垂直钻井系统

二、垂直钻井工具
（4）中石化胜利钻井院垂直钻井系统SL-AVDS
2） SL-AVDS优势
钻具旋转时进行纠斜 (不需滑动钻进) － 主动防斜！ 所有部件都旋转 – “Everything Rotates”
➢ 减少摩擦力和阻力 (钻压和扭矩传输更有效) ➢ 降低卡钻风险 ➢ 井眼更平滑 (低狗腿度) ➢ 减少井眼净化问题 ➢ 最大限度提高钻速 在钻进时自动感应井斜进行自动化纠斜 解放钻压, 正常钻进提高钻速 可划眼和倒划眼
9600系列 Φ244 mm Φ406.4 mm~Φ711.2 mm 254 mm
10.4 m 8°/30 m 406.75kN 250rpm 9072 kg/min 1.38MPa @ 2.12 m3 ±0.1 ° 444.82 kN
140 ℃ ＜2 % 65/8 REG MWD 锂电池
二、垂直钻井工具
• 双模式:
– 滑动 – 旋转划眼
DMroiCvtoeornTtrraoilnS&ub Steecetrioinng Section
Pulser
Alternator Hydraulics
Inclinometer/ Electornics
Steering Ribs
二、垂直钻井工具
2） VertiTrak垂直钻井工作原理
Azimuth 280°
二、垂直钻井工具
2） VertiTrak垂直钻井工作原理
① 3个可伸缩导向肋条
–高推力 (每片3吨) –可靠的 类似于AutoTrak旋转导向
技术 –模块化设计 –可靠的独立液压驱动 –提供不受钻井参数和地层特性影响
的连续井斜控制
二、垂直钻井工具
2） VertiTrak垂直钻井工作原理

度和 环境 压 力下进 行 了测试 ， 对测 试数 据作 了解释 。 实验 结果表 明 ， 并 所设 计 的纠斜推 力测控 系统 能够
满足 垂 直钻 井 系统 对 纠斜控 制 的要 求。
关键 词 ： 垂直钻 井 ； 纠斜控 制 ； 字信 号控 制 器（ Ｓ ） 数 Ｄ Ｃ 中 图分类 号 ： Ｅ ２ 文 献标识 码 ： 文章 编 号 ：０ ０— ８ ９ ２ １ ） ０— ０ ３— ４ Ｔ ９８ Ａ １ ０ ８ ２ （０ ０ １ ０ ７ ０
ＡＩ Ｗ ｅ － ｉ ， ＤＥＮＧ ｉｐ ｎｇ Ｌｅ
（ ｏ ｎ ｏ ｏ ｔ ｌ ｎ ｉ ｅｉｇＤ ｐ ｒ ｅ ｔＣ Ｐ ｒ ｌ ｇ Ｒ ｓａｃ ｎｔ ｕ ， ｅ ｉｇ１ ０ ８ ， ｈｎ ） Ｄ ｗ ｈ ｌ Ｃ ｎ ｏ Ｅ ｇｎ ｒ ｅ ａｔ ｎ ， Ｎ Ｃ Ｄ ｉ ｉ ｅ ｅｒｈ Ｉｓ ｔｔ Ｂ ｒ ｎ ０ ０ ３ Ｃ ｉａ ｅ ｒ ｅ ｎ ｍ ｌｎ ｉ ｅ
垂直钻 井 系统 中纠斜推 力的 测量 与控制
・ ３・ ７
垂 直 钻 井 系统 中 纠 斜 推 力 的测 量 与控 制
艾维平 ， 邓 乐
１０ ８ ） ０ ０ ３ （ 中国 石 油 集 团钻 井 工 程 技 术 研 究 院 井 下 控 制 工自动垂 直钻 井 系统 中的 关键技 术。 简要 介 绍 了 自动 垂 直钻 井 系统 的 基 本 纠斜 原理 ， 计 了基 于数 字信号控 制 器 （ Ｓ 的纠斜 推 力测 控 系统 电路 。对 系统 的纠 斜推 力在 不 同环境 温 设 Ｄ Ｃ）
ｔｏ ｈ ｕｓ ｏ ｅ ｔｎ ， ｈ ｈ ｕ ｔｉ ｅ ｔ ｄ ａ ｉ ｅｅ ｔａ ｂｅ ｔｔ ｍｐ ｒ ｔ ｒ ｎ ｎ ｉｏ ｉｎ ｔ ｒ ｔｃ ｒ ｃｉ ｇ ｔ ｅ ｔ ｒ ｓ ｓｔｓｅ ｔｄ ｆ ｒ ｎ ｍ ｉｎ ｅ ｅ ａ ｕ ｅ ａ ｄ ｅ ｖｒ ｎｍｅ ｔ ｌｐ ｅ ｓ ｒ ｓ ａ ｄ ｔｅ ｆ ｎ ａ ｒ ｓ ｕ ｅ ， ｎ ｈ

