质导向钻井技术在现代钻井工业中的应用受到极大限制。旋转导向钻井技术就是为了克服上述缺陷而产生的，其目的就是为了取消滑动钻进工作方式、使钻具在旋转钻进的同时，实现轨迹的控制，在有效克服地质导向钻井技术的一些缺陷、提高油藏开发的整体效益、有效避免钻井风险方面有重要意义。世界上多家具有相当实力的钻井服务公司都在研究、开发旋转导向工
具，如SPERRY-SUN公司、BAKER-HUGHESINTEQ公司、SCHLUMBERGER公司、CAMCO钻井服务公司、CAMBRIDGE钻井自动化公司等，但到目前为止，其中获得商业性成功的只有SPERRY-SUN公司的GEO-PILOT旋转导向钻井系统、BAKER-HUGHESINTEQ公司的旋转闭环钻井系统RCLS(RotaryClosedLoopDrillingSystem)和SCHLUMBERGER公司的POWERDRIVE旋转导向钻井系统。
5．2旋转地质导向钻井技术
目前，由于投入应用的旋转导向工具都不具有地质评价功能，旋转地质导向钻井技术因此并未完全成熟，旋转地质导向钻井技术只能和地质评价仪器配合使用，利用地质评价仪器测量的地质参数进行地质导向。现在，世界上有多家钻井服务公司或仪器/工具开发的公司，正致力于带地质导向功能的旋转导向工具的研究，并且取得了很大的进展。相信在不久的将来，旋转地质导向钻井技术一定会成为现代钻井工业的主流技术，并将进一步推动自动闭环钻井技术的更进一步的成熟。
5．3其它方面的进一步发展
随着大位移定向井钻井、超深井钻井、欠平衡钻井、油管钻井等钻井技术的发展，地质导向钻井技术在钻井工业的应用越来越广。为了适应这种发展的需要，地质导向钻井技术也要不断的发展。
5．3．1无线随钻测量系统
无线随钻测量系统需要提高数据传输速度、改静态测量为动态测
旋转导向钻井技术新进展 旋转导向系统(RSS)是在钻柱旋转钻进时，随钻实时完成导向功能的一种导向式钻井系统，是20世纪90年代以来定向钻井技术的重大变革。RSS钻进时具有摩阻与扭阻小、钻速高、成本低、建井周期短、井眼轨迹平滑、易调控并可延长水平段长度等特点，被认为是现代导向钻井技术的发展方向。 在RSS出现以前，多采用由泥浆马达驱动的滑动导向钻井系统实施导向钻井。该系统的特点是在钻井过程中钻柱不旋转，而是沿井壁轴向滑动，并通过滑动导向工具改变井眼的井斜角和方位角，从而控制井眼轨迹。旋转导向系统与滑动导向钻井系统相比，具有钻速快、井眼质量高、降低压差卡钻风险、可清洁井眼等优点。 旋转导向系统按其导向方式可分为推靠钻头式(Push the Bit)和指向钻头式(Point the Bit)两种系统。下面将通过对市场上最新型RSS系统的介绍，展示旋转导向钻井技术的进展。 1. AutoTrak X-treme系统 AutoTrak X-treme系统是由井下钻井马达驱动的旋转导向系统。其最大的优势是将普通转盘式RSS最高250rpm的转速提高到400rpm。该系统由旋转闭环导向系统Auto Trac和高效钻井马达X-treme组合而成。其特殊设计的模块化结构可以允许BHA持续高速旋转，而X-treme马达的设计也解决了导向数据通过马达传输的问题，真正实现了精确、实时的近钻头导向。 2. Revolution RSS Revolution旋转导向系统是一种“指向”式的旋转导向系统，导向的主要组件为不可旋转的套筒稳定器、近钻头旋转稳定器和旋转传动轴(drive shaft)。地面导航设施接收到泥浆脉冲传输的LWD信号后确定偏移方向和偏移角度，使传动轴产生偏移。传动轴在套筒稳定器中运转，将扭矩和载荷传递至钻头，“指引”钻头向既定方向前进。近钻头旋转稳定器起到支点的作用。 3. 3D旋转导向系统——Pathfinder RSS Pathfinder 3D旋转导向系统实现了在冲蚀井眼中的定向钻进。一般的旋转导向工具依靠与井壁的直接接触来施加导向力，或者通过这种接触来维持导向部件的稳定。Pathfinder RSS 采用特殊设计的导向垫块最多可以伸长1in，使121/4in的井眼工具在13in的井眼中仍能与井壁接触。 4. PowerDrive系统 PowerDrive旋转导向系统是通过高速旋转同时导向来进行钻进的，然而高速旋转下的定位比较困难。斯伦贝谢公司的PowerDrive采用了在RSS内部安装不旋转组件的方法解决该问题，因其外部钻杆始终处于旋转状态而大大提高了钻速。“让每个接触井壁的部分都在转动”的思想是斯伦贝谢旋转导向系统的核心，也是优于其它RSS系统的根
