旋转导向钻井系统

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。

旋转导向钻井系统原理旋转导向钻井系统原理是：旋转钻井是从顿钻钻井演变而来的，它的应用最为广泛。

转盘钻井是通过一套地面设备，即钻机、井架以及一套提升系统，通过提升系统将井下钻具提起、下放、靠转盘转动。

钻具转动带动下边钻头转动，钻头转动时就可破碎岩石，破碎了的岩屑被泥浆泵泵人井内的泥浆循环带到地面。

钻头磨损了，再将钻具起出来换上新钻头，再下钻钻进，这样井不断加深直到将井钻到预计井深。

石油和天然气埋藏在地下几十m到几km深度不等的有孔隙、裂缝或溶洞的岩石中，为了寻找和开采石油天然气，从地面向地下的油气层之间，钻凿出一个通道的过程称之为石油天然气钻井。

其工序为：①钻井前，要在地面确定钻井的位置，然后在井位处打好安装钻机的基础并安装井架和钻机。

②钻井作业时，依靠钻机带动钻杆和钻头旋转，钻头逐次向下破碎岩层，形成一个井眼（钻井井眼尺寸的大小是由钻头大小来决定的）。

钻头在破碎岩层的同时，通过空心的钻杆向地下注人钻井液，将钻头破碎地层而产生的大量岩屑由循环的钻井液带到地面。

地面的固控装置将钻井液中的岩屑清除后，通过钻井泵再次将钻井液打入井内。

③钻达设计深度后，要在井眼内下入专用仪器进行测井作业，目的是确定井下地层岩性和各个油、气、水层的位置。

然后再下入小于钻井井眼的套管，并在套管与井壁缝隙间内注入水泥浆将套管固定在井壁上。

④最后一道工序是对油层位置的套管进行射孔，形成一个井下油气流人套管内的孔道。

油气的地层压力高时可自行流出地面，这种井称为自喷油气井r油气压力较低时借助外力从井下抽吸，这种井称之为非自喷井。

钻井时要有一套配套完整、功能齐全的钻机，有质量优异不易发生事故的钻杆、套管和钻头，有性能优良和钻遇地层岩性相匹配的钻井液等。

总之，石油天然气钻井的目的就是要凿穿岩石，发现和保护好油气层，并钻成一个通道确保石油和天然气通畅地流到地面。

动旋转导向钻井工具结构原理及特点
一、结构原理：
1.器身：器身是工具的主要结构，由一根中空管组成。

中空管通常由高强度合金钢材料制成，具有足够的强度和刚度，以承受旋转和转向的作用力。

2.钻头：钻头位于器身的下端，用于切削岩层。

钻头一般采用合金钢制造，表面覆盖硬质合金，以提高抗磨损性能。

3.钻领：钻领位于钻头的上部，用于连接导向系统和起下钻工具。

钻领一般由海洋合金钢材料制造，具有足够的强度和刚度，以承受导向系统的作用力。

4.导向系统：导向系统是动旋转导向钻井工具的关键部分，通过控制导向力和扭矩，使钻头能够沿着预定方向前进。

导向系统主要由测量装置和调整机构组成，测量装置用于测量钻井工具与井眼的位置关系，调整机构用于调整钻井工具的导向力和扭矩。

5.起下钻工具：起下钻工具用于传递旋转力和推进力，使钻头能够切削岩层。

二、特点：
1.高效性：动旋转导向钻井工具能够实现同钻井作业，既可以完成钻井又可以进行导向，提高了钻井效率。

2.精确性：动旋转导向钻井工具通过测量装置和调整机构实现精确的导向控制，能够准确定位和导向井眼，提高了钻井的准确性。

3.可控性：动旋转导向钻井工具能够通过调整导向力和扭矩，实现对钻头的精确控制，能够适应不同的地质条件和井眼要求。

4.安全性：动旋转导向钻井工具能够实现对井眼的实时监测和控制，减少了钻井事故的发生概率，提高了作业安全性。

5.经济性：动旋转导向钻井工具能够提高钻井效率和准确性，降低钻井成本，提高经济效益。

总体而言，动旋转导向钻井工具结构简单，操作方便，能够提高钻井效率和准确性，降低钻井成本，是目前广泛应用的一种钻井工具。

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。

2. MWD系统MWD系统通过脉冲器将测斜数据上传的同时，需要根据井下导向工具要求将导向信息同时上传到地面，并为井下导向工具提供仪器的方位参数以便于导向工具调整支腿状态。

旋转导向钻井系统发展概述旋转导向钻井系统（Rotary Steerable Systems，RSS）是一种钻井技术，通过在钻井过程中不依靠旋转钻头，而是通过推动钻井工具本身的方式来实现钻进方向的调整。

