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。
斯伦贝谢旋转导向系统Power-V 使用介绍 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。使用泥浆马达在大井斜的长裸眼段滑动钻进时送钻特别困难，经常是上部的钻杆已经被压弯了，而钻压还没有传递到钻头上，还常常引发随钻震击器下击，损害钻头寿命。 3 Power-V 组成部分和工作原理简介 Power-V主要有两个组成部分，它们分别是上端的Control Unit
旋转导向钻井技术现状及研究进展 韩来聚刘新华孙铭新 （胜利石油管理局钻井院，山东东营，257017） 摘要旋转导向钻井技术是20世纪90年代国际钻井界发展起来的钻井新技术，它是钻井发展史上又一次质的飞跃，目前国外应用该技术已取得了显著效果，“十五”期间在国家“863”项目的支持下，国内也开始对该项技术进行重点攻关研究，并在关键技术方面取得了重大突破。本文在概括介绍旋转导向钻井技术现状的基础上，重点介绍了研究开发的调制式旋转导向钻井系统工作原理以及取得的重大进展，同时对该技术的发展趋势做出了预测。 关键词钻井旋转导向闭环偏置 旋转导向钻井技术是国际上20世纪90年代发展起来的一项尖端自动化钻井新技术，它是当今世界上钻井技术发展的最高阶段——闭环自动钻井的主要内容。它的出现是世界钻井技术的一次质的飞跃。与传统的滑动导向钻井相比，旋转导向钻井技术由于井下工具一直在旋转状态下工作，因此井眼净化效果更好，井身轨迹控制精度更高，位移延伸能力更强，因此更适合于海洋油气资源开发以及在油田开发后期的复杂油气藏中钻超深井、高难定向井、丛式井、水平井、大位移井、分支井及三维复杂结构井等特殊工艺井。 1 国内外旋转导向钻井系统研究与发展现状 1.1 旋转导向钻井技术国外发展现状 国外从20世纪80年代末期开始进行旋转导向钻井系统的理论研究。20世纪90年代世界上多家公司包括：Baker Hughes公司与ENIAgip 公司的联合研究项目组、英国的Camco公司、英国的Cambridge Drilling Automation公司、日本国家石油公司（JNOC）等分别形成了各自的旋转导向系统样机，并开始进行现场试验和应用。至20世纪末期，三家大的石油技术服务公司Baker Hughes、Schlumberger和Halliburton通过各种方式分别形成了其各自商业化应用的AutoTrak RCLS、PowerDrive SRD和Geo-Pilot旋转导向钻井系统。目前已形成或正在开发旋转导向钻井系统的公司的具体情况如表1所示。1.2 国内及胜利油田的研究现状 20世纪90年代中期，在跟踪调研国外先进技术的基础上，国内少数研究机构开始进行这一方面的研究工作，但与国外水平相比存在相当大的差距，更没有形成应用于现
COMPANY STRATEGY 公司战略 专利权具有严格的地域性，要使一项新发明技术获得多国专利保护，就必须将该发明创造向多个国家申请专利。同一项发明创造在多个国家申请专利而产生的一组内容相同或基本相同的文件出版物，称为一个专利族。在每一专利族中，向第一国申请专利的文件出版物称为基本专利。目前，全球范围内约2/3的专利申请是申请人为了在多个国家和地区获得专利保护，就基本专利的技术内容向多个国家和地区进行专利申请。 全世界每年90％～95％的发明创造成果能在专利文献中查到，基本专利申请状况真实体现了企业技术发展重点和技术实力，是研究企业技术发展策略的重要手段。 在2007年《财富》世界500强企业排名中，斯伦贝谢（Schlumberger ）公司在油气设备和服务领域利 润排名第一，营业收入排名第二。本文以德温特专利数据库（Derwent Innovations Index，DII）申请日截至2007年底的数据为依据，通过对申请日分布、申请人分布、德温特专利分布等展开分析，同时结合企业的市场表现、科研投入等信息，探讨斯伦贝谢公司基本专利策略，希望相关企业能够从中得到启示与借鉴。 一、斯伦贝谢公司 基本专利布局和特点分析 截至2007年底，斯伦贝谢公司拥有的基本专利数为3397件，其上游基本专利拥有量占世界石油上游基本专利的3.4%。检索结果显示，斯伦贝谢公司基本专利具有以下特点。 斯伦贝谢公司基本专利布局及其发展趋势 张运东 李春新 赵 星* （中国石油集团经济技术研究院） * 本文合作者还包括万勇、张丽。 