C G D S172N B近钻头地质 导向钻井技术在江汉油田的应用 王伟 摘要目前，常规LWD在钻井实际应用中由于测量盲区长，无法准确判断近钻头处的井眼倾角、相关地层岩性、储层特性及储层位置，无法实现真正意义上的地质导向钻井。针对这一难题，本文介绍了我国首套CGDS172NB近钻头地质导向钻井系统的性能特点，并结合在江汉油田的应用实例，分析了近钻头地质导向钻井技术的优越性和重要性，对在国内推广应用国产化近钻头地质导向仪器及近钻头地质导向钻井技术具有重要意义。 关键词近钻头地质导向 LWD 引言 地质导向钻井（Geo-Steering Drilling）技术是近年来国内外发展起来的前沿钻井技术之一，它是一项集定向测量、导向工具、地层地质参数测量、随钻实时解释等一体化的测量控制技术，其特征在于把钻井技术、测井技术及油藏工程技术融合为一体，被广泛应用于水平井（尤其是薄油层水平井）、大位移井、分支井、侧钻井和深探井。目前，国内对地质导向钻井系统的研究还处于较为落后阶段，能够实时测量近钻头处的多种地质参数和工程参数的先进的地质导向钻井系统等前沿钻井技术只有Schlumberger、Halliburton、Baker Hughes等几家大公司能够掌握，并且实施技术垄断政策：只租借不出售，日租金高达数万甚至数十万美元，而且无法得到地质导向钻井核心技术。而国内现用的各种地质导向仪器均存在较大的测量盲区（测量传感器至钻头的距离），无法实时测量近钻头地质参数，技术比较落后，无法实现真正意义上的地质导向。本文通过分析常规LWD存在的弊端，介绍了我国首套CGDS172NB近钻头地质导向钻井系统在江汉油田超薄油层水平井的成功应用，总结了技术经验，对近钻头地质导向钻井技术在国内油田的发展具有重要意义。 1、存在问题分析 对地质导向钻井来讲，仪器越靠近钻头越好，可以及时确定井底地层情况和井眼轨迹，进而制定相应方案。目前国内在水平井和大斜度井施工中基本采用的是常规LWD+导向钻具组合进行地质导向，LWD仪器各测量传感器都装在远离钻头位置的螺杆上方的无磁钻铤内，存在很大的测量盲区（见图1）。电阻率探测点距钻头约8～9 m，伽玛测量点距钻头约13～15 m，井斜、方位测量点距钻头约17～21 m。井眼轨迹参数测量相对滞后，井底工程数据预测十分困难，无法准确预计井眼轨迹的走向。同时，地质参数的严重滞后造成地质人员无法掌握实时的地层资料，现场地层分析困难，无法准确判断近钻头处的井眼倾角、相关地层岩性、储层特性及储层位置。 图1 常规LWD测量盲区示意图
Φ178旋转导向钻井工具机械结构设计 摘要:旋转导向钻井技术是石油工业工程技术领域的关键技术之一，得到了石油钻井工程界的极大关注，发挥着越来越重要的作用，主要应用于水平井、大位移井、超深井、三维多目标井等复杂结构的井作业。本文综述了旋转导向钻井工具的国内外现状，闸明了在我国发展旋转导向钻井技术的重要性和必要性，介绍了它的工作原理及结构组成，指出了研制该工具的主要技术特点。调制式旋转导向钻井工具的导向执行机构是靠内外泥浆液压力差驱动的原理来实现的，这是旋转导向钻井工具能否正常工作的关键。所以，对其液压盘阀分配系统进行分析计算，及其在井下不同工况下所受的力进行分析计算。分析了旋转导向钻井系统的井下钻井工具系的偏置方式和导向方式，完成了导向执行机构机械部分的设计。 关键词:旋转导向钻井工具；机械结构设计；压力差；
Φ178 Rotary Steerable Drilling Tool Mechanical Structure Design Abstract:In many oil industry engineering filed key technologies,rotary steerable drilling technology is one that has been paid much attention to in recent years and exhibits more and more importance in oil drilling industry, mainly used in horizontal well,extended reach well,ultra-deep well ,3D multi-target well the complex structure of multi-lateral wells in wells operating. This paper reviews the domestic and international drilling tool status, illustrates the development of rotary steerable drilling technology of the importance and necessity to introduce the working principle and its composition, that the development of the main technical features of the tool. Modulated rotary steerable drilling tool driven by the executing agency is the pressure difference between inside and outside the mud fluid-driven principles to achieve, which is whether the drilling tool to work the key. Therefore,its hydraulic disc