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探讨石油定向井钻井中的旋转导向技术
石油定向井钻井是指在地下岩层中垂直钻井的基础上，利用钻井工具的旋转引导石油
井筒在地下进行曲线或水平方向的钻探。
旋转导向技术是石油定向井钻井过程中使用的一
种关键技术，它通过控制井干内钻杆的旋转角度，使得井筒在地下形成一定的弧度或水平
延伸。
早期定向钻井是利用钻杆的弯曲特性来导航，但该技术存在限制，如钻杆易断、难以
控制等问题。
随后，随着石油工业对井眼定向控制的需求不断增加，石油定向井的钻井技
术不断创新，出现一系列的新型旋转导向技术，如测井绳技术、旋转搅拌技术、磁性导向
技术、超声波测量技术等，这些技术的出现使得定向井钻井技术水平得到了较大提高。
目前，最广泛应用的旋转导向技术为磁性导向技术，它是一种基于地球磁场的定向钻
井技术。
该技术利用井内的磁钢体感应地球磁场，在钻井过程中通过检测磁场强度和方向
以确定井筒的位置、方向和倾角。
这种技术具有测量精度高、可靠性好、适应性强等优点，在定向井钻井中得到了广泛应用。
但该技术也存在一些问题，如井筒旋转速度过快会影响
精度、磁场干扰等问题。
另外，超声波测量技术也是一种旋转导向技术，它利用超声波的传播特性来探测井筒
的位置和方向。
该技术具有无需环境磁场、精度高等优点，但是需要在井内安装传感器，
成本较高，应用范围相对较窄。
因此，在实际应用中，石油定向井钻井的旋转导向技术应根据钻井井筒的深度、地质
条件、工艺要求等因素来选择最适合的技术。
随着石油工业对井眼定向控制的要求不断提高，未来旋转导向技术也将不断发展创新，为定向井钻井提供更加精准、高效的技术支
持。
探讨石油定向井钻井中的旋转导向技术石油钻井是指通过旋转钻头，在地下钻取井眼以获取地下石油资源的过程。
石油行业长期以来一直在寻求提高油气探测和开采效率的方法，石油定向井钻井技术的发展就是为了解决这一问题。
石油定向井钻井是一种通过旋转导向技术使钻井工具与井眼方向保持特定角度的钻井方法。
传统的钻井技术只能钻直井，这种方法在某些情况下效率较低。
石油定向井钻井技术的出现解决了这个问题，通过控制钻头的旋转方向和角度，可以在地下拐弯，钻出非常复杂的钻井路径，从而提高钻井效率。
石油定向井钻井技术的主要原理是利用旋转导向设备，将钻头的旋转力矩传递给钻杆，在井下其它装备的协助下，使钻井工具保持特定角度。
这样一来，就可以控制钻井工具的运动方向，实现钻井路径的定向控制。
石油定向井钻井技术的应用非常广泛。
定向井钻井技术可以用于获取更多的地下石油资源。
通过钻出复杂的钻井路径，可以穿过多个岩层，最终到达石油储层，从而提高油气的产量。
定向井钻井技术可以用于地下地质勘探。
通过定向钻井，可以钻取出不同地质层的岩样，从而分析地质条件，了解油气藏地质特征，为油气资源开发提供重要的地质数据。
定向井钻井技术还可以用于井眼的修复和维护。
有时候，井眼会出现破损、沉降或堵塞等问题，这会影响油气的开采。
通过定向钻井技术，可以修复井眼问题，使其恢复正常。
石油定向井钻井技术的发展经历了多个阶段。
早期的定向井钻井技术是通过设置钻铤或者导向器来实现的。
这种方法在某些情况下效果不好，容易发生井下失控的情况，对操作人员要求较高。
随着技术的进步，石油定向井钻井技术得到了快速发展。
现代的定向井钻井技术采用了先进的旋转导向仪器和钻井控制系统，可以实现更精确和可靠的钻井路径控制。
除了旋转导向技术，石油定向井钻井中还涉及到其它技术。
导向仪器可以通过磁力或者声波信号感知地下地层的方向，从而辅助定向控制钻井路径。