摘 要 斯伦贝谢公司是全球最大的跨国石油技术服务公司，截至2007年底，该公司在石油上游主要技术领域拥有基本专利3397件，占全球石油上游基本专利的3.4%。其中在测井领域，该公司基本专 利拥有量占全球测井基本专利的16.8%；在美国和英国的分支机构申请的基本专利占公司基本专利的 65.5%。斯伦贝谢公司基本专利的11.9%是与其他机构或企业合作申请的，共同申请是该公司专利申请 的重要方式之一。斯伦贝谢公司的专利申请以市场为导向进行重点布局。欧洲和北美既是该公司的市场重点，也是专利申请的重点地区。1996年以来，斯伦贝谢公司对科研的投入不断增加，对科研成果的知识产权保护力度不断加强，其基本专利年均增长率达到21%，在钻井、采油、测井、物探领域的基本专利申请量几乎每年都上一个新台阶。其中，钻井领域技术研发重点为旋转钻井井控设备；测井领域研发重点为电测井、随钻测井和声波测井；采油领域的研发重点为完井/增产。 关键词 斯伦贝谢 基本专利 布局 技术研发 发展策略
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。 3．国内外旋转导向钻井系统发展应用情况 目前，国外旋转自动导向钻井系统研究、应用成熟的有3种（如图2）：Baker Hughes Inteq公司的Auto Trak系统，Halliburton Sperry-sun公司的Geo-Pilot 系统，以及Schlumberger Anadrill公司的Power Drive系统。其中，旋转导向钻井系统形成了两大发展方向：一、不旋转外筒式闭环自动导向钻井系统: Auto Trak 和Geo-Pilot；二、全旋转自动导向钻井统:Power Drive。 图2 国外3种旋转导向工具原理图 3.1 Auto Trak旋转导向钻井系统 Baker Hughes Inteq在1997年推出的Auto Trak。截止到2000年上半年，该系统已下井575次，井下工作时间累计7万小时，总进尺100万米。其6 3/4“系统创下了单次下井工作时间92h，进尺2986m的世界纪录，8 1/4”系统创下了单次下井工作时间167h，进尺3620m的世界纪录。
贝克休斯抓紧在华上陆抢占页岩气大市场贝克休斯公司(Baker Hughes)是美国一家为全球石油开发和加工工业提供产品和服务的大型服务公司，如今的贝克休斯公司，成立于1987年，是许多为石油行业服务的技术公司的不断融合行形成的。其最早历史可追溯到20世纪初。1907年，里约本·贝克开发出一种套管靴，革新了原来的钢线绳冲击钻具钻井方法；1909年，霍华德·休斯首次引入牙轮钻头，大大改善了旋转钻井效率。在随后的近80年的发展中，贝克公司和休斯公司各自成了石油业完井、钻井工具及相关服务方面的佼佼者，两家公司于1987年合并，形成目前的贝克休斯公司。 通过几十年的发展，贝克休斯将其业务集中于钻井、地层评价和油气井生产技术方面，通过其八个业务板块为全球石油行业提供顶级产品和服务。这八个板块是：贝克阿特拉斯、贝克休斯INTEQ、贝克石油工具、休斯克瑞斯滕森、Centrilift、贝克Petrolite、野外作业机械、EIMCO处理机械。 斯伦贝谢、哈里伯顿、贝克休斯合称全球三大技术服务公司。 贝克休斯在油田生产服务领域十分广泛，公司宗旨在于提高石油工业作业效率，提高油气藏的最终采收率。主要从事以下几个方面服务：1）钻井和地层评价；2）完井服务；3）生产管理；4）企业解决方案。 贝克休斯公司是一家股票上市公司，从管治结构看，在董事会14名董事中，1人兼任公司管理层职务，其他全为独立董事。在独立董事中，6人来自石油公司、石油服务公司和石油相关行业，1人来自大学，2人为政府背景，其余来自其他行业。 贝克休斯公司通过五个方面战略来追求公司持续增长和价值提升：一是
