第三章---定向井主要钻井工具介绍

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定向井及工具综述

定向井及工具综述

中联煤层气有限责任公司 ChinaUnitedCoalbedMethaneCo.,Ltd.
定向井简介
1)井斜变化率——以Kα表 示,严格地讲,井斜变化 率是井斜角α对井深L的 一阶导数,可写为: 以增量代替微分,以相邻 二测点间的井斜角变化值 (Δα)与二测点间井段 长度(ΔL)的比值来表示 井斜变化率的。 求得的乃是该测段的平均 井斜变化率
da K dL
K L
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定向井简介
2)方位变化率——以Kφ表 示。严格地讲,方位变化 率是方位角φ 对井深L的 一阶导数,可写为: 以增量代替微分,以相邻 二测点间的方位角变化值 (Δφ )与二测点间井段 长度(ΔL)的比值来表示 方位变化率的。 求得的乃是该测段的平均 方位变化率
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定向井简介
2.地下地质条件的要求: 对于断层遮挡油藏,定向 井比直井可发现和钻穿更 多的油层;对于薄油层, 定向井和水平井比直井的 油层裸露面积要大得多。 另外,侧钻井,多底井, 分支井,大位移井,侧钻 水平井,径向水平井等等 定向井的新种类,显著地 扩大了勘探效果,增加了 油气产量,提高了油气藏 的采收率。
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定向井简介
1.井深L——指井口(通常以转盘面为基准)至测点的井眼 长度,也有人称之为斜深,国外称为测量井(MeasureDepth)。 井深是以钻柱或电缆的长度来量测。井深既是测点的基本参 数之一,又是表明测点位置的标志。 2.垂深D——测点的垂直深度。 3.井斜角 —测点处井眼方向线(切线)与重力线间的 夹角。 4.方位角θ —正北方向至测点处井眼方向线在水平面投 影线间夹角。 5.水平位移—测点至井口所在的铅垂线的距离。(闭合距)

定向井及工具

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定向井简介
高边工具面角1——是指 以高边方向为始边,顺时 针转到工具面与井底圆平 面的交线所转过的角度。 又称为重力工具面角 磁工具面角2 ——是指以 磁北为始边,顺时针转到 工具面与井底圆平面的交 线在水平面上的投影线所 转过的角度
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定向井简介
1.井深L——指井口(通常以转盘面为基准)至测点的井眼 长度,也有人称之为斜深,国外称为测量井(MeasureDepth)。 井深是以钻柱或电缆的长度来量测。井深既是测点的基本参 数之一,又是表明测点位置的标志。 2.垂深D——测点的垂直深度。 3.井斜角 —测点处井眼方向线(切线)与重力线间的 夹角。 4.方位角θ —正北方向至测点处井眼方向线在水平面投 影线间夹角。 5.水平位移—测点至井口所在的铅垂线的距离。(闭合距)
高边工具面角;磁工具面角。
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定向井简介
3)高边——定向井的井 底是个呈倾斜状态的圆平面。 称为井底圆。井底圆上的最 高点称为高边。 从井底圆心至高边之间的 连线所指的方向,称为井底 的“高边方向”。 高边方向在水平面上的投 影称为高边方向线。即井底 的方位 。
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定向井简介
2.地下地质条件的要求: 对于断层遮挡油藏,定向 井比直井可发现和钻穿更 多的油层;对于薄油层, 定向井和水平井比直井的 油层裸露面积要大得多。 另外,侧钻井,多底井, 分支井,大位移井,侧钻 水平井,径向水平井等等 定向井的新种类,显著地 扩大了勘探效果,增加了 油气产量,提高了油气藏 的采收率。

定向井工具简介解析

定向井工具简介解析
(2).转盘钻扶正器组合不能控制方位,而且在钻进 中常常出现方位偏差。 当井眼方位有较大偏差,有 可能造成脱靶时,必须使用动力钻具造斜工具来完 成扭方位。
若需要更强的稳斜组合, 可使用双扶正器串联起来 作为近钻头扶正器。
类型
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
L1
L2
L3
L4
L5
强稳斜 组合
中稳斜 组合
弱稳斜 组合
0.8~1.2 1.0~1.8 1.0~1.8
4.5~6.0 3.0~6.0 4.5
9.0
9.0
9.0
9.0
~ 9.0

