旋转导向系统介绍
共2页第1页 旋转导向系统介绍 一、概述 随着科学技术的发展，石油钻井的勘探仪器的信息化、自动化有了长远的进步，从20世纪80年代后期，在国际上开始研究旋转导向钻井技术，到90年代初期多家公司形成了商业化技术并最终实现了信息化和自动化钻井，旋转导向钻井技术作为目前发展的前沿钻井技术之一，代表着世界钻井技术发展的最高水平。 旋转导向钻井技术可以自动、灵活地调整井斜和方位，大大提高钻井速度和钻井安全性，精确控制井眼轨迹，完全适合目前开发特殊油藏的超深井、高难定向井、水平井、大位移井、智能井等特殊工艺井导向钻井的需要，极大的降低了石油勘探、钻井的成本。 目前该项技术主要被斯伦贝谢、贝克休斯和哈里伯顿公司所垄断，而国内旋转钻井技术仅处于初级阶段，未实现商业化。 二、系统组成 1-固定钻铤 2-悬挂脉冲器 3-电池短节 4-测斜探管 5-无磁钻铤 6-无线接收短节 7-无线发射短节 8-转换接头 9-旋转导向工具 10-钻头 旋转导向钻井系统实质上是一个井下闭环变径稳定器与测量传输仪器（MWD/LWD）联合组成的工具系统。同时配有地面—井下双向通讯系统，可根据井下传来的数据，在不起钻的情况下从地面发出指令改变井眼轨迹。 旋转自动导向闭环钻井系统包括由井下导向工具、MWD系统、地面监控系统组成，实现了全井闭环控制的双向通讯。 1. 井下导向工具 导向工具采用推靠式，外壳不旋转，三个支腿(支撑力不低于2.5t)可独立控制；导向工具采用涡轮发电机供电(功率400-500W)，发电机的交流电进行整流后，一部分为导向工具主控电路供电，另一部分再逆变为交流电通过无线方式传输到外壳中的执行电路； 导向工具需要计算自身井斜及高边，以便控制支腿，停泵再开泵后，各支腿恢复到停泵前的状态； 导向工具通过无线发射短节及无线接收短节向MWD系统索取仪器的方位信息后，根据地面指令调整三个支腿的收缩状态以实现导向功能。 共2页第2页 2. MWD系统 MWD系统通过脉冲器将测斜数据上传的同时，需要根据井下导向工具要求将导向信息同时上传到地面，并为井下导向工具提供仪器的方位参数以便于导向工具调整支腿状态。 由于脉冲器动作过程中，会影响旋转导向的指令下传功能，MWD系统能够在地面通过开停泵来开启或关闭井下脉冲器，关闭脉冲器后可保证旋转导向地面指令顺利下传。 3. 地面监控系统 包括MWD泥浆脉冲解码、MWD开停泵下传及旋转导向指令下传三部分。 MWD泥浆脉冲解码：由于脉冲器的动作，会在立管处产生不同的压力，通过压力传感器采集压力变化后传送到电脑进行解码。 MWD开停泵下传：按照编码要求进行开泵操作，井下脉冲器通过振动传感器感应到并解码后执行开启或关闭指令。 旋转导向指令下传：在立管上装有旁通阀，其能够把部分泥浆送回泥浆池，按照编码要求有规律地控制旁通阀的流量，可导致井下发电机输出电压产生对应变化，井下导向工具能够检测到此信息并解码以实现地面指令的接收。 三、技术参数 a) 排量： 10L/s～55L/s b) 外径尺寸： 178mm c) 造斜率： ≥9°/30m d) 工具面精度： ±2° e) 支腿支撑力： ≥25kN f) 工作温度： 150℃ g) 最大承压： 140MPa 四、现场试验数据 2014年12月17日在现场进行了系统测试，井队泵排量32L/s，泥浆密度1.1g/cm³，井口测试，基准泵压7MPa，脉冲幅度0.5MPa； 在整个过程能够通过开停泵实现脉冲器的关闭及开启，在脉冲器开启期间，脉冲器能够根据预期设置，交替上传MWD测斜参数及旋转导向控制参数；在脉冲器关闭期间能够通过控制旁通阀实现旋转导向的信息下传，同时旋转导向能够根据地面下传的要求控制三个支腿的收缩，达到了预期试验目的； 详细试验记录见文件《旋转导向系统试验记录.xls》。