distribution system analysis and calculation, and its different working conditions in underground analyzing and calculating the force. Analysis of downhole rotary steerable drilling tool drilling system orientation bias way. Complete guide the design of mechanical parts of the implementing agencies. Key words: Rotary steering drilling tool；Mechanical parts design；Pressure difference
旋转导向钻井技术介绍 引言 近十几年来，水平井、大位移井、多分支井等复杂结构井和“海油陆采”的迅速发展。为了节约开发成本和提高石油产量，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，进而造成复杂结构的井不断增多。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年代后期，国际上开始加强对旋转导向钻井技术的研究；到90年代初期，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，也减少了钻井事故，从而降低了钻井成本。旋转导向钻井技术是现代导向钻井技术的发展方向。 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，钻井成本低。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部分组成。 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控制指令系统。 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，笔者发现这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部分构成，即测量系统、导向机构、CPU和控制系统。 （1）测量系统测量系统主要用于监测井眼轨迹的井斜、方位及地层情况等基本参数，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、分析和控制。它经历了随钻测量(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改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，通过为钻头提供一个与井眼轴线不一致的倾角来使钻头定向造斜。 ②控制原理。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节在伸缩块上的液压，以使导向力矢量满足所需导向目标；再通过定向控制系统进行方位与井斜的控制（图2）。而后者是通过调节涡轮发电机负载电流改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，最终实现控制轴在受控状态下的运动状态改变（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，其旋转控制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。
导向钻井技术 （胜利钻井工程技术公司周跃云） 基本概念 在定向井、水平井钻井中，为了使井眼轨迹得到合理的控制，世界各国相继开发研究了各种相应的技术，这些技术大致可分为两方面：一是预测技术，一是导向技术。 预测技术是根据力学和数学理论，对影响井眼轨迹的各种因素进行分析研究，从而预测各种钻具组合可能达到的预期效果。但目前的预测技术水平远远低于所要求的指标。鉴于此，导向技术应运而生。 导向技术是根据实时测量的结果，井下实时调整井眼轨迹。井下导向钻井技术是连续控制井眼轨迹的综合性技术，它主要包括先进的钻头（一般为PDC钻头）、井下导向工具、随钻测量技术（MWD、LWD等）以及计算机技术为基础的井眼轨迹控制技术,其主要特点是井眼轨迹的随钻测量、实时调整。 导向钻井技术是随油藏地质的要求和钻井采油地面条件的限制而逐步发展起来的。在这种技术中，井下导向钻井工具处于核心地位，它决定导向钻井系统的技术水平，导向技术则是导向钻井系统的关键技术。