服 务价 格 昂贵 ， 造成 钻井 成本居 高不 下 。 了降低 钻井 为
成 本 、 破 国外公 司的垄 断 ， 国石 化 自主研 发 了捷 联 打 中
外 径 ２ ８ ｍ， 用 井 眼尺 寸 ３ １ ｑ 总 长 ７４ ２ ．ｍ 适 ６ １ ． ｍｎ， ２ ．２ｍ，
支 撑 翼块 尺寸 （ 伸 出／ 出 ）９ ． ／２ ．８ 未 伸 ２ ９７ ｍｍ ３ ２ ２ ５ ｍｍ。 巴
稳 定平 台测 控短节 输 出井斜 角 、井斜 工具 面 角 的精度 不足。 特别 是在 黏滑 条件 下引起 的钻 铤震 动 ， 钻铤转 速 不 均匀 ， 而输 出井斜 、 从 井斜 工具 面与 静态 测量 的数据
差别较 大 靠机 构不 能在 准确 的位 置进行 推 靠 ， 成 推 造
纠斜 、 防斜 的 目的。 转变压 器在伺 服 短节 中作为 无刷 旋 力矩 电机 的角 度传 感器 ，对无 刷力矩 电机 的转 子位 置
［ Ｏ 徐 泓 ． １］ Ｖｒ Ｋ垂 直 钻 井 系 统 在 大 湾 １井 的应 用 ｌ］ 采 工 艺 ，０ ０ ３ Ｊ． 钻 ２ １ ，３
进行 检测 ．完 成对 无刷 力矩 电机 的换 相 控制 和盘 阀角
度 控 制
系统 降斜效 率 降低 。
总之 ． 从试 验情 况看 ， 国产捷 联 式 自动 垂 直钻 井 系 统 的纠斜效 果不 好 ， 提速 效果亦 不 明显 ， 要 从 系统结 需
防斜 纠斜 执行 机构 主要 由盘 阀组件 和推 靠组 件组
测 控 短 节上 安装 有 采 集板 、 向板 、 定 电机 板 、 表 加
势为 先降斜 ， 稳斜 ， 再 最后 是缓慢 增斜 状态 。原 因是稳
定平 台发 电机 端 Ｋ ｌ 密封磨 损较 严重 ． 转密 封面 已 ａｓ ｉ 旋

Schlumberger公司的PowerV是在其PowerDrive系列旋
转导向系统基础上发展起来的，于2002年推出。
Pad 开
Pad 关
Control Shaft
Disk Valve
PowerV 产品规格

PowerV 最大转速 (rpm)
475
650 250
675 220
825 220
稳定器
钻头
（二）VDS垂直钻井系统
20世纪90年代初，德国KTB项目组与Eastman Teleco公司联合 研究开发的垂直钻井系统 VDS （ Vertical Drilling System ）。 KTB井深6710m处，井斜仅 1°，位移 < 4 m 2006 年德国 Eastman Teleco 公司为了打开中国的市场，通过 北京的一家代理公司给了中石油华北油田钻采院三套 17-1/2″ 井眼的垂钻系统进行试用； 使用情况，井斜控制的效果较好，只要垂钻系统工作，井斜 基本0.3°～0.5°之间；一次下井的使用时间在80h～100h，通 过更换密封件后可继续使用。
Baker Hughes 公司的Verti-Trak系统
1999 年 Baker Hughes INTEQ 公 司在 SDD 的基础上 经过改进完善推 出商业化应用的Verti-Trak直井钻
Motor Drive Train &S Control Section Steering Sect
井系统。 VertiTrak最大降斜能力可以达
900/1100 220
200

最大作业温度 (°C) 125/150* 125/150* 125/150* 最大钻头钻压 (Klbf) Max 50 Max. 65 Max. 65 最大钻头扭距 (Kft-lbs) 4 排量 (gpm) 16 220-400 320-650 480-1900

