旋转导向钻井概述
旋转导向系统RSS(Rotary Steering System)能够实时控制井下钻进方向的工具,就像给钻头装上了‘千里眼’和‘方向盘’,从而高效精准的实现一趟钻贯穿目标地层,是20世纪90年代以来水平钻井技术的重大变革。
迄今为止,定向钻井技术经历了三个里程碑:
一、利用造斜器(斜向器)定向钻井;
二、利用井下马达配合弯接头定向钻井;
三、利用导向马达(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。
随着石油工业的发展,为了获得更好的经济效益,需要钻深井、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。
为了克服滑动导向技术的不足,从20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(MWD/LWD)联合组成的工具系统。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。
国际上使用的旋导钻井系统
斯伦贝谢(PD,XCEED,ARCHER,PV)
哈里伯顿(GP)
贝克休斯(AUTO-TRACK)
威德福(Revolution)
旋转导向方式的分类
旋转导向钻井系统的核心是井下旋转导向钻井工具系统。按照国际惯例,目前的旋转导向钻井井下工具系统,根据其导向方式可以划分为推靠式(Push the Bit)和指向式(Point the Bit)两种。推靠式是在钻头附近直接给钻头提供侧向力,指向式是通过近钻头处钻柱的弯曲使钻头指向井眼轨迹控制方向。
旋转导向钻井工作机理
旋转导向钻井系统的工作机理都是靠偏置机构(Bias Units)分别偏置钻头或钻柱,从而产生导向。偏置机构的工作方式又可分为静态偏置式(Static Bias)和动态偏置式(Dynamic Bias)(即调制式(Modulated))两种,如图2所示。静态偏置式是指偏置导向机构在钻进过程中不与钻柱一起旋转,从而在某一固定方向上提供侧向力;调制式是指偏置导向机构在钻进过程中与钻柱一起旋转,依靠控制系统使其在某一位置定向支出提供导向力。
Down Link Commander 指令发送器
指令发送器的入口与立管连接,出口与泥浆池连接
通常安装在钻台上,以高于泥浆池为佳
发送指令时产生负脉冲信号, 排量会减少20%左右,几秒后恢复正常值
指令发送器与高压管线的连接扣型:2”FIG1502
钻头的选用
推荐使用螺旋状保径钻头
钻头保径部分上禁止有切削齿而影响工具的稳定性
RSS对钻头稳定性要求较高,钻头保径长度以及保径上足尺寸部分的长度与井眼尺寸和预期钻时(ROP)需要相匹配
ROP小于36m/h的足径部分长度为4”-8” (6”)
使用RSS专用钻头软件进行模拟,提出相应的钻头要求
钻头足保径部分磨损超过1/32”后,不能配合RSS重复使用
常用BHA
旋转导向系统技术参数
控制钻头轨迹方法:
指向式、推靠式
技术发展方向目标是将两种方式优点相结合-混合
指向式
翘动钻头以使其与目标井眼轨迹平行 指向式 RSS
推靠式
推动钻头偏置,以使其轴线与目标井眼轨迹不平行
马达, 推靠式 RSS
斯伦贝谢旋转导向系统
“所有部件全旋转”斯伦贝谢旋转导向区别与其它类型旋转导向的关键特征
PowerDrive Archer – 工作原理
高效钻井工具的革命—全旋导向系统(MSS)
Motor的优点(简单可靠;经济实惠;动力强)+RSS的优点(旋转导向,时效好,安全性高)=全旋导向系统
威德福全旋导向系统引入了一项全新的定向轨迹控制技术-靶向控速-以此来克服原有马达定向滑动控制轨迹的局限性和缺陷,达到优化钻井目的。
斯伦贝谢旋转导向系统视频介绍(视频来源网络)