泥浆脉冲
固定稳定器
上传数据
B H A (1)
资料处理 综合解释
起钻、 通过井口 操作：改变稳定器
直径/弯度
N
Y 起钻？
地面信息 记录显示
2、由地面控制井下可变径稳定器 构成的钻井系统总体(简化)框图
变径式：地面控制泵压/排量，井下变径
泥浆脉冲
变径稳定器
上传数据
BHA
地面操作:
改变稳定器 直径/弯度
道
MWD
扶正器
地质参数测量
MWD
测控单元
下行通道
可伸缩翼肋 钻头
设计轨迹
靶心
井下闭环钻井系统硬件配置
无磁钻铤
可控偏心器
二、井眼轨迹控制技术发展现状
90年代起，特别是，海上钻井进入了以 导向技术为标志的超大水平位移钻井的新 时期，并以前所未有的速度向更新技术方 向迈进！XTCS —— 集中体现了二十世纪 末钻井科技最新成果！
Geopilot
万向轴
“Point”
连续旋转导向钻井 & 闭环控制
All Rotating, No Sliding （全旋转，无滑动导向）
Closed Loop Control （闭环控制）
& AutoTrak————压H力O矢L量D调M整（od75e00个可S调T挡E位E）R；Ve光c滑to的r井眼轨迹
提高采收率1-5%！
“三维轨迹闭环钻井技术” 是重大专项的关键技术！
2、中国石油天然气集团公司 钻井领域前沿（应用基础）项目
旋转导向钻井关键技术研究
九三年来承担的科研课题
No.
研究项目名称
资金来源
时间
成果情况
1 井下闭环钻井控制新技术
国际合作
2 井下闭环控制钻井工具总体设计 课题组自筹
93.1-93.8 94
8 井下闭环旋转导向智能钻井系统 国家教育部优秀青 2002.3-2003.12 进行中
控制理论研究
年教师基金项目
其中：国家自然科学基金 2项； “九五”863 1项；教育部1项；集团公司 2项；
七、初 步 研 究 成 果
— 研制成井下闭环可变径稳定器样机
稳定器测控及通道部分 井下闭环可变径稳定 器样机在实验台上
– 旋转导向技术 – 井眼轨迹井下闭环控制技术 – 近钻头测井技术
三、井下闭环和旋转导向钻井
优
点
井下闭环带来高质量的井眼轨迹； 旋旋转导向避免滑动钻进,降低磨阻, 净化井眼； 特殊钻井的需要如高难度大位移井。
四、旋转（闭环）导向工具
国外： 广泛进行现场应用的有:
Baker Hughes
AutoTrak
无稳斜模式，造成稳斜段扩径
巨大社会价值和经济效益！！
带动经济领域其它学科和技术的发展
钻井：促进钻头，泥浆，钻井工艺和测井技术的发展； 材料：高强度柔性钢材； 传感器：耐高温高压电磁传感器，微型抗强振加速度计； 液控元件：微型阀，无刷直流电机和泵； 电子元器件：耐高温存储器芯片，时钟芯片； 微处理器技术：快速高精度CPU和DSP技术； 数据处理及压缩技术；
These tools alternate between steer average curve. In doing so they drill
aanfrdagnmeuetnratel dmco折udrev线eto轨sgim迹ivie；ladr etosiaremd otor.
PoPwoewrderridvreivDeirDeicret c—t —dril预ls 置ov力er导ga向ug，e可ho设le置w8h1en个in挡n位eu；tral mode.
