国内外旋转导向钻井对比

【技术】塔里木深井旋转地质导向钻井技术文/张程光吴千里王孝亮吕宁，中国石油钻井工程技术研究院中国石油塔里木油田公司中国石化石油工程公司胜利分公司引言对于埋藏深、地质构造复杂的油藏，应用弯壳体导向螺杆钻具通常无法有效引导井身轨迹准确达到或穿越储集层，而旋转地质导向钻井因其技术优势被越来越广泛地应用，目前已成为一项主流技术。

近年来全球范围内的地质导向与旋转导向服务井数快速增长：以斯伦贝谢公司为例，地质导向作业井由2006年的近300 口上升至2009 年的700 口，旋转导向系统进尺则从2006 年的5 898 km 提高至2011 年的19 740km；2004—2010 年在国内各种复杂、难动用油气藏应用地质导向技术的水平井超过345 口。

塔里木油田某区块的薄砂层油层埋藏深、厚度小，且构造边缘横向发育不稳定。

为了更高效地开发该类油层，引入旋转地质导向技术，并通过不断摸索试验使该技术更好地适应区块地层条件，确保井眼轨迹始终处于油层中最佳位置。

1 塔里木油田深井薄油层钻井技术难点及对策①的层埋藏深、厚度薄。

目的层垂深超过5 000m，完钻井深5 500～6 000 m，采用传统滑动钻进方式会因井深增加造成摩阻扭矩的增加，对MWD（随钻测量）信号传输的要求也会提高；目的层为两套砂岩，油层薄，厚度仅为1～2 m。

为获得较好的开发效果，需采用双台阶水平井钻井。

旋转地质导向钻井技术的旋转钻进方式有利于岩屑运移和井眼清洁，能降低摩阻，从而提高水平井段延伸能力。

②裸眼井段长、岩性变化大。

二开裸眼井段长达5 000 m 左右，易出现托压和黏卡现象，渗漏层和垮塌层均处于同一井眼内，地层砂泥岩互层多，钻时不均匀，地层研磨性强。

因此，需控制合适的钻井液黏度和切力、根据导向工具的作业特点选择钻头型号，同时在旋转钻进的基础上加强短程起下钻协助带砂。

③构造边缘储集层横向展布不均、地层对比困难。

油藏构造边缘的砂体发育不稳定、地层倾角变化大，地层对比困难，增加了着陆位置判断和油层追踪的难度。

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。

导向钻井技术（胜利钻井工程技术公司周跃云）基本概念在定向井、水平井钻井中，为了使井眼轨迹得到合理的控制，世界各国相继开发研究了各种相应的技术，这些技术大致可分为两方面：一是预测技术，一是导向技术。

预测技术是根据力学和数学理论，对影响井眼轨迹的各种因素进行分析研究，从而预测各种钻具组合可能达到的预期效果。

但目前的预测技术水平远远低于所要求的指标。

鉴于此，导向技术应运而生。

导向技术是根据实时测量的结果，井下实时调整井眼轨迹。

井下导向钻井技术是连续控制井眼轨迹的综合性技术，它主要包括先进的钻头（一般为PDC钻头）、井下导向工具、随钻测量技术（MWD、LWD等）以及计算机技术为基础的井眼轨迹控制技术,其主要特点是井眼轨迹的随钻测量、实时调整。

导向钻井技术是随油藏地质的要求和钻井采油地面条件的限制而逐步发展起来的。

在这种技术中，井下导向钻井工具处于核心地位，它决定导向钻井系统的技术水平，导向技术则是导向钻井系统的关键技术。

一、导向钻井的工具和仪器定向井技术的进步与定向井工具和仪器的发展是相辅相成的，是密不可分的。

定向井钻井实践的需要，设计开发了专门用于定向井的工具和仪器，并在钻井实践中得到完善和提高；随着定向井工具和仪器的发展，极大地推动了定向井工艺技术水平的进步；而工艺技术的进步，对定向井工具仪器又提出了更新更高的要求。

胜利油田以及我国定向井发展的历程，充分地说明了这一辩证关系。

1.1 导向工具的主要类型随着定向井、水平井和大位移延伸井的日益增多，各种相应的井下工具相继出现，如弯接头，变壳体马达，各种稳定器等。

对这些工具一般要分为两大类：一为滑动式导向工具，二为旋转式导向工具。

两者的主要区别在于导向作业时，上部钻柱是否转动，若不转动，则为滑动式导向工具，否者为旋转式导向工具。

1.1.1 滑动式导向工具滑动式导向工具在导向作业时，转盘停止转动并被锁住，只有井底马达作业。

调整好工具面，钻进一段时间后，再开动转盘，使整体钻柱旋转，以减少摩阻及改善井眼清洗程度，随后再根据需要进行定向作业。

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。

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。

旋转导向钻井技术的应用及探讨李增科;赵哲【摘要】旋转导向钻井技术可以有效提高钻井速度，解决滑动导向方式带来的井身质量差、井眼轨迹不规则、净化效果差等问题；还具有井下闭环自动导向的能力，大大提高了定向钻井效率和井眼轨迹控制的精度；能有效解决定向钻进中“托压”问题，提高钻井安全性；能够钻出更符合设计要求的轨迹。