建设高素质的企业文化；二是保持产品的同行业中最优；三是关键资源集中调配；四是改善财务灵活性；五是积极追求跨板块的增长机会。 在西南石油大学校史馆中，保存着一支贝克休斯公司的牙轮钻头——1979年邓小平访美时将它带回中国，作为中国改革开放“引进来”的标志之一。它折射了当时我国油气行业对国际先进技术及装备的渴望，也见证了贝克休斯公司与中国市场的三十余载缘分。 随着改革开放的深入，贝克休斯公司在中国市场不断发展。上世纪70年代后期，其电测业务率先进入中国市场；1979年，中国引入了休斯牙轮钻头，并先后在四川、湖北建立了合资工厂。此后，贝克休斯公司油藏开发服务、钻井与评价、完井与生产、钻井液与油田化学产品、压力泵注（压裂、固井和连续管）及电潜泵等各项业务相继进入中国。 对于贝克休斯而言，中国是一个充满了机遇与挑战的巨大的市场，对新工艺和新技术有很强的敏感性和接受能力。但与此同时，中国这个市场里竞争也非常激烈。贝克休斯应对竞争的策略是，始终以提高油藏开发的整体效益为目标，从所服务的油气田的油藏特征出发有针对性地引入技术及产品。通过结合多个产品线的综合优势解决油气藏开发中的难题。以综合优势实现价值，超越了传统的工具服务——这是一些小公司所不具备的，也是贝克休斯公司能在中国不断发展的主要因素。 在非常规能源开发掀起的全球性热潮中，贝克休斯公司也清醒地认识到了中国用户将遇到的机遇与挑战。目前其已将在美国的经验和全套技术及工具，应用在中国多个非常规开发项目。据统计，贝克休斯公司与中国石油和中国石化成功完成了23个非常规油气藏重点项目，取得了裸眼井分段压裂
与贝克休斯强调独立的数字化业务板块和全产业链覆盖、侧重设备运营不同，斯伦贝谢的数字化转型，一是强调数据、管理系统和硬件设备的有效组合，以实现更高水平的技术一体化，重心在上游勘探开发生产的各个专业领域；二是强调数字技术赋能生产作业，提高作业效率、减少非生产时间、降低综合成本。 在组织架构方面，斯伦贝谢油藏描述、钻井、卡麦龙和生产四大业务集团负责搭建四个专业领域技术平台，将各业务集团内部的硬件设备、软件应用程序、专业领域知识和数字化技术组合在一起，向客户提供无缝衔接的一体化产品和服务。 斯伦贝谢软件一体化解决方案部门是数字化技术和软件开发的主体，成立35年来推出了大量专业应用程序、信息管理系统和IT设备，过去5年加速吸收数字化技术最新成果。2014年，斯伦贝谢在美国加州门罗公园建立斯伦贝谢软件技术创新中心；2016年，美国得州舒格兰工业互联网中心开始侧重云计算、大数据分析、工业物联网、自动化、网络安全领域的平台架构和基础设施架构研发；2017年，位于美国马萨诸塞州剑桥市的斯伦贝谢道尔研究所（Schlumberger-Doll Research Center）设立机器人部门，支持系统自动化业务。 2017年，斯伦贝谢将整个公司的技术研发与设备制造力量重组为勘探与开发、建井、非常规完井、生产管理四个专业领域技术平台（基本上与四大业务集团对应），首先完成各个专业领域内部的研发一体化，推动数字化技术与硬件设备制造、软件开发和专业领域知识一起为专业领域技术系统服务，实现从单个技术创新到技术系统创新的转变。与此同时，斯伦贝谢推出DELFI勘探开发认知环境（DELFI Cognitive E&P Environment），为四个专业领域技术平台提供数字化技术支持；逐步建立数字化硬件框架，为硬件设备提供一套清晰的设计准则，使硬件设备产品能够更好地发挥数字化技术优势。DELFI环境和数字化硬件框架作为统一职能管理平台的一部分，支持各“业务—地域”单元的生产经营。 01专注上游业务专业领域内部创新 斯伦贝谢数字化转型的特点是分步骤的小范围整合，具体表现在业务集团内部努力将彼此独立的数字化技术、硬件设备、软件应用程序和专业领域知识有机组合成一体化专业领域技术系统，即勘探与开发、建井、非常规完井、生产管理四个专业领域技术平台。斯伦贝谢认为精心设计的平台架构既能够促进各个产品和服务共同提高系统绩效，又能够利用全部数据推动系统的持续改进，还能够不断提高系统的自动化水平。
斯伦贝谢公司新一代测井仪器—Scanner家族斯伦贝谢公司新一代测井仪器Scanner家族于2006年正式投入油田服务，其家族成员包括MR Scanner、Rt Scanner- Scanner 、Sonic Scanner、 Flow Scanner、Isolation Scanner。各种仪器已在油田投入使用，取得了很好的效果，为研究疑难储层提供了重要手段。我们将该家族各仪器的性能逐一介绍如下：1．新型核磁共振测井仪MR Scanner 斯伦贝谢公司2006年新推出了Scanner家族的成员—核磁共振仪器MR Scanner，该仪器采用偏心梯度设计，具有多种探测深度、测量结果不受井眼条件的影响、能进行流体表征等特点。在低阻、低对比度储层的评价中具有较大优势。 MR Scanner 测井仪的主要优点包括：测量结果不受储层破坏带的影响；可以通过径向剖面来识别流体及环境的影响；可以应用到井眼不规则或者薄的泥饼储层评价中；降低了钻井时间。 