旋转导向钻井技术(简版)

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。

旋转导向技术在水平井中的应用
旋转导向技术是指利用旋转钻头的旋转力和控制力控制钻头的方向和位置，以达到井
眼定向的钻井技术。

旋转导向技术在水平井中的应用越来越广泛，已经成为了水平井钻探
中不可或缺的技术。

一、实现井眼曲线控制
在水平井中，为了满足油气藏的开发需求，需要在井筒内设置一定的井眼曲线，这就
要求钻井工艺必须能够实现井眼曲线控制。

旋转导向技术可以通过旋转钻头和控制方向和
位置的方法，快速、准确地控制井眼曲线。

二、提高水平井钻进效率
水平井的钻进过程是极其繁琐的，需要钻机不断鼓荡方向和修正位置，才能使钻头沿
着规定的方向钻进。

旋转导向技术可以快速调整钻头的方向和位置，大大提高了水平井的
钻进效率。

三、实现水平井的定向钻井
水平井相对于直井来说，更加复杂，需要进行更为严格的定向钻井。

旋转导向技术可
以通过控制方向和位置，实现水平井的定向钻井，可以更加准确地掌握井眼方向和长度。

四、提高钻井质量和矿藏勘探效果
旋转导向技术可以大大提高钻井的质量和矿藏勘探效果。

通过控制钻头的方向和位置，可以避免走偏、折射等现象的发生，提高井眼的质量。

同时，对矿藏勘探效果的提高也有
很大的作用。

总的来说，旋转导向技术在水平井中的应用是非常广泛的。

它的优越性使得水平井钻
探更加容易、效率更高，提高了钻井质量和矿藏勘探效果，对于水平井的建设和开发具有
非常重要的意义。

旋转导向技术在水平井中的应用旋转导向技术是一种在水平井中用来控制钻孔方向并达到预定位置的技术。

它通过在井下操作一定的工具和设备，使钻头和钻杆以旋转的方式来改变井筒的方向。

在传统的水平井钻探中，钻杆根据地层的厚度和倾角来进行复杂的操作，以达到预定的井眼轨迹。

而旋转导向技术则通过将钻头和钻杆进行旋转，可以更加简便有效地实现井眼方向的改变。

这种技术的应用可以使钻井作业更加高效、安全，降低成本。

1. 提高钻井效率：旋转导向技术可以使钻头在水平井中更加稳定地进行钻探，降低由于摩阻和摆动引起的摩擦力，提高钻井效率，减少钻井时间。

2. 控制井眼轨迹：旋转导向技术可以根据需要调整钻头的方向，使井眼按照预定的轨迹前进。

通过合理调整旋转速度和倾角，可以使井眼保持水平或者呈现特定的倾斜度，满足不同的钻井要求。

3. 实现方向性钻井：旋转导向技术可以实现方向性钻井，即按照特定的方位角进行钻探，以满足不同地质条件下的钻井要求。

在进行水平井插入生产中，可以根据油气层的方位角进行钻探，使井眼与油气层保持最佳接触。

4. 增加油气产量：旋转导向技术可以提供更大的接触面积和接触时间，使钻杆在接触到油气层时产生更大的摩擦力，从而增加油气的产出量。

5. 降低井下事故风险：旋转导向技术可以使钻井作业更加稳定和安全。

通过合理调整旋转速度和倾角，可以降低钻井过程中的摩阻和摆动，减少井下事故的发生。

旋转导向技术在水平井中的应用可以提高钻井效率，控制井眼轨迹，实现方向性钻井，增加油气产量，并降低井下事故风险。

这种技术的应用有助于提高油气开采效率，降低成本，对于海洋石油勘探开发和油气产业的发展具有重要意义。

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。

旋转导向技术在水平井中的应用
