旋转导向钻井系统原理简介 (1)

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。

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。

探讨石油定向井钻井中的旋转导向技术
石油定向井钻井是一项关键的技术，它可以在地下岩层中定位和探测石油储层，并为石油开采提供准确的方向和轨迹。

在石油定向井钻井过程中，旋转导向技术起着重要的作用。

本文将探讨旋转导向技术在石油定向井钻井中的应用。

旋转导向技术是一种通过旋转钻杆来改变钻头方向和轨迹的方法，它能够增加井眼的弯曲程度，从而使钻头进一步定向。

旋转导向技术主要包括旋转底部驱动(MWD)和测量底部驱动(LWD)两种主要类型。

旋转底部驱动技术是一种通过安装在钻头下部的传感器来测量钻杆的旋转角度和方向的方法。

这些传感器能够测量井壁的压力、流量、温度等参数，并传输到地面设备上进行实时监测和分析。

通过这种方式，钻井工程师可以根据井壁的物理情况和岩层的性质来调整钻头的方向和轨迹，从而实现更精确的定向钻井。

除了测量底部驱动技术和测量底部驱动技术，还有其他一些辅助技术可以辅助旋转导向技术的实施。

方位传感器可以帮助钻井工程师确定钻杆的方位角度，从而提供更准确的定位数据。

流量控制阀可控制钻杆内部的流体流量，从而实现更好的动力和控制效果。

还有一些其他的传感器和控制装置，例如测量底部驱动系统和数据采集系统等，也可以用于优化旋转导向技术的实施。

旋转导向技术在石油定向井钻井中具有重要的作用。

通过测量底部驱动和测量底部驱动技术，钻井工程师可以实时监控钻头的运动和地层特性，从而调整钻头的方向和轨迹，实现更精确的定向钻井。

其他辅助技术也可以增强旋转导向技术的效果。

通过不断的研究和改进，旋转导向技术将继续为石油定向井钻井提供更高效、安全和可靠的解决方案。

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。

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。

54 7࣪ ᄝᇕPowerVၮ؏一. PowerV 简介和应用范围旋转导向系统的产品名称，它只是斯伦贝PowerV是斯伦贝谢公司发明的一种旋转导向系统旋转导向系统谢旋转导向系统PowerDrive家族中的一员。

所谓旋转导向系统，是指让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，但相对于泥浆马达，PowerDrive有非常明显的优点，稍后进行比较。

旋转导向系统广泛用于使用泥浆马达进行滑动钻进时比较困难的深井、大斜度井、大位移井、水平井、分枝井(包括鱼刺井)，以及易发生粘卡的情况。

二. 旋转导向系统PowerDrive的优点1. 反映和降低了所钻井段的真正狗腿度，使井眼更加平滑。

例如：用泥浆马达打30米井段，滑动钻进15米，转动钻进15米，井斜角增加4度，得到平均狗腿度4度/30米。

实际上，转钻15米井斜角几乎没有变化，这15米的实际狗腿度是零；而4度的井斜角变化是由滑钻15米产生的，这15米的实际狗腿度是8度/30米。

而用PowerV在同一设置下打出的每一米都是同样均匀和平滑的，减少了井眼轨迹的不均匀度，从而减少了在起下钻和钻进过程中钻具实际所受的拉力和扭矩，减少了以后下套管和起下完井管串的难度。

2. 使用PowerV钻出的井径很规则。

而使用传统泥浆马达在滑动井段的井径扩大很多，而转动井段的井径基本不扩大。

这种井径的忽大忽小为是井下事故的隐患，也不利于固井时水泥量的计算。

3. 由于PowerV钻具组合中的所有部分都在不停的旋转，大大降低了卡钻的机会。

而使用传统泥浆马达在滑动钻进时除钻头外，其它钻具始终贴在下井壁上，容易造成卡钻。

4. 在钻进过程中，由于PowerV组合中的所有钻具都在旋转，这有利于岩屑的搬移，大大减少了形成岩屑床的机会，从而更好的清洁井眼。

这对于大斜度井、大位移井、水平井意义很大。

5. 由于PowerV钻具组合一直在旋转，特别有利于水平井、大斜度井和3000米以下深井中钻压的传递，可以使用更高的钻压和转盘转速，有利于提高机械钻速。