通过高压液压系统，可以实现井下动力传送和钻井工具的直接控制。
浅谈旋转导向钻井工具实验台的夹具设计【摘要】随着以旋转导向钻井系统为核心的钻井技术的发展，旋转导向钻井工具实验台能够模拟旋转导向钻井工具在井下的正常工作情况下，改变旋转导向工具的旋转速度，测量在不同的旋转速度下的压力、流量等参数，并通过控制面板上的压力表和流量表来测量出具体的数据，加以分析。
本文很好地的解决了旋转导向钻井工具在实验台的夹持固定，确保了实验的顺利进行。
【关键词】旋转导向钻井工具；实验台；夹具0.引言井下旋转导向工具是旋转导向钻井系统的核心，它是实现旋转导向的根本。
井下实时控制系统或地面监控系统能按照预置或要求的三维井眼轨迹，根据测量信息，对井下工具进行实时控制或遥控。
测量与传输系统应能测出近钻头处井眼的空间姿态信息，并能及时传送给井下微电脑以及地面计算机。
测量的信号经过处理成为新的控制指令。
井下实时控制系统或地面监控系统发出控制指令使井下旋转导向钻井按照控制指令进行动作，从而实现井眼轨迹的旋转导向控制。
目前，旋转导向钻井工具试验台的研究方面已经取得了一定的突破，出现了一些试验设备，由于旋转导向钻井工具的在实验台上夹持固定所限制，试验台的技术还不是很成熟，仍然处在发展阶段。
1.实验台夹持装置整体布局设计用实验的方法来测量模拟的现场旋转导向钻具的工作情况来测定旋转导向钻井工具在不同转速的工作情况是的压力、流量。
由于旋转的动力来源是电机通过减速器，带动皮带轮传递扭矩；而液体的来源主要靠电机带动离心泵用液体的压力差抽水，所以此实验属于液压实验的范畴，目前国内已经有这方面的研究，但由于钻具的刚度和其它技术方面所限制所以在技术上还有待进一步的发展。
根据旋转导向钻井工具的数据要求，参照以往此类实验台的数据，和有关旋转导向钻井工具的性能、工作原理，以下思整体够思如图（1.1）所示：图1.1 旋转导向钻井工具实验台图中的支撑架、旋转导向钻井工具支撑板、辅助支架、以及底座都是辅助机构。
其中整体支架和底座是最基本的构件之一，它的作用是支撑整个实验仪器，以及固定传动构件如：电机、离心泵、水箱、支撑板等实验仪器，并把实验仪器稳定的放在地面上。
旋转导向钻井技术应用研究及其进展
旋转导向钻井技术是指利用钻头本身的旋转引导钻柱前进方向的一种钻井技术。
它具
有导向准确、操作简单、钻井速度快、成本相对较低等优点，在油气田、地热井、水井等
领域有广泛应用。
本文将对旋转导向钻井技术的原理、分类、应用现状及未来发展趋势进
行分析和探讨。
一、旋转导向钻井技术原理
旋转导向钻井技术是以钻头的旋转运动为基础实现钻井方向控制的。
钻头旋转运动产
生了副反力，同时地层阻力又使得钻头产生推力，将钻柱不断向前推进。
当钻头稍微偏离
钻井轨迹时，钻柱的副反力和阻力不再共线，形成了一个力矩，使得钻柱产生了角转动，
从而实现了钻井方向的调整。
旋转导向钻井技术按照操作方式可以分为手动导向钻井和自动导向钻井两类；按照应
用领域可以分为油气田开发导向钻井、地热井导向钻井、水井导向钻井等。
根据所需导向
精度可分为低精度导向、中精度导向和高精度导向。
旋转导向钻井技术已经广泛应用于油气田开发、地热井和水井钻探等领域。
在油气田
开发中，旋转导向钻井技术可以实现复杂井型和多层次钻探，提高采气采油效率。
在地热
井和水井钻探中，旋转导向钻井技术可以提高钻井效率、降低钻井成本。
未来旋转导向钻井技术将继续朝着快速、高效、低成本、高精度的方向发展。
一方面，钻井技术将逐渐自动化，实现更加精准和高效的导向钻井；另一方面，随着油气田、地热
井和水井等应用领域的不断扩大，导向精度将会更加重要。
