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第26卷 第5期2005年9月石油学报AC TA PETROL EI SIN ICAVol.26 No.5Sept.2005 基金项目:国家高技术研究发展计划(863)“旋转导向钻井系统关键技术研究”(2003AA602013)和中国石油化工集团公司重大攻关项目(J P01005)联合资助。
作者简介:闫文辉,男,1965年9月生,1999年获西安石油学院硕士学位,现为西安石油大学副教授,硕士生导师,主要从事石油机械设计及设备检测与故障诊断方面的教学和科研工作。
E 2mail :ywh369@文章编号:0253Ο2697(2005)05Ο0094Ο04旋转导向钻井工具的研制原理闫文辉 彭 勇 张绍槐(西安石油大学机械工程学院 陕西西安 710065)摘要:介绍了旋转导向钻井工具的工作原理及结构,指出了研制该工具的主要技术特点。
旋转导向钻井工具主要由稳定平台单元、工作液控制分配单元和偏置执行机构单元3部分组成,其测试元件将测得的井眼参数通过短程通讯传输到随钻测量仪,再由随钻测量仪将信息传输到地面。
同时,旋转导向钻井工具接收由地面发出的指令,并通过稳定平台单元调控工作液来控制分配单元中的上盘阀高压孔的位置。
工作液控制分配单元将过滤后的泥浆依次分配到3个柱塞,给推板提供推靠动力,并使该推靠力的合力方向始终保持在上盘阀高压孔所对应的位置,在近钻头处形成拍打井壁的侧向力。
通过对侧向力的大小、方向和拍打频率的调整,可直接控制该工具的导向状态。
关键词:旋转导向钻井工具;测试元件;导向控制;井眼参数;随钻测量中图分类号:TE82 文献标识码:AMechanism of rotary steering drilling toolYAN Wen 2hui PEN G Y ong ZHAN G Shao 2huai(College of Mechanical Engineering ,X i πan S hi you Universit y ,X i πan 710065,China )Abstract :The working principle and structure of a rotary steering drilling tool are introduced.The main technical properties of the tool are described.The tool mainly includes three parts :①unit of stabilization platform ;②unit for controlling and assigning work 2ing liquid ;③unit of Push 2the 2Bit working structure.The wellbore data can be transmitted to measurement while drilling (MWD )u 2nit f rom the test component in the tool through a short distance communication component and then transmitted to the instrument on ground by MWD unit.At the same time ,the receiver in the component receives the instruction f rom the instrument on ground ,and then control the high 2pressure hole located on the upper plate hose by controlling and assigning working liquid with a controller in the stabilization platform unit.The unit for controlling and assigning working liquid takes the filtered mud as the working liquid distribu 2ted in three mud pipes in turn.The mud provides the “pad ”with a motive force and maintains the direction of the join force on the position in accord with