MR Scanner仪器的主要特性 偏心，梯度设计； 多种探测深度，最深可达4 in, 而且测量结果不受井眼大小及形状的影响； 纵向分辨率为7.5 ft； 最大测速可达 3600 ft/h； 具有良好的油气表征能力； 可以得到不同探测深度下的横向弛豫时间(T2)、纵向弛豫时间(T1)以及扩散分布。 2．三分量感应测井仪Rt Scanner Rt Scanner仪器可以同时测量纵向和横向电阻率以及地层倾角和方位角的信息。它能够提供多种探测深度上的三维测井信息。通过这些信息增强了储层的含烃和含水饱和度解释模型的精度，使计算的结果更符合地层实际情况。尤其是在薄层,各向异性或断层中的计算结果将更加准确。 该仪器具有六个三维的芯片,每一个芯片上面都安装了三个定位线圈以测量不同深度地层的纵向电阻率Rt和横向电阻率Rh。在每两个线圈之间都安装了三个单轴接收器用以完全表征从三维芯片上传递到井眼中的信号。除了测量电阻率之外，Rt Scanner仪器还可以用来测量地层的倾角和方位角以进行构造解释。 除了能够提供高质量的电阻率和地层构造信息之外, Rt Scanner仪器还能
致密油水平井钻井技术 摘要：本文根据吉木萨尔油田吉32H水平井的施工情况，针对机械钻速低，水平段长和井下复杂多等 施工关键技术和难点，在施工中通过轨迹控制技术、优选钻头类型和选取合理造斜钻具等技术措施，并 且在水平段钻进中采用了斯伦贝谢的PowerDrive旋转导向技术，提高机械钻速，降低井下复杂。成功 完成该井的施工，为今后吉木萨尔致密油水平井开发提供实践经验。 主题词：致密油；水平井；旋转导向；轨迹控制；吉32井； 吉木萨尔油田位于新疆维吾尔自治区天山北麓东端，准噶尔盆地东南缘，是一个被裂缝复杂化的、非均质严重的层状砂岩与泥岩混合型致密油油藏，该区块机械钻速较慢，钻井施工的风险大，2012年8月，吉32井钻井过程中，运用了旋转导向技术（PowerDrive475 X5）与常规螺杆钻具的结合使用，大幅度的提高了机械钻速，通过该文的认识与总结，希望能更安全、更高效的对该区块进行开发。 吉32井开设计井深为4783.53m，目的为开发二叠系芦草沟组致密油油藏。2012年8月22日15:00 从井深3280m开始造斜钻进，9月30日18:00下入旋转导向钻具，开始水平段钻进，10月24日7:00钻至4988m完钻。 一、吉32井施工关键技术和难点： （1）吉32井地质情况较复杂,油层垂深不确定且靶区垂深变化小，给入靶和水平段施工带来一定难度。 （2）定向段地层主要以泥岩、泥砂夹层为主，较长的裸眼段使得定向过程容易发生粘卡，防粘卡工作很重要。 （3）该井水平段长为1228m，摩阻、扭矩较大，钻时过慢，导致机械钻速低。 （4）在施工过程中，由于地层的复杂性，导致无法正确的判断主力油层的位置，只能通过地质显示来寻找主力油层，使实钻轨迹与设计轨迹有较大偏差。 二、技术措施和对策： 2.1钻具受力力学分析： 水平井中钻具贴井壁，受力状况发生变化，钻具受力状况相对直井发生了根本性的变化。 1）、斜井段钻具的斜向拉力造成此处钻具被＂拉向＂上井壁，造斜时在井口出现钻具明显向定向方向的＂偏移＂。随着井深增加，造斜点以下钻具重量随着造斜率的增大，在造斜段出现了侧向力F，此时F力随之增大、加单根和起下钻时摩阻增大，随着时间的延长，起下钻和转动在此处易形成键槽，易造成起下钻困难，卡钻等复杂情况。
本科毕业设计（论文）开题报告 题目：φ178旋转导向钻井工具设计 及控制轴动力学分析 学生姓名： 院（系）：机械工程学院 专业班级： 指导教师： 完成时间：2011 年 3 月8 日
外，高精度加工是保证这种系统导向效果的关键。 2.1.2AutoTrak旋转导向钻井系统 AutoTrak系统是一套集钻进和随钻测量为一体的定向钻井系统，能够在旋转钻井过程向造斜钻进，主要是因为它有一个独特的非旋转可调扶正器滑套，此扶正器滑套并非真的不旋转，只是相对钻头驱动轴而言它几乎是不旋转，因此在旋转钻进过程中，此扶正器滑套可以保持一种相对静止的状态，从而保证钻头沿着某一特定的方向钻进．非旋转扶正器滑套内有元件：近钻头井斜传感器、电子控制元件、液压控制阀和活塞，见图1．通过液压可推动活塞分别对3 个稳定块施加不同的压力，其合力就使钻具沿某一特定方向偏移，从而在钻进过程中使钻头产生1 个侧向力，保证钻头沿这一方向定向钻进． 