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1、姓名：鲍云 题目：钻具失效研究的重要性 题 目： 定向井导向钻井技术的学习及其应用 所属系部： 石油工程系 专 业： 钻井工程 4姓名：鲍云 题目：钻具失效研究的重要性目 录第1章 绪论11.1 研究定向井导向钻井技术的学习及其应用的意义11.2 定向井导向钻井技术的国内外现状11.3 本文研究思路2第2章 导向钻井技术的定义及类型32.1 导向钻井的定义32.2 导向钻井方式的分类32.3导向钻井导向工具工作方式的分类4第3章 滑动导向钻井技术63.1 滑动导向钻井技术的主要工具63.2 滑动导向钻井技术的主要计算模型63.3 导向能力预测方法73.4 导向钻井技术中的几个问题83.5 解决
2、好滑动导向钻井关键技术是发挥滑动导向的最佳效能的前提113.6滑动导向钻井技术要点和注意事项11第4章 旋转导向钻井技术134.1 旋转导向钻井的历史现状134.2 AutoTrak旋转闭环钻井系统144.3 PowerDrive旋转导向钻井系统154.4 Geo-Pilot系统184.5 旋转导向方式的分类18结 论20致 谢21参考文献22摘 要21世纪以来,为适应现代油气勘探开发需求,复杂结构井已经成为当前国际石油工业的前沿与关键性技术。与此同时,现代导向钻井技术应运而生,其中被誉为“钻井导弹与制导技术”的旋转导向钻井工具与技术,是现代导向钻井技术的重要组成部分,对促进现代导向钻井技术发
3、展具有重要战略意义。 为了满足国内油气勘探开发形势的需要,缩短国内钻井技术水平与世界先进水平之间的差距,打破国外先进技术的垄断,国内开始进行定向井导向钻井技术的攻关研究。本文介绍了几种导向钻井技术的原理及特点与应用来让我们更深的对定向井导向钻井技术的进行学习。关键词：定向井；导向钻井；滑动导向钻井技术；旋转导向钻井技术第1章 绪论1.1 研究定向井导向钻井技术的学习及其应用的意义随着油田勘探开发的深入和钻井工艺技术的不断进步，特殊工艺定向整个钻井工作量中的份额越来越大，钻井按难度也越来越大，特殊工艺定向井是指限坝区半径、高造斜率和长稳斜段定向井，为保证特殊工艺定向井的井身质量同时提高钻井速度、
4、降低钻井成本，必须应用先进的钻井工艺技术，只有这样才能日益开放市场竞争中站稳脚跟，才能创造出较好的经济效益和社会效益。为此，开展导向钻井技术在特殊工艺定向井中的应用研究是十分必要的。导向钻井技术是八十年代国外钻井工程界研究成功的一项先进的井眼轨迹控制技术，常用钻井组合为:PDC钻头+加长马达+变径稳定器+LWD/MWD。根据国内现有的设备仪器条件，确定了具有胜利油田特点的导向钻井组合:PDC钻头+小角度（1）动力钻具+有线随钻或MWD。这种导向钻具组合的特点是采用小角度的单弯螺杆钻具，配合无线（或有线）随钻实现井眼轨迹的连续控制，使转盘(或顶驱)钻井与螺杆钻进相结合，旋转钻井与滑动钻井交替使用
5、，保证井眼轨迹的控制精度，从而达到提高钻井速度，降低钻井成本，保护油气藏的钻井目的，它不但适合大、中曲率半径的水平井和大斜率井，而且更适合于直井、定向井和丛式井，一套钻具结构技能完成直井井段、造斜段、稳斜段和降斜段，又能随时调整井斜和方位。1.2 定向井导向钻井技术的国内外现状1.2.1 国内现状胜利油田承担国家“863”计划“导向钻井系 统关键技术研究”后，与西安石油大学联合开发了3套导向钻井井下工具系统样机，进行了20多次的地面试验，2006年8月在营12一斜225井上进行了包括旋转导向钻井井下工具、MWD随钻测量系统、信息上传系统和地面监控系统在内的整个导向钻井系统的联合现场试验，获得了