the high 2pressure hole on the upper valve all the time.Thus there will form a side force near the bit flapping the wall of the well.The adjustment of the size and direction of the side force acted on the wall and the flapping f requency could di 2rectly control the steering state of the drilling tool.K ey w ords :rotary steering drilling tool ;measurement unit ;steering control ;wellbore data ;measurement while drilling 旋转导向钻井技术是20世纪90年代初发展起来的一项自动化钻井新技术。
51旋转导向原理及应用马 速 中石化胜利石油工程有限公司钻井工程技术公司【摘 要】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.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转导向钻进方式，轨迹控制精度也非常高。
【关键词】旋转导向；偏置稳定器；推靠式旋转导向；指向式旋转导向迄今为止，定向钻井技术经历了三个里程碑：利用造斜器（斜向器）定向钻井；利用井下马达配合弯接头定向钻井；利用导向马达（弯壳体井下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。
为了克服滑动导向技术的不足，从20世纪世纪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。
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。
一、旋转导向钻井系统的特点第一，在钻柱旋转的情况下，具有导向能力；第二，如果需要，可以与井下马达一起使用； 第三，配有全系列标准的地层参数及钻井参数检测仪器；第四，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；第五，工具设计制造模块化、集成化；第六，可以在150℃以上的高温井中使用；第七，定向钻井时不需要特殊的钻井参数，以保证准确光滑的井眼轨迹。
二、目前国际上常见的旋转导向钻井系统法国Schlumberger Anadrill公司的R ．L．Monti在在1987年世界石油年世界石油大会上宣读的“Optimized Drilling”论文中，对自动化闭环优化钻井技术第一次做了系统的阐述。
钻井旋冲工具提速机理及结构设计钻井旋冲工具是石油钻井中非常重要的一种工具，它能够在钻进过程中提供旋转和冲击力，从而加速钻头的钻进速度，并且有助于打破岩石或者其他障碍物。
钻井旋冲工具的设计和提速机理对于钻井效率和钻井成本都有着重要的影响。
本文将针对钻井旋冲工具的提速机理和结构设计进行探讨，以期为钻井工程的提速和优化提供参考和指导。
一、提速机理1. 旋转机理钻井旋冲工具是通过旋转来传递能量的，它利用钻杆的旋转将旋转动能传递给钻头，从而使钻头具有钻进作用。
在钻井过程中，旋转是必不可少的能量传递方式，能够提供很大的钻进力量，因此提速机理中旋转机理是非常关键的一环。
2. 冲击机理除了旋转之外，钻井旋冲工具还利用冲击力来打破钻进过程中的固体颗粒，例如岩石等。
冲击机理主要是通过冲撞器或者冲击钻头来实现的，它能够为钻进提供冲击动力，从而加速钻井的进展。
钻井旋冲工具的提速机理主要包括旋转机理和冲击机理，这两种机理相互配合，能够提供充足的动力和能量，从而加快钻井的速度。
二、结构设计1. 钻杆设计钻杆是钻井旋冲工具的重要组成部分，它要能够承受较大的旋转力和冲击力，因此在设计时需要选用高强度耐磨的材料，并且要考虑其连接结构的可靠性和稳定性。
冲击器是钻井旋冲工具的关键部件之一，它直接影响着冲击力的大小和频率。
在冲击器的设计中，需要考虑到冲击力的传递效率和可调节性，以便根据钻井地质条件的不同来进行调整。
钻头作为直接与岩石接触的部件，其设计对于钻井进展和效率起着至关重要的作用。
在钻头的设计中，需要考虑到其耐磨性、自清洁性和冲击性能，从而能够更好地适应不同的地质条件。
在一些特殊的钻井条件下，需要使用冲击钻头来进行特殊处理，因此冲击钻头的设计也是非常重要的一环。