一、导向钻井的工具和仪器 定向井技术的进步与定向井工具和仪器的发展是相辅相成的，是密不可分的。定向井钻井实践的需要，设计开发了专门用于定向井的工具和仪器，并在钻井实践中得到完善和提高；随着定向井工具和仪器的发展，极大地推动了定向井工艺技术水平的进步；而工艺技术的进步，对定向井工具仪器又提出了更新更高的要求。胜利油田以及我国定向井发展的历程，充分地说明了这一辩证关系。 1.1 导向工具的主要类型 随着定向井、水平井和大位移延伸井的日益增多，各种相应的井下工具相继出现，如弯接头，变壳体马达，各种稳定器等。对这些工具一般要分为两大类：一为滑动式导向工具，二为旋转式导向工具。两者的主要区别在于导向作业时，上部钻柱是否转动，若不转动，则为滑动式导向工具，否者为旋转式导向工具。 1.1.1 滑动式导向工具 滑动式导向工具在导向作业时，转盘停止转动并被锁住，只有井底马达作业。调整好工具面，钻进一段时间后，再开动转盘，使整体钻柱旋转，以减少摩阻及改善井眼清洗程度，随后再根据需要进行定向作业。可以看出，这种作业方式要把大量的时间花费在定向作业上，尤其是深井作业更是如此。但其优点是成本低，易于实现。
CGDS172NB近钻头地质 导向钻井技术在江汉油田的应用 王伟 摘要目前，常规LWD在钻井实际应用中由于测量盲区长，无法准确判断近钻头处的井眼倾角、相关地层岩性、储层特性及储层位置，无法实现真正意义上的地质导向钻井。针对这一难题，本文介绍了我国首套CGDS172NB近钻头地质导向钻井系统的性能特点，并结合在江汉油田的应用实例，分析了近钻头地质导向钻井技术的优越性和重要性，对在国内推广应用国产化近钻头地质导向仪器及近钻头地质导向钻井技术具有重要意义。 关键词近钻头地质导向 LWD 引言 地质导向钻井（Geo-Steering Drilling）技术是近年来国内外发展起来的前沿钻井技术之一，它是一项集定向测量、导向工具、地层地质参数测量、随钻实时解释等一体化的测量控制技术，其特征在于把钻井技术、测井技术及油藏工程技术融合为一体，被广泛应用于水平井（尤其是薄油层水平井）、大位移井、分支井、侧钻井和深探井。目前，国内对地质导向钻井系统的研究还处于较为落后阶段，能够实时测量近钻头处的多种地质参数和工程参数的先进的地质导向钻井系统等前沿钻井技术只有Schlumberger、Halliburton、Baker Hughes等几家大公司能够掌握，并且实施技术垄断政策：只租借不出售，日租金高达数万甚至数十万美元，而且无法得到地质导向钻井核心技术。而国内现用的各种地质导向仪器均存在较大的测量盲区（测量传感器至钻头的距离），无法实时测量近钻头地质参数，技术比较落后，无法实现真正意义上的地质导向。本文通过分析常规LWD存在的弊端，介绍了我国首套CGDS172NB近钻头地质导向钻井系统在江汉油田超薄油层水平井的成功应用，总结了技术经验，对近钻头地质导向钻井技术在国内油田的发展具有重要意义。 1、存在问题分析 对地质导向钻井来讲，仪器越靠近钻头越好，可以及时确定井底地层情况和井眼轨迹，进而制定相应方案。目前国内在水平井和大斜度井施工中基本采用的是常规LWD+导向钻具组合进行地质导向，LWD仪器各测量传感器都装在远离钻头位置的螺杆上方的无磁钻铤内，存在很大的测量盲区（见图1）。电阻率探测点距钻头约8～9 m，伽玛测量点距钻头约13～15 m，井斜、方位测量点距钻头约17～21 m。井眼轨迹参数测量相对滞后，井底工程数据预测十分困难，无法准确预计井眼轨迹的走向。同时，地质参数的严重滞后造
ｄ石油钻采工艺２００２年（第２４卷）第６期连续导向钻井技术在华北油田的应用 矫绮枫张领臣王合林钟德华李俊禄韩俊杰姚利祥 （华北石油管理局，河北深淬０５２２６０） 摘要连续导向钻井技术是近年来在现场实施的一项新的钻井技术。华北油田第四钻井工程公司在１２口井上实施了｛盍技术。实施中，根据不同的地层．选择了不同的钻其组合，在连续导向钻进段选田ＰＤＣ钻头，在第ｌ口井的实施中，选Ｊ｝｝了㈣）无线随钻测量仪器，运用自行研制的钻井软件，不断调整钻进枣数，顺利完成１钻井作业。完成的１２口井钻机月速度提高１４１｜｛６。钻井周期降低ｊ９．３４ｄ／口，建井周期降低了ｎ．４４ｄ／口。得出ｊ０８５‘单弯螺杆造斜率可满足井抖不戈于２０’的定向井和复合钻进的要求的结饨．谊技术的应Ｊ｝１表明，连续导向钻井植术可大力拍厂应ｊ｛１。 关键词华北油田导向钻井钻具组合井眼轨迹定向井 作者简介矫绮枫，１９５７年生。１９８７年毕业于西南石油学院钻井工程专业．现任第四钻井工程公司经理．高级工程师。张领臣，１９６０年生。１９８４年毕业于扭汉石油学院钻井工程专业，现从事科技管理工作，高级工程师。 王舍林．１９６１年生。１９８２丰毕业于江汉石油学院钻井专业，１９９８年获工商管理硕士学位。现任工程披术处处长，高级工程师。钟德华．１９６３年生。１９８３年毕业于江汉石油学院钻井工程专业，现任第四钻井工程公司总工程师，高圾工程师。享慢禄，１９５８年生。１９８７年毕业于西南石油学院钻井工程专业，现任公司安全总监。韩俊杰．１％４年生。１９８６年毕业干江汉石油学院钻井工程专业，现任第四钻井工程公司经理助理兼工程技术太队太队长．工程师。娥利祥，１９６６年生。１９８８年毕业于江汉石油学院钻井工程专业，现从事定向井技采管理工作，高捉工程师。 连续导向钻井技术是在钻井不问断的情况下及时监测并对井身轨迹进行控制的工艺技术。是继高压喷射钻井、优选参数钻井、科学打探井之后，在钻井行业得到广泛研究，并逐步投入现场实施的一项新型钻井技术。