PowerV 旋转导向垂直钻井系统

Power V垂直钻井技术在川东探区的应用1、Power V垂直钻井技术黑池1井在应用黑池1井自2004年11月29日20:50开始下入PowerV工具，下钻井深477.74米，至2005年1月19日9:30停止使用起钻(起钻井深2154.75米)，累计使用牙轮钻头13个，累计进尺1677. 01米，累计纯钻进时间916.22小时，平均机械钻速1.83米/小时。

截止至2005年2月23日，黑池1井钻至井深2618.32米，二开进尺2219.74米，平均机械钻速1.34米/小时。

没有使用P owerV垂直钻井技术的井段有542.73米，平均机械钻速0.74米/小时。

使用PowerV垂直钻井技术的井段有1677.01米，平均机械钻速1.83米/小时，机械钻速提高147.30%。

井身质量控制良好，井斜控制在1.6°之内。

2、Power V垂直钻井技术普光7井在应用PowerV从1710.97m入井，钻至井深2401.26m，总进尺733.53m，总纯钻时间398小时，平均机械钻速1.84米/小时。

而在下PowerV之前采用螺杆复合钻劲，平均机械钻速只有1.36米/小时，相比之下机械钻速提高35%。

在PowerV服务期间，2300米之前，井斜角基本控制在1度以内。

通过两口井使用（PowerV）系统情况来看，采用垂直导向钻井（PowerV）系统钻井与常规方法钻井相比，机械钻速能大幅度提，井身质量也得到了极大的改善。

3、2005年Power V垂直钻井技术应用计划2005年计划在大湾1井、普光11井使用Power V垂直钻井技术，使用井段：300m～2000m。

1、大湾1井1)井号：大湾1井。

2)井别：预探井。

3)井位⑴井位坐标: 纵(X)3 500 987 横(Y)18 764 136（初测）。

⑵地面海拔：680m(初测)。

⑶地理位置：四川省宣汉县毛坝镇六村九组⑷构造位置：四川盆地川东断褶带大湾—雷音铺背斜带大湾构造中部⑸测线位置：普光－毛坝三维Inline859 Crossline442交点4)设计井深：5995m5)目的层：以下三叠统飞仙关组三～一段(T1f3-1)、二叠系长兴组（Tp2ch）为主要目的层，兼探石炭系黄龙组、二叠系下统茅口组～栖霞组(P1m～P1q)、下三叠统嘉陵江组二、四段(T1j2、T1j4)、上三叠统须家河组(T3x)、下侏罗统自流井组一段（J1z1）、中侏罗统千佛崖组（J2q）及沙溪庙组（J2s）。

垂直钻井系统简单的说是导向钻井的简化版，像Power-V工具只要把参数设定成相关的就可以成为一个垂直钻井系统。

目前世界上广泛使用的垂直钻井系统主要有：德国的ZBE，斯伦贝谢的Power-V和VertiTrack三种。

ZBE是德国smart drilling公司产品，是世界上最早研究旋转导向钻井系统的公司。

ZBE系统主要有连接钻头和钻柱的轴、发电机、电子控制系统、斜向仪，MWD脉冲发生器、导向滑块、液压泵、外壳组成。

测斜仪检测到井斜后，将信号传输到电子控制系统，电子控制系统将激发导向液缸产生动作，将导向滑块推出并支撑在井壁，并防止外壳旋转，给钻头一个侧向力，使钻头导向。

Power-V系统是一套全自动化的旋转导向垂直钻井系统。

在钻进时会自动追踪地心引力，当井斜超过规定值后，自动设定和调整工具侧向力，在工具全旋转状态下伸缩块沿井斜高边方向频繁推出，给钻具一个侧向力，纠正井斜。

主要由两大部件组成：控制单元（CU）和偏置单元(BU)。

VertiTrack是一个模块化钻井系统，包括导向系统、MWD测量短节和一个高性能动力短节X-Treme。

V ertiTrack是一种滑动式的垂直钻井系统，有3个导向块，成120度夹角，通过不同导向块的组合实现导向力的改变。

预应力弹簧作用下的伸缩块在液压驱动下实现连续的过程控制，不受钻井参数影响同时不受地层性质影响。

目前国内很多研究机构都研制过相关产品，胜利研究院、克拉玛依研究院、张绍槐教授等都进行过或者正在进行相关研究，但是限于国内材料水平和制造工艺的瓶颈，这些产品总的来说跟国外还是有的一定的差距，主要表现井下服役时间，纠斜能力、抗高温性能等方面。