因此，未来旋转导向钻井技术
将面临更高的技术挑战和发展机遇。
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。
动旋转导向钻井工具结构原理及特点
一、结构原理：
1.器身：器身是工具的主要结构，由一根中空管组成。
中空管通常由高强度合金钢材料制成，具有足够的强度和刚度，以承受旋转和转向的作用力。
2.钻头：钻头位于器身的下端，用于切削岩层。
钻头一般采用合金钢制造，表面覆盖硬质合金，以提高抗磨损性能。
3.钻领：钻领位于钻头的上部，用于连接导向系统和起下钻工具。
钻领一般由海洋合金钢材料制造，具有足够的强度和刚度，以承受导向系统的作用力。
4.导向系统：导向系统是动旋转导向钻井工具的关键部分，通过控制导向力和扭矩，使钻头能够沿着预定方向前进。
导向系统主要由测量装置和调整机构组成，测量装置用于测量钻井工具与井眼的位置关系，调整机构用于调整钻井工具的导向力和扭矩。
5.起下钻工具：起下钻工具用于传递旋转力和推进力，使钻头能够切削岩层。
二、特点：
1.高效性：动旋转导向钻井工具能够实现同钻井作业，既可以完成钻井又可以进行导向，提高了钻井效率。
2.精确性：动旋转导向钻井工具通过测量装置和调整机构实现精确的导向控制，能够准确定位和导向井眼，提高了钻井的准确性。
3.可控性：动旋转导向钻井工具能够通过调整导向力和扭矩，实现对钻头的精确控制，能够适应不同的地质条件和井眼要求。
4.安全性：动旋转导向钻井工具能够实现对井眼的实时监测和控制，减少了钻井事故的发生概率，提高了作业安全性。
5.经济性：动旋转导向钻井工具能够提高钻井效率和准确性，降低钻井成本，提高经济效益。
总体而言，动旋转导向钻井工具结构简单，操作方便，能够提高钻井效率和准确性，降低钻井成本，是目前广泛应用的一种钻井工具。
旋转导向钻井技术应用研究及其进展旋转导向钻井技术是一种通过旋转钻杆来改变钻头在井眼中的方向的钻井方法。
该技术通过控制钻杆和钻头的旋转方向和速度，从而控制钻头在井眼中的前进方向，实现井眼的弯曲和定向钻井。
旋转导向钻井技术在石油勘探和开发中得到了广泛应用，同时也在地热能、地下储气库等领域得到了应用。
一、旋转导向钻井技术的原理及特点1. 高效性：旋转导向钻井技术可以实现井眼的弯曲和定向钻井，可以快速地改变井眼的方向，提高钻井效率。
2. 灵活性：旋转导向钻井技术可以根据具体的钻井需求来灵活调整钻杆和钻头的旋转方向和速度，适应不同的地质条件和井眼形状。
3. 精准性：旋转导向钻井技术可以实现高精度的定向钻井，能够满足复杂地质条件下的钻井需求。
1. 旋转导向钻井技术在石油勘探中的应用在石油勘探中，旋转导向钻井技术可以帮助勘探公司快速地找到潜在的油气储层，提高勘探效率。
通过控制钻头的旋转方向和速度，可以实现垂直井眼向水平井眼的转变，同时可以实现井眼的弯曲，应对不同地质条件下的勘探需求。
地热能开发需要在地下岩石中进行钻井，以获取地热能资源。
在这种情况下，由于地下岩石的复杂性和不同地质条件，传统的钻井方法往往难以满足需求。
而旋转导向钻井技术可以根据地质条件和井眼形状，灵活地调整钻头的方向和速度，使钻井过程更加灵活和高效。
地下储气库需要在地下进行大规模的储气钻井，为城市供应天然气。
在这种情况下，旋转导向钻井技术可以帮助储气库公司实现良好的储气井眼设计，并在钻井过程中提高钻井效率和精度。
在技术方面，随着石油工程技术的不断发展，旋转导向钻井技术已经实现了自动化和智能化。
通过加装传感器和控制系统，可以实现对钻头运动的实时监测和控制，实现钻井过程的智能化管理。