据相关材料报道，海洋钻井和某些发达国家或地区在实施连续导向钻井技术中普遍使用了包括无线随钻测斜仪（ＭｗＤ）、综合跟踪测井（测油层或油层含气量）、可控变向弯接头、可控变径稳定器、井下动力钻具（螺杆）、新型Ｐ【）ｃ钻头等先进的工艺、仪器和工具。其特点是高投入、高效益，从而将钻井速度和质量提高到一个新的阶段，使钻井综合成本明显降低。 国内陆上几个油田借鉴国外和海洋导向钻井的工艺技术，结合本油田的具体情况相继开展了该技术的研究与应用。使钻井速度和井身质量得以提高，绕障井钻井顺利得以实施。 华北油田结合本油田的技术水平、经济实力和地层特点开展了导向钻井技术的攻关，简化了国外和海洋导向钻井所使用的高成本的仪器和工具，代之以低成本的成熟工艺和设备、仪器，总结出了一套适合本油田特点的导向钻井技术。 ｌ连续导向钻井实施前期的准备 １Ｉ工具仪器的准备 １１１螺杆的选择单弯螺杆的角度是关键参数之一．必须根据实际情况进行优选，角度太大时导向段井眼曲率变化大，容易引起各类复杂情况发生，调节工具面时很难掌握，不宜调整，且钻具承受的弯曲应力过大，易引发钻具事故。角度太小时调节井眼轨迹的滑动导向段的长度增加．不利于钻井速度的提高，且难以大幅度调整井眼曲率。一般情况下推荐使用单弯螺杆的度数应为Ｏ．７５’～１．０９。 １１．２稳定器尺寸的选择常规定向井钻井时．在ａ２１６ｍ井眼中稳定器的外径一般要大于等于２１０ｎｎ．而在连续导向钻井中，如果稳定器外径较大，就会使已有一定弯度的钻具承受过大的弯曲应力，加速钻具的疲劳破坏。选择的稳定器外径为２０８Ⅲ和２０４Ⅱｍ２种，眭独４ＨＩｌｌ的稳定器使用比例更大。 ｌＩ３测量ｉ具的选择常用的定向井测量仪器有 万方数据万方数据
旋转导向钻井技术及Power-V导向系统介绍 摘要：旋转导向钻井技术主要指井眼轨迹自动控制的闭环自动钻井技术，是20世纪90年代初期发展起来的一项钻井新技术，代表着当今国际钻井技术的最新发展方向，对超深井、超薄油层水平井、大位移井、分支水平井等轨迹控制具有独特效果。本文分析了旋转导向钻井系统的技术特点，介绍了国内外旋转导向钻井系统的发展、应用情况。并详细介绍了斯伦贝谢公司旋转导向系统Power-V的组成和工作原理。 1.概述 所谓旋转导向钻井，是指钻柱在旋转钻进过程中实现过去只有传统泥浆马达才能实现的准确增斜、稳斜、降斜或者纠方位功能。旋转导向钻井技术的核心是旋转导向钻井系统，如图1所示。它主要由井下旋转自动导向钻井系统、地面监控系统和将上述2部分联系在一起的双向通讯技术3部分组成。旋转导向钻井系统的核心是井下旋转导向工具，旋转导向钻井系统主要由以下几部分组成： ①测量系统:包括近钻头井斜测量、地层评价测量，MWD/LWD随钻测量仪器等，用于监测井眼轨迹的井斜、方位及地层情况等基本参数。 ②控制系统:接收测量系统的信息或对地面的控制指令进行处理，并根据预置的控制软件和程序，控制偏置导向机构的动作。 图1 旋转自动导向钻井系统功能框图 2.旋转导向钻井技术的特点 旋转导向钻井技术与传统的滑动导向方式相比有如下突出特点： ①旋转导向代替了传统的滑动钻进：一方面大大提高了钻井速度，另一方面
解决了滑动导向方式带来的诸如井身质量差、井眼净化效果差及极限位移限制等缺点，从而大大提高了钻井安全性，解决了大位移井的导向问题； ②具有不必起下钻自动调整钻具导向性能的能力，大大提高了钻井效率和井眼轨迹控制的灵活性，可满足高难特殊工艺井的导向钻井需要； ③具有井下闭环自动导向的能力，结合地质导向技术使用，使井眼轨迹控制精度大大提高。 旋转导向钻井技术的上述特点，使其可以大大提高油气开发能力和开发效率，降低钻井成本和开发成本，满足了油气勘探开发形势的需要。 3．国内外旋转导向钻井系统发展应用情况 目前，国外旋转自动导向钻井系统研究、应用成熟的有3种（如图2）：Baker Hughes Inteq公司的Auto Trak系统，Halliburton Sperry-sun公司的Geo-Pilot 系统，以及Schlumberger Anadrill公司的Power Drive系统。其中，旋转导向钻井系统形成了两大发展方向：一、不旋转外筒式闭环自动导向钻井系统: Auto Trak 和Geo-Pilot；二、全旋转自动导向钻井统:Power Drive。 图2 国外3种旋转导向工具原理图 3.1 Auto Trak旋转导向钻井系统 Baker Hughes Inteq在1997年推出的Auto Trak。截止到2000年上半年，该系统已下井575次，井下工作时间累计7万小时，总进尺100万米。其6 3/4“系统创下了单次下井工作时间92h，进尺2986m的世界纪录，8 1/4”系统创下了单次下井工作时间167h，进尺3620m的世界纪录。
定向井导向钻井技术的学习及其应用
题目：定向井导向钻井技术的学习及其应用所属系部：石油工程系 专业：钻井工程 年级/班级： 作者： 学号： 指导教师： 评阅人：