旋转导向钻井系统的发展历程可以分为以下几个阶段。

第一阶段是早期试验阶段。

20世纪初，人们开始尝试使用下铣头来改变钻井方向。

然而，由于技术限制和钻井工具的不稳定性，这种尝试并没有得到广泛应用。

20世纪50年代，美国科罗拉多州的一家石油公司开始使用一个旋转导向钻头，成功地用于在海上进行导向钻井。

这是旋转导向钻井系统的雏形。

第二阶段是旋转导向钻井系统的商业化阶段。

20世纪80年代和90年代，随着石油行业的发展，对更高效、更准确的钻井技术的需求不断增加。

为了满足这一需求，多家公司开始研发和推出旋转导向钻井系统。

这些系统通过在钻井过程中控制钻具的导向来实现钻井方向的调整，从而提高了钻井效率和准确性。

第三阶段是技术的不断进步阶段。

随着对旋转导向钻井系统的需求不断增加，各个公司积极投入研发工作，不断改进旋转导向钻井系统的性能和可靠性。

例如，改进了钻井工具的设计和材料，提高了系统的可靠性和耐用性；开发了新的导向控制技术，提高了钻井方向的准确性；引入了新的测井技术，提供了更多的钻井参数和地层信息。

这些技术的不断改进和创新，使得旋转导向钻井系统在石油勘探和开采中得到了广泛应用。

第四阶段是多元化应用阶段。

旋转导向钻井系统不仅可以用于传统的油气勘探和开采，还可以应用于其他领域。

例如，可以用于地下水勘探和开采、地热能开发等。

此外，由于旋转导向钻井系统可以准确控制钻井方向，使得更高质量的水井和地下基础工程可以得到更好的施工和管理。

总结来看，旋转导向钻井系统经历了试验、商业化、技术进步和多元化应用等阶段的发展。

随着技术的不断进步和应用范围的扩大，旋转导向钻井系统将在石油和其他领域中发挥更重要的作用。

旋转导向钻井技术及Power-V第一篇：旋转导向钻井技术及Power-V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。

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。

2. MWD系统MWD系统通过脉冲器将测斜数据上传的同时，需要根据井下导向工具要求将导向信息同时上传到地面，并为井下导向工具提供仪器的方位参数以便于导向工具调整支腿状态。

旋转导向钻井系统中关键技术的发展现状和前景研究摘要：为了达到提高油层裸露面积来提高采收率、高效开发复杂油藏、以最小的开发投资获取最佳的目的，各种复杂的特殊工艺井应运而生。

在钻井过程中，旋转导向技术为钻井系统提供方法，井下涡轮发电机为钻井系统提供电能，泥浆脉冲发生器为钻井系统提供数据传输。

故此，本文对旋转导向技术、井下涡轮发电机和泥浆脉冲发生器展开分析，分析具体发展前景，旨在为相关工作人员提供参考。

关键词：旋转导向技术,井下涡轮发电机,泥浆脉冲发生器引言随着国内外大部分的油田相继进入开发后期，而大部分新探油气田的地层状况越来越复杂，钻探难度变高、成本增大。

通过引导或控制井眼按预定的井眼轨迹（几何导向）或预定的目标地层（地质导向）钻进的旋转导向钻井系统成功钻出超深井、高难度定向井、丛式井、水平井、大位移井、多底井及三维多目标井等高难度的复杂结构井，从而提高油气的采收率、降低勘探开发成本[1]。

旋转导向钻井相比于传统的钻井方法有许多优点，在利润、效益及技术创新等各方面因素的驱使下，世界许多石油工程服务公司都加大了对旋转导向钻井系统的研发投入。

基于此，本文围绕旋转导向技术、井下涡轮发电机和泥浆脉冲发生器的研究现状进行讨论，总结今后技术的发展前景[2-5]。

1、旋转导向技术旋转导向技术是在钻柱旋转钻进时，使定向钻井既可依据工程参数进行几何导向，又可依据地质参数进行地质导向，根据实时监测到的井下信息，引导钻头在储层中的最佳位置钻进。

目前，旋转导向技术按其工作原理可划分为推靠式、指向式和复合式导向工具，根据工具外壳能否旋转可分为动态式（全旋转式）和静态式[6]。

由于指向式旋转导向系统具有摩阻和扭矩较小、水平极限位移大、钻出的井眼质量高、能适应各种复杂地层和工况等优势，指向式系统占有越来越大的比例。

在钻井现场应用时，要求旋转导向技术具有独特的性能，使其能够在恶劣环境中更灵活、可靠地钻进复杂的井眼轨迹，具体要求是:（1）高造斜率。