斯伦贝谢旋转导向系统PowerV简介一. PowerV 简介和应用范围PowerV是斯伦贝谢公司发明的一种旋转导向系统的产品名称，它只是斯伦贝谢旋转导向系统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。

POWERV 简介
示意图
POWERV 是一种旋转导向工具，它可用于在旋转钻进中实现对井斜和方位的控制。

该系统是有控制器和偏置器两部分组成的，其中控制器是由一根无磁钻挺及固定在内部轴乘上的控制部件组成的，该控制部件轴向固定在无磁钻挺内，并通过以下部件实现其控制作用。

1.可以在空间及在钻挺内部进行测量定位的内部传感器。

2.电子扭距仪用来实现磁力刹车。

控制部件机械连接于一个偏置装置。

偏置装置（BU）
偏置装置有三个支撑块组成，它可以通过泥浆压力的作用使其伸缩来作用于井壁—从而达到实现改变钻井方向的目的。

控制部件可以通过控制装在偏置装置内的一个旋转阀，该旋转阀在偏置装置中的相对位置来决定使那一个支撑块来作用与地层。

通过将控制部件控制在一个特定的角度上，当偏置装置旋转时能使不同的支撑块来作用于同一个方向的地层，这样就可以使钻进朝同一个固定方向进行，从而达到降斜和控制井眼轨迹的目的。

斜口引鞋控制旋转阀
旋转阀
控制部件的控制是通过对所需要的角度与从磁力计和重力加速计等所得到的角度进行比较来实现的。

BHA的导向方位是通过对控制部件与地层的相对角度来控制的。

当控制部件起出井眼后，可以输出自动存储在内部存储器内的数据并进行分析，通过对数据的详细分析可以了解工具的工作情况。

通过顶部可对其编程，输入指令及导出数据。

降斜措施:
1.提高转盘转速，每提高一转，多作用于井壁3次；
2.提高排量（泵冲）以提高对井壁的作用力-降斜力；
3.减少钻压，降低增斜力；。

66科技资讯 SC I EN C E & TE C HN O LO G Y I NF O R MA T IO N工 程 技 术在迪那地区山前高陡构造地层倾角大多在15°～80°,防斜与打快的矛盾十分突出,PowerV是一套“全自动化”旋转导向垂直钻进工具,在钻进时会自动追踪地心引力(自动感应井斜),自动设定和调整工具侧向力,使井眼轨迹快速返回垂直状态。

这是一个全自动重复的过程,在高陡构造地层钻进中,有效的解决了防斜和加大钻压之间的矛盾,大幅度的提高了钻井速度。

迪那2-1井基本数据如下。

(1)地面海拔:1680.15m(实测)。

(2)构造位置:塔里木盆地东秋里塔格构造带迪那2号构造的东端。

(3)设计井深:5218.4m ,二开井段200m～3973.6m(设计)。

(4)目的层:古近系苏维依组、库姆格列木群。

(5)完钻层位:古近系。

(6)完钻原则:在库姆格列木群第三段顶界以上5m ～10m的泥岩中完钻。

1 Power-V 工作原理Power-V工作原理主要是由定向机构(支撑座)与钻头同转速转动且施钻头侧向力,由液压驱动3片支撑座,支撑座从旋转的本体中定时伸出,井眼曲线由3个支撑座与井壁接触点决定,图1。

P ow e r -V 主要由三部分组成,它们分别是上端的电子控制部件(Control Unit简称CU)和下端的机械偏置部件(Bias Unit简称BU)。

在两者之间还有一个辅助部分Ex-tension Sub(加长短节,简称ES)。

Power-V下井前,在维修车间或在井场上用计算机把编好的程序输入P o w e r -V 的电子部分CU。

工具下井后,C U内的有关传感器会自动测量井底的井斜角和方位角。

然后在限定的时间内固定其内部引鞋的方向,从而使机械偏置部分的三个伸缩块在转到上井壁位置(高边)的左右60°范围内时在泥浆液压的作用下伸出,将与其相连的可伸缩导向块推顶到上井壁,从而迫使钻头有力地的切削下井壁(低边),完成边钻进边降斜的功能指令。