目录 目录................................................................................................................ - 0 -摘要................................................................................................................ - 0 -第1章绪论.. 0 1.1研究定向井导向钻井技术的学习及其应用的意义 0 1.2定向井导向钻井技术的国内外现状 0 1.3本文研究思路 (1) 第2章导向钻井技术的定义及类型 (2) 2.1导向钻井的定义 (2) 2.2导向钻井方式的分类 (2) 2.3导向钻井导向工具工作方式的分类 (3) 第3章滑动导向钻井技术 (5) 3.1滑动导向钻井技术的主要工具 (5) 3.2滑动导向钻井技术的主要计算模型 (5) 3.3导向能力预测方法 (6) 3.4导向钻井技术中的几个问题 (7) 3.5解决好滑动导向钻井关键技术是发挥滑动导向的最佳效能的前提 (10) 3.6滑动导向钻井技术要点和注意事项 (10) 第4章旋转导向钻井技术 (12) 4.1旋转导向钻井的历史现状 (12) 4.2A UTO T RAK旋转闭环钻井系统 (13) 4.3P OWER D RIVE旋转导向钻井系统 (14) 4.4G EO-P ILOT系统 (17) 4.5旋转导向方式的分类 (17) 结论 (19) 致谢 (20) 参考文献 (21)
第一章定向井（水平井）钻井技术概述 第一节定向井、水平井的基本概念 1．定向井丛式井发展简史 定向井钻井被（英）T ．A．英格利期定义为：“使井筒按特定方向偏斜，钻遇地下预定目标的一门科学和艺术。”我国学者则定义为，定向井是按照预先设计的井斜角、方位角和井眼轴线形状进行钻进的井。定向井相对与直井而言它具有井斜方位角度而直井是井斜角为零的井，虽然实际所钻的直井它都有一定斜度但它仍然是直井。 定向井首先是从美国发展起来的，在十九世纪后期，美国的旋转钻井代替了顿钻钻井。当时没有考虑控制井身轨迹的问题，认为钻出来的井必定是铅垂的，但通过后来的井筒测试发现，那些垂直井远非是垂直的。并由于井斜原因造成了侵犯别人租界而造成被起诉的案例。最早采用定向井钻井技术是在井下落物无法处理后的侧钻。早在1895年美国就使用了特殊的工具和技术达到了这一目的。有记录定向井实例是美国在二十世纪三十年代初在加利福尼亚享廷滩油田钻成的。 第一口救援井是1934年在东德克萨斯康罗油田钻成的。救援井是指定向井与失控井具有一定距离，在设计和实际钻进让救援井和失控井井眼相交，然后自救援井内注入重泥浆压死失控井。 目前最深的定向井由BP勘探公司钻成，井深达10，654米； 水平位移最大的定向井是BP勘探公司于己于1997年在英国北海的Rytch Farm 油田钻成的M11井，水平位移高达1，0114米。 垂深水平位移比最高的是Statoil 公司钻成的的33/9—C2达到了1:3.14； 丛式井口数最多，海上平台：96口；人工岛：170口； 我国定向井钻井技术发展情况 我国定向井钻井技术的发展可以分为三个阶段，50—60年代开始起步，首先在玉门和四川油田钻成定向井及水平井:玉门油田的C2—15井和磨三井，其中磨三井总井深1685米，垂直井深表遗憾350米，水平位移444.2米，最大井斜92°，水平段长160米；70年代扩大实验，推广定向井钻井技术；80年代通过进行集团化联合技术攻关，使得我国从定向井软件到定向井硬件都有了一个大的发展。 我国目前最深的水平井是胜利定向井公司完成的JF128井，井深达到7000米，垂深位移比最大的大位移井是胜利定向井公司完成的郭斜井，水平位移最大的大位移井是大港定向井公司完成的井，水平位移达到2666米，最大的丛式井组是胜利石油管理局的河50丛式井组，该丛式井组长384米，宽115米，该丛式井平台共有钻定向井42口。 2．定向井的分类 按定向井的用途分类可以分为以下几种类型： 普通定向井 多目标定向井 定向井丛式定向井 救援定向井 水平井 多分枝井（多底井）
导向钻井技术 一概述 1．定义 钻井技术发展的新阶段是自动化钻井。所谓自动化钻井就是钻井的全部过程依靠传感器测量各种参数，并用计算机采集，进行综合解释与处理，然后再发出指令，最后由各相关设备自动执行，使整个钻井过程变成一个无人操作的自动控制过程。 自动化钻井的全过程分六个环节： (1)地面实时测量主要用综合录井仪。 (2)井下随钻测量目前主要用MWD/LWD/FEWD等。 (3)数据实时采集由相关计算机（井下或地面）完成。 (4)数据综合解释并发出指令应用人工智能优化钻井措施。 (5)地面操作自动化地面操作自动化（铁钻工/自动排管机） (6)井下操作自动控制钻头自动导向（轨迹自动控制）。 以上六个环节中，井下随钻测量和井下自动控制是关键环节，同时也是关键技术，二者结合起来实际上是井眼轨迹自动控制技术（即自动导向钻井技术）（AutoTrak自动跟踪/ClosedLoopSteeringDrilling 闭环钻井）。
