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第26卷 第5期2005年9月石油学报AC TA PETROL EI SIN ICAVol.26 No.5Sept.2005 基金项目:国家高技术研究发展计划(863)“旋转导向钻井系统关键技术研究”(2003AA602013)和中国石油化工集团公司重大攻关项目(J P01005)联合资助。
作者简介:闫文辉,男,1965年9月生,1999年获西安石油学院硕士学位,现为西安石油大学副教授,硕士生导师,主要从事石油机械设计及设备检测与故障诊断方面的教学和科研工作。
E 2mail :ywh369@文章编号:0253Ο2697(2005)05Ο0094Ο04旋转导向钻井工具的研制原理闫文辉 彭 勇 张绍槐(西安石油大学机械工程学院 陕西西安 710065)摘要:介绍了旋转导向钻井工具的工作原理及结构,指出了研制该工具的主要技术特点。
旋转导向钻井工具主要由稳定平台单元、工作液控制分配单元和偏置执行机构单元3部分组成,其测试元件将测得的井眼参数通过短程通讯传输到随钻测量仪,再由随钻测量仪将信息传输到地面。
同时,旋转导向钻井工具接收由地面发出的指令,并通过稳定平台单元调控工作液来控制分配单元中的上盘阀高压孔的位置。
工作液控制分配单元将过滤后的泥浆依次分配到3个柱塞,给推板提供推靠动力,并使该推靠力的合力方向始终保持在上盘阀高压孔所对应的位置,在近钻头处形成拍打井壁的侧向力。
通过对侧向力的大小、方向和拍打频率的调整,可直接控制该工具的导向状态。
关键词:旋转导向钻井工具;测试元件;导向控制;井眼参数;随钻测量中图分类号:TE82 文献标识码:AMechanism of rotary steering drilling toolYAN Wen 2hui PEN G Y ong ZHAN G Shao 2huai(College of Mechanical Engineering ,X i πan S hi you Universit y ,X i πan 710065,China )Abstract :The working principle and structure of a rotary steering drilling tool are introduced.The main technical properties of the tool are described.The tool mainly includes three parts :①unit of stabilization platform ;②unit for controlling and assigning work 2ing liquid ;③unit of Push 2the 2Bit working structure.The wellbore data can be transmitted to measurement while drilling (MWD )u 2nit f rom the test component in the tool through a short distance communication component and then transmitted to the instrument on ground by MWD unit.At the same time ,the receiver in the component receives the instruction f rom the instrument on ground ,and then control the high 2pressure hole located on the upper plate hose by controlling and assigning working liquid with a controller in the stabilization platform unit.The unit for controlling and assigning working liquid takes the filtered mud as the working liquid distribu 2ted in three mud pipes in turn.The mud provides the “pad ”with a motive force and maintains the direction of the join force on the position in accord with the high 2pressure hole on the upper valve all the time.Thus there will form a side force near the bit flapping the wall of the well.The adjustment of the size and direction of the side force acted on the wall and the flapping f requency could di 2rectly control the steering state of the drilling tool.K ey w ords :rotary steering drilling tool ;measurement unit ;steering control ;wellbore data ;measurement while drilling 旋转导向钻井技术是20世纪90年代初发展起来的一项自动化钻井新技术。