-----
18.0
27.0
9.0
-----
-----
单位名称-序号
单位名称-序号
15
二、转盘扶正器组合(4)
此类工具不能用于改变井眼方位,仅能在已有一定斜度的井眼内改变井斜,即进 行增斜、降斜或稳斜。
此类工具是在转盘钻的基础上,利用靠近钻头的钻铤部分,巧妙地使用扶正器,得 到各种性能的组合。
20世纪80年代以来,国内外对扶正器钻具组合的研究逐步深入。运用数学、力学和 计算机工具,出现了微分方程法、有限元法、纵横连续梁法、加权余量法等等 方法,且都需要使用较复杂的计算机程序。
定向井常用工具简介
-定向井服务中心-
海洋钻井平台
单位名称-序号
2
定向井常用井下工具
一、马达(PDM)
八、挠性短节(F/J)
二、扶正器(STB)
九、震击器(JAR)
三、非磁钻铤(NMDC)
十、加重钻杆(HWDP)
四、悬挂短节(HOS)
十一、短钻铤(SDC)
五、短非磁钻铤(SNMDC) 六、浮阀(F/V) 七、定向接头(O/S)

第三章---定向井主要钻井工具介绍

第三章---定向井主要钻井工具介绍

第三章定向井主要钻井工具介绍3.1泥浆马达介绍泥浆马达由:驱动头、轴承总成、万向接头、转子、定子和旁通阀组成。

其马达部分由定子和转子组成,泵入钻具的钻井液流经马达推动转子转动后再流经钻头,转子的旋转力传递给钻头带动钻头旋转。

图3-1,井下马达的主要部件。

图3-1井下马达的主要部件图卜h井下马达询主要部件F面以纳维钻具为例分别介绍泥浆马达的各主要部件: 3.1.1旁通阀旁通阀是为了使循环液绕过马达,因此,下钻时可让循环液灌入钻柱;起钻或接钻杆时可让管内液体泻出。

当无循环或低泵量循环时,弹簧使活塞处于上部位置,此时,孔道开启,泥浆可流入钻柱或自钻柱流出。

活塞的动作取决于排量,相当于推荐最大排量的30%寸活塞被下推座于活塞座上,于是孔道被封闭,钻井液径直流经马达如果停泵,弹簧再将活塞顶回到原来上部位置,孔道又被开启。

图3-2旁通阀示意图图3四旁通阀示憲图3.1.2 多级马达目前各类井下马达多为容积式马达,基本由以下两部分组成:①具有螺旋形内腔的橡胶硫化定子。

②螺旋形的钢转子,其表面镀有硬度材料以减少磨损并防止腐蚀。

在定子橡胶和转子抗磨及抗腐蚀金属表面间是连续密封的,所以当泥浆经马达时转子就转动(如图3-3所示)。

,图37 容联式马达赫子和定子剧视图图3-3容积式马达转子和定子剖视图这种马达最大优点是:①钻井扭矩直接和马达产生的压降成正比。

②转子的转速只取决于排量,不受扭矩的影响,因此,当进行钻井作业时,在钻台上就可以确定并控制转速和扭矩。

3.1.3 万向轴转子下端和万向轴总成相连,万向轴可把转子的非同心转动转变为驱动接头的同心转动。

万向轴总成由两个万向接头组成,每个万向接头均以抗油强力橡胶套密封并充满黄油,橡胶套密封的作用旨在使万向接头不受泥浆污染。

3.1.4轴承总成和驱动接头用轴承支撑的驱动接头将马达的转动和扭矩传给钻头。

约有2%的泥浆排量通过并润滑轴承,绝大部分钻井泥浆经径向轴承上面的水槽进入驱动轴并经钻头流出。

定向井、水平井专用工具

定向井、水平井专用工具

第章定向井、水平井专用工具第一节定向接头一、定向接头类别目前国内常用的定向接头有两种:定向直接头和定向弯接头,定向直接头用于弯壳体螺杆定向钻进,而定向弯接头则用于直壳体螺杆定向钻进。

