旋轉(zhuǎn)導向鉆井系統(tǒng)原理簡介(已修改)
2025-01-29 10:23 本頁面
【正文】 旋轉(zhuǎn)導向鉆井系統(tǒng) 原理簡介 石油大學（華東） 韓志勇 導向鉆井系統(tǒng)的發(fā)展史 1933年 第一口定向井 導向鉆井 螺桿鉆具和彎接頭 有線導向工具 無線隨鉆測量 導向馬達 旋轉(zhuǎn)導向鉆井系統(tǒng) 滑動導向鉆井： 滑動鉆進：改變井眼方向； 旋轉(zhuǎn)鉆進：保持井眼方向； 滑動導向鉆井的存在問題 滑動鉆進 旋轉(zhuǎn)鉆進 滑動鉆進時的存在問題： 1. 滑動困難； 2. 需保持定向； 3. 井眼不清潔； 4. 鉆速很低； 5. 井眼扭曲； 6. 環(huán)空壓力波動； 7. 鉆柱粘卡； 8. 屈曲和自鎖； 9. 造斜率對地層敏感； 旋轉(zhuǎn)鉆進時的存在問題： 1. 震動造成馬達和 MWD的破壞； 2. 鉆頭磨損加快； 3. 井眼質(zhì)量差，不利于測井； 4. 不能用于空氣鉆井 導向鉆井 早期的旋轉(zhuǎn)導向鉆井思想 這是 1955年申請專利的旋轉(zhuǎn)導向系統(tǒng)。 一個非旋轉(zhuǎn)套筒，指向鉆頭的一個特定方位。 該專利描述其目的是：使鉆鋌相對井眼軸線有一個很小的偏離，從而使鉆頭具有橫向前進。 導向鉆井 早期的旋轉(zhuǎn)導向鉆井思想 這是 1959年申請專利的旋轉(zhuǎn)導向系統(tǒng)。 液壓驅(qū)動一個靠近鉆頭的導引鞋，同樣控制井眼軌跡。 導引鞋處在非旋轉(zhuǎn)筒內(nèi)，液壓控制其伸出或縮回，而無需起下鉆。 可連續(xù)定向造斜。 導向鉆井 ? 還有其他許多早期的旋轉(zhuǎn)導向鉆井工具： – 機械作用導向鞋； mechanically activated guide shoes, eccentric – 液壓作用導向鞋； hydraulically activated guide shoes, – 偏心非旋轉(zhuǎn)套筒； nonrotating sleeves, – 嵌套的偏心劍套筒； nested eccentric cam sleeves – 間歇作用的槳葉； intermittently activated paddles ? 上述這些工具的原理，都與現(xiàn)代旋轉(zhuǎn)導向系統(tǒng)類似，但沒有一個成功地商業(yè)化。顯然，缺乏有效的井下傳感器和控制系統(tǒng)，阻礙了這些技術(shù)的發(fā)展，因而也沒能實現(xiàn)軌跡控制的理想。 早期的旋轉(zhuǎn)導向鉆井思想 導向鉆井 導向鉆井 導向馬達采用的軌跡控制原理就是“三點定圓”； 工具 13旋轉(zhuǎn)導向工具也是采用三點定圓法控制軌跡，這與導向馬達相同。理想情況下，鉆頭按照三點定圓鉆出圓弧軌跡。但要注意，除了幾何因素外，還有力學因素。 但工具 4的原理不是三點定圓。 導向鉆井 第一類旋轉(zhuǎn)導向系統(tǒng)的原理 工具 1所示的鉆頭總是指向曲線的外側(cè)。 工具 1是依靠靠近鉆頭處的一個或幾個翼塊控制幾何約束力，翼塊獨立伸出給井壁一個支撐力。翼塊可以從一個非旋轉(zhuǎn)筒內(nèi)半靜態(tài)地伸出，例如 Baker Hughes Inteq AutoTrak系統(tǒng)。或者是從旋轉(zhuǎn)筒內(nèi)動態(tài)地伸出，例如 Camco公司的 Steerable Rotary Drilling (SRD)系統(tǒng)。曲率大小取決于工具結(jié)構(gòu)，和來自組合上部的彎矩，還有翼塊伸出的彎矩。翼塊的伸出，直接或間接地受到受限于設計的可調(diào)節(jié)的力的控制。軌跡控制取決于 翼塊的有效伸出 ， 井眼直徑 ， 鉆頭側(cè)切能力 等。一般來說，這類工具的造斜率小于導向馬達。 扶正器 翼塊 鉆頭 導向鉆井 第二類旋轉(zhuǎn)導向系統(tǒng)的原理 工具 2所示，鉆頭也總是指向曲線的外側(cè)。但比情況 1的度數(shù)要小。 工具 2，例如 Halliburton公司的 GeoPilot系統(tǒng) ， Cambridge的 AGS系統(tǒng)，是一個變形的連續(xù)旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動軸處在一個非旋轉(zhuǎn)套筒內(nèi)。在套筒的中部，有一對偏心環(huán)，迫使驅(qū)動軸偏心變形，導致
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