还可以通过井下遥控系统，实现对钻井过程的远程控制，提高了钻井的安全性和效率。
在应用方面，旋转导向钻井技术已经被广泛应用于复杂地质条件和水平井眼的钻井中。
通过对钻井工艺和设备的调整和优化，可以更好地满足不同地质条件下的钻井需求。
探讨石油定向井钻井中的旋转导向技术
石油定向井钻井中的旋转导向技术是指通过旋转钻头达到在特定方向（包括表面倾角角度、方位角度和井眼轨道方向等）下进行钻井的技术。
该技术被广泛运用于石油开采和勘探中。
旋转导向技术的基本原理是通过往钻头上加装一定的导向仪器和探头以获取井眼的方向信息，然后通过迅速转动钻头达到改变井眼方向的目的。
其核心装置是测量仪器，通过获取井下的方向数据来指导钻井方向。
在石油定向井钻井中使用旋转导向技术相比传统手动操作更为高效且节省时间和人力成本。
特别对于具有可穿透性的钻头，环境操作比弯管导向更好。
旋转导向技术主要针对深井，在较浅的井中弯管导向仍然是一个更经济实惠的选择。
此外，在旋转导向技术中也需要考虑保证钻头旋转的精度和速度以达到最优效果。
总的来说，旋转导向技术在石油定向井钻井中是一个高效的、成熟的、安全的技术，几乎在所有的石油钻井中都有广泛的应用。
旋转导向钻井技术应用研究及其进展旋转导向钻井技术是一种在钻井过程中通过旋转钻头的方式来控制钻井方向的先进技术。
相对于传统的钻井方法，旋转导向钻井技术具有精度高、节约时间和成本的优势，因此在油气勘探和开发中得到了广泛应用。
旋转导向钻井技术的原理是通过旋转钻头，利用钻头的角度和轴向力来控制钻孔弯曲的方向。
在钻井过程中，通过改变钻头的导向角度，可以实现井眼曲率的调整，从而实现钻孔沿特定方向弯曲。
与传统的定向钻井技术相比，旋转导向钻井技术更加精确和高效。
在旋转导向钻井技术的应用研究方面，国内外学者进行了大量的实验和数值模拟研究。
实验方面，研究人员通过搭建实验装置，模拟真实钻井环境，对旋转导向钻井技术的钻井参数、井眼曲率等进行了测量和分析。
数值模拟方面，采用有限元分析等方法，模拟旋转导向钻井过程中液体流动、固体力学和热学等多个物理场的耦合作用，研究旋转导向钻井的力学行为和优化方案。
在旋转导向钻井技术的进展方面，近年来取得了很多重要的成果。
研究人员针对不同地质条件和钻井目的，开发了一系列的旋转导向钻头和导向工具，以满足不同钻井需求。
这些新型导向工具具有更高的导向精度和更好的耐磨性能，能够提高钻井效率和减少钻井成本。
研究人员提出了一系列旋转导向钻井技术的优化方案。
通过优化钻井参数、设计新型导向工具和改进钻井液体系等方式，可以进一步提高钻井的导向精度和成功率。
通过合理选择导向工具的位置和角度，可以减少井眼偏斜的可能性，提高井眼质量。
采用新型钻井液体系，可以减少井壁塌陷和泥浆环节的风险，提高钻进效率。
旋转导向钻井技术在实际应用中取得了丰富的经验和实践。
国内外的石油公司和钻井公司积累了大量的钻井案例和操作经验，形成了一套完整的旋转导向钻井技术体系。
这些经验和技术不仅进一步提高了钻井效率和成功率，也为进一步研究和发展新的导向钻井技术提供了宝贵的参考。
旋转导向钻井技术是一种先进的钻井技术，具有精度高、节约时间和成本的优势。
探讨石油定向井钻井中的旋转导向技术
石油定向井钻井中的旋转导向技术是一种利用内部测量设备实现井眼方向控制的技术，其原理是通过旋转钻杆来控制钻头的方向，同时通过内部测量设备实时监测钻井参数，实
现精确控制井眼方向。
旋转导向技术分为两种，一种是通过旋转钻头来实现井眼控制的旋转导向技术，一种
是通过旋转钻杆来实现井眼控制的振动导向技术。
旋转导向技术的优点是可以提高钻井效率和钻井质量，同时可以减少钻井事故的发生率。