斯伦贝谢旋转导向系统PowerV简介一. PowerV 简介和应用范围PowerV是斯伦贝谢公司发明的一种旋转导向系统的产品名称，它只是斯伦贝谢旋转导向系统PowerDrive家族中的一员。
所谓旋转导向系统，是指让钻柱在旋转钻进过程中实现过去只有传统泥浆马达才能实现的准确增斜、稳斜、降斜或者纠方位功能，但相对于泥浆马达，PowerDrive有非常明显的优点，稍后进行比较。
旋转导向系统广泛用于使用泥浆马达进行滑动钻进时比较困难的深井、大斜度井、大位移井、水平井、分枝井(包括鱼刺井)，以及易发生粘卡的情况。
二. 旋转导向系统PowerDrive的优点1. 反映和降低了所钻井段的真正狗腿度，使井眼更加平滑。
例如：用泥浆马达打30米井段，滑动钻进15米，转动钻进15米，井斜角增加4度，得到平均狗腿度4度/30米。
实际上，转钻15米井斜角几乎没有变化，这15米的实际狗腿度是零；而4度的井斜角变化是由滑钻15米产生的，这15米的实际狗腿度是8度/30米。
而用PowerV在同一设置下打出的每一米都是同样均匀和平滑的，减少了井眼轨迹的不均匀度，从而减少了在起下钻和钻进过程中钻具实际所受的拉力和扭矩，减少了以后下套管和起下完井管串的难度。
2.使用PowerV钻出的井径很规则。
而使用传统泥浆马达在滑动井段的井径扩大很多，而转动井段的井径基本不扩大。
这种井径的忽大忽小为是井下事故的隐患，也不利于固井时水泥量的计算。
3.由于PowerV钻具组合中的所有部分都在不停的旋转，大大降低了卡钻的机会。
而使用传统泥浆马达在滑动钻进时除钻头外，其它钻具始终贴在下井壁上，容易造成卡钻。
4.在钻进过程中，由于PowerV组合中的所有钻具都在旋转，这有利于岩屑的搬移，大大减少了形成岩屑床的机会，从而更好的清洁井眼。
这对于大斜度井、大位移井、水平井意义很大。
5.由于PowerV钻具组合一直在旋转，特别有利于水平井、大斜度井和3000米以下深井中钻压的传递，可以使用更高的钻压和转盘转速，有利于提高机械钻速。
贝克休斯旋转导向原理贝克休斯旋转导向原理是指在石油钻井中，通过旋转钻具来实现钻井方向控制的一种方法。
该原理是由美国工程师贝克和休斯在20世纪30年代提出的，是钻井技术中的重要突破之一。
在传统的钻井方法中，钻井工具靠施加扭矩和推力来实现钻井，但是在某些情况下，需要改变钻井的方向，以便达到特定的目标。
贝克休斯旋转导向原理就是为了解决这一问题而提出的。
该原理的关键是利用钻杆的扭转来改变钻井方向。
在钻井过程中，通过在钻杆上加装一种叫做导向装置的工具，可以使钻杆在钻井过程中产生不同的方向偏差。
这种导向装置通常由可调节的导向翼片组成，可以根据需要进行调整。
当钻杆旋转时，导向装置会产生一个由切向力和摩擦力组成的向下施加的力，这个力会使钻杆发生弯曲，从而改变钻井方向。
通过调整导向装置的角度和位置，可以实现钻井方向的精确控制。
贝克休斯旋转导向原理的优点在于可以实现高精度的钻井方向控制。
相比传统的钻井方法，旋转导向技术可以实现更小的偏差角度和更精确的方向控制。
这对于一些需要在地下目标点附近进行操作的任务非常重要，比如在石油开采中需要在油层下方进行侧向钻井。
贝克休斯旋转导向原理也可以提高钻井的效率和安全性。
传统的钻井方法需要频繁地停工和更换钻具，而旋转导向技术可以减少停工时间，提高钻井的连续性。
同时，由于钻井方向的精确控制，可以避免一些潜在的危险情况，提高钻井作业的安全性。
贝克休斯旋转导向原理的应用范围非常广泛。
除了石油开采领域，旋转导向技术还可以应用于其他领域，比如地质勘探、水井钻探、盐井钻探等。
在这些领域中，旋转导向技术可以帮助钻井工程师更好地了解地下地层的情况，提高勘探和钻探的效率。
总的来说，贝克休斯旋转导向原理是钻井技术中一项重要的突破，通过旋转钻具来实现钻井方向控制。
该原理具有高精度、高效率和高安全性的优点，广泛应用于石油开采和其他领域。
随着技术的不断发展，相信旋转导向技术将会在未来的钻井领域中发挥更大的作用。
旋转导向工具发展概述本文对我国在井眼轨迹控制技术方面取得的进展进行了总结，重点在导向结构、实现功能和应用推广方面做了分析；在总结国外旋转导向工具技术并结合机械工程的新材料新技术发展基础上，提出井眼轨迹控制工具将向复合式工具技术的方向发展，其中工具的心轴、轴承的材料和结构以及工具的智能化研究将是未来的发展方向，而恶劣环境下的井下钻井机器人将是研究的最终目标。
一、国内旋转导向工具发展现状近年来，国内也在积极进行井眼轨迹控制工具即旋转导向技术的研究工作，并在理论研究和原理样机方面取得了较多的研究成果，但距离工业规模化应用还有一定距离。
二、推靠式旋转导向工具目前，国内的动态推靠式旋转导向工具主要以调制式旋转导向工具为主，西安石油大学与中石化胜利钻井工艺研究院合作，研发了调制式旋转导向钻井工具MRST。
整个工具配备了以钻井液为液压介质的液压系统，工具内有上、下涡轮发电机驱动的稳定平台。
该平台在下部电机的电气参数调控作用下，可以在高速旋转工具外壳内独立旋转，调节液压盘阀钻井液分流系统的上盘阀位置，对钻井液分流，在工具内外压差作用下推动翼肋伸缩产生偏置。
工具原理结构如图1所示。
1—上轴承保护器;2—测控稳定平台;3—下轴承保护器;4—液压盘阀分流系统;5—偏置单元;6—钻井液过滤装置;7—下涡轮发电机;8—上涡轮发电机。
图1动态推靠式工具原理结构图国内典型的静态推靠式旋转导向工具主要由驱动轴、不旋转外套、导向机构和密封系统等构成，其中导向机构由可独立伸出或缩回的翼肋和液压缸组成，翼肋在液压缸的作用下产生推靠力。
国内企业或研究单位在该类工具的研发中投入较多，如：中海油研发出了自主的静态推靠式旋转导向钻井系统Welleader，能够实现井斜自动闭环控制，导向力可以实现32级强度和240级方向控制，最大转速180r/min，工具耐温达150℃。
该工具已在渤海湾完成了试验工作，具备了海上作业的能力，实钻造斜率约每30m井段造斜6.5°，但是仍处于初步应用阶段。