推靠式旋转导向系统推力变化平缓的控制方法
工业自动化技术•ＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
«信息技术与网络安全»２０１９年第３８卷第９期推靠式旋转导向系统推力变化平缓的控制方法∗杨 斌１ꎬ吕 伟１ꎬ刘焕雨１ꎬ岳步江１ꎬ白 璟２(１.航天科工惯性技术有限公司ꎬ北京１０００７４ꎻ２.中石油川庆钻探钻采工程技术研究院ꎬ四川广汉６１８３００)摘 要:随着石油天然气开采难度越来越大ꎬ水平井、大位移井等高难度井越来越多ꎬ对旋转导向系统的需求也不断增加ꎮ目前国内推靠式旋转导向系统的控制方法比较复杂ꎬ且推力变化不平缓ꎮ针对上述情况ꎬ通过研究矢量分解以及高次谐波的作用ꎬ提出了一种简单且推力变化平缓的控制方法ꎮ该方法软件实现简单ꎬ而且由于推力变化平缓而降低了控制系统执行机构的设计难度ꎬ具有很好的工程应用价值ꎮ关键词:推靠式旋转导向系统ꎻ侧向力ꎻ控制方法中图分类号:ＴＰ１３ 文献标识码:Ａ ＤＯＩ:１０.１９３５８/ｊ.ｉｓｓｎ.２０９６￣５１３３.２０１９.０９.０１３引用格式:杨斌ꎬ吕伟ꎬ刘焕雨ꎬ等.推靠式旋转导向系统推力变化平缓的控制方法[Ｊ].信息技术与网络安全ꎬ２０１９ꎬ３８(９):６６￣６９.Ｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｃｈｅｍｅｗｉｔｈｓｍｏｏｔｈｔｈｒｕｓｔｆｏｒｐｕｓｈ￣ｔｈｅ￣ｂｉｔｒｏｔａｒｙｓｔｅｅｒａｂｌｅｓｙｓｔｅｍＹａｎｇＢｉｎ１ꎬＬｖＷｅｉ１ꎬＬｉｕＨｕａｎｙｕ１ꎬＹｕｅＢｕｊｉａｎｇ１ꎬＢａｉＪｉｎｇ２(１.ＡｅｒｏｓｐａｃｅＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＩｎｅｒｔｉａＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＬｔｄ.ꎬＢｅｉｊｉｎｇ１０００７４ꎬＣｈｉｎａꎻ２.Ｄｒｉｌｌｉｎｇ＆ＰｒｏｄｕｃｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅꎬＣｈｉｎａＰｅｔｒｏｌｅｕｍＧｒｏｕｐＣｈｕａｎｑｉｎｇＥｘｐｌｏｒａｔｏｒｙＤｒｉｌｌｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏ.ꎬＬｔｄ.ꎬＧｕａｎｇｈａｎ６１８３００ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｗｉｔｈｏｉｌａｎｄｇａｓｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎｂｅｃｏｍｉｎｇｍｏｒｅａｎｄｍｏｒｅｄｉｆｆｉｃｕｌｔꎬｔｈｅｒｅａｒｅｍｏｒｅａｎｄｍｏｒｅｄｉｆｆｉｃｕｌｔｗｅｌｌｓｓｕｃｈａｓｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｗｅｌｌｓａｎｄｅｘｔｅｎｄｅｄｒｅａｃｈｗｅｌｌｓ.Ｓｏｔｈｅｍａｒｋｅｔｄｅｍａｎｄｆｏｒｒｏｔａｒｙｓｔｅｅｒａｂｌｅｓｙｓｔｅｍｉｓａｌｓｏｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ.Ｃｕｒｒｅｎｔｌｙꎬｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｃｈｅｍｅｏｆｐｕｓｈ￣ｔｈｅ￣ｂｉｔｒｏｔａｒｙｓｔｅｅｒａｂｌｅｓｙｓｔｅｍｉｓｃｏｍｐｌｅｘꎬａｎｄｔｈｅｔｈｒｕｓｔｃｈａｎｇｅｓｕｎｓｍｏｏｔｈｌｙ.Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｓｅｐｒｏｂｌｅｍｓꎬｔｈｉｓｐａｐｅｒｄｅｓｉｇｎｓａｎｅｗａｎｄｓｉｍｐｌｅｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｂｙｓｔｕｄｙｉｎｇｖｅｃｔｏｒｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｈｉｇｈｅｒｈａｒｍｏｎｉｃｓ.Ｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｔｈｉｓｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｉｓｓｉｍｐｌｅ.Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎꎬｂｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅｇｅｎｔｌｅｃｈａｎｇｅｏｆｔｈｒｕｓｔｆｏｒｃｅꎬｔｈｅｄｅｓｉｇｎｄｉｆｆｉｃｕｌｔｙｏｆａｃｔｕａｔｏｒｏｆｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｉｓｒｅｄｕｃｅｄ.Ｓｏｉｔｈａｓｇｏｏｄｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｖａｌｕｅ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｐｕｓｈ￣ｔｈｅ￣ｂｉｔｒｏｔａｒｙｓｔｅｅｒａｂｌｅｓｙｓｔｅｍꎻｂｉａｓｆｏｒｃｅꎻｃｏｎｔｒｏｌｓｃｈｅｍｅ∗基金项目:国家科技重大专项“大型油气田和煤层气开发”(２０１６ＺＸ０５０２２￣０２２)０ 引言旋转导向系统代表着石油钻井仪器的最高水平ꎬ尤其适用于高难度井ꎬ它对于提升钻井质量和钻井速度都有显著效果[１－２]ꎮ目前成熟的产品有斯伦贝谢的ＰｏｗｅｒＤｒｉｖｅꎬ贝克休斯的ＡｕｔｏＴｒａｋꎬ以及哈里伯顿的ＧｅｏＰｉｌｏｔ等系列产品[３－４]ꎮ国内目前没有成熟产品ꎬ都属于研制阶段ꎮ旋转导向系统按导向方式可分为两大类:推靠式ꎬ指向式[５－６]ꎮ国内对推靠式的研究居多ꎮ推靠式旋转导向系统的工作原理是调节钻井仪器上液压装置的推力ꎬ从而给钻头提供侧向力ꎬ控制钻头往设定的方向钻进ꎬ达到调整井斜角和方位角[７]并控制井眼轨迹的目的ꎮ一种典型的液压装置分布如图１所示ꎮ图１ 液压装置分布图６６ＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ•工业自动化技术
国外旋转导向技术的发展及国内现状
国外旋转导向技术的发展及国内现状
王植锐;王俊良
【摘 要】旋转导向技术在国内外得到广泛应用,以斯伦贝谢、贝克-GE、哈里伯顿、威德福为代表的旋转导向系统已经在国外成为了一项常规的定向井、水平井钻井工具.文章以斯伦贝谢旋转导向系统为例,介绍了斯伦贝谢公司的旋转导向系统、典型的应用实例以及最新现状及他们的研发机制,同时简略介绍了国内旋转导向系统的应用现状.文章认为,国外旋转导向系统已经研制出了具有不同造斜能力、满足不同地质需求的旋转导向系统序列,系统的可靠性高、使用时间长、性能稳定、适用性好.国内的旋转导向系统已经在技术上有突破,在一些井上进行了现场试验,取得了初步的成效,但还需要进行持续不断的科技攻关,以期尽快大规模推广应用.