导向钻井实际就是井眼轨迹控制问题，无论是常规直井或特殊工艺井，都需要井眼轨迹控制。直井需要防斜打直，定向井需要按设计井眼轨道控制钻头钻进的轨迹。传统的导向钻井（即井眼轨迹控制）是由井下导向工具配以适当的钻井参数来实现的，自动导向钻井是由井下计算机根据随钻采集的参数自动控制导向工具来实现的。 2．发展沿革 自动导向钻井技术是钻井工程领域的高新技术，代表着世界最先进的钻井技术发展方向。目前，在世界范围内水平井、大位移井、分支井等高难度的复杂井正蓬勃发展，常规钻井技术难以适应需要，必 须依靠先进的导向技术才能保证井眼轨迹的准确无误。
迄今为止，定向钻井技术经历了三个里程碑：(1)利用造斜器(斜向器)定向钻井；(2)利用井下马达配合弯接头定向钻井；(3)利用导向马达(弯壳体井下马达)定向钻井。这三种定向钻井工具的广泛使用，促进了定向钻井技术的快速发展，使得今天人们能够应用斜井、丛式井、水平井、水平分支井技术开发油田。 随着石油工业的发展，为了获得更好的经济效益，需要钻深井、超深井、大位移井和长距离水平井，而且常常要在更复杂的地层如高陡构造带钻井。这些都对定向钻井工具提出了更高的要求。 为了克服滑动导向技术的不足，从20世纪80年代后期，国际上开始研究旋转导向钻井技术，到20世纪90年代初期多家公司形成了商业化技术。旋转导向钻井系统实质上是一个井下闭环变径稳定器与测量传输仪器（MWD/LWD）联合组成的工具系统。它完全抛开了滑动导向方式，而以旋转导向钻进方式，自动、灵活地调整井斜和方位，大大提高了钻井速度和钻井安全性，轨迹控制精度也非常高，非常适
C G D S N B近钻头地质导 向钻井技术 The latest revision on November 22, 2020
CGDS172NB近钻头地质 导向钻井技术在江汉油田的应用 王伟 摘要目前，常规LWD在钻井实际应用中由于测量盲区长，无法准确判断近钻头处的井眼倾角、相关地层岩性、储层特性及储层位置，无法实现真正意义上的地质导向钻井。针对这一难题，本文介绍了我国首套CGDS172NB近钻头地质导向钻井系统的性能特点，并结合在江汉油田的应用实例，分析了近钻头地质导向钻井技术的优越性和重要性，对在国内推广应用国产化近钻头地质导向仪器及近钻头地质导向钻井技术具有重要意义。 关键词近钻头地质导向 LWD 引言 地质导向钻井（Geo-Steering Drilling）技术是近年来国内外发展起来的前沿钻井技术之一，它是一项集定向测量、导向工具、地层地质参数测量、随钻实时解释等一体化的测量控制技术，其特征在于把钻井技术、测井技术及油藏工程技术融合为一体，被广泛应用于水平井（尤其是薄油层水平井）、大位移井、分支井、侧钻井和深探井。目前，国内对地质导向钻井系统的研究还处于较为落后阶段，能够实时测量近钻头处的多种地质参数和工程参数的先进的地质导向钻井系统等前沿钻井技术只有Schlumberger、Halliburton、Baker Hughes等几家大公司能够掌握，并且实施技术垄断政策：只租借不出售，日租金高达数万甚至数十万美元，而且无法得到地质导向钻井核心技术。而国内现用的各种地质导向仪器均存在较大的测量盲区（测量传感器至钻头的距离），无法实时测量近钻头地质参数，技术比较落后，无法实现真正意义上的地质导向。本文通过分析常规LWD存在的弊端，介绍了我国首套CGDS172NB近钻头地质导向钻井系统在江汉油田超薄油层水平井的成功应用，总结了技术经验，对近钻头地质导向钻井技术在国内油田的发展具有重要意义。 1、存在问题分析 对地质导向钻井来讲，仪器越靠近钻头越好，可以及时确定井底地层情况和井眼轨迹，进而制定相应方案。目前国内在水平井和大斜度井施工中基本采用的是常规LWD+导向钻具组合进行地质导向，LWD
地质导向钻井工艺 摘要：本文在综述国内外地质导向钻井技术发展状况的基础上，综合介绍了胜利钻井院承担的中石化集团公司项目“地质导向钻井工艺技术研究”的部分研究成果与应用效果，利用初步形成的地质导向现场应用技术成功地实施了地质导向钻井，为薄油层、厚油层顶部剩余油等复杂油气藏开发提供了技术支撑，应用效果良好。 关键词：地质导向钻井工艺 LWD 自然伽马电阻率复杂油气藏 引言 地质导向钻井（Geo-Steering Drilling）技术是近年来国内外发展起来的前沿钻井技术之一，是用地质信息、随钻测井（LWD-Logging While Drilling）仪器响应和用于引导井眼进入目的层并保持在目的层内的解释技术的一种综合[1]。在钻井过程中，通过实时测量多种井底信息，对所钻地层的地质参数进行实时评价，从而精确地控制井下钻具命中最佳地质目标。 世界上先进的地质导向系统已经应用了近钻头传感器，可以测量距钻头1～2m范围内的井斜角、方位角、地层电阻率、伽马射线和转速等数据，通过无线传输系统（电磁波）把这些数据从钻头附近传到MWD系统。这样可以更好地引导钻头穿过薄层和复杂地层，利用测井数据直接进行地质导向钻井，而不是按预先设计的井眼轨道钻井。该系统集井眼轨迹测量控制技术和随钻测井技术为一体，相当于在钻头上开了一个“窗口”，现场地质师和定向工程师根据仪器反映的所钻地层岩性及其孔隙流体的客观情况，能够及时“看到”所钻井眼的井身轨迹、地层岩性及其孔隙流体物性，并以此来设计和控制井眼轨迹的走向，及时调整和修改原钻井设计，使钻头能够安全有效地沿着油层目标钻进[2,3]。 