6、成功。这表明我 国自主研发的旋转导向系统经过攻关，完成了关键 技术研究及样机开发阶段，下一步将进入技术完善 阶段，为商业化应用奠定了基础。1.2.2 国外现状近年来，导向钻井系统的研究与应用取得了突破性进展。目前国外最成熟且应用广泛的导向钻井系统主要有贝克休斯 INTEQ公司的Au toTrak、斯伦贝谢公司的 PowerDrive和哈里伯顿公司的GeoPilot。导向钻井系统的核心是旋转导向钻井井下工具系统。旋转导向钻井井下工具系统按工作方式分为静态偏置推靠钻头式、动态偏置靠钻头式和 随着勘探开发领域的不断拓展与深入，高陡构造、大倾角地层的勘探开发工作量越来越大，井斜问动态偏置推靠钻头式 静
7、态偏置指向钻头式全旋转外筒不旋转高中高由存在消除题在一定程度上成了制约这些区域勘探开发工作的 质量、效益乃至成败的关键。为了更好地解决直井防斜问题，国内外一直致力于新型防斜钻具与技术的研究与开发。1.3 本文研究思路在介绍钻具失效研究的重要性的基础上，分析了钻具失效的重要性、应用范围、适用条，也分析了钻具失效专用设备和工具，最后分析了钻具失效研究的应用评价和发展方向，通过对以上问题的具体分析，说明了钻具失效的发展前景。第2章 导向钻井技术的定义及类型2.1 导向钻井的定义导向钻井实际就是井眼轨迹控制问题，无论是常规直井或特殊工艺井，都需要井眼轨迹控制。直井需要防斜打直，定向井需要按设计井眼轨道
8、控制钻头钻进的轨迹。传统的导向钻井（即井眼轨迹控制）是由井下导向工具配以适当的钻井参数来实现的，自动导向钻井是由井下计算机根据随钻采集的参数自动控制导向工具来实现的。自动导向钻井技术是钻井工程领域的高新技术，代表着世界先进的钻井技术发展方向。目前，在世界范围内水平井、大位移井、分支井等高难度的复杂井正蓬勃发展，常规钻井技术难以适应需要，必须依靠先进的导向技术才能保证井眼轨迹的准确无误。2.2 导向钻井方式的分类 导向钻井按照导向的依据可分为几何导向钻井和地质导向钻井2.2.1 几何导向钻井根据井下测量工具（MWD）测量的井眼几何参数（井斜角、方位角和工具面角）来控制井眼轨迹的导向钻井方式称为几
9、何导向钻井。如果井下参数测量和导向工具的控制由井下计算机完成，则为自动几何导向钻井。几何导向（GS）与地质导向技术（GST）是现代导向钻井技术中非常重要的组成部分，近年发展很快，其基本功能是：几何导向是在开发成熟油田的钻井地质情况完全清楚、 几乎不存在地质不确定性问题时，按设计的三维井眼轨迹空间几何位置进行导向与控制，并具有较高的控制精度。几何导向技术的进展情况是：（1） 使用配有计算机及专用软件的调制式高精度、灵敏度的全旋转导向工具，能使所钻井身平滑、轨迹准确。（2） 在旋转导向工具内装有加速度计、磁力计、陀螺仪的随钻测量井身轨迹参数（井斜角、方位角）及导向工具面角的井下随钻测量仪表， 目前
10、正在研究近钻头空间姿态测量仪表。（3） 不断改进地面与井下闭环信息流双向通讯系统及指挥控制指令系统。（4） 建立地面监控实钻井身几何轨迹及动态可视化系统。（5） 具有先进的预置井身轨迹智能化设计软件。2.2.2 地质导向钻井地质导向是在拥有几何导向的能力的同时，又能根据随钻测井（LWD）得出的地质参数（地层岩性、地层层面、油层特点等），实时控制井眼轨迹，使钻头沿着地层的最优位置钻进。这样可在预先不掌握地层特性的情况下实现最优控制。地质导向本身就是自动导向钻井，井眼轨迹控制的依据是地质地层参数，这样一来实钻井眼的轨迹很有可能脱离钻井设计的井眼轨道。地质导向是在新区及复杂地质条件下钻井存在若干不确