在钻井过程中可以实时控制井眼方向，避免钻进错误方向，从而减少钻孔偏差，提高
钻孔质量。
此外，可以减少设备磨损和损坏，提高钻井效率。
同时，旋转导向技术也有一定的局限性。
例如，在垂直井中，旋转导向技术无法实现
井眼控制。
此外，在低温井和高压井中，旋转导向技术的性能可能会受到影响。
总之，石油定向井钻井中的旋转导向技术无疑是推动石油工业发展的一项重要技术，
它的应用可以极大地提高钻井效率和钻井效果，同时也有助于减少钻井事故的发生率，进
一步提升石油工业的安全性和可持续性发展。
探讨石油定向井钻井中的旋转导向技术石油定向井钻井是指通过特殊的钻井工艺技术，使钻井井眼保持在一定的角度，沿着特定的轨迹进行钻探。
石油定向井钻井的技术发展得益于旋转导向技术的应用。
本文将探讨旋转导向技术在石油定向井钻井中的重要作用。
旋转导向技术是将钻柱通过钻井液的作用，通过转动钻头的方式来改变钻井井眼的角度和方向。
旋转导向技术包括旋转导向器和旋转驱动装置两大部分。
旋转导向器是通过转动下部的绕向转子的方式，使钻柱上部的齿轮系统也开始转动，从而实现钻井井眼的角度调整；而旋转驱动装置则是通过增加自转部分，使整个钻柱可以旋转。
1. 实现复杂井径的钻探：在石油定向井钻井中，往往会遇到复杂的地层条件，包括曲率变化大、抽采储层、受压储层等。
使用旋转导向技术可以有效地应对这些复杂地层条件，实现复杂井径的钻探。
通过调整旋转导向器的角度，可以使钻井井眼按照所需的角度进行钻探，同时可以通过旋转驱动装置控制整根钻柱的旋转速度和方向，确保钻井的稳定性和准确性。
2. 提高钻井效率：旋转导向技术可以有效地提高石油定向井钻井的效率。
传统的固定角度导向技术需要停下钻探作业，更换钻头或者调整钻具的方位，以达到所需的角度，这样会浪费大量的时间和人力资源。
而使用旋转导向技术，只需要通过调整旋转导向器的角度，即可在不停止钻探作业的情况下实现钻井井眼的角度调整，从而提高了钻井的效率。
4. 实现井下定向测井：旋转导向技术还可以实现井下定向测井。
通过安装测井仪表在旋转导向器或者钻柱上，可以实时地获得在钻探过程中的地层数据，包括井眼角度、地层磁性、地层导电性等。
这些数据对于进行井下定向测井分析和地层解释具有重要的意义。
旋转导向技术在石油定向井钻井中具有重要的作用。
通过旋转导向器和旋转驱动装置的配合使用，可以实现复杂井径的钻探，提高钻井效率和准确性，同时还可以实现井下定向测井。
随着科技的不断发展，旋转导向技术将在石油定向井钻井中起到更加重要的作用。
２００９年第３８卷石油矿场机械第！期第６３页０１Ｉ。ＦＩＥＩ．ＤＥＱＵＩＰＭＥＮＴ２００９・３８ｆ２）：６３～６６
文章编号：１００１－３４８２（２００９）０２－００６３—０４
动态指向式旋转导向钻井工具设计探讨李俊１，倪学莉１，张晓东２（Ｉ．海洋石油工程股份有限公司，天津３００４５１；２．西南石油大学机电工程学院，成都６１０５００）
摘要：旋转导向钻井技术在钻大位移井、分支井时具有独特的优越性。井下旋转导向工具是旋转导向钻井系统的核心部件。分析了国内外的旋转导向钻井系统的现有工作方式及优缺点，提出了动态指向式旋转导向钻井工具的设计新思想，介绍了其工作原理及结构，并详述了该工具的设计重点、难点及解决措施。关键词：旋转导向钻井工具；稳定平台；偏置结构；指向式中图分类号：ＴＥ９２１．２０２文献标识码：Ａ
ＡｐｐｒｏａｃｈｉｎｇｏｆＤｙｎａｍｉｃＰｏｉｎｔ－ｔｈｅ－ｂｉｔＲｏｔａｒｙＳｔｅｅｒｉｎｇＤｒｉｌｌｉｎｇＴｏｏｌ
ＬＩＪｕｎｌ，ＮＩ
Ｘｕｅ—ｌｉｌ，ＺＨＡＮＧＸｉａｏ—ｄｏｎ９２
（１．ＯｆｆｓｈｏｒｅＯｉＺＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｔｉａｎｊｉｎ３００４５１，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｅｔｒｏｎｉｃ
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｏｕｔｈｗｅｓｔＰｅｔｒｏｌｅｕｍＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１０５００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｒｏｔａｒｙｓｔｅｅｒｉｎｇｄｒｉｌｌｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｐｒｅｓｅｎｔｓｉｔｓｐｒｉｏｒｉｔｙｉｎｄｒｉｌｌｉｎｇｅｘｔｅｎｄｅｄｒｅａｃｈｗｅｌｌａｎｄｂｒａｎｃｈｗｅｌｌ．Ｄｏｗｎｈｏｌｅｒｏｔａｒｙｓｔｅｅｒｉｎｇｔｏｏｌｉｓｔｈｅｃｏｒｅｏｆｒｏｔａｒｙｓｔｅｅｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍａｎｄｔｈｅｂａｓｉｃｏｆａｃｈｉｅｖｉｎｇｒｏｔａｒｙｓｔｅｅｒｉｎｇ．Ｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｎｇｍｏｄｅａｎｄｒｅｌａｔｉｎｇｍｅｒｉｔｓｏｆｒｏｔａｒｙｓｔｅｅｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍａｔ
ｈｏｍｅａｎｄａｂｒｏａｄｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ；ｎｅｗｔｈｏｕｇｈｔｏｆｄｅｓｉｇｎｉｎｇｄｙｎａｍｉｃｐｏｉｎｔ—ｔｈｅ—ｂｉｔｒｏｔａｒｙｓｔｅｅｒｉｎｇ
ｄｒｉｌｌｉｎｇｔ００１．ｐｒｏｐｏｓｅｄ；ｉｔｓｏｐｅｒａｔｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ．Ｔｈｅｓｔｒｅｓｓ，ｄｉｆｆｉｃｕｌｔｙａｎｄｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔｉｎｄｅｓｉｇｎｉｎｇｄｙｎａｍｉｃｐｏｉｎｔ‘‘ｔｈｅ‘－ｂｉｔｒｏｔａｒｙｓｔｅｅｒｉｎｇｄｒｉｌｌｉｎｇｔｏｏｌｄｅｔａｉｌｅｄｌｙｗｅｒｅｄｅ‘。ｓｃｒｉｂｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｏｔａｒｙｓｔｅｅｒｉｎｇｄｒｉｌｌｉｎｇｔｏｏｌ；ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄｐｌａｔｆｏｒｍ；ｂｉａｓｕｎｉｔ；ｐｏｉｎｔ—ｔｈｅ－ｂｉｔ
旋转导向钻井技术是２０世纪９０年代发展起来的一项尖端自动化钻井新技术，已被各国先进的石油公司相继采用，并逐步趋于成熟。该技术是世界钻井技术的一次质的飞跃［】］。与传统的滑动导向钻井相比，旋转导向钻井技术由于井下工具一直在旋转状态下工作，因此井眼净化效果更好，井身轨迹控制精度更高，位移延伸能力更强，更适合于海洋油气资源开发，以及在油田开发后期的复杂油气藏中钻超深井、高难定向井、丛式井、水平井、大位移井、分支井及三维复杂结构井等特殊工艺井。对井场设置困难的地区，尤其是近海油田开发区，大位移井可以节省建造钻井平台和人工岛的费用，因此，旋转导向钻井技术显得尤为重要。井下旋转导向工具是旋转导向系统的核心部件，目前还有许多技术难题有待解决，本文提出了一些方案供进一步研究。