国外的地质导向钻井技术已经相当成熟，能够实时测量近钻头处的地质参数和工程参数。而目前国内因仪器研制与技术研究起步较晚，基本处于国外第一代产品的初期水平，实时地质参数较少，测点离钻头较远。然而，地质导向钻井的重要性和潜在经济价值早就为国内钻井界所瞩目，研制地质导向工具、研究地质导向钻井工艺已势在必行。 地质导向工具在老油田后期开发、提高采收率及油层薄、形状特殊的难采油藏开采方面具有明显的效果和显著的经济效益。胜利油田存在着大量的复杂断块油藏、隐蔽油藏、薄油藏和老油田长期开采剩余的边底水构造油藏等复杂油气藏，地质导向钻井技术为开发上述类型油藏提供了强有力的技术支撑，具有广阔的应用市场。 1 国内外地质导向钻井技术发展状况 1.1 国外地质导向钻井技术发展状况
旋转导向系统介绍 一、概述 随着科学技术的发展，石油钻井的勘探仪器的信息化、自动化有了长远的进步，从20世纪80年代后期，在国际上开始研究旋转导向钻井技术，到90年代初期多家公司形成了商业化技术并最终实现了信息化和自动化钻井，旋转导向钻井技术作为目前发展的前沿钻井技术之一，代表着世界钻井技术发展的最高水平。 旋转导向钻井技术可以自动、灵活地调整井斜和方位，大大提高钻井速度和钻井安全性，精确控制井眼轨迹，完全适合目前开发特殊油藏的超深井、高难定向井、水平井、大位移井、智能井等特殊工艺井导向钻井的需要，极大的降低了石油勘探、钻井的成本。 目前该项技术主要被斯伦贝谢、贝克休斯和哈里伯顿公司所垄断，而国内旋转钻井技术仅处于初级阶段，未实现商业化。 二、系统组成 1-固定钻铤 2-悬挂脉冲器 3-电池短节 4-测斜探管 5-无磁钻铤 6-无线接收短节 7-无线发射短节 8-转换接头 9-旋转导向工具 10-钻头 旋转导向钻井系统实质上是一个井下闭环变径稳定器与测量传输仪器（MWD/LWD）联合组成的工具系统。同时配有地面—井下双向通讯系统，可根据井下传来的数据，在不起钻的情况下从地面发出指令改变井眼轨迹。 旋转自动导向闭环钻井系统包括由井下导向工具、MWD系统、地面监控系统组成，实现了全井闭环控制的双向通讯。 1. 井下导向工具 导向工具采用推靠式，外壳不旋转，三个支腿(支撑力不低于2.5t)可独立控制；导向工具采用涡轮发电机供电(功率400-500W)，发电机的交流电进行整流后，一部分为导向工具主控电路供电，另一部分再逆变为交流电通过无线方式传输到外壳中的执行电路； 导向工具需要计算自身井斜及高边，以便控制支腿，停泵再开泵后，各支腿恢复到停泵前的状态； 导向工具通过无线发射短节及无线接收短节向MWD系统索取仪器的方位信息后，根据地面指令调整三个支腿的收缩状态以实现导向功能。
本科毕业设计（论文）开题报告 题目：φ178旋转导向钻井工具设计 及控制轴动力学分析 学生： 院（系）：机械工程学院
专业班级： 指导教师： 完成时间：2011 年 3 月8 日
造斜率由工具本身确定，不受钻进地层岩性的影响，在软地层及不均质地层中效果明显，缺点是钻柱承受高强度的交变应力，钻柱容易发生疲劳破坏。另外，高精度加工是保证这种系统导向效果的关键。 2.1.2AutoTrak旋转导向钻井系统 AutoTrak系统是一套集钻进和随钻测量为一体的定向钻井系统，能够在旋转钻井过程向造斜钻进，主要是因为它有一个独特的非旋转可调扶正器滑套，此扶正器滑套并非真的不旋转，只是相对钻头驱动轴而言它几乎是不旋转，因此在旋转钻进过程中，此扶正器滑套可以保持一种相对静止的状态，从而保证钻头沿着某一特定的方向钻进．非旋转扶正器滑套有元件：近钻头井斜传感器、电子控制元件、液压控制阀和活塞，见图1．通过液压可推动活塞分别对3 个稳定块施加不同的压力，其合力就使钻具沿某一特定方向偏移，从而在钻进过程中使钻头产生1 个侧向力，保证钻头沿这一方向定向钻进． 图1 AutoTrak部结构 2.1.3 Power Drive旋转导向钻井系统 斯伦贝谢公司的旋转导向系统主要是指PowerDrive系统，包括PowerDrive X5110 、PowerDrive X5900 、PowerDrive X5 、PowerDrive X5675 、PowerDrive X5475 、PowerDrive Xceed 900、Power vorteX ，除了Power vorteX 是动力式旋转导向系统外，其他均为全旋转式旋转导向系统，PowerDrive X5 系列旋转导向工具可通过PowerPulse 和TeleScope工具实时测量井下数据，测量近钻头地层状态、钻头振动情况和钻头转速，利用近钻头伽马射线显示地质和井眼成像，自动纠斜。它适用的井眼尺寸为5.25～26 in ，可用常规钻井液，最高耐温150 ℃，流量围480 ～1900 gpm ，最高耐压20000 psi ，其中，PowerDrive X51100 型最大转速200 r／min ，最大造斜率3°／100 f t ，PowerDrive X5475 型最大转速250 r／min ，最大造斜率