【期刊名称】《钻采工艺》
【年(卷),期】2018(041)002
【总页数】5页(P37-41)
【关键词】旋转导向系统;斯伦贝谢;推靠式;指向式;混合式;造斜能力;钻井系统
【作 者】王植锐;王俊良
【作者单位】重庆科技学院;斯伦贝谢公司沙特阿拉伯达兰基地
【正文语种】中 文
国外从20世纪80年代末期开始进行旋转导向钻井系统的研发，20世纪90年代进入商业化使用，并逐渐改进、升级、完善。目前，以斯伦贝谢、贝克GE、哈里伯顿、威德福为代表的石油技术服务公司分别拥有自己先进的旋转导向系统序列，大规模应用在油田技术服务中，已经成为了一种主要的定向井、水平井钻井工具。国内一些研究机构和技术服务公司也在同期开始了自主研发，取得了一些技术上的突破，但与国外服务公司水平相比，还存在着较大的差距。通过调研，尚未发现有文章全面系统介绍国外旋转导向系统。斯伦贝谢公司的旋转导向系统占据了大部分的服务市场，具有一定的代表性，因此本文主要以斯伦贝谢公司的旋转导向系统为例介绍国外旋转导向技术的发展现状、研发机制，力争能够有所借鉴，有利于国内旋转导向系统的不断改进、升级、完善，以期尽快大规模地投入商业化应用。
导向钻井技术(讲课版)
导向钻井技术
（胜利钻井工程技术公司 周跃云）
基本概念
在定向井、水平井钻井中，为了使井眼轨迹得到合理的控制，世界各国相继开发研究了各种相应的技术，这些技术大致可分为两方面：一是预测技术，一是导向技术。
预测技术是根据力学和数学理论，对影响井眼轨迹的各种因素进行分析研究，从而预测各种钻具组合可能达到的预期效果。但目前的预测技术水平远远低于所要求的指标。鉴于此，导向技术应运而生。
导向技术是根据实时测量的结果，井下实时调整井眼轨迹。井下导向钻井技术是连续控制井眼轨迹的综合性技术，它主要包括先进的钻头（一般为PDC钻头）、井下导向工具、随钻测量技术（MWD、LWD等）以及计算机技术为基础的井眼轨迹控制技术,其主要特点是井眼轨迹的随钻测量、实时调整。
导向钻井技术是随油藏地质的要求和钻井采油地面条件的限制而逐步发展起来的。在这种技术中，井下导向钻井工具处于核心地位，它决定导向钻井系统的技术水平，导向技术则是导向钻井系统的关键技术。 一、导向钻井的工具和仪器
定向井技术的进步与定向井工具和仪器的发展是相辅相成的，是密不可分的。定向井钻井实践的需要，设计开发了专门用于定向井的工具和仪器，并在钻井实践中得到完善和提高；随着定向井工具和仪器的发展，极大地推动了定向井工艺技术水平的进步；而工艺技术的进步，对定向井工具仪器又提出了更新更高的要求。胜利油田以及我国定向井发展的历程，充分地说明了这一辩证关系。
1.1 导向工具的主要类型
随着定向井、水平井和大位移延伸井的日益增多，各种相应的井下工具相继出现，如弯接头，变壳体马达，各种稳定器等。对这些工具一般要分为两大类：一为滑动式导向工具，二为旋转式导向工具。两者的主要区别在于导向作业时，上部钻柱是否转动，若不转动，则为滑动式导向工具，否者为旋转式导向工具。
1.1.1 滑动式导向工具
滑动式导向工具在导向作业时，转盘停止转动并被锁住，只有井底马达作业。调整好工具面，钻进一段时间后，再开动转盘，使整体钻柱旋转，以减少摩阻及改善井眼清洗程度，随后再根据需要进行定向作业。可以看出，这种作业方式要把大量的时间花费在定向作业上，尤其是深井作业更是如此。但其优点是成本低，易于实现。 目前滑动式导向工具主要有各种弯角的固定式弯接头，弯壳体马达以及可变角的弯接头、弯壳体马达，偏心支撑型马达等。