定向弯接头因其具有制造简单、使用方便、成本低廉等特点,目前使用较为普遍。

二、技术规格定向弯接头规格表表1-1外径(mm)内径(mm)连接螺纹弯曲角度(°)长度(mm)备注母扣公扣196.85 80 630 531 1.25760 衬套内径50mm 1.501.752.002.252.502.75158.75 70 4A10 431 1.25500 衬套内径50mm 1.501.752.002.252.502.75107.95 57 310 331 1.25450 衬套内径35mm 1.501.752.002.252.502.75三、基本结构1、直接头的基本结构,包括壳体、扶正套、定向键和定位螺钉,如图1-1所示:图1-12.定向弯接头的基本结构,包括壳体、扶正套、定向键、定位螺钉如图1-2所示:定向弯接头结构示意图图1-2弯接头弯曲度数的计算公式:α=57.3(a-b)/d式中:α——弯曲角度(º)a——长边长度(mm)b——短边长度(mm)d——外径(mm)四、弯接头性能不同螺杆钻具使用弯接头在不同井眼的造斜率表1-2第二节无磁钻铤一、作用由于所有磁性测量仪器在测量井眼的方向时,感应的是井眼的大地磁场,因而测量仪器必须是一个无磁环境。

然而在钻井过程中,钻具往往具有磁性,具有磁场,影响磁性测量仪器,不能得到正确的井眼轨迹测量信息数据,利用无磁钻铤可实施无磁环境,并且具有钻井中钻铤的特性。

国外已有相当数量的无磁钻铤产品于1990年列入API标准。

我国根据国外产品和产品样本制订了SY/T 5145-86《无磁钻铤》标准。

二、工作原理无磁钻铤工作原理如图2-1所示:无磁钻铤的作用原理示意图2-1注:①地磁场线;②磁性测量仪;③钢钻铤;④干扰磁场线;⑤钻头接头;⑥无磁钻铤无磁钻铤上下的干扰磁场线对测量仪器部位没有影响,因而无磁钻铤为磁性测量仪器创造了一个无磁环境,保证了磁性测量仪器测到的数据为真实大地磁场信息。

定向钻井常用工具及仪器

定向钻井常用工具及仪器
第3章 定向钻井常用工具及仪器
3-1 无磁钻铤 3-2 螺杆钻具 3-3 测斜仪器
3-1 无磁钻铤
1、作用:为磁性测斜仪提供一个没有局部磁场干扰的工作 环境,防止磁罗盘读数失真。
磁性测斜仪测量井眼数据时,磁罗盘必须与地磁场相符合, 所在的钻柱处不能有使罗盘读数失真的局部磁场。
普通钢钻铤容易被磁化,尤其在接头处还会形成“磁极”, 由此产生的局部磁场会使磁罗盘的读数失真。
3-2 螺杆钻具
1、基本结构
由四部分组成,从上至下依次为: • 旁通阀总成; • 马达总成; • 万向轴总成; • 传动轴总成。
3-2 螺杆钻具 1、基本结构
A、旁通阀总成
• 作用:停泵时使钻柱内空间与
环空沟通,避免起下钻和接单根 时钻柱内钻井液溢出污染钻台, 影响正常工作。
旁通阀是螺杆 钻具的辅助部
结构及工作原理:壳体和万向轴。
a) 直螺杆钻具的万向轴壳体无弯角,而弯壳体 螺杆钻具式,普遍采用瓣 型连接轴和挠性连接轴。
3-2 螺杆钻具 1、基本结构
D、传动轴总成
作用:将马达的旋转动力传递给钻头,同时
承受钻压所产生的轴向和径向负荷。
结构及工作原理:
件。
• 结构:由阀体、阀芯、弹簧、筛 板等组成。
3-2 螺杆钻具 1、基本结构
A、旁通阀总成
工作原理:
a. 开泵时,钻井液压力迫使阀 芯向下运动,造成弹簧压 缩并关闭阀体上的通道 (内装筛板过滤异物), 此时螺杆钻具可循环钻井 液或正常钻进。
b. 停泵时,钻井液压力消失,被压缩的弹簧上举阀芯,旁通阀 开启,使钻柱内空间与环空沟通。
磁性测斜仪的保护筒、测量时仪器所在的钻铤都必须 使用不能被磁化的无磁材料制成。
3-1 无磁钻铤