图 1 AutoTrak内部结构 2.1.3 Power Drive旋转导向钻井系统 斯伦贝谢公司的旋转导向系统主要是指PowerDrive系统，包括PowerDrive X5110 、PowerDrive X5900 、PowerDrive X5 、PowerDrive X5675 、PowerDrive X5475 、PowerDrive Xceed 900、Power vorteX ，除了Power vorteX 是动力式旋转导向系统外，其他均为全旋转式旋转导向系统，PowerDrive X5 系列旋转导向工具可通过PowerPulse 和TeleScope工具实时测量井下数据，测量近钻头地层状态、钻头振动情况和钻头转速，利用近钻头伽马射线显示地质和井眼成像，自动纠斜。它适用的井眼尺寸为～26 in ，可用常规钻井液，最高耐温150 ℃，流量范围480 ～1900 gpm ，最高耐压20000 psi ，其中，PowerDrive X51100 型最大转速200 r／min ，最大造斜率3°／100 f t ，PowerDrive X5475 型最大转速250 r／min ，最大造斜率8 °／100 f t 。PowerDrive Xceed 系列可以用于裸眼侧钻、随钻扩眼或用双芯钻头钻研磨性地层，其使用参数与PowerDrive X5 系列大致相同，适用的井眼尺寸为～，可用常规钻井液，最高耐温150 ℃，流量范围450 ～1800 gpm ，最高耐压20000 psi ，最大转速350 r／min ，其中，PowerDrive Xceed 900 型最大造斜率°／100 f t ，PowerDrive Xceed 675 型最大造
贪吃蛇技术哪家强？国内外七大公司旋转导向技术盘点 旋转导向钻井技术已经逐渐成为定向井、水平井钻井的主要工具，但主流技术依然以国外油服产品为主。在多年持续攻关下，国产自主创新技术现已取得多项重大突破，国内外技术差距正在逐步缩小。 当前，油气勘探开发过程正面临的挑战日益严峻。在资源品质劣质化、勘探目标多元化、开发对象复杂化等愈发恶劣的勘探开发大环境下，我国油气勘探开发领域正在由常规油气资源向“三低”、深层及超深层、深水及超深水等非常规资源拓展。 而作为油气资源勘探开发过程中的关键环节，现有的钻井技术在应对上述挑战时却略显勉强。中石油经研院石油科技研究所总结出了“未来10年极具发展潜力的20项油气勘探开发新技术”（点击查看：颠覆传统！未来十年这些油气勘探开发新技术最具潜力），其中，“智能钻井技术”位列其中。 未来的智能钻井主要由智能钻机、智能导向钻井系统、现场智能控制平台、远程智能控制中心组成。智能导向钻井系统主要利用随钻数据的实时获取、传输与处理，通过井下控制元件对钻进方向进行智能调控，从而提高钻井效率和储层钻遇率。 作为页岩气开发的“芯片”式技术，旋转导向钻井尚且年轻，但实际上从上世纪90年代起，国际各大油服公司便相继实现了旋转导向系统的现场应用。经过20余年的技术发展，油服巨头均取得了阶段性进展，并形成了各自的核心技术体系（点击查看：五大油服的旋转导向系统大比拼）。 目前的主流旋转导向技术主要来自几大国际油服巨头，并基本形成了两大发展方向：一是以贝克休斯AutoTrak系统为代表的不旋转外筒式闭环自动导向钻井系统，这类系统以精确的轨迹控制和完善的地质导向技术为特点，适用于开发难度高的特殊油藏导向钻井作业；二是以斯伦贝谢PowerDrive系统为代表的全旋转自动导向钻井系统，这类系统以同样精确的轨迹控制和特有的位移延伸钻井能力为特点，适用于超深、边缘油藏的开发方案中的深井、大位移井的导向钻井作业。 01. 各大油服核心技术对比
【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。使用泥浆马达在大井斜的长裸眼段滑动钻进时送钻特别困难，经常是上部的钻杆已经被压弯了，而钻压还没有传递到钻头上，还常常引发随钻震击器下击，损害钻头寿命。 3 Power-V 组成部分和工作原理简介 Power-V主要有两个组成部分，它们分别是上端的Control Unit (电子控制部分，简称CU) 和下端的Bias Unit (机械部分，简称BU)。在两者中间还有一个辅助部分Extension Sub(加长短接，简称ES) 3.1 电子控制部分CU CU是Power-V的指挥中枢，它内部有泥浆驱动的发电机，还有陀螺、钻柱转速传感器、流量变化传感器、震动传感器、温度传感器以及电池控制的时钟等等。它可以独立于外面的钻铤而旋转或者静止不转。 工作原理：开泵后，发电机发电，陀螺测量到井底的井斜角和方位角(即高边)，然后按照地面工程师的要求把其内部的电子控制部分固定在某一个方位上(即高边工具面角)，从而实现无论钻柱如何旋转，CU内部的控制轴始终对准在需要的方位上，这个方位加上一个校对值后就是地面
