旋转导向钻井系统的特性及典型结构

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1、旋转导向钻井系统的特性及典型结构旋转导向钻井系统的特性及典型结构李清涛摘要：本文介绍了旋转导向钻井技术相比于滑动导向钻井技术的优越性，并重点介绍了BakerHughes,Schlumberger,HALLIBURTON三家公司已经商业化的自动旋转导向钻具的结构原理及特点。关键词：旋转导向、滑动导向、结构引言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

2、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。旋转导向系统自20世纪90年代问世以来，已在高难度条件下的钻井作业特别是在海上大位移钻井中获得广泛应用，成为一种必不可少的导向钻进工具。它代表了当今世界钻井技术发展的最高水平，该技术使世界钻井技术发生了一次质的飞跃。1滑动导向钻井技术迄今为止，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；③利用导向马达(弯壳体井下马达)定向钻井。目前这三种定向钻井

3、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。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

4、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。(4)与旋转钻进相比，滑动钻井时岩屑排出困难，限制了钻速和可钻深度。(5)与旋转钻进相比，滑动钻进钻速较低。井下马达转速较高，降低了钻头和井下马达的使用寿命，也增加了起下

5、钻的次数。(6)使用井下马达钻井容易引起卡钻。因此，在复杂钻井中，必须有新的钻井方法来取代滑动钻井，旋转导向钻井就是其发展方向。2国际上已经商业化的旋转导向系统美国SchlumbergerAnadrill公司的R·L·Monti在1987年世界石油大会上宣读的“OptimizedDrilling-ClosingtheLoop”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。目前，世界上已有几家大石油公司形成了商业化应用技术：(1)VDS自动垂直钻井系统：90年代初德国KTB项目组与EastmanTele

6、o公司联合开发研制。(2)SDD自动直井钻井系统：AGIP公司与BakerHughesInteq公司合作在VDS系统的基础上开发研制。(3)ADD自动定向钻井系统：1991年美国能源部资助研制，目前已达到商业应用阶段。(4)AGS和GeoPilot旋转导向自动钻井系统：SperrySun公司1993年研制了AGS；1999年，又推出新一代的GeoPilot旋转导向自动钻井系统，该系统的性能已达到90年代末世界先进的RCLS和SRD系统水平。(5)RCLS旋转闭环自动钻井系统：1993年，Agip公司与Bake

7、rHughesInteq公司合作，经过3年的研制，于1996年在4口井中试验获得了成功。1997年，RCLS系统注册为AutoTrak，正式推向市场。截至2000年6月30日，该系统已下井320次，井下工作时间累计40000h，总进尺15×104m。其63/4in系统创下了单次下井工作时间92h，进尺2986m的世界纪录。81/4in系统创下了单次下井工作时间167h，进尺3620m的世界纪录。(6)SRD全旋转导向自动钻井系统：1994年英国Camco公司在英格兰Montrose地区进行了现场井下试验，获得

8、了极大成功。该系统第一次被世界石油界认可，是其1997年在世界上第一口水平位移超过10000m的-11井的成功应用。1999年5月，Camco公司与Schlumberger公司的Anadrill公司合并，其SRD系统注册为Po。目前，世界上3口位移超过10000m的大位移井中，有2口应用了该系统。2000年，Schlumberger的Po，水平位移超过7500m的南海西江油田XJ24-3-A18井在