XTCS 偏心
有 3 绕横轴 连续 泥浆 4°~ 8° 有 有
Autotrak 贴井壁力
有 3 绕横轴 连续 电-液 4°~ 8° 有 无
Powerdr. 贴井壁力
无 3 绕纵轴 不连续 泥浆 6.5° 有 无
GeoPilot 弯角 有 不连续 电-液 -
五、石油工业面临的任务 与对钻井的需求
增产、增储 提高采收率
探测器
94.西安石油学院
井下闭环控制 钻井系统
•必要时, 执行单元 •采取干预措施
设计井身 微机自适 轨 迹 应控制器
下行指令
干预 指令
井下
泥浆脉冲 上传数据
资料处理 综合解释
地面
下行信息 传输通道
地面控制器
地面信息 记录显示
1、由井下固定式稳定器构成的 钻井系统总体(简化)框图
固定式： 多次起下钻；
中国石油天然气集团公司钻井工程重点实验室
西安石油大学井下测控重点研究室
旋转导向钻井 技术 & 工具
2005.6.5
测控研究室的研究方向
研究方向：井眼轨迹遥控技术 目 标：
井下闭环旋转导向 智能钻井系统（XTCS）
XI’AN TRAJECTORY CONTROL SYSTEM
一、 XTCS系统
正常钻井 轨迹控制过程 定时发送监控信息
旋转导向钻 井工具作业量近 年来呈直线上升 趋势！
600,000ft
8,000,000ft
巨大社会价值和经济效益！！
由于旋转导向技 术的出现，钻井不只是 在地球上打个洞。它已 成为增产，增储提高采 收率的有效手段。
扩大面积 波及系数
增产，增储
充分开发薄层 和低渗油层
Gullfaks 井斜变化率、
XTCS 轨迹控制
术
连续旋转导向的结果
防止 岩屑堆积 与 轴向冲击
Axial Shock & Cutting Buildup
连续旋转导向的结果
避免扩径 与 台阶
Gullfaks
井斜变化率、
高
Well
方位变化率
难
A - 42
三
调整 0
度
维
可
大
多
目
）
标 井
变 径
弯外壳动力钻具
稳 定
可控偏心器
器
位 移 井
发明名称：定向 钻井装置
流场变向器图纸
3 井身轨迹制导的智能钻井系统的 国家自然科学基金 1995-1996 理论与实验研究 编号5947-4003
按时通过验收
4 可控偏心器研制 （课题编号：970507-3）
中国石油天然气总 1996.11公“九五”项目
98 ． 11 通 过 中 评 估（等级：A）
放映结束 感谢各位的批评指导！
谢 谢！
让我们共同进步
知识回顾 Knowledge Review
偏心距
D3
旋转轴
井底流场方向 不对称 井底流场
流场变向器
AutoTrak
“Push” & “Point” ？
红色为侧向 切屑部分
Powerdrive
钻头
“Push”
支点
形成弯曲 井眼剖面
“Point” & “Push”
推力
井壁两侧 受力状态不同
Push the bit first,Then Point the bit
—— 快速机电连接装置
下行信息通道
钻 头 内 压/ MPa
第1段
25
23
21
0
220
225
40
轴 向 振 动/g
20
0
220
225
100
横 向 振 动/ g
——下发指令的传输通道 50
0
220
225
第2段
第3段
第4段 第5段
230
235
240
245
250
230
235
240
245
250
230
235
240
变径式：地面下达变轨迹的命令，井下自动变径；
井下闭环 变径稳定器
BHA
变径 单元
井下操作： 改变设计轨迹
实现设计 造斜率
泥浆脉冲
控制 Y 下传N轨迹
参数指令？
上传数据
资料处理 综合解释
地面信息 记录显示
井下闭环旋转导2向8 过程示意
27
19
17
29
21
15
监测
23
20 12
负 脉 冲振 通动 道通
1 不旋套转
P1
AutoTrak
2 井壁 极板推出 控制阀盘
3 传动轴
定位轴承
泥浆动力偏心导向方案
P2
P3
旋转轴
高边 工具面角
P
P
导 不旋套转
D2
向
方 式
井壁
钻头推向
伸出量
一侧
导
D1
向
动
力
PowerDrive Xtra
4 井壁
偏心方向
万向轴承
钻进方向
GeoPilot
水眼 钻头运动方向
5
XTCS-njd
泥浆动力，类似Schlumb. 但用法不同。
Powerdrive用于导向； XTCS —— 控制；
GeoPilot —— 可变弯接头
XTCS —— 可控偏心器
XTCS
研究调试中……
导向装置
—— 形成导向需要的偏心
定位总成
—— 翼肋伸出量的控制机构
电子舱
—— 信息采集、处理、 存储、控制和通讯
快速连接头
245
250
时间/ Min
第6段
255
260
255
260
255
260
第7段
265
270
265
270
265
270
地面信息读出 &