定向井专用工具解读

定向井专用工具解读

(7)、导向总成
导向钻具有单弯钻具和双弯钻具两种。 导向单弯钻具,是在马达下部设置一带角度的短 节,从而使弯曲点尽可能靠近钻头,提高造斜率。 导向双弯钻具,是在单弯钻具的基础上增加一弯 接头,以提高造斜性能,根据其弯曲方向、度数 及联接部位可有多种组合方式。
2、钻具规格及技术参数
(1)钻具表牌说明 (2)技术参数
(7)钻具轴承间隙要求
钻具经过一段时间的使用,必须进行检修,否则 将影响钻具的再次下井使用,判断钻具能否继续 下井使用的一般方法是:钻具除在井口试验正常 外,还要看其推力轴承的磨损程度,可测量主轴 的轴向窜动量,窜动量要在额定范围之内,否则, 钻具必须进行维修。测试方法如下:(如下图)
首先,将钻具用吊卡吊起来,测量并记录不转 动部分的最下端一下径向轴承的下端和驱动接 头之间的间隙尺寸D1。 然后,将钻具座在转盘上,用钻具自身重量压 缩轴承总成,测 量并记录不转动部分的最下 端和驱动接头之间的间隙尺寸D2。 D1—D2即为推力轴承间隙值,见表1。
d.地面检查结束后,用吊钳卡住驱动接头,用 钻头盒将钻头和钻具上紧扣,卸下方钻杆,按 设计的钻具组合把各联接件上紧,要防止粘扣、 错扣,应保证传动轴驱动接头相对于上面的壳 体反时针转动,以防止钻具内部的零件松扣或 脱扣。 使用定向弯接头时,定向弯接头带的定位键必 须和工具面对正,如果在钻头和传动轴之间加 转换接头,建议其长度不超过 250mm 长,否则 将影响轴承寿命及造斜效果,甚至损坏传动轴。
a.组合推力轴承:
用以承受工作状态时的钻压,马达、钻头水眼压 降产生的轴向力及转子、万向轴、传动轴、钻头 重量等各轴向力的合力。
b.径向滑动轴承
它分为上、下两组,主要作用是承受转子作行星 运动引起的弯曲载荷和钻头转动时产生的侧向力, 上径向轴承对钻井液起限流作用,它允许马达流 出钻井液的 5—10%通过轴承组件,起着冷却和润 滑轴承的作用。

【钻井精品】34.定向井造斜方法与原理

【钻井精品】34.定向井造斜方法与原理
1.槽式变向器(斜向器) 槽式变向器是早期造斜工具,其 结构及工作原理如图所示,现在 仅用于套管内开窗侧钻或不宜用 动力钻具进行造斜的情况。
2.射流钻头
钻头上安装1个大 喷嘴和2个小喷嘴。 依靠大喷嘴的射流 冲击力冲出斜井眼, 如图所示。
3.下部钻具组合
一般用于已有一定井斜角眼进行增斜、稳斜或降斜。
⑤∠QAB1即为增斜扭方位的装置角ω1;∠QAB2即为降斜扭方位的 装置角ω2; ⑥OB1长度(换算成角度),即为增斜扭方位之后的井斜角α2; OB2长度(换算成角度),即为降斜扭方位之后的井斜角α2。
增斜 增方位
QQ
ห้องสมุดไป่ตู้
(二)定向方位角的确定
1.反扭矩与反扭角的概念 当使用井底动力钻具驱动钻头破碎岩石时,钻柱受到 与钻头转动方向相反的反扭矩作用。 由于钻柱存在弹性,在反扭矩作用下,钻柱向钻头转 动方向的反方向产生扭转变形,该扭转变形的角度称 为动力钻具的反扭角(反扭角就是启动前的工具面与
定向角是定向工具面角的简称,在定向或扭方位钻进时工具面 所处的位置,用工具面角表示。工具面的位置有工作位置与非 工作位置之分, 工作位置是指启动井下动力钻具正常钻进的 工具面角,非工作位置是指不启动井下动力钻具时的工具面角。 高边 井眼在斜井段处的任一个横截面都是一个倾斜的圆(井眼轨迹 实际上是一个具有一定直径的圆柱体),该圆上存在一个最高 点,其圆心与最高点的连线称为井眼的高边。高边方位就是井 眼方位。
目前国内常用的两种定向接头:定向直接头和定向弯接头。 定向直接头用于弯壳体螺杆钻具定向钻进,定向弯接头用于 直壳体螺杆钻具定向钻进。
定 向 直 接 头
定 向 弯 接 头
定向接头的定向方法
2.可变径稳定器
可变径稳定器是一种在钻井过程中控制和 调整井眼井斜角的工具。可变径稳定器有3 个翼片,每个翼片上有4~5个活塞,可以伸 缩。活塞通过凸轮筒控制进退。通过调整 稳定器外径的大小,改变下部钻具的井斜 控制能力,从而控制井眼的井斜角。
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第三章定向井主要钻井工具介绍
3.1 泥浆马达介绍
泥浆马达由:驱动头、轴承总成、万向接头、转子、定子和旁通阀组成。