１现有旋转导向钻井系统及其功能与特性１．１现有旋转导向钻井系统目前，国外已有３套旋转导向钻井系统，即：ＡｕｔｏＴｒａｋ旋转闭环钻井系统；ＰｏｗｅｒＤｒｉｖｅ调制式
收稿日期：２００８—１０—０８作者简介：李俊（１９８１一），男，江西南昌人，硕士，２００８年毕业于西南石油大学机械电子工程专业，主要研究方向为仪表控制系统设计，Ｅ－ｍａｉｌ：１ｉｊｕｎ４９２９＠１６３．ｃｏｒｎ。
万方数据・６’・４－１＂油矿场机械２００９年２月全旋转导向钻井系统；Ｇｅｏ—Ｐｉｌｏｔ旋转导向自动钻井系统ｏｊ。ａ）ＡｕｔｏＴｒａｋ旋转闭环钻井系统１９９３年，意大利ＡＧＩＰ公司与美国ＢａｋｅｒＩＩｕｇｈｃｓ公司合作，在早期的垂直钻井系统（ＶＤＳ）和Ａ井钻井装置（ＳＴ）Ｄ）基础上研制了旋转闭环系统（ＲＣＩ。Ｓ）。１９９６年在４口井中试验获得成功，１９９７年注册为ＡｕｔｏＴｒａｋ，正式推向市场。ｂ）ＰｏｗｅｒＤｒｉｖｅ旋转导向钻井系统１９９４年。英圜Ｃａｍｃｏ公司研制的旋转导向钻并（ＳＲＤ）系统在英格兰Ｍｏｎｔｒｏｓｅ地区井中试验获得成功。１９９９—０５，Ｃａｍｃｏ公司与美国Ｓｃｈｌｕｍｂｅｒｇｅｒ公司的Ａｎａｄｒｉｌｌ公司合并，ＳＲＤ系统注册为ＰｏｗｅｒＤｒｉｖｅ，２０００年改进为ＰｏｗｅｒＤｒｉｖｅＸｔｒａ。ｃ）Ｇｅｏ—Ｐｉｌｏｔ旋转导向自动钻井系统１９８９年。日本国家石油公司（ＪＮＯＣ）开始研究遥控动态定向系统（ＲＣＤ（）Ｓ）；１９９３年美国Ｓｐｅｒｒｙ－Ｓｕｎ公司研制了适合于转盘钻进的自动定向系统（ＡＧＳ），同年在英格兰ＷｙｔｃｈＦａｒｍ油田首次进行商业应用。１９９９年，２公司合作以Ｈａｌｌｉｂｕｒｔｏｎ公司的名义推出了Ｇｅｏ—Ｐｉｌｏｔ旋转导向自动钻井系统。１．２功能与特性。３。ａ）以旋转方式钻进，减少滑动摩阻，提高钻探能力。ｂ）井眼光滑。减少事故冈素。ｃ）稳定器的活塞按程序交替伸缩，可较好地控制井眼方向。ｄ）适合于钻大位移井稳斜段，钻速较快。２旋转导向钻井工具工作方式及发展趋势２．１工作方式按照国际惯例，目前的旋转导向钻井井下工具系统根据其导向方式可以划分为推靠式（ＰｕｓｈｔｈｅＢｉｔ）和指向式（ＰｏｉｎｔｔｈｅＢｉｔ）２种。偏置机构的工作方式又可分为静态偏置式（ＳｔａｔｉｃＢｉａｓ）和动态偏置式（ＤｙｎａｍｉｃＢｉａｓ，即调制式（Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ））２种。目前，国内外已开发出的旋转导向钻井系统将偏置方式和导向方式结合在一起，更科学、更具有概括性，可分为３类一］。ａ）静态偏置推靠钻头工作方式的旋转导向钻井系统（ＡｕｔｏＴｒａｃｋＲＣＩ。Ｓ，ＷｅｌｌＤｉｒｅｃｔｏｒ）。ｂ）静态偏置指向钻头工作方式的旋转导向钻井系统。又可分为：①静态偏置外推指向钻头工作方式的旋转导向钻井系统（ＡＧＳ，Ｗｅｌｌ—ＧｕｉｄｅＲＳＳ，Ｒｅｖｏｌｍｉｏｎ）；②静态偏置内推指向钻头工作方式的旋转导向钻井系统（ＲＣＩ）（）Ｓ，Ｇｅｏ—ｐｉｌｏｔ，ＰｏｗｅｒＤｒｉｖｅ—Ｄｉｒｅｃｔ，Ｗｅｌｌ—ＧｕｉｄｅＲＳＳ，Ｒｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）。
ｃ）动态偏置推靠钻头工作方式的旋转导向钻