［ 稿 日期 ］ ２ ｌ ０ ］ 收 ０１ ６ ４ ［ 者 简介 ］ 张建 平 （ ９ ２ ） 作 １６ ，男 ，ｌ８ ８年 黄 河 职 工 大 学 毕 业 ，工 程 师 ，现 主 要 从 事 钻 具 、钻 井 工 具 及井 控 设备 技 术 管理 工 作 。 ９
第３ ３卷 第 １ ０期
杂情 况 及提 高上 部 地层钻 井 速度 都 是极 其有 利 的 。
２ 吐 ＂ ｉ前 高 陡构 造垂 直 钻 井 系统 选 择 ｒ ｌ ｆｌ
¨前 ，闯 际上 成熟 的垂 直钻 井 系统郁 采 用 的是机 电液 一体 化 的高新 技 术 ，主要 有 ３种 ，分 别 为斯 伦 谢 公 训的 Ｐ ＷＥＲ Ｖ 系统 、贝 克休 斯公 司 的 Ｖｅｔ ａ Ｏ — ｒｉ ｋ系统 和 德 国智 能 钻井 公 司 Ｓ ｒ Ｄｒｌ ｇ的 Ｔｒ ｍａｔ ｉｉ ｌｎ Ｚ Ｅ系统 。 罔内发 展 的是机 械式 自动 垂 直钻 井 系统 ，主 要 有胜 利 钻 井 院研 制 的 Ｓ Ｂ ＶＤ垂 直钻 井 系 统 、 西 部钻 探研 制 的 Ｃ Ｚ垂直 钻 井 系统 等等 。Ｉ ） Ｒ Ｖ 垂 直 钻 井 系 统 是 一 套 全 自动 化旋 转 导 向垂 直 钻 蚌 ＿ ＷＥ － （ Ｊ 具 “． 钻进 过 程 巾会 自动追 踪 井 斜 变 化 ， 自动 设 定 和 调 整 具 侧 向 力，使 井 眼 轨迹 快速 返 回垂 直 状
１ 吐哈 盆 地 山前 高 陡构 造 钻 井 难 点 及 垂 直 钻 井 井 段 的 优 选
１ １ 吐 哈 油 田 山 前 构 造 带 钻 井 难 点 ．
１ 吐 哈 盆 地 山 前 高 陡 构 造 地 层 倾 角 大 ， 钻 井 过 程 中 易 沿 着 地 层 法 面 方 向 发 生 井 斜 ， 前 期 钻 探 探 井 ）

Ｏ３ ｍ 直 钻 井 系统 现 场试 验 分 析 ｍ垂 １ １
陈 铭 刘 伟 嘉 张 龙 若 陈 陵 宝 李 伟 成 林 检
（ 西部钻探工程有限公 司克拉玛依钻 井工艺研 究院 ， 新疆克拉玛依 ８４０ ３ ０ ０）
摘要 ：油气井防斜 、 纠斜 问题是钻 井过程 中普遍存在但 一直未能彻底解决的经典性难题之 一。经过数年攻关 ， 开发 出具有 自主知识产权的 ０ １ 主动 式垂直钻井 系统， ３１ ｍｍ 并分别于 ２ ０ ０ ９年 ９月及 ｌ 月相继在 Ｔ ２ ６ １ ８０ ６井、 ８０ ５井进行 了首次试验 ， Ｔ ２６ 获得 成功 。从 ０３ １ １ ｍｍ 垂直钻井 系统 自身结构特 点 出发 ， 结合现场 实际， 对现场试验 方案 、 试验难点及对策、 现场试验步骤进
行 了分 析探 讨 ， 对现 场试 验 过 程 、 验 效 果 进行 了阐述 、 并 试 分析 。试验 证 明 ， １ ｍｍ 垂 直 钻 井 系统在 陡构 造 地 层 、 倾 角地 层 、 Ｏ３ １ 大 断层 、 应 力异 常 地 层 的钻 探 中 ， 地 纠斜 、 防斜 效果 显 著 ， 速 钻 进 能 力 强 ， 快 可进 一 步推 广 应 用 。
（ ｉｉ ｅｈ ｏｏｙＲ ｓａｃ ｓｔｔ Ｗ ｓｅｎＤｒ ｌｇＥｎｉｅｒｎ ｏ ｐ ｎ ， ａａ ｙ８ ４ ０ ， ｈｎ Ｄｒｌ ｇＴｃｎ ｌ ｅｅｒｈＩ ｔｕｅ ｅｔ ｉｉ ｇｎｅｉ Ｃ ｍ ａｙ Ｋ ｒｍ ３ ０ ０ Ｃ ｉａ） ｌｎ ｇ ｎｉ ， ｒ ｌｎ ｇ
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Ｒ ｊ ，Ｈ Ｎ ｎ ｎ，Ｈ Ｕ ｈ ｇｅ ，Ａ ｈ Ｙ ｉ，Ａ ａ Ｕ ａｎＺＡ Ｇ ｉｇ ｇ Ｏ ｅ ｐ ｇＭ ｅ Ｕ ａａ ０ ｎ Ｄｕ Ｊ ｅ Ｚ Ｓｎ ｎ ａ Ｚ ， Ｈ ｆＨ Ｎ
（ ｉｉｇＴｃｎ ｌｇ ｅｅｒｈ ｎ ｔｕｅｆＢ ｈ ｉ ｉｉｇＥ ｇｎｅｉ ｏ Ｌｄ， ｉｎｉ ３ ０ ５ ， ｈｎ Ｄｒｌｎ ｈ ｏｏｙＲ ｓａｃ ｓｉ ｔ ｏ ａ ｌｎ ｎ ｉｅｒ ｇＣ ． ｔ．Ｔａｊｎ ０４ ７ Ｃ ｉａ） ｌ ｅ Ｉ ｔ ｏ Ｄｒ ｌ ｎ
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ｓｓ ｍ ｎ ｅ ｏａ ｆｏａｅ ｓ ５ ａｄｔｅ ｎｌ ａ ｏ ｏ ｔ ｌ ｄ ｔｉ ０５ ｅｒｅ Ｃ ｍｐｒｄ ｔ ｅａｊｃｎ ｅｌ ｄｉｅ ｙｔ ａｄｔ ｔ ｔ ５ ８ ｅ ｈ ｔ ｌｏ ｇ ｗａ １ ｍ， ｎ ｃｉ ｔ ｎｉ ｃｎ ｏｌ ｈｎ ． ｄ ｇｅ ． ｏ ａｅ ｈ ｈ ｄａｅｔ ｌ ｒ ｌ ｈ ｉ ｎ ｉ ｓ ｒ ｅ ｗｉ ｗｉ ｔ ｗ ｓ ｌｄ