BAKE HUGES旋转导向操作手册20190112-中文
1
旋转导向操作手册
2019-01-12
2
目录
第一章 旋转导向仪器的简介 .......................... 1
第二章 旋转导向仪器的原理与参数 .................... 1
第三章 旋转导向仪器的作业安全 ...................... 3
第四章 旋转导向仪器作业流程 ........................ 4
第五章 ToolCom NT的设置及工具检测 .................. 6
第六章 TIP的设置 .................................. 18
第七章 DownLink 的设置 ........................... 25
第八章 常见问题处理方法 .......................... 29
1
第一章 旋转导向仪器的简介
建立在先进闭环循环系统成功应用的基础上，在旋转导向的设计中，运用了最新的随钻测
量技术。这种第三代系统开拓了定向井钻井的新领域，包括双向地质导向和大位移钻井。
该工具可以在旋转钻进过程中实现导向，改变井眼轨迹，并与地面双向通讯。
旋转导向系统，可提供近钻头井斜、方位伽马、电磁波传播电阻率、实时压力和振动测量。
旋转导向服务具有以下几个方面的优势：
1.旋转中实现导向：降低摩阻扭矩、实现井眼清洁、更高机械钻速、减少压差卡钻、提高
钻头性能、提高井眼质量、节约时间。
2.自动导向控制：精准的水平段垂深控制、降低井眼屈曲。
3.地层评价和压力：精确的地质导向和井眼轨迹控制、电磁波传播电阻率、方位伽马、钻
具内、环空和静液压力。
4.双向通讯：多样的随钻测量指令、可调导向（工具面）、可调狗腿度、一趟钻打完井段、
适应环境的传输。
第二章 旋转导向仪器的原理与参数
LWD-O can realize formation oil, gas and water interface and evaluation of geosteering, this
旋转导向系统在水平定向钻进中试验成功
第２４卷第２￣３期 ２００７拄 非开挖技术 Ｔｒｅｎｃｈｌｅｓｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｏ１．２４．Ｎｏ． ０
Ｍａｒ．．２００７ ７１
旋转导向系统在水平定向钻进中试验成功
Ｂｒｙａｎ Ｗｉｃｈｍａｎｎ著涂昌鹏译
摘要：旋转导向系统（ＲＳＳ）能在钻杆回转状态下改变钻孑Ｌ倾角和方位角，从而能够在定向钻进中始终保持 钻压和钻进效率，这种钻具早已在石油和天然气定向钻进中成功应用，此次在非开挖水平定向钻进中试验成 功，显示出其具有广阔的应用前景。 关键词：非开挖、水平定向钻进技术、旋转导向系统
ＩｎｔｅｒＣｏｎ建设工程公司与ＩｎｔｅｒＳｙｎ工程技术公
司和Ｓｃｈｌｕｍｂｅｒｇｅｒ钻进与测量公司三家密切配合，
首次采用新型孔底钻具组合——旋转导向系统 （Ｒｓｓ）成功完成了一项水平定向钻进穿越工程。