在冲击钻头的设计中，需要考虑到其结构的稳定性和耐用性，同时也要注重其冲击效果和冲击频率的控制。
钻井旋冲工具的结构设计需要考虑到钻杆、冲击器、钻头和冲击钻头等多个方面，这些部件相互配合，才能够发挥出最佳的钻井效果。
旋转导向造斜能力工具介绍
旋转导向造斜能力工具是一种用于油气井钻井过程中的先进设备，它通过精确控制钻头的旋转方向和速度，实现对井眼轨迹的精确控制，从而提高钻井效率和安全性。
这种工具主要由以下几个部分组成：
1. 旋转导向系统：这是旋转导向造斜能力工具的核心部分，主要包括马达、减速器、轴承等部件。
马达负责提供动力，减速器将马达的高速旋转转换为低速高扭矩输出，轴承则承受钻头在钻井过程中产生的各种力和振动。
2. 传感器和控制系统：传感器用于实时监测钻头的位置、速度、振动等信息，将这些信息传输给控制系统。
控制系统根据这些信息，自动调整马达的转速和方向，以实现对钻头运动轨迹的精确控制。
3. 钻头：旋转导向造斜能力工具的钻头通常采用高强度、高耐磨性的材料制成，以保证在高压、高温、高磨蚀性的环境中正常工作。
钻头的形状和结构也经过特殊设计，以提高钻井效率和降低摩阻。
4. 钻井液循环系统：钻井液循环系统负责将钻井液从地面泵入井内，通过钻头喷出，形成高速射流，清洗井底并冷却钻头。
同时，钻井液还可以传递钻头受到的压力和振动，保护井壁稳定。
旋转导向造斜能力工具通过集成先进的旋转导向系统、传感器和控制系统、高性能钻头以及钻井液循环系统，实现了对井眼轨迹的精确控制，大大提高了钻井效率和安全性。
自动旋转导向钻井工具结构原理及特点[摘要] 自动旋转导向钻井工具弥补了滑动式导向钻井工具在定向井钻井,特别是在大位移井及长距离水平井的使用中暴露的缺点与不足。
浅显分析国内外在定向钻井工具技术差距,从结构原理和特点上出发阐述了自动旋转导向向钻井工具的。
[关键词] 自动旋转导向钻井工具一.前言现有的滑动式导向钻井工具在定向钻井,特别是在大位移井及长距离水平井的使用中暴露出不少缺点与不足。
自动旋转导向钻井工具可以弥补这些缺点,是目前定向钻井工具发展的一个热点及方向。
笔者据此介绍美国三家公司的自动旋转导向钻井工具的结构原理及特点。
针对现有定向钻井工具的缺点和不足,浅析今后旋转导向钻井工具结构设计的发展趋势。
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(造斜率是弯接头弯角、井下马达刚度和地层岩石硬度的函数);③利用导向马达(弯壳体井下马达)定向钻井(弯角点离钻头的距离近得多,因此产生的造斜率大)。
目前这三种定向钻井工具在世界各地被广泛使用,并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、水平井技术开发油田。
二.目前国内定向钻井工具现状随着石油工业的发展,为了获得更好的经济效益,需要开发深井、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。
目前以井下马达为主的定向钻井工具已不能满足现代钻井技术的要求,主要存在以下缺点和不足:(1)利用井下马达导向时是滑动钻进,钻柱弯曲比旋转钻进时严重,井壁与钻柱间的轴向摩擦力大,使钻压很难加在钻头上。
在大延伸井和水平井中这一情况更严重,在极端情况下会造成钻柱屈服,因此它限制了水平井和大斜度井的深度。
(2)在地面对井下马达进行扭方位操作时,旋转摩擦、钻头扭矩、钻杆的扭转弹性变形等都妨碍了工具面的控制,从而影响井下马达在大斜度井和水平井中的使用。
旋转导向造斜能力工具介绍-回复什么是旋转导向造斜能力工具？旋转导向造斜能力工具是一种用于在石油和天然气钻井过程中实现井眼偏斜的工具。
它通过旋转方向的改变和摆动的运动来实现钻井井眼倾斜的目标。
这种工具通常由一系列旋转导向工具组成，包括导向翼、模块短节、固定尾节和导向电缆。
旋转导向造斜能力工具的工作原理：1. 导向翼：导向翼通过改变旋转方向来实现井眼的偏斜。
导向翼带有特殊的翼片，当工具旋转时，翼片会向外张开，使整个工具发生摆动运动。
通过控制翼片的摆动程度和空间角度，可以实现井眼的倾斜。
2. 模块短节：模块短节是旋转导向造斜能力工具中的关键部件。
它由多个独立的模块组成，每个模块都配有导向翼和连接机构。
当模块短节暴露在井眼中时，它们可以相互连接，并形成一个稳定的整体。
通过改变短节的数量和排列方式，可以调整井眼的倾斜程度。
3. 固定尾节：固定尾节是连接在模块短节后部的部件。
它通常由金属材料制成，并具有保持整个工具稳定的作用。
固定尾节的特殊形状可以帮助工具在钻进的过程中控制井眼的方向。
4. 导向电缆：导向电缆是连接在旋转导向造斜能力工具上的电器线，在钻进过程中传输控制指令和数据。