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。

【机械仪表】斯伦贝谢旋转导向系统 Power-V 简介1 Power-V 简介和应用范围Power-V是斯伦贝谢旋转导向系统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。

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。

2 旋转导向系统PowerDrive的优点⑴反映和降低了所钻井段的真正狗腿度，使井眼更加平滑。

用泥浆马达打30m井段，滑动钻进15m，转动钻进15m，井斜角增加4°，得到平均狗腿度4°/30m。

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

而用Power-V在同一设置下打出的每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。

⑵使用Power-V钻出的井径很规则。

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是井下事故的隐患，也不利于固井时水泥量的计算。

⑶由于Power-V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。

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。

⑷在钻进过程中，由于Power-V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。

⑸由于Power-V钻具组合一直在旋转，特别有利于水平井、大斜度井和3000m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。

斯伦贝谢的PowerV旋转导向钻井系统PowerV仪器组成PowerV是一种旋转导向工具，可实现在旋转钻进中对井斜和方图5-11 PowerV简图位进行控制。

该工具应用泥浆驱动导向块作用于地层来控制井眼轨迹。

在钻井工程作业中，PowerV既可独立使用，也可与MWD/LWD联合使用，与地面实现实时传输功能。

PowerV主要有两个以下部分组成：1）电子控制部分：电子控制部分是一根无磁钻铤及固定在其内部轴承上的电子仪器组件组成，直接连接在机械导向部分上部。

控制部分可在钻铤内自由转动，当钻具组合随整个钻柱转动时，它可保持相对静止状态，将工具面摆在设计图5-12 内部结构图图5-12 内部结构图的方向上。

其控制功能通过以下组件实现：进行测量定位的内部传感器；电子扭矩仪。

2）机械导向部分：机械导向部分与控制部分通过一引鞋相连。

导向部分有三个导向/推力（Pad）组成。

它可以通过伸缩来作用于井壁实现变钻进方向的目的。

控制部分可以控制装在导向部分内的一个旋转阀，该旋转阀在导向部分中的相对位置决定那一个导向/推力块来作用于地层。

通过将控制部分控制在一个特定的角度上，当导向部分旋转时能使不同的导向/推力块来作用于同一个方向的地层上，这样就以图5-13导向/推力块图使钻进朝同一个固定方向进行。

PowerV下入井底钻进后，电子控制部分的内部传感器（磁力仪和重力加速仪等）测量到井斜和方位，与地表设定的设计工具面进行比较，然后通过引鞋（控制部分）及与之相连的控制导向轴（导向部分）控制旋转阀，决定那个导向/推力块在设计的方向伸出作用于井图5-14 旋转阀壁，实现对井眼轨迹的控制。

当PowerV起出井眼后，可以通过编程口下载出存储在控制部分内部存储器内的数据然后对数据进行详细分析，确定工具在井下的工作情况。

PowerV防斜打直机理PowerV在井下工作后，电子控制部分的内部传感器（磁力仪和重力加速仪等）测量到井底的井斜和方位，与设定的工具面（180度，重力低边）进行比较，控制引鞋的方向，使机械导向部分的三个导向/推力块在每个转动周期当转到上井壁（高边）时在泥浆液压作用下伸出，作用于上井壁，改变钻头作用方向，切削下井壁（低边），实现降斜的目的。

PowerV垂直钻井技术在木垒2井的应用2、岩性坚硬，抗压强度高，研磨性强，提速遇到瓶颈；3、石炭系石钱滩组中的岩屑砂岩、硅化泥岩及灰色泥岩，胶结致密，抗冲击性能强，抗压强度高，体现出对大钻压的高度敏感性。

4、山前构造，地层倾角大，地层增斜力强，井斜不易控制；5、进入二叠系梧桐沟组后，如果具备PDC钻进的条件，PDC+螺杆施工模式井斜是否得到控制仍将是个谜；PDC+PowerV钻进模式，转速将影响机速不能达到倍速增长；6、施工时间长，二叠系泥岩出现周期性剥落和坍塌，钻井液的物理封堵和化学抑制可能不能有效解决；7、工程设计预告1670m、1830m两个断层，1920m、2940m两个不整合面漏失程度和漏速及漏失量的不可预知性，可能会增加后续施工的难度。