（机械制造行业）Φ旋转导向钻井工具机械结构设计说 明书
Φ178旋转导向钻井工具机械结构设计 摘要:旋转导向钻井技术是石油工业工程技术领域的关键技术之一，得到了石油钻井工程界的极大关注，发挥着越来越重要的作用，主要应用于水平井、大位移井、超深井、三维多目标井等复杂结构的井作业。本文综述了旋转导向钻井工具的国内外现状，闸明了在我国发展旋转导向钻井技术的重要性和必要性，介绍了它的工作原理及结构组成，指出了研制该工具的主要技术特点。调制式旋转导向钻井工具的导向执行机构是靠内外泥浆液压力差驱动的原理来实现的，这是旋转导向钻井工具能否正常工作的关键。所以，对其液压盘阀分配系统进行分析计算，及其在井下不同工况下所受的力进行分析计算。分析了旋转导向钻井系统的井下钻井工具系的偏置方式和导向方式，完成了导向执行机构机械部分的设计。 关键词:旋转导向钻井工具；机械结构设计；压力差；
Φ178 Rotary Steerable Drilling Tool Mechanical Structure Design Abstract:In many oil industry engineering filed key technologies,rotary steerable drilling technology is one that has been paid much attention to in recent years and exhibits more and more importance in oil drilling industry, mainly used in horizontal well,extended reach well,ultra-deep well ,3D multi-target well the complex structure of multi-lateral wells in wells operating. This paper reviews the domestic and international drilling tool status, illustrates the development of rotary steerable drilling technology of the importance and necessity to introduce the working principle and its composition, that the development of the main technical features of the tool. Modulated rotary steerable drilling tool driven by the executing agency is the pressure difference between inside and outside the mud fluid-driven principles to achieve, which is whether the drilling tool to work the key. Therefore,its hydraulic disc distribution system analysis and calculation, and its different working conditions in underground analyzing and calculating the force. Analysis of downhole rotary steerable drilling tool drilling system orientation bias way. Complete guide the design of mechanical parts of the implementing agencies. Key words: Rotary steering drilling tool；Mechanical parts design；Pressure