导向电缆通过与地面上的控制台通信，使钻井工程师能够实时监控工具的位置和状态，并做出相应的调整。
旋转导向造斜能力工具的应用范围：旋转导向造斜能力工具在石油和天然气钻井工程中具有广泛的应用。
以下是一些常见的应用场景：1. 建立水平井眼：在水平井眼中，旋转导向造斜能力工具可以通过控制翼片的旋转方向和摆动程度来使井眼偏斜，从而实现水平井眼的构建。
这可以提高井眼的排水能力和采油效果。
2. 侧向钻进：旋转导向造斜能力工具可以在垂直井眼中实现侧向钻进。
通过调整导向翼的摆动程度和空间角度，可以将钻头引导到目标油气层的侧向位置，增加钻探范围和采油效率。
3. 水平井段控制：在水平井眼中，旋转导向造斜能力工具可以实现水平段的控制。
通过控制导向翼的旋转和摆动，可以调整井眼的方向和轨迹，使其与目标油气层的位置保持一致。
旋转导向钻井工具的研制原理作者：成仁杰闫林李鹏来源：《中国科技博览》2015年第33期[摘要]稳定平台单元、工作液控制分配单元和偏置执行机构单元是构成旋转导向钻井工具的主要组成部分。
井眼参数通过旋转导向钻井工具的测试元件测得后，由短程通讯传输到随钻测量仪，地面再接受随钻测量仪传输的信息。
同时，地面对旋转导向钻井工具进行控制，通过稳定平台单元调控工作液，对单元中的上盘阀高压孔的位置进行控制分配。
过滤后的泥浆被工作液控制分配单元按照一定的顺序依次分配到对应的三个柱塞，使推板得到动力及合力，使上盘阀高压孔所对应的位置得到保持，进而形成近钻头处对井壁的侧向力。
工具的导向状态由旋转导向钻井工具对侧向力的大小、方向与拍打频率的调整得到控制。
[关键词]旋转导向钻井工具井眼参数导向控制中图分类号：TE92 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）33-0014-01旋转导向钻井技术是一项自动化钻井新技术，形成于二十世纪九十年代。
旋转导向钻井技术在水平井、大位移井、大斜度井以及三维多目标井中应用较广，不仅使钻井速度得到了提高，而且使钻井中的事故减少了。
同时，使钻井成本得到了降低。
一、旋转导向钻井工具工作原理分析1、旋转导向钻井工具功能分析旋转导向钻井工具具有导向功能与稳斜（不导向）功能。
导向功能指稳定平台把工具面角调整到与所需导向的井斜及方位相反的位置上，实施向需要的井斜或方位导向。
钻具的钻进方向按照需要的井斜及方位实施，随钻测试仪器对井眼轨迹及时监测。
稳斜（不导向）功能指上盘阀在稳定平台的带动下，上盘阀与钻柱按不同的转速进行匀速转动，让推板在360工具面角的方向上，伸出并推靠井壁，综合作用是不导向的，这就是稳斜钻进。
2、旋转导向钻井工具结构及工作原理分析旋转导向钻井工具依据井下工程、地质以及几何参数的监测与要求，根据已经设定好的程序指令，对井斜与方位进行调整。
旋转导向钻井工具的核心部件由推靠柱塞、推板、工作液控制阀以及稳定平台等部件构成，是属于机电一体化的智能导向工具。
旋转导向工具导向模块部件组成及原理摘要：本文主要对旋转导向钻井工具研发的关键技术之一导向模块的研究情况作了简要介绍，并对目前导向模块的机械设计结构、供电、通讯、控制系统的工作原理、非接触供电部分的试验设计做了详细的说明，确定了存在的技术难点及下一步我们要主攻的研究方向。
关键词：旋转导向工具导向模块非接触供电电磁感应定向控制一、旋转导向结构旋转导向钻井工具由双向通讯系统、MWD随钻测井系统以及导向系统三部分组成。
导向系统是其主要执行机构，是能否实现定向自动控制的重要部件。
导向头设计结构，如图1所示。
图1：导向头结构图导向头从结构上分为旋转轴和不旋转导向外套两大部分。
旋转轴从导向套中间穿过与钻头连接，带动钻头与钻柱一起旋转，导向套与旋转轴之间镶有金刚石耐磨片的硬质合金滑动轴承，以保证相对转动时产生较小的磨损。
三个可伸缩翼肋布置在导向套中，由地面大控制闭环或地下小控制闭环控制其伸缩量以进行方位和井斜的控制。
二、导向头各部件组成与工作原理(一)导向头各部件组成导向头部分由初级电路模块、非接触供电及通讯模块、次级电路及近钻头井斜工具面测量模块、液压模块等组成。
其中初级电路模块、非接触供电的内套部分和中心轴一起旋转，而非接触供电的外套部分、次级电路及近钻头井斜工具面测量模块、液压模块置于不旋转导向套中。
1.初级电路模块包括信号解调电路、信号与能量载波调制电路。
它用于接收上部泥浆发电机向下传递的电能及地面给出的命令信号给出的轨迹井斜方位信号并经过处理后输出。
再通过信号与能量载波调制电路与命令信号、轨迹井斜方位信号进行相应的调制，输出给非接触供电及通讯模块。
2.非接触供电及通讯模块信号与电能的共同传递还会带来信号调制和双向同步传输能量与信号的问题。
