旋转导向AutoTrak和马达Xtreme结合课件.ppt

1、AutoTrak X-treme-钻井新工艺和新技术交流钻井新工艺和新技术交流 贝克休斯钻井与评价贝克休斯钻井与评价Copyright Baker Hughes Inc.2007Rev.D钻井技术的的选择，马达还是旋转导向？钻井技术的的选择，马达还是旋转导向？目前马达技术的发展目前马达技术的发展贝克休斯先进的贝克休斯先进的AutoTrak X-treme 系统介绍系统介绍AutoTrak X-treme的应用与全球实际使用情况的应用与全球实际使用情况AutoTrak X-treme在渤海湾的使用经验在渤海湾的使用经验内容摘要内容摘要Copyright Baker Hughes Inc.2007

2、Rev.D 马达还是旋转导向？马达还是旋转导向？一个复杂的问题一个复杂的问题?每种选择都有它自身的特点（优点和缺点）每种选择都有它自身的特点（优点和缺点）我们最关心的还是哪一种是最适合的？我们最关心的还是哪一种是最适合的？有没有办法把两者的优点结有没有办法把两者的优点结合起来？合起来？钻井技术的的选择钻井技术的的选择-使用何种技术来打井使用何种技术来打井?Copyright Baker Hughes Inc.2007Rev.D马达马达优点：优点：前部旋转时，钻进速度得到提升(高效能的钻井操作)动力直达钻头(速度 x 扭矩)良好的金刚石聚晶(PDC)钻头工作参数随钻测井工具与钻头动态部分脱离缺点

3、：缺点：方向控制打滑(钻进速度下降)井眼清理不稳定钻头钻力受井身轨迹和摩擦力影响钻柱转数受马达弯曲限制(疲劳限制)井径测量当中，可能发现井筒质量不规则现象在旋转模式下钻头偏轴旋转在旋转模式下钻头承受侧向荷载/出现偏轴旋转动作在旋转模式下可能出现超径井眼随钻测井工具传感器与钻头间有间隔Copyright Baker Hughes Inc.2007Rev.D旋转导向旋转导向优点优点连续旋转，不打滑优良而持续的井眼清理轨迹平滑井筒在规格径内钻头集中钻头侧向荷载量低随钻测井工具传感器贴近钻头无马达压力下降现象缺点缺点旋转力由地表传送随钻测井工具未能与钻头动态部分脱离钻柱受冲击套管、钻柱和下部钻具组合易

4、磨损Copyright Baker Hughes Inc.2007Rev.D05010015020025030035040045050019851990199520002005Power Output(kW)4 3/46 3/49 1/2 马达技术的发展与进步马达技术的发展与进步Copyright Baker Hughes Inc.2007Rev.D普通马达动力定子特点普通马达动力定子特点:内径相同的圆柱形钢套橡胶定子部分不等厚X-treme 马达定子特点马达定子特点:一次性成型的波状外形钢套薄且等厚的橡胶定子部分钢制钢制定子轮廓定子轮廓橡胶橡胶定子轮廓定子轮廓X-treme 技术的动力部分及

5、原理技术的动力部分及原理Copyright Baker Hughes Inc.2007Rev.DX-treme 马达马达3D外观展示外观展示Copyright Baker Hughes Inc.2007Rev.D6 3/4”X-treme6 3/4”Ultra 排量排量(l/min)扭矩扭矩(Nm)驱动转速驱动转速(rpm)压力压力(bar)橡胶部分橡胶部分定子部分定子部分X-treme 马达的动力马达的动力Copyright Baker Hughes Inc.2007Rev.DAutoTrak X-treme 标准标准BHA组成组成Copyright Baker Hughes Inc.200

6、7Rev.D综合高动力马达和高速旋转闭环系统综合高动力马达和高速旋转闭环系统高旋转速度和扭矩传送至钻头(最高可达到400转/分)更低的地表旋转速度-由井眼清理和振动程度决定与导向装置双向通讯 实时诊断、近钻头井斜具有可调性的随钻测井服务水平在马达下的下部钻具组合短较低的转速较低的转速 较高的转速较高的转速双向通讯集成的集成的X-treme Modular 马达马达集成的集成的 MWD/LWDAutoTrak X-treme 马达集成旋转导向钻井系统马达集成旋转导向钻井系统Copyright Baker Hughes Inc.2007Rev.D双向通讯双向通讯动力模块和动力模块和“M30 BUS