作为油服行业领头羊，斯伦贝谢2007年开始启动“研究与工程转型”项目， 完善科技创新体系，优化科研过程管理；应用提速手段推动内涵式科技创新， 扩展合作网络实现外延式科技创新，激发人才活力实现企业全方位创新。斯伦 贝谢坚持人才优先、聚焦战略需求、扩大开放合作等科技创新经验为中国油服 企业提供了有益启示。 01坚持科技创新巨额投资和有的放矢 作为全球油服行业的领头羊，斯伦贝谢对“追求卓越”有着独特的理解。重视人才、技术和股东价值是斯伦贝谢的核心价值观，也是其基业长青的秘诀，斯伦贝谢把依靠科技创新为股东创造最大价值，即为客户提供优质高效的全方位技术解决方案作为其不变的服务宗旨。为适应油服行业发展新变化，斯伦贝谢提出长期一体化发展战略，将科技创新作为企业专业能力建设、内外部流程优化、软硬件技术整体赋能的首要推动力量。 斯伦贝谢长期坚持进行巨额研发投资。斯伦贝谢巧妙运用自身体量优势，努力在技术雄心和商业目标中实现平衡，其研发投资在绝大多数时间里超过主要竞争对手哈里伯顿公司和贝克休斯公司之和，研发投资占总收入的比例长期维持在3%左右。依靠巨额投入，斯伦贝谢的技术和标准引领能力不断增强，截至2018年9月，斯伦贝谢申请专利37392件，专利授权16928件，稳居油服行业第一位。 斯伦贝谢在业务选择上有的放矢，深耕技术含量最高的细分专业市场。斯伦贝谢力争在开展业务的每个细分专业市场做到第一或第二，否则就选择退出。目前，斯伦贝谢在其从事的19个细分专业市场中，有12个排名第一， 4个排名第二。 02稳步实施科技创新发展战略 2.1 启动“研究与工程转型”项目
2007年，斯伦贝谢以提高效率和可靠性为目标，启动“研究与工程转型”项目，借鉴其他行业的最佳实践，通过约7年时间重组完善了研究与工程体系，优化了科研项目管理流程。 在此次优化重组中，斯伦贝谢累计投入约 3.5亿美元进行组织架构对标研究，与美国加州理工学院和密歇根大学合作设计项目管理和精益制造培训计划。通过轮训约600名科研项目经理、制造专家以及约4000名工程师，斯伦贝谢将新理念注入研究与工程体系，彻底改变了其全球各个技术中心的运营模式，完全重塑了科技研发、设备制造、供应保障和技术支持各个业务的流程。 2014年，研究与工程转型项目基本完成，新的科技创新体系开始全面发挥效力。 2.2 完善科技创新体系 “研究与工程转型”项目的成功实施，使斯伦贝谢在公司治理和企业管理两个层面建立完善了科技创新体系。 在公司治理层面，斯伦贝谢在董事会中设立科学和技术委员会，监督研发相关事项并为董事会和管理层提供建议。现任委员会共有5名委员，由美国麻省理工学院校长雷夫任主席。科学和技术委员会每年至少召开2次会议，具体关注6类事项：1）研发项目；2）技术中心选址和研发资源分配；3）科研院所互动；4）信息技术和信息系统；5）设备制造技术；6）新技术并购。委员会及各位委员可以直接与管理层成员交流科技工作，分管技术的高级副总裁和分管斯伦贝谢4.0平台的资深副总裁为委员会提供相关支持。 在企业管理层面，斯伦贝谢在高级管理团队中设立分管技术的高级副总裁岗位，全面负责研究、工程技术、设备制造、技术生命周期管理、软件技术和信息技术，直接向公司总裁兼首席执行官汇报，保证科技创新体系的独立性。 斯伦贝谢在组织架构设计中将科技创新体系纳入统一职能管理平台，管理人员依托统一职能管理平台上的“业务—地域”矩阵式组织架构，通过技术
【镜鉴】斯伦贝谢基本专利布局 文/张运东李春新赵星，中国石油经济技术研究院 专利权具有严格的地域性，要使一项新发明技术获得多国专利保护，就必须将该发明创造向多个国家申请专利。同一项发明创造在多个国家申请专利而产生的一组内容相同或基本相同的文件出版物，称为一个专利族。在每一专利族中，向第一国申请专利的文件出版物称为基本专利。目前，全球范围内约2/3的专利申请是申请人为了在多个国家和地区获得专利保护，就基本专利的技术内容向多个国家和地区进行专利申请。 全世界每年90％～95％的发明创造成果能在专利文献中查到，基本专利申请状况真实体现了企业技术发展重点和技术实力，是研究企业技术发展策略的重要手段。 斯伦贝谢（Schlumberger）公司在油气设备和服务领域利润和营业收入都靠前。本文以德温特专利数据库（Derwent Innovations Index，DII）申请日截至2007年底的数据为依据，通过对申请日分布、申请人分布、德温特专利分布等展开分析，同时结合企业的市场表现、科研投入等信息，探讨斯伦贝谢公司基本专利策略，希望相关企业能够从中得到启示与借鉴。 