旋转导向技术是一种在水平井中应用的导向技术，旨在实现井眼构建和导向的精确控制。

它通过使用旋转工具，在井筒中产生旋转力来实现井眼的方向调整，并且可以在水平井中实现井眼的精确定位。

1. 钻井方面：旋转导向技术可以用于控制井眼的方向和轨迹，以确保按照设计要求进行钻探。

通过调节旋转速度和施加旋转力，可以实现井眼的精确定向和调整，避免出现偏斜和漂移。

2. 钻井液方面：旋转导向技术可以通过调节钻进液体的粘度和密度，以及添加特殊剂量的聚合物和润滑剂，来减小钻井摩擦力，提高钻进速度，从而提高钻井效率。

3. 钻头方面：旋转导向技术可以选择合适的钻头类型和参数，如钻头刚度、转速、冲击力等，以适应不同地层条件下的钻进需求。

通过旋转导向技术，可以实现钻头的精确定位和调整，提高钻进效果和钻头的使用寿命。

4. 钻井液循环方面：旋转导向技术可以通过控制井筒中的滞液力和旋转速度，以及合理设计井眼的形状和尺寸，来提高钻井液的循环效率，减小环空剪切力，从而减小井筒壁的磨损和钻井液的消耗。

5. 实时监测和控制方面：旋转导向技术可以与实时测量和控制系统相结合，通过实时监测井眼的方向、偏离角度和轨迹等参数，及时调整旋转导向系统的参数和工况，以保证钻探的准确性和安全性。

旋转导向技术在水平井中的应用可以提高钻进效率、精确控制井眼的方向和轨迹、减小井眼偏斜和漂移的风险，从而提高油气勘探和开发的效果和经济效益。

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。

152旋转导向钻井技术是在井下旋转导向工具作用下控制轨迹和实施钻进，其轨迹几何导向和轨迹地质导向分别通过MWD和LWD实现。

该技术不再采取滑动钻进方式，在旋转钻进的过程中也能实时控制轨迹，相对于地质导向钻井技术，有着更低的风险、更高的整体效益，也避免了一些缺陷，在油气资源开发中具有重要意义。

1 旋转导向钻井技术工作原理旋转导向钻井技术是在井下旋转导向工具的作用下对钻井进行控制，使钻具产生轴线偏心，以此来将侧向力施加到钻头，对轨迹实现旋转控制。

对于下部钻具，在不受作用时的前进轨迹为直线，将大小为F 的钻压施加到钻头。

偏心装置的作用下在某一点发生弯曲，与轴线的角度为α，施加到钻头的钻压就会分解为两个方向钻压，垂直井壁的侧向力࡯ ൌ Ƚ沿钻具轴向的力࡯ ൌ Ƚ钻头受到的侧向力会随着偏心装置所处的井下位置不同而不同。

在偏心控制装置作用下，能随意调整偏心装置的摆放位置，在井眼垂直剖面的360º范围内，侧向力可以实现任意方向的控制，以此来全方位控制轨迹。

2 旋转导向钻井工具该技术所涉及的工具主要是旋转导向工具，其他还包括对应的配套工具等。

根据实现钻具偏心机理的区别可将旋转导向工具分为两类：动态调节式旋转导向工具和静态调节式旋转导向工具，动态调节式会随钻具旋转，静态调节式则不会随钻柱旋转。

配套工具主要包括扶正器、高性能钻头、震击器、定向接头、井下加力器、加重钻杆、无磁钻杆、柔性钻铤、短钻铤、钻铤、短无磁钻铤、井下仪器MWD悬挂短节、单向阀等。

2.1 动态可调式动态可调式旋转导向工具要在转动的钻具作用下才能伸处稳定器翼片。

导向控制装置可对动态调节式旋转导向工具实现控制。

在导向控制装置的作用下使钻具工作状态为导向工作时，对导向轴的方向进行调整，可将钻具导向既定的工位。

施工过程中，高压流体在导向轴的控制下流进高压腔，作为动力来伸出翼片，翼片的伸缩通过控制阀来控制，类似于将一个侧向力施加到钻具上，以此来达到旋转导向钻进目的。