信号调制的关键是如何进行优化调制以达到最小的错码率。
双向同时传输的主要问题是在一条通路上如何进行下传150W交流电能的同时上传控制信号。
这些方面都需要进行深入的理论研究及实验。
自动旋转导向钻井工具结构原理及特点
[摘要] 自动旋转导向钻井工具弥补了滑动式导向钻井工具在定向井钻井,特别是在大位移井及长距离水平井的使用中暴露的缺点与不足。
浅显分析国内外在定向钻井工具技术差距,从结构原理和特点上出发阐述了自动旋转导向向钻井工具的。
[关键词] 自动旋转导向钻井工具
一.前言
现有的滑动式导向钻井工具在定向钻井,特别是在大位移井及长距离水平井的使用中暴露出不少缺点与不足。
自动旋转导向钻井工具可以弥补这些缺点,是目前定向钻井工具发展的一个热点及方向。
笔者据此介绍美国三家公司的自动旋转导向钻井工具的结构原理及特点。
针对现有定向钻井工具的缺点和不足,浅析今后旋转导向钻井工具结构设计的发展趋势。
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(造斜率是弯接头弯角、井下马达刚度和地层岩石硬度的函数);③利用导向马达(弯壳体井下马达)定向钻井(弯角点离钻头的距离近得多,因此产生的造斜率大)。
目前这三种定向钻井工具在世界各地被广泛使用,并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、水平井技术开发油田。
二.目前国内定向钻井工具现状
随着石油工业的发展,为了获得更好的经济效益,需要开发深井、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。
目前以井下马达为主的定向钻井工具已不能满足现代钻井技术的要求,主要存在以下缺点和不足:
(1)利用井下马达导向时是滑动钻进,钻柱弯曲比旋转钻进时严重,井壁与钻柱间的轴向摩擦力大,使钻压很难加在钻头上。
在大延伸井和水平井中这一情况更严重,在极端情况下会造成钻柱屈服,因此它限制了水平井和大斜度井的深度。
(2)在地面对井下马达进行扭方位操作时,旋转摩擦、钻头扭矩、钻杆的扭转弹性变形等都妨碍了工具面的控制,从而影响井下马达在大斜度井和水平井中的使用。
(3)在导向钻进时,钻柱的扭转弹性变形会引起工具面角不稳定,从而导致井眼轨迹扭曲,进一步加大钻柱受到的摩擦力,同样限制了钻井深度。
(4)与旋转钻进相比,滑动钻井时岩屑排出困难,限制了钻速和可钻深度。
(5)与旋转钻进相比,滑动钻进钻速较低。
井下马达转速较高,降低了钻头和井下马达的使用寿命,也增加了起下钻的次数。
(6) 使用井下马达钻井容易引起卡钻。
(7) 滑动钻进与旋转钻进频繁转换会引起较大的井眼狗腿度,且随井斜曲率的增加而增加。
缺球形封头与筒体连接处
新开发的自动旋转导向钻井工具克服了以上缺点与不足,其特点是:
(1)具有在钻柱旋转情况下定向的能力;
(2)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150℃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,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。
三.国外主要的旋转导向工具结构及工作原理
国外多家石油工具公司都在致力于这一先进的定向钻井工具的研究,并取得了初步成果。
这里介绍美国三家公司的自动旋转导向钻井工具的结构及特点。
1.Baker Hughes公司的自动闭环旋转导向工具:
1993年,Agip.S.P.A和Baker Hughes Inteq开始开发和研制旋转导向工具。
工具包含地面与井下的双向通讯系统、导向系统和LWD(随钻测井)系统三个部分。
(1)地面与井下的双向通讯系统:此系统可使操作者在不停钻的情况下,用钻井液脉冲从地面向井下工具发出指令改变井眼轨迹、造斜率、方位改变率及降斜率等,指示井底发射器有选择地发送需要的信息。
为了能使地面指令向下传输,开
发了一项通过在井上调制排量来向下传递命令的新技术:立管上安装一个旁通触发器,可在地面把部分钻井液送回钻井液池,相应的流量变化导致井下发电机的电压变化,这样加载了信息的排量变化顺序就送到井下并在井下得到解释。
它可以把地层参数、井下温度、井眼轨迹参数、井底压力及工具的运行状态等数据用钻井液正脉冲传输到地面,并在地面接收译码。
此工具的上传数据采用了已经成功应用20多年的MWD中的井下遥控脉冲发射器。
(2)导向系统在井下构成一个闭环自动控制系统,可以在没有地面技术人员干预的情况下自动控制井斜和方位。