其马达部分由定子和转子组成,泵入钻具的钻井液流经马达推动转子转动后再流经钻头,转子的旋转力传递给钻头带动钻头旋转。

图3-1,井下马达的主要部件。

图3-1井下马达的主要部件
下面以纳维钻具为例分别介绍泥浆马达的各主要部件:
3.1.1旁通阀
旁通阀是为了使循环液绕过马达,因此,下钻时可让循环液灌入钻柱;起钻或接钻杆时可让管内液体泻出。

当无循环或低泵量循环时,弹簧使活塞处于上部位置,此时,孔道开启,泥浆可流入钻柱或自钻柱流出。

活塞的动作取决于排量,相当于推荐最大排量的30%时活塞被下推座于活塞座上,于是孔道被封闭,钻井液径直流经马达如果停泵,弹簧再将活塞顶回到原来上部位置,孔道又被开启。

图3-2 旁通阀示意图
3.1.2 多级马达
目前各类井下马达多为容积式马达,基本由以下两部分组成:
①具有螺旋形内腔的橡胶硫化定子。

②螺旋形的钢转子,其表面镀有硬度材料以减少磨损并防止腐蚀。

在定子橡胶和转子抗磨及抗腐蚀金属表面间是连续密封的,所以当泥浆经马达时转子就转动(如图3-3所示)。

图3-3 容积式马达转子和定子剖视图
这种马达最大优点是:
①钻井扭矩直接和马达产生的压降成正比。

②转子的转速只取决于排量,不受扭矩的影响,因此,当进行钻井作业时,在钻台上就可以确定并控制转速和扭矩。

3.1.3 万向轴
转子下端和万向轴总成相连,万向轴可把转子的非同心转动转变为驱动接头的同心转动。

万向轴总成由两个万向接头组成,每个万向接头均以抗油强力橡胶套密封并充满黄油,橡胶套密封的作用旨在使万向接头不受泥浆污染。

3.1.4 轴承总成和驱动接头
用轴承支撑的驱动接头将马达的转动和扭矩传给钻头。

约有2%的泥浆排量通过并润滑轴承,绝大部分钻井泥浆经径向轴承上面的水槽进入驱动轴并经钻头流出。

3.1.5 泥浆马达的类型
目前大多数泥浆马达都是按螺杆原理工作。

根据定子和转子的螺旋角和凸瓣数(头数)决定其扭矩和转速。

根据转子/定子头数关系的不同,可分为低转速高扭矩马达和高转速低扭矩以及中转速中扭矩马达。

如1/2转子和定子关系的马达是高转低矩马达,而7/8头关系的马达是低转速高扭矩马达。

一般来说,转度低的马达对钻头磨损小,岩屑颗粒较大;而高度低扭矩马达,对钻头磨损较严重,切削的岩屑细。

由于水平钻进的发展,泥浆马达的结构有了许多改进,以满足水平钻井的要求。

如泥浆马达的壳体做成弯角形式,甚至不止一个弯角,这相当于把造斜时马达上方的弯接头下移到马达本身壳体上。

根据弯角搭配可分为:单弯、同向双弯、异向双弯角马达,这些马达往往还配扶
正器。

带扶正器的异向双弯角马达就是所谓的导向马达,它既能转盘稳斜,又能定向造斜。

单弯壳体和同向双弯马达的造斜率可满足中曲率半径(8°~20°/30m)水平井的造斜要求。

并且其中一些马达的弯角还可调,有的通过遥控进行,有的在钻台进行。

图3-4:水平井马达系统示意图
3.1.6 泥浆马达的操作和故障排除
①泥浆马达入井前,应在钻台进行试验:检查轴承间隙、检查旁通阀弹簧的复位能力、小排量启动马达,看马达是否工作并记下该排量和泵压。