井系统（ＰｏｗｅｒＤｒｉｖｅＳＲＤ）。从【作原理和适应井卜．工作环境方面来讲，这３类系统各有优点．但也都存在不足：静态偏置指向钻头系统缺点是钻柱承受高强度的交变应力，钻柱容易发生疲劳破坏。静态偏置推靠钻头系统具有许多缺点，如位移工作方式、静ｔｋ５＇ｂ套、小型化能力差、结构复杂等，所有这些都会影响这种系统的发展。动态偏置推靠钻头系统钻头和钻头轴承的磨损较严重，工作寿命有待进一步提高。２．２发展趋势随着旋转导向钻井二ｒ：具的地位不断提高，针对我团旋转导向工具设汁中的不足，优化设计旋转导向钻井工具，结合动态与指向工作模式的优点，从应用情况看指向式旋转导向钻井工具具有许多优点：能钻出较平滑的井眼；摩阻和扭矩较小；可以使用较大的钻压；机械钻速较高；有助于发挥钻头的性能；钻头及其轴承承受的侧向载荷较小；极限位移增加，
可更好地保证井身质量和井下安全。设计与开发出动态指向式旋转导向钻井工具，能够更好地对井斜和方位进行控制，具有更长寿命的动态偏置指向钻头工作方式的旋转导向钻井系统投入现场应用，可降低狗腿严重度，提高机械钻速和钻具寿命，节约钻井经济成本。具有引领旋转导向钻井工具新方向、发挥出动态与指向优越性的特点，必将推进我国旋转导向钻并工具新的发展。
３动态指向式旋转导向钻井工具的设计３．１结构组成及工作原理
新型动态偏置指向钻头工作方式的旋转导向钻井工具由稳定平台结构、偏置机构和导向方式３大部分组成Ｌｓ－７３。３．１．１稳定平台单元
旋转导向钻井工具中稳定平台由上、下２个涡轮发电机、测控电子系统和电子仓组成，如图ｌ。上涡轮发电机是系统动力发生器，提供井下电源，其旋转方向为顺时针方向；下涡轮发电机是扭矩发生器。其旋转方向为逆时针。２个涡轮发电机之间没置密封电子仓，电子仓中有控制电路和测量工具面角、井斜角的三轴重力加速度计、短程通讯、下传信号接受器及其电路，传感器监测钻铤和马达输出轴的旋转，
万方数据第３８卷第２期李俊．等：动态指向式旋转导『；Ｊ钻井Ｔｎ设汁探讨并对方位和倾角进行测量等。
图ｌ全旋转导向工具稳定平台结构旋转导向钻井工具中稳定平台的作用足保证在钻进时不受钻柱旋转的影响。而能够实现导向作用
的动态稳定系统。能够同步配合旋转导向钻井系统的指令系统对导向工具面角随钻井下实时调控。３．１．２偏置机构偏置结构由ｌ套由几个可控制的偏心圆环组合形成，如图２。偏置结构中装有ＣＰＵ检测装置、电子马达等检测与驱动元件，偏置机构中串接了１根柔性钻具，通过稳定平台计算机检测到的井斜与方位变化的信号结果。将检测到的信号输送给偏置装置中的ＣＰＵ，当需要调整角度时，装置中的ＣＰＵ驱动控制系统中的动力模块电子马达，在旋转导向过程中，偏置工具的偏心导致其上、下２跨钻柱发生弯曲，使钻头处钻柱的轴线和井眼轴线之间出现夹角，由于钻头的转角而实现旋转导向。
图２井下偏置导向工具结构３．１．３导向方式本研究采取偏置内推指向方式，如图３。工作方式为外筒内有一靠机械力使之变形弯曲的内轴迫使钻头有角位移，以使钻头定向造斜，如图４。指向式系统不需爱翼叻推靠井擘来改变方向，因此其导向效果不受地层不完整或井眼扩径的影响。从而指向式系统在软地层或扩径的井眼中比推靠式效果好。指向式系统可钻出更规则的井眼，减少螺旋和突起。能够更好地对井斜和方位进行控制。具有更长寿命，与钻头选择无关，降低卡钻和失效等风险，
提供了作业上的优势。卜～沙一
钻头
图３旋转导向工具偏置内推指向方式示意
图４旋转导向钻井Ｔ具系统指向方式示意３．２设计重点、难点及解决方案在钻井过程中，由于钻井工具处在井下高温、高压的工作环境中。有钻井液及地层流体的腐蚀；有含碎屑的钻井液在高压、高速流动时带来的冲蚀；有钻柱在高速旋转、钻头切削地层和钻井液压力波动产生的严重振动等，其工作环境和工作条件异常恶劣，给井下工具的设计带来一定的难度。针对目前旋转导向钻井工具设计现状存在的不足，提出了今后的研究方向。３．２．１旋转导向驱动稳定平台主轴扭矩系统优化拇１０］