一、斯伦贝谢公司基本专利布局和特点分析 截至2007年底，斯伦贝谢公司拥有的基本专利数为3397件，其上游基本专利拥有量占世界石油上游基本专利的3.4%。检索结果显示，斯伦贝谢公司基本专利具有以下特点。 1. 在美国和英国的分支机构是公司基本专利的主要来源 斯伦贝谢公司在全球100多个国家设有分公司，在美国、英国、挪威、俄罗斯、沙特阿拉伯共设有5家研究中心，在美国、英国、法国、挪威、中国、日本共设有14家技术服务中心。其中，斯伦贝谢在美国和英国的分支机构申请的基本专利占绝大部分。从图1可以看出，斯伦贝谢公司基本专利申请分布较广，在近20个国家和地区都有基本专利的申请，其中65.5%集中在美国和英国，而其他分支机构所在地的基本专利很少，比如，在中国的分支机构仅有数件基本专利。分析其原因，我们认为，一方面，美国和英国是斯伦贝谢公司主要研发机构的所在地；另一方面，也反映出斯伦贝谢公司对遍布全球的研发机构和其他分支机构研发重点的侧重。企业的研发活动，可以划分为前瞻性研究和为生产服务的研究两类，一般而言，只有新产品或新技术才能成为专利申请的客体，而新产品和新技术一般是前瞻性研究的成果。斯伦贝谢公司在美国和英国的分支机构研发活动以前瞻性研究为主，以研发新技术、新产品，不断创新，保持技术国际领先水平为研究目的；而其他国家和地区的研发机构研发活动侧重于为生产服务，以解决
万方数据
万方数据
第３８卷第２期李俊．等：动态指向式旋转导『；Ｊ钻井Ｔｎ设汁探讨 并对方位和倾角进行测量等。 图ｌ全旋转导向工具稳定平台结构 旋转导向钻井工具中稳定平台的作用足保证在钻进时不受钻柱旋转的影响。而能够实现导向作用的动态稳定系统。能够同步配合旋转导向钻井系统的指令系统对导向工具面角随钻井下实时调控。３．１．２偏置机构 偏置结构由ｌ套由几个可控制的偏心圆环组合形成，如图２。偏置结构中装有ＣＰＵ检测装置、电子马达等检测与驱动元件，偏置机构中串接了１根柔性钻具，通过稳定平台计算机检测到的井斜与方位变化的信号结果。将检测到的信号输送给偏置装置中的ＣＰＵ，当需要调整角度时，装置中的ＣＰＵ驱动控制系统中的动力模块电子马达，在旋转导向过程中，偏置工具的偏心导致其上、下２跨钻柱发生弯曲，使钻头处钻柱的轴线和井眼轴线之间出现夹角，由于钻头的转角而实现旋转导向。 图２井下偏置导向工具结构 ３．１．３导向方式 本研究采取偏置内推指向方式，如图３。工作方式为外筒内有一靠机械力使之变形弯曲的内轴迫使钻头有角位移，以使钻头定向造斜，如图４。指向式系统不需爱翼叻推靠井擘来改变方向，因此其导向效果不受地层不完整或井眼扩径的影响。从而指向式系统在软地层或扩径的井眼中比推靠式效果好。指向式系统可钻出更规则的井眼，减少螺旋和突起。能够更好地对井斜和方位进行控制。具有更长寿命，与钻头选择无关，降低卡钻和失效等风险，提供了作业上的优势。 卜 ～沙一 钻头 图３旋转导向工具偏置内推指向方式示意 图４旋转导向钻井Ｔ具系统指向方式示意 ３．２设计重点、难点及解决方案 在钻井过程中，由于钻井工具处在井下高温、高压的工作环境中。有钻井液及地层流体的腐蚀；有含碎屑的钻井液在高压、高速流动时带来的冲蚀；有钻柱在高速旋转、钻头切削地层和钻井液压力波动产生的严重振动等，其工作环境和工作条件异常恶劣，给井下工具的设计带来一定的难度。针对目前旋转导向钻井工具设计现状存在的不足，提出了今后的研究方向。 ３．２．１旋转导向驱动稳定平台主轴扭矩系统优化拇１０］稳定平台无论在导向或稳定状态下。均需靠扭矩发生器的电磁力矩来驱动控制轴从而控制：ｌ＝具面角的位置，由于工具结构的限制。不可能在井下设计大功率离扭矩的扭矩发生器，因此扭矩的供需应达到平衡设计。过大不可能．同时也会引起较大压力损失；过小，将无法驱动控制轴，整个稳定平台中驱动扭矩是扭矩发生器所产生的扭矩，而阻力矩包括：涡轮发电机产生的电磁力矩、稳定平台主支撑轴承的摩擦阻力扭矩、涡轮发电机和扭矩发生器上２个涡轮支撑轴承的摩擦阻力扭矩、控制主轴旋转时的惯性扭矩等。因此，要求扭矩发生器所提供的扭矩必须大于上述阻力矩总和。在扭矩发生器的功率、扭矩受限的条件下，降低控制轴的阻力矩则成为工具设计的一个主攻目标。 解决方案：①轴承优选；②主轴精确制造和安装优化；③全部旋转件的惯性矩合理化优化等方面研究。 ３．２．２旋转导向稳定平台主轴整体刚度 稳定平台控制轴的结构比较复杂，由多段联接而成，轴上还有２个涡轮以６００～１２００ｒ／ｍｉｎ转速旋转，它自身还以２０～１２０ ｒ／ｍｉｎ的速度旋转，加之万方数据