压力补偿系统主要是起到平衡工
的装配工艺 ，解决 了相对滑动的 问 题 ，同时将信号线 的传输方式 由总 线传输 改为分线传输 ，提高 了系统
内部信 号传输 的稳定性 ，也便于信
号和供 电故障的排查工作。
供电和信号上传系统的研究 供
模块 输 出电压为３ Ｖ ２ ，输 出功率 为
１０ 。采用Ｎ ５螺纹连接，过渡中心 ６５ ／ Ｃ６ 管连接在井下 闭环控制系统端，方 便拆装避免切线 。 垂直钻井系统总装后，通过水力 测试平台验证调试整体系统性能。 井下闭环控制系统的研究 井下
电和信号上传系统 的具体研究分 为
供 电系统研 究、信 号上传 系统研 究 和集成短节设计。 根据供电系统的技术要求，采用 涡轮发电和多路并行１ｏ２功率电路 ６ｗ 成功解 决供 电问题 。在研制过程 中 采用 了逆变技术 的消振 电路 、电路
具内外压力 的作用 ，通过研究 并改
井斜测量系统采用了高精度三坐 标重力加速度计 ，井斜测量精度可
达到 ±００ 。； ．１
图１ 苏义脑 院士宣读鉴定意见
电子控制系 统是工 具的大 脑， 当工具的井斜测量系统检测到井斜 以后 向电子控制 系统发 出信号 ，由 电子控制系统控制位于井壁高边处 的电磁阀打开，液压传递至活塞令 活塞伸出顶在 导向块上 ，导 向块推 在井壁上产生纠斜 力。为了提高 电 磁 阀的安全系数 以及使用寿命和效 率，将 电磁阀设计为整体集成式； 液压 系统是使工具能够产生导 向压力 的重要系统，最初通过 中心 轴 的机械驱动方式无法满足市场需 求 ，为 了适应砾岩等复杂地层 的钻 井市场需求 ，将液压泵 的驱动形式 设计 为电马达驱动 ，一举解 决了这
并 通推 靠 井 两个液缸活塞

结果:
节 约 17 个 作 业 天
North (m)
16”PDC 钻 头 机 速 增 加 200-300% 井眼保持垂直
Los Monos
Huamampampa
下套管顺利
Macueta 1001bis Argentina
Icla
不需倒划眼
Santa Rosa -5000
© 2001 Baker Hughes Incorporated All rights reserved Job No. INT-01-1174
Steel
系统组成
动节
© 2001 Baker Hughes Incorporated All rights reserved Job No. INT-01-1174
MWD 控制
MWD 控制系统 – 精确的井斜测量 (0.01°) – 涡轮发电机 – 液压泵对每个导向垫产生导向压力 传感器 – 井斜/工具面(X,Y) – 温度 – 工具状态(滑动, 旋转) – 交流电压 – 与地面的双向通讯
© 2001 Baker Hughes Incorporated All rights reserved Job No. INT-01-1174
系统组成
动力节
Elastomer
© 2001 Baker Hughes Incorporated All rights reserved Job No. INT-01-1174
阿吉普节约 $1.6mm / 井
16” 井段 on Monte Alpi 5OR
836 m 1,340 m
VertiTrak 使阿吉普能够采用较小的井眼尺寸
– 打出平滑的规径井眼 – 无狗腿
– –