虽然长１３ 英尺的穿越工程已不再具挑战性， 但水平定向．０钻０进承包商却将其视为应用 Ｓｃｈｌｕｍｂｅｒｇｅｒ Ｐｏｗｅｒｄｒｉｖｅ ＲＳＳ系统的一次理想机
会，通过该项工程，参与试验的各家公司都可以学习
到ＲＳＳ的优越性，也可以了解其与泥浆马达岩石钻
进系统的差异。
１ 工程概况
ＩｎｔｅｒＣｏｎ和Ｓｃｈｌｕｍｂｅｒｇｅｒ公司都希望能够有机
会在距离比较短的岩石地层穿越中试验 ＰｏｗｅｒＤｒｉｖｅ ＲＳＳ系统，以便能够评价其在水平定向
钻进施工中的优缺点。各家公司都知道石油钻井技
术领域与水平定向钻进技术之间肯定会出现差异，
但如何去解决这种差异却是大家所期待的。尽管困
图１旋转导向钻具 难重重，但ＩｎｔｅｒＣｏｎ公司的以Ｂｒｕｃｅ Ｇａｂｒｉｅｌｓｅ和
Ｓｔｅｖｅ Ａｌｌｅｎ领衔的定向钻进团队仍然希望在水平定
向钻进穿越工程中完成这项任务。 该工程需穿越两条小河和一条县级公路，长度
仅１３００英尺。ＩｎｔｅｒＣｏｎ公司要求Ｓｃｈｌｕｍｂｅｒｇｅｒ代理
人召集了位于俄克拉荷马州的ＰｏｗｅｒＤｒｉｖｅ服务中
旋转导向系统偏置机构设计分析及现场应用研究
分类号ＴＥ２４３密级
万步名夕昌欠净
Ｘｉ’ａｎＳｈｉｙｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
工程硕士
硕士学位论文
题目旋转导向系统偏置机构
申请人
指导教师姓名
申请学位专业
提交论文日期设计分析及现场应用研究
石油与天然气工程
２００６年１０月２５日中文摘要
论文题目：专业；硕士生：指导教师：旋转导向系统偏置机构设计分析及现场应用研究石油与天然气－Ｉ－程茎霎｛萋耋；监
李琪（签名）２丕磁
余冬青（签名）缰∑垒，霉
摘要
旋转导向钻井技术是目前石油行业最具有代表性和先进性的关键技术之一，是钻井科研攻关的重大课题之一。目前国外已有成熟的商业系统并且进入国内服务，而国内也开始对该项技术进行重点攻关研究，并在关键技术方面取得了重大突破。作者在国内钻井现场使用了两种旋转导向钻井系统，发现其对国内钻井现场的适应性较差，本文就是围绕这一问题展开研究的。本文结合国内正在开发的调制式旋转导向钻井系统（ＭＲＳＳ）的研究，重点对其调制式旋转导向钻井工具（加略Ｔ）的偏置导向机构进行现场分析、对系统液流分配、压力损耗进行了计算分析，提出了一种改进的偏置导向机构的设计思想。本文首先对旋转导向钻井技术进行总体介绍，并详细叙述了ＭＲＳ￥系统工作原理及结构组成。其次，通过对两种旋转导向钻井系统在塔里木油田钻井现场的使用情况进行对比分析，找到其不适应国内钻井现场的主要原因是系统工作时泵压太高，排量不能满足要求。第三，通过对国内的ＭＲＳＴ系统液流分配、压力损耗进行了计算分析，得出了卸压孔径与导向力的关系以及系统压力损失分布情况。第四，根据现场应用技术研究和计算结果分析提出了改进ＭＲＳＴ系统结构设计的思想。通过本文的工作，为旋转导向钻井系统在国内的推广和研制提供了一些参考。
关键词：旋转导向钻井；偏置机构；导向力：现场应用论文类型：开发研究
Ⅱ英文摘要
Ｓｕｂｊｅｃｔ：ＳｔｕｄｙＯｎＦｉｅｌｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＡｎｄＡｎａｌｙｓｉｓＡｎｄＤｅｓｉｇｎＯｆＲｏｔａｒｙＳｔｅｅｒｉｎｇＳｙｓｔｅｍＢｉａｓＭｅｃｈａｎｉｓｍＳｐｅｃｉａｌｔｙ．Ｏｉｌ＆ＧａｓＷｅｌｌＥｍｌｇｉｎｅｅｒｉｎｇＮａｍｅ．ＬｉｕＬｅｉ（ｓｉｇｕａｔｕ件）』ｉ垡』垒ｉ