导向工具的执行机构有一不旋转导向套,中轴从导向套中间穿过与钻头连接,带动钻头随钻柱一起旋转,导向套与中轴通过轴承连接。
3个可伸缩棱块布置在导向套中,棱块由3个独立的液压活塞驱动,由液压阀控制有选择地伸出,压靠在井壁以产生需要的导向力,液压阀可以调节每个活塞内的压力,根据力的合成原理, 不仅可调节导向力的大小,还可把导向力调节到任意方向,所以此工具既可调节井眼轨迹方向,又可调节造斜率的大小,液压阀又是受井下微处理器的控制。
导向套内还有各种传感器,可测量井斜角、方位角及工具的工作状态。
1旋转钻柱;2液压控制阀;3控制器及传感器;4轴承;5钻头;6伸缩棱块;7静止导向套
实际上,不旋转导向套会因钻压、转速的不同而有所旋转,大约每半小时旋转2～3周。
因此,设置了电子检测装置时刻测量导向套的相对位置,然后由井下微处理器调整各个活塞内的压力。
这样,液压导向力也会随导向套的旋转作相应调整,保证导向力的大小及方向不会因导向套的转变在钻井时该系统可以设置两种模式。
①保持模式。
这种模式可使井眼轨迹保持一定的井斜角和方位角。
它在井下微处理器中设有造斜力或降斜力、变方位力、井斜角和方位角3个参数。
若井眼轨迹与预定的井斜角或方位角发生偏差,井下微处理器将用设定好的造斜力或变方位力来修正井眼轨迹,直到恢复预定的井斜角和方位角。
设定造斜力和变方位力主要是为了控制井眼狗腿度。
保持模式可同时施加造斜力和变方位力。
②导向模式。
这种钻进模式如同利用导向马达滑动钻进方式,可控制井眼轨迹的变化。
须设置导向棱块产生合力矢的大小和方向两个参数。
合力矢的方向相当于弯壳体马达的工具面角。
合力矢的大小是为了控制井眼轨迹的变化率。
与导向马达相比,该旋转导向工具能更精确地控制井眼轨迹,钻头侧向力和井眼狗腿度可由闭环系统连续控制。
(3)LWD(随钻测井)系统该系统能够使钻头得到精确的地质导向,并取代了有线测井。
它还具有GAMMA测井和电阻率测井功能。
2. Power Driver SRD系统井下导向工具的结构原理
1钻头;2活塞缸;3棱快;4旋转钻柱;5控制系统及测量系统
Power Driver SRD系统旋转导向工具的导向原理与BakerHughes公司的导向钻井工具类似,都是利用近钻头导向块的伸缩与井壁相互作用产生导向力,但是结构有所不同。
主要区别在于没有静止的导向套,3个导向棱块随钻柱一起旋转。
当需要在某个方向导向时,每转1周每个导向棱块都要在该方向上伸出1次,顶向井壁产生导向力,转离该方向后,棱块自动缩回。
其导向原理与结构如图3和图4所示。
如图4所示,它的控制器、旋转换向阀及测量机构都置于钻柱中间,可以保持相对静止。
旋转换向阀可以旋转到任意方向再保持静止,从而使导向棱块只有在旋转到某一方向时,钻井液才驱动棱块伸出达到控制井眼轨迹方向的目的。
它的导向力大小是固定的。
可通过控制导向棱块在某个方向上伸出的时间来调整井眼曲率。
3. Geo Pilot系统井下导向工具的结构原理
如图5所示, Sperry-Sun公司的Geo Pilot旋转导向钻井系统也是一种不旋转外筒式导向工具,但与Baker Hughes Inteq公司的Auto Trak RCLS系统和Schlumberger Anadrill公司的Power Driver SRD系统不同的是, Geo Pilot旋转导向钻井系统不是靠偏置钻头进行导向,而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,产生导向作用。
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组合之后,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,为钻头提供一个方向固定的倾角。
4 结论
(1)Baker Hughes公司的自动旋转导向钻井工具完全解决了旋转钻进的导向问题,自动化程度高,带有随钻测井短节,可以实现地质导向,并已在多口井中实施了商业化使用,不失为一种较为理想的定向井钻井工具。
(2)旋转导向闭环钻井工具具有在旋转钻进时连续导向的能力,可以提高机械钻速和井眼净化效果,减少压差卡钻,降低钻井成本。
还具有三维井眼轨迹自动控制的能力,从而提高井眼轨迹的平滑度,降低扭矩和摩阻,也就能够增加井身的延伸长度。
旋转导向钻井技术有极大的实用价值和应用前景。
参考文献:
[1] 赵金海、唐代绪、朱全塔、徐丽霞.国外典型的旋转导向钻井系统.国外油田工程,2002年11月.
[2] 肖仕红、梁政.旋转导向钻井技术发展现状及展望.石油机械,2006年,第四期.
[3] 闫文辉、彭勇. 旋转导向钻井工具的研制原理.石油学报,2005年,第26卷,第五期。
