王植锐;王俊良
【摘 要】旋转导向技术在国内外得到广泛应用,以斯伦贝谢、贝克-GE、哈里伯顿、威德福为代表的旋转导向系统已经在国外成为了一项常规的定向井、水平井钻井工具.文章以斯伦贝谢旋转导向系统为例,介绍了斯伦贝谢公司的旋转导向系统、典型的应用实例以及最新现状及他们的研发机制,同时简略介绍了国内旋转导向系统的应用现状.文章认为,国外旋转导向系统已经研制出了具有不同造斜能力、满足不同地质需求的旋转导向系统序列,系统的可靠性高、使用时间长、性能稳定、适用性好.国内的旋转导向系统已经在技术上有突破,在一些井上进行了现场试验,取得了初步的成效,但还需要进行持续不断的科技攻关,以期尽快大规模推广应用. 【期刊名称】《钻采工艺》
【年(卷),期】2018(041)002
【总页数】5页(P37-41)
【关键词】旋转导向系统;斯伦贝谢;推靠式;指向式;混合式;造斜能力;钻井系统
【作 者】王植锐;王俊良
【作者单位】重庆科技学院;斯伦贝谢公司沙特阿拉伯达兰基地
【正文语种】螺杆钻具中 文
国外从20世纪80年代末期开始进行旋转导向钻井系统的研发，20世纪90年代进入商业化使用，并逐渐改进、升级、完善。目前，以斯伦贝谢、贝克GE、哈里伯顿、威德福为代表的石油技术服务公司分别拥有自己先进的旋转导向系统序列，大规模应用在油田技术服务中，已经成为了一种主要的定向井、水平井钻井工具。国内一些研究机构和技术服务公司也在同期开始了自主研发，取得了一些技术上的突破，但与国外服务公司水平相比，还存在着较大的差距。通过调研，尚未发现有文章全面系统介绍国外旋转导向系统。斯伦贝谢公司的旋转导向系统占据了大部分的服务市场，具有一定的代表性，因此本文主要以斯伦贝谢公司的旋转导向系统为例介绍国外旋转导向技术的发展现状、研发机制，力争能够有所借鉴，有利于国内旋转导向系统的不断改进、升级、完善，以期尽快大规模地投入商业化应用。
一、斯伦贝谢旋转导向系统介绍
1.推靠式旋转导向系统—PowerDrive Orbit
斯伦贝谢的推靠式旋转导向系统由最开初的PowerDrive Xtra，升级到PowerDrive X5、PowerDrive X6，目前升级到PowerDrive Orbit。PowerDrive Orbit系统主要由偏置短节和电子控制短节构成，结构如图1所示。 图1 PowerDrive Orbit结构示意图
1.1 工作原理体育看台
电子控制短节是 PowerDrive Orbit的指挥中枢，它内部有钻井液驱动的发电机，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。当PowerDrive Orbit接收到地面定向井工程师的指令后，电子控制短节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高边工具面上，从而实现无论钻柱如何旋转，控制单元内部的控制轴始终对准在需要的方位上。如果需要调整这个控制轴的方位角，可以由地面工程师给PowerDrive Orbit发送需要的指令，从而达到控制轨迹的目的。 具体的工作原理见参考文献[1]。
149aa
指尖文字识别
1.2 工具特点
推靠式旋转导向系统在斯伦贝谢的旋转导向家族中，造斜能力是相对较弱的。其狗腿严重度通常在(0～3°)/30 m范围内，少部分地层可以达到(4°～5°)/30 m的造斜能力，但是需要选择造斜能力强的钻头和简单的钻具组合才能实现(4°～5°)/30 m的造斜能力，因为侧向切削和井下钻具的不均匀转动引起的振动对PowerDrive Orbit的造斜能力影响很大。PowerDrive Orbit系统应用过程中全部部件全程旋转，能提供近钻头实时井斜和方位，提供近钻头伽马、方位伽马、近钻头伽马成像等参数及曲线，便于精确控制井眼轨迹，判断岩性及地层走向，实现在薄油层导向钻进。这种旋转导向工具适合在不需要大狗腿角的水平段使用，工具耐高温150℃。目前，通过不断改进，用改变泥浆泵的排量和改变顶驱转速来发送指令，这极大地提高了发送指令的成功率，解决了部分钻机设备缺陷及超深井和大位移井面临发送指令难的问题，提高了PowerDrive Orbit的应用范围和钻井效率。