7、”实现硬连接实现硬连接与导向装置进行双向通讯可实现实时调控与导向装置进行双向通讯可实现实时调控:近钻头倾角 导向系统诊断，实时肋板工作状态。通过迅速有效地识别由地层变化或系统故障导致的导向反应不规律现象而确保精确通过迅速有效地识别由地层变化或系统故障导致的导向反应不规律现象而确保精确地控制偏差地控制偏差没有臆测，正确的决断，将油井价值最大化没有臆测，正确的决断，将油井价值最大化.Copyright Baker Hughes Inc.2007Rev.DCopyright Baker Hughes Inc.2007钻得钻得更加更加快速快速 降低成本降低成本 可实现提早开采可实现提早开采钻得钻得更加

8、更加深远深远 增加每眼井的产量增加每眼井的产量 减少所需井眼的数量减少所需井眼的数量 能钻达难以到达的油层或储油区能钻达难以到达的油层或储油区能能显著地显著地减少套管和钻柱的磨损减少套管和钻柱的磨损 降低风险和成本降低风险和成本AutoTrak X-treme系统的能力如何系统的能力如何?Copyright Baker Hughes Inc.2007Rev.D应用应用 钻得更快钻得更快钻头钻力钻头钻力=速度速度 x 扭矩扭矩 钻进速度和钻头钻力成正比(系数 1.3 至 2.0)X-treme技术定子技术定子 高扭矩，不会降低传统马达的速度AutoTrak 导向装置导向装置 比任何其他旋转导向系

9、统速度更高 4”和 6”额定值高达400 转/每分钟,9”额定值高达 300 转/每分钟 其他竞争对手的产品 220 转/每分钟Copyright Baker Hughes Inc.2007Rev.D9”AutoTrak X-treme running at P 350psi&total bit speed 200 RPM gives 380 hpMore than max of a Hummer H3TEqual to max of a Ferrari F355 GTSHummer H3T:max 350 hp9”AutoTrak X-treme:max 950 hpFerrari F355

10、 GTS:max 380 hp应用应用 钻得更快钻得更快Copyright Baker Hughes Inc.2007Rev.D应用应用 钻得更快钻得更快好处好处 节省钻井成本节省钻井成本 降低风险降低风险 提前投产提前投产Ref SPE/IADC国际钻井承包商协会国际钻井承包商协会文件文件98471:新钻井技术的引进提高了北海老油产的产油表现.Comparison of 8 1/2 sectionVAB-6 AutoTrak X-treme vs VAB-3A(MD vs Normalised drilling time)01000200030004000500060007000800090

11、0010000020406080100120140160180200Normalised drilling time(hrs)Measured depth(ft)VAB-6 MD vs Drilling timeVAB-3A MD vs Drilling timeQatif Field Rate of Penetration ComparisonHorizontal 6 1/8 hole in Lower Fadhili Formation010203040506070Field Offset(all wells)Field RSS offset(PDC bit)AutoTrak X-trem

12、e Rate of Penetration(ft/hr)Copyright Baker Hughes Inc.2007Rev.D应用应用 钻得更快钻得更快英国一口海上的大位移井英国一口海上的大位移井14”的井眼使用效果十分明显，的井眼使用效果十分明显，ROP大幅增加！大幅增加！Copyright Baker Hughes Inc.2007Rev.D可钻达的井深通常受到钻机性能限制可钻达的井深通常受到钻机性能限制地表提供旋转效率低下地表提供旋转效率低下摩擦力导致摩擦力导致:钻机或钻杆的扭矩过大振动造成：钻头旋转不良 额外的扭矩和阻力钻杆屈曲造成：额外的扭矩和阻力 钻头重力传送不足 疲劳造成钻杆损

13、坏的危险应用应用 钻得更远钻得更远Copyright Baker Hughes Inc.2007Rev.D使用使用AutoTrak X-treme系统系统 动力从泥浆液压力转换成钻头的旋转钻力 所需钻压更低 压曲更少Ref SPE/IADC国际钻井承包商协会国际钻井承包商协会文件文件91810:高性能钻井马达和旋转导向系统的组合将两种钻井方法的优势结合起来，并延伸了钻井极限。（见后图）应用应用 钻得更远钻得更远Copyright Baker Hughes Inc.2007Rev.D应用应用 钻得更远钻得更远020406080100120140160180Rotary AutoTrak RCLS

14、AutoTrak X-treme System051015202530354045ROP(ft/Hr)Drilling Torque(kftlb)使用标准使用标准 AutoTrak G3.0 系系统钻至统钻至23,232英尺时英尺时,无法继续钻进无法继续钻进,钻井扭钻井扭矩接近钻机极限，而矩接近钻机极限，而且扭力振动使得使得且扭力振动使得使得钻头能量耗尽。钻头能量耗尽。改用改用 AutoTrak X-treme继续钻井，又继续钻井，又多钻出多钻出6,000多英尺多英尺才到达总井深。才到达总井深。Copyright Baker Hughes Inc.2007Rev.D应用应用 钻得更远钻得更远好