在江汉油田，共有6口井应用了旋转导向钻井技术。

实践表明旋转导向钻井技术对于复杂工艺井具有提高定向钻井效率的作用；适合上部防斜要求难度高的地层，下部在长井段稳斜及长水平段延伸钻井中具有明显优势；能更加精确高效地进行工程和地质导向。

在现场运用中，需要对底部钻具组合进优化，进一步提高实际施工中的造斜率，以满足各种井型需要；还应加快推进国产化进程。

%Rotary steerable drilling technology can increase drilling speed to overcome the troubles of poor -quality wellbore ,irregular well track as well as bad purifying effect brought in by slide -guide mode .It can also raise great‐ly directional drilling efficiency and well track control accuracy due to its downhole closed -loop and self -guided function .In addition ,it can solve the problem of backing pressure in the course of directional drilling to boost drill‐i ng safety .Six wells have used it in Jianghan Oilfield .Site application shows that it plays a role in improving direc‐tional drilling efficiency of complex technology w ells ;it is suitable for upper layer w here it is difficult to control devia‐tion and it can carry through geosteering more accurately and efficiently .【期刊名称】《江汉石油职工大学学报》【年(卷),期】2015(000)002【总页数】3页(P25-27)【关键词】旋转导向钻井技术;定向钻井;井眼轨迹控制;江汉油田【作者】李增科;赵哲【作者单位】中石化江汉石油工程有限公司技术装备处，湖北潜江 433124;中石化江汉石油工程有限公司技术装备处，湖北潜江 433124【正文语种】中文【中图分类】TE243引言随着非常规储层勘探开发发展，为了获得更好的开采效益，多采用长水平段水平井及大位移井等特殊工艺井，尤其是页岩气开发井，对钻井施工质量和技术要求高，钻井施工难度大。

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种在地下目标层中定向开采各种石油资源的工程技术。

它通常用于解决传统直井钻井难以达到的开采效果。

旋转导向技术是定向井钻井中的一种重要技术手段，它能够帮助油田工程师在地下多层地层中进行精准定向，实现精准钻井和开发。

本文将探讨石油定向井钻井中的旋转导向技术，介绍其原理、应用和发展趋势。

一、旋转导向技术的原理旋转导向技术是指通过旋转钻杆和导向工具来改变钻杆的方向，调整井眼轨迹，以实现井眼的定向目标。

其原理是通过在钻井时实时监测井下情况，根据目标地层的方位和倾角，不断调整钻井方向，使钻井井眼在地下目标层中垂直或斜向打入，实现精准定向。

旋转导向技术通常采用陀螺仪、磁定向仪等导向装置来实现对井眼方向的监测和调整。

通过这些导向装置采集的地下方向信息，再经过数据处理和计算，以指导钻井作业人员进行井眼调整，从而实现精确定向。

旋转导向技术主要应用于地层复杂、地质构造繁杂、油气分布不均匀的油气田。

通过旋转导向技术，工程师可以在井眼设计中考虑地质构造和地层分布的复杂性，实现在地下不同地层中进行有效定向，并解决传统直井难以达到的开采效果。

这种技术在增强油气田开发效果、提高产量、降低成本和减少井数方面有着重要作用。

旋转导向技术还广泛应用于水平井和水平段井的钻井中。

通过旋转导向技术，工程师可以实现水平井、S形井等复杂井眼的精确定向，从而实现地下储层的有效开采。

这种技术在提高井眼质量、提高井底定向效果、提高完井质量等方面具有重要作用。

随着油气勘探开发技术的不断进步和油气田开采难度的不断增加，旋转导向技术也在不断发展和完善。

未来，旋转导向技术将朝着更高精度、更高效率、更智能化的方向发展。

随着导向装置和测量技术的不断进步，旋转导向技术将实现更高精度的定向。

通过采用更精密的导向设备和更先进的数据处理技术，可以实现对井眼方向的更准确监测和调整，从而实现更精确的定向目标。

随着自动化技术的不断发展，旋转导向技术将实现更高效率的应用。