2.指向式旋转导向系统—PowerDrive Xceed
指向式旋转导向系统—PowerDrive Xceed由发电总成(CRSPA)、电子元器件总成(CRSEM)、导向控制总成(CRSSA)组成，结构见图2。
图2 PowerDrive Xceed结构示意图
2.1 工作原理
指向式旋转导向系统不是通过滑动扶正器或外在调节机理来实现钻头指向式导向，而是由一个内部伺服马达对钻头驱动轴的工具面进行连续地控制而实现指向式导向钻进。这样就可以实现在多种复杂井下工况条件下进行高质量的导向控制，同时使得工具本体的磨损最小化，从而降低工程费用。定向井工程师通过改变泥浆泵的排量，向井下的PowerDrive Xceed发出所需的工具面和造斜速率的指令，来实现对井斜和方位的有效控制。该指令拥有高达256种不同的组合。PowerDrive Xceed 工作原理如图3所示。
图3 PowerDrive Xceed 工作原理示意图
2.2 PowerDrive Xceed 工具特点
波纹管换热器PowerDrive Xceed 是钻头指向式旋转导向系统，可实现在钻具转动时的全方位导向钻进，也可以放置于PowerPak螺杆钻具之下，共同组成附加动力旋转导向系统(VorteX Xceed)。指向式旋转导向系统Xceed具有近钻头的井斜方位测量，暂时没有近钻头伽马测量。其独
特的指向式定向方式和固定的钻头轴向夹角使指向式旋转导向系统在保留了推靠式旋转导向系统所具有的优势之外，还提供了更高的造斜能力，其造斜能力可以达到(5°～8°)/30 m。这种中等强度造斜能力使得在一些高狗腿的三维定向井、水平井中能较好地发挥旋转导向系统的优势。工具耐高温150℃，最大允许转速350 r/min，最大允许堵漏液浓度为142.6 kg/m3，该工具目前只能通过改变泥浆泵的排量来发送指令，但可以通过MWD接收指令并转发给Xceed，因为MWD具有更加灵敏、范围更大的排量识别，对于超深井和大位移井的指令接收很有帮助。柿子削皮机
3.混合式旋转导向系统—PowerDrive Archer
PowerDrive Archer是斯伦贝谢开发的一种具有高造斜能力的混合式旋转导向系统，最大狗腿严重度可以达到(15°～17°)/30 m。
3.1 工作原理
PowerDrive Archer系统主要由导向组块和控制组块组成。控制组块与PowerDrive X6型旋转导向系统的内部结构基本相同，其上部旋转控制阀保持不动，钻井液通过推动内部推靠
块，4个推靠块推动导向扶正套内壁使钻头发生轴向偏移，以万向联轴节为支点，可以实现360°的自由指向。与 PowerDrive X6(以下简称X6)系统不同的是伸缩翼置于工具内部，而非推靠井壁。此外，驱动头在调节环的控制下可实现类似弯角马达的本体偏移量，有0.6°、0.7°、0.8°、0.9°和1.0°五个弯角度供选择、调节，具有泥浆马达弯角导向和旋转导向的复合功能。原理如图4。
3.2 工具特性
PowerDrive Archer主要优点是可以实现高造斜率要求，通过 “推靠式”和“指向式”的优点结合，PowerDrive Archer系统可以达到高达(15°～17°)/30 m的造斜率，工具耐高温150℃。此外，基于PowerDrive X6系统精确控制单元的使用，可在钻井过程中有更大的排量选择范围。该系统保持了斯伦贝谢工具一贯的全旋转特性，同时，具有用改变排量和顶驱转速两种方法发送指令的功能。
图4 PowerDrive Archer 工作原理示意图
4.附加动力旋转导向系统—PowerDrive VorteX
附加动力旋转导向系统PowerDrive VorteX是旋转导向系统与大功率螺杆钻具和通讯短节CLINK组合在一起的的复合体。即在旋转导向系统和MWD之间，增加一根大功率螺杆钻具和一根通讯短节CLINK，这样，钻头就获得了来自顶驱转速和螺杆钻具转速叠加的高转速，通讯短节把旋转导向系统测得的参数和曲线传递给MWD，MWD把获得的数据传递到地面计算机。这样，不但可以获得因钻头转速增高带来机械钻速提高，还解决了实时获得旋转导向系统近钻头数据的通讯问题。
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议