15、处好处 更多的油气产量更多的油气产量油藏接触和采收率的提高-采油指数达到油田的开采极限油田开发策略的拓展水锥/气锥 更少、更晚好处好处 更少的油气田开发成本更少的油气田开发成本更少的井更少的井位更少的海底管线铺设Figure from AADE-03-NTCE-16 油井长度对产量所产生的效果油井长度对产量所产生的效果Copyright Baker Hughes Inc.2007Rev.D旋转钻井会使钻杆和套管产生磨损旋转钻井会使钻杆和套管产生磨损磨损和钻柱总回转数磨损和钻柱总回转数(REV)成正比成正比REV=(转速转速/机械钻速机械钻速)x 井段长度井段长度AutoTrak X-treme

16、 系统提高了机械钻速，同时只需要一定的地表转数来清理井眼和系统提高了机械钻速，同时只需要一定的地表转数来清理井眼和避免振动和粘滑避免振动和粘滑应用应用 减小钻杆减小钻杆/套管的磨损套管的磨损Copyright Baker Hughes Inc.2007Rev.D例子例子:井段长度:5000英尺标准RSS转数:150 转/分AutoTrak X-treme系统转数:120 转/分标准RSS钻进速度:30英尺/时AutoTrak X-treme系统钻进速度:50英尺/时标准旋转导向的总回转数标准旋转导向的总回转数:1,500,000AutoTrak X-treme系统的总回转数系统的总回转数:72

17、0,000使用使用AutoTrak X-treme系统能减小系统能减小 52%的旋转磨损的旋转磨损 应用应用 减小钻杆减小钻杆/套管的磨损套管的磨损Copyright Baker Hughes Inc.2007Rev.D应用应用 减小钻杆减小钻杆/套管的磨损套管的磨损Ref SPE/IADC国际钻井承包商协会国际钻井承包商协会文件文件104623:新技术的应用提升了在印度西海岸的多分支井油田开采的钻井绩效 降低风险和成本，并增加了产量 RSSAutoTrak X-tremeCopyright Baker Hughes Inc.2007Rev.D好处好处 更低的成本和更低的风险更低的成本和更低的

18、风险钻柱的磨损更少钻柱的磨损更少 降低钻柱更换的成本 降低钻柱更新和摆放配置的时间套管的磨损更少套管的磨损更少 提高完钻密封件的密封性，后期生产封隔器，桥塞坐封等 保持了套管的完整性 重钻井时,套管也许已经磨损或腐蚀，最大程度保护套管钻机顶部设备的压力更小钻机顶部设备的压力更小 停钻时间更少 老式钻机可用于钻难度更高的井应用应用 减小钻杆减小钻杆/套管的磨损套管的磨损Copyright Baker Hughes Inc.2007Rev.D从造斜器旋转钻出有很大风险从造斜器旋转钻出有很大风险 在经过高局部狗腿度(DLS)时旋转会对下部钻具组合造成损害 旋转的下部钻具组合经过时会对造斜器造成损害通

19、常的解决方法通常的解决方法:长鼠洞或专用鼠洞下钻长鼠洞或专用鼠洞下钻新的解决方法新的解决方法:使用使用AutoTrak X-treme系统，先滑动钻进，直到能在新井眼中使用随钻测系统，先滑动钻进，直到能在新井眼中使用随钻测井和下部钻具组合后在旋转，同时还能降低风险。井和下部钻具组合后在旋转，同时还能降低风险。-50 0 50 100 150 200 0 5 10 15 20 25 30 35Bending Load vs.Bending Capacity%Depth mBending of MWD Tool During Whipstock PassageCompetitor 1 Whipst

20、ockWindow Master G20.005.0010.0015.0020.0025.0030.0035.0040.0045.0050.00Dogleg Severity(deg/100ft)5 1/279 5/813 3/8Casing SizeWindowMaster(deg/100ft)Competitor A(deg/100ft)Competitor B(deg/100ft)应用应用 造斜器安全侧钻造斜器安全侧钻Copyright Baker Hughes Inc.2007Rev.DAutoTrak X-treme的第一口井的第一口井:2004年年2月月 丹麦海上平台丹麦海上平台A