8、推覆体构造的特性，实钻可能和工程设计出现幅度较大的偏差，如果石钱滩组底深延迟，各种提速模式将滞后。

9、三开巴塔玛依内山组火成岩硬、脆，憋跳钻剧烈，损伤钻头和钻具，不具备一般PDC钻进条件，提速手段受限。

三、PowerV的特点和工作原理：1、工具特点：⑴在钻进时自动感应井斜，并进行自动化纠斜，无线控制；工具所有部件和钻具一起旋转（不需滑动钻进），主动防斜，减少摩擦力和阻力，钻压和扭矩传输更有效，钻出的井眼平滑低狗腿度，解放钻压，正常钻进提高钻速。

（2）PowerV是一套“全自动化” 旋转导向垂直钻进仪器. 操作简单效率高. 它不需要人员操作也不需要MWD 仪器，降低成本. PowerV 在钻进时会自动追踪地心吸力（自动感应井斜），自动设定及调和促动仪器所发动的侧力而打钻使井斜快速返回垂直. 这是一个全自动重复的过程. 在整个过程中 PowerV 是 100% 旋转的.2、PowerV使用优点：常规钻具或螺杆及马达钻进纠正井斜，滑动钻进易产生托压现象，旋转钻进时钻压或其它参数又受限制，因此不能有效提高钻速；而PowerV旋转导向垂直打快系统随钻具转动时自动纠斜，100% 的和钻具同步旋转使井眼更平滑，解决由持续滑动钻进造成高狗腿的问题，同时解放钻压，而大幅度提高钻速，纠斜时旋转导向，提高钻井工作效率，打出的井眼更平滑，优化井眼冲洗和净化，近井底的井斜和方位测量值，掌控井身质量更加准确，应用范围在57/8″-18 1/4″井眼，可耐压138MPa，承温135°C高温，适用范围广。

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。

PowerV是一种旋转导向工具，可实现在旋转钻进中对井斜和方图5-11 PowerV简图位进行控制。

该工具应用泥浆驱动导向块作用于地层来控制井眼轨迹。

在钻井工程作业中，PowerV既可独立使用，也可与MWD/LWD联合使用，与地面实现实时传输功能。

PowerV主要有两个以下部分组成：1）电子控制部分：电子控制部分是一根无磁钻铤及固定在其内部轴承上的电子仪器组件组成，直接连接在机械导向部分上部。

控制部分可在钻铤内自由转动，当钻具组合随整个钻柱转动时，它可保持相对静止状态，将工具面摆在设计图5-12 内部结构图图5-12 内部结构图的方向上。

其控制功能通过以下组件实现：进行测量定位的内部传感器；电子扭矩仪。

2）机械导向部分：机械导向部分与控制部分通过一引鞋相连。

导向部分有三个导向/推力（Pad）组成。

它可以通过伸缩来作用于井壁实现变钻进方向的目的。

控制部分可以控制装在导向部分内的一个旋转阀，该旋转阀在导向部分中的相对位置决定那一个导向/推力块来作用于地层。

通过将控制部分控制在一个特定的角度上，当导向部分旋转时能使不同的导向/推力块来作用于同一个方向的地层上，这样就以图5-13导向/推力块图使钻进朝同一个固定方向进行。

PowerV下入井底钻进后，电子控制部分的内部传感器（磁力仪和重力加速仪等）测量到井斜和方位，与地表设定的设计工具面进行比较，然后通过引鞋（控制部分）及与之相连的控制导向轴（导向部分）控制旋转阀，决定那个导向/推力块在设计的方向伸出作用于井图5-14 旋转阀壁，实现对井眼轨迹的控制。

当PowerV起出井眼后，可以通过编程口下载出存储在控制部分内部存储器内的数据然后对数据进行详细分析，确定工具在井下的工作情况。

PowerV防斜打直机理PowerV在井下工作后，电子控制部分的内部传感器（磁力仪和重力加速仪等）测量到井底的井斜和方位，与设定的工具面（180度，重力低边）进行比较，控制引鞋的方向，使机械导向部分的三个导向/推力块在每个转动周期当转到上井壁（高边）时在泥浆液压作用下伸出，作用于上井壁，改变钻头作用方向，切削下井壁（低边），实现降斜的目的。