泥浆马达一般配合弯接头造斜或纠方位,因此下井后要缓慢下钻。

完成作业后,则要清洗马达,如有可能,应以清洗液(如海水、淡水等)清洗。

②泥浆马达故障排除
3.2 马达钻进时的主要工具
常规定向井作业时,马达钻进主要用于造斜和纠方位。

一套典型的造斜钻具组合的工具包括:钻头+泥浆马达+弯接头+单流阀+定向接头+无磁钻铤等。

根据测量方式的不同,仪器部分的结构也有所不同。

比如Speny-sun MWD,测量仪器的坐入需要一根无磁长钻铤和一个无磁悬挂短节。

如果是SST测斜,由于SST的信号传递是靠电缆,因此还需要一个旁通头或循环头,其作用是通过它把电缆送入钻具直至井底。

下面分别简单介绍上述主要工具的作用:
①弯接头。

它是造斜钻具产生侧向力的原因。

弯接头壳体上有高边标志线,所谓高边即弯接头的弯曲方向。

②单流阀。

它不允许泥浆倒流。

因为井底砂子较多,岩屑颗粒较大,如果不加单流阀,当停泵测斜时,从井底经钻头涌入的砂子有可能堵死马达或测量仪器。

③定向接头。

其作用是支撑和固定测量仪器,使仪器测出准确的工具面。

④无磁钻铤。

无磁钻铤的作用一是避免由于使用钢钻铤而对测量仪器产生的磁影响;二是屏蔽上下钻具及井壁周围的磁场,以保证磁性测量仪器测量结果的准确性。

⑤循环头。

当测量仪器是SST时,它被装在水龙带与方钻杆连接处,电缆由它进入钻杆。

造斜钻进时,用高压油闭封电缆入口,避免泥浆外泄。

每打完一工作立柱,接下一立柱时,必须把测量仪器从井底提进工作立柱。

接好立柱后,再把测量仪器送到井底。

⑥旁通头。

其作用也是使用SST仪器时,使电缆通过它进入钻具直至井底。

但它比循环头好,因为每次测斜完毕,不必上提仪器,而可以直接接一立柱。

旁通头被安装在钻具上。

3.3 转盘钻进时的主要工具
转盘钻进时的主要定向井工具有:扶正器、短钻铤、非磁钻铤以及方位变向器。

下面分别简单介绍上述工具。

①直井和定向井的钻具组合都使用扶正器,但扶正器的形状、尺寸和位置对定向井轨迹控制尤其重要。

一般来说,螺旋型翼片的扶正器适合于定向井,特别是近钻头扶正器。

②短钻铤用于不同的钻具组合(增斜、降斜、稳斜),使钻具组合获得不同的刚性及井斜和方位变化率,以达到轨迹控制的要求。

③方位变向器。

故名思义,方位变向器就是用来控制和改变定向井井眼方位大小的工具(钻具)。

在转盘钻井工艺中,可用通过改变钻具组合的方法控制井斜角的变化率。

但对方位的变化通常是无能为力的。

常用的解决方位漂移的方法是:预留提前角和用井下动力钻具进行“扭方位”作业。

人们一直在试图找到能用于转盘钻调方位的工具和方法。

方位变向器正是这样开发出来的。

目前,有两种方位变向器:一是美制的滑动叶板变向器;二是套筒型方位控制器。

二者工作原理类似,但后者更合理,实际效果更好一些。

方位变向器的原理是:方位变向器紧换钻头,随钻具一起旋转。

每旋转一周,方位变向器使钻头受到一个与地层漂移方向相反的水平侧向力的作用,从而使井眼方位向地层漂移力的反方向漂移,或者通过抵消地层漂移力,使井眼方位不再漂移。

由于方位变向器没有得到广泛使用,因此不再详述。

④如果使用单点测斜仪跟踪轨迹,还需要承托环。

承托环装在钻头上或非磁钻铤下端,用以支撑单点测斜仪。

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