21、utoTrak X-treme总钻井进尺总钻井进尺:3,648,093 英尺英尺/1,111,924 米米 4”工具系统:786,844 英尺 (239,831 米)6”工具系统:1,951,283 英尺(594,753 米)9”工具系统:909,902 英尺 (277,339 米)AutoTrak X-treme总循环时间总循环时间:121,262 小时小时 4”工具系统:28,487 小时 6”工具系统:60,911 小时 9”工具系统:31,864 小时AutoTrak X-treme 全球作业汇总全球作业汇总 更新日期更新日期 27th Jun 2011Copyright Baker

22、Hughes Inc.2007Rev.DAutoTrak X-treme 亚太作业汇总亚太作业汇总-更新日期更新日期 27th Jun 2011共作业共作业292口井，且基本所有参与施工的井都是具有挑战的井。口井，且基本所有参与施工的井都是具有挑战的井。AutoTrak X-treme在亚太区总钻井进尺在亚太区总钻井进尺:1,381,954 英尺英尺/421,221 米米亚太区市场占全球超过亚太区市场占全球超过1/3的市场份额。的市场份额。Copyright Baker Hughes Inc.2007Rev.DAutoTrak X-treme 渤海湾使用情况渤海湾使用情况项目背景和挑战项目背景

23、和挑战 甲方：中国海洋石油 天津有限公司 CCLT地点：渤海湾，中国，锦州25-1日期：2011年1月 两口井的8 井段；三口井的6井段甲方遇到如下困难：当钻遇东营2-东营3时，(该地层几乎全是泥岩，垂深1400-1700米)，常规旋转导向系统（AutoTrak）钻具组合的机械钻速最低降至3.9 米/小时；尝试了一系列方法来提速，没有效果。Copyright Baker Hughes Inc.2007Rev.DAutoTrak X-treme 渤海湾使用情况渤海湾使用情况贝克休斯的解决方案和成果贝克休斯的解决方案和成果快速组建了跨部门的团队，查明了机械钻速降低的根本原因并且找到了软泥岩钻井的解

24、决方案针对该地层采用了 AutoTrak-X 钻具组合(包括：旋转导向系统/模块马达/随钻测量、测井短节/双向通讯和供电短节)井名井名B2HB2HB5HB1HB8HB5HB5HB2HB3HB3H井眼尺寸井眼尺寸（英寸）（英寸）8.5”8.5”8.5”8.5”8.5”6”6”6”6”6”入井趟数入井趟数5656678856机械钻速机械钻速（米（米/小时）小时）15.183.8219.3223.9623.527.9523.9019.9223.3824.2Copyright Baker Hughes Inc.2007Rev.DAutoTrak X-treme 渤海湾使用情况渤海湾使用情况平均机械钻速

25、在8.5井段提高了2.4倍，在6井段提高了2.9倍。平均机械钻速平均机械钻速(米米/小时小时)旋转导向钻具组合旋转导向钻具组合旋转导向旋转导向+模块马达钻具组合模块马达钻具组合8.5 井段井段9.823.86 井段井段7.923.3Copyright Baker Hughes Inc.2007Rev.DAutoTrak X-treme 渤海湾使用情况渤海湾使用情况机械钻速(米/小时)Copyright Baker Hughes Inc.2007Rev.DAutoTrak X-treme 渤海湾使用情况渤海湾使用情况贝克休斯的解决方案和成果贝克休斯的解决方案和成果工具振动、粘滑控制在较低而且稳定

26、的级别。从工具的内存保存数据发现粘滑级别从3.6降到了0.7(甚至是0）平均地面转速减少了30-60转每分钟，同时，钻头的转速增加了30-120转每分钟(见下表)转速表现转速表现(RPM)旋转导向钻具组旋转导向钻具组合合旋转导向旋转导向+模模块马达钻具组块马达钻具组合合8.5 井段井段地面地面12090钻杆钻杆30-24030-180钻头钻头30-2401906 井段井段地面地面4060钻杆钻杆0-15010-90钻头钻头0-150196Copyright Baker Hughes Inc.2007Rev.D欢迎各位专家领导提问欢迎各位专家领导提问?AutoTrak X-tremeAutoTrak X-treme-钻井新工艺和新技术交流钻井新工艺和新技术交流Copyright Baker Hughes Inc.2007Rev.DAutoTrak X-treme 重点作用回顾重点作用回顾提高机械钻速提高机械钻速延长单井最大深度（延长单井最大深度（MD）降低钻井成本降低钻井成本复杂油气藏的开采复杂油气藏的开采精确钻井技术与地质导向精确钻井技术与地质导向提高钻遇率，更大的油田产层接触提高钻遇率，更大的油田产层接触Copyright Baker Hughes Inc.2007Rev.D感谢各位专家和领导的参会和提出的问题！感谢各位专家和领导的参会和提出的问题！再次感谢！再次感谢！