11、定性因素时，使作业者能随钻判断正钻地层，并准确命中“点移动靶”，它是钻复杂井随钻实时设计与控制待钻井身轨迹的必要手段。地质导向技术的进展状况：（1）现代地质导向技术已能将随钻测量的测井、地震、录井等信息及其遥测遥传技术相结合，将随钻实时测量到的信息经过智能化、集成化解释后，实时评价待钻地层，实时确定客观存在的不确定地质因素，为待钻井身轨迹设计提供重要依据。以使井眼能够延伸于只有0.5m厚的薄油气层中，并保持复杂条件下的最优井身轨迹和平滑的井身剖面。国内对地质导向技术的重要性、必要性认识不足，仍处于落后的“地质家导向” 的经验做法。（2）随钻测井（LWD）是在旋转导向钻井的下部钻具组合（BHA）
12、中装有按需要供作业者选择的多联组装的随钻测井参数仪，诸如自然伽马（），方位伽马（AGR）、电阻率（补偿电阻率CDR、近钻头电阻率RHB及方位电阻率AR）、密度中子（补偿中子密度CDN及方位密度中子ADN）、声波等测井参数， 用来随钻识别正钻地层的岩石类型、流体性质、孔隙度、孔隙压力、井眼高边（低边）、地层倾斜角度，以及识别井眼截面是否出现椭圆状或扩径等。新的LWD成熟技术已能代替常规电缆测井，即在完井后不再测井，大大提高测井、建井时效，节约建井成本。国外正在研究能预测钻头前方地层的LWD技术，而国内才开始研究随钻伽马和电阻率少数参数仪。(3) 随钻地震(SWD)技术是利用钻进过程中钻头产生的自
13、然振动作为井下震源而形成钻头波场，在地面用检波器采集信息，经过处理解释可以实时预测正钻与待钻地层成像，并能鉴别、修改地质模型，特别是能随钻获得钻头前方的地质模型及目的层深度、界面等。SWD还可以实时得到地震波传播的时深关系数据，实时确定所钻深度下钻头在SWD剖面上的精确位置，能随钻连续获得实时井身轨迹。SWD能实斜力，并远大于钟摆钻具组合的降斜力。(4) 现场试验表明，通过优化钻具组合，PBDVD在较大倾角的地层中具有很好的防斜打快效果。2.3导向钻井导向工具工作方式的分类导向钻井的实现主要靠导向工具，导向工具按其工作方式分为滑动式导向工具和旋转式导向工具2.3.1 滑动导向工具 滑动式导向工
14、具的特征是导向钻井作业时钻柱不旋转，钻柱随钻头向前推进，沿井壁滑动。滑动导向钻井有诸多缺点，例如钻柱摩阻大，对井眼清洗不利和机械钻速慢，钻头选择受限等。尽管如此，由于导向工具的成本问题滑动式导向钻井目前仍占主导地位。滑动式导向工具主要有弯接头、可调弯接头和弯外壳马达等。 滑动式导向工具组合方式一般为： 钻柱 + MWD/LWD + 动力钻具 +导向工具+ 钻头。2.3.2 旋转导向工具旋转式导向工具是在钻柱旋转的情况下实现自动的连续的钻头轨迹控制，从而避免了钻柱躺在井壁上滑动，使井眼得到很好的清洗，同时允许根据地层选择合适的钻头类型，这样可显著地减轻或消除滑动式导向工具的不足。 世界上最早的旋
15、转导向工具是上世纪80年代末90年代初德国KTB计划中开发的垂直钻井（VDS）系统，专为直井防斜用的。在此基础上，国外多家公司相继开发了多种型号的旋转导向钻井系统，并成功地投入现场应用。目前世界上有代表性的旋转导向钻井系统有贝克休斯公司的AutoTrack RCLS系统，哈里伯顿的GEO-PILOT系统和斯仑贝协公司的PowerDrive SRD系统。第3章 滑动导向钻井技术3.1 滑动导向钻井技术的主要工具3.1.1 滑动导向钻具组合的主体工具滑动导向钻具组合的主体工具为螺杆或涡轮钻具。目前在油田使用较多的是螺杆钻具，主要有直螺杆和带各种弯角的单弯螺杆。此外还有异向双弯螺杆（DTU）、同向双弯螺杆（DKO或FAB）和可调弯壳体螺杆（AKO）等。3.1.2 滑动导向钻具组合的主要类型滑动导向钻具组合是由主体工具和不同尺寸的钻铤、稳定器组合而成，并可以稳定器个数和螺杆类型为特征进行描述。目前国内外油田使用较多的滑动导向钻具组合的主要类型有：不带稳定器的滑动导向钻具组合（弯接头+直螺杆钻具组合和单弯螺杆钻具组合）；由单弯螺杆组成的带单稳定器的滑动导向钻