旋转导向工具导向模块部件组成及原理
旋转导向工具导向模块部件组成及原理
摘要：本文主要对旋转导向钻井工具研发的关键技术之一导向模块的研究情况作了简要介绍，并对目前导向模块的机械设计结构、供电、通讯、控制系统的工作原理、非接触供电部分的试验设计做了详细的说明，确定了存在的技术难点及下一步我们要主攻的研究方向。
关键词：旋转导向工具 导向模块 非接触供电 电磁感应 定向控制
一、旋转导向结构
旋转导向钻井工具由双向通讯系统、MWD随钻测井系统以及导向系统三部分组成。导向系统是其主要执行机构，是能否实现定向自动控制的重要部件。导向头设计结构，如图1所示。
图1：导向头结构图
导向头从结构上分为旋转轴和不旋转导向外套两大部分。旋转轴从导向套中间穿过与钻头连接，带动钻头与钻柱一起旋转，导向套与旋转轴之间镶有金刚石耐磨片的硬质合金滑动轴承，以保证相对转动时产生较小的磨损。三个可伸缩翼肋布置在导向套中，由地面大控制闭环或地下小控制闭环控制其伸缩量以进行方位和井斜的控制。
二、导向头各部件组成与工作原理
(一)导向头各部件组成
导向头部分由初级电路模块、非接触供电及通讯模块、次级电路及近钻头井斜工具面测量模块、液压模块等组成。其中初级电路模块、非接触供电的内套部分和中心轴一起旋转，而非接触供电的外套部分、次级电路及近钻头井斜工具面测量模块、液压模块置于不旋转导向套中。
1.初级电路模块
包括信号解调电路、信号与能量载波调制电路。它用于接收上部泥浆发电机向下传递的电能及地面给出的命令信号给出的轨迹井斜方位信号并经过处理后输出。再通过信号与能量载波调制电路与命令信号、轨迹井斜方位信号进行相应的调制，输出给非接触供电及通讯模块。
2.非接触供电及通讯模块
信号与电能的共同传递还会带来信号调制和双向同步传输能量与信号的问题。信号调制的关键是如何进行优化调制以达到最小的错码率。双向同时传输的主要问题是在一条通路上如何进行下传150W交流电能的同时上传控制信号。这些方面都需要进行深入的理论研究及实验。经过调研试验，项目组已经确定了应用感应式非接触供电及信号传递技术在初级电路和次级电路之间传递的可行性。非接触供电及信号传递系统包括原边和副边，其设计结构如下：
旋转导向钻井研究现状
25技术应用与研究
旋转导向钻井系统（简称RSS）是指在钻具不停的旋转工况下，能够随时完成对井眼轨迹的调整。由于旋转导向钻井技术能够很好的解决摩阻扭矩、井眼净化、位移延伸、轨迹控制等难点，所以，被称为钻井工业的一场革命创新。上个世纪90年代，国际上多家石油服务公司分别研制了各自的旋转导向钻井系统。目前，已经技术成熟并进行商业化应用的石油技术服务公司主要有：斯伦贝谢、哈里伯顿、贝克、威德福等。一、旋转导向钻井系统简介1.旋转导向钻井系统构成旋转导向钻井系统的组成如下图1所示。其主要有图中所标注的四部分组成即地面监控系统、双向通讯系统、随钻测量系统、井下导向工具。其中井下导向工具是旋转导向钻井系统的最重要组成部分，也是技术上的难点和核心。旋转导向钻井系统的最主要特点是：旋转导向、实时监控、双向通讯等。
图1 旋转导向钻井系统组成示意图2.旋转导向钻井系统分类旋转导向钻井系统依据导向方式和原理可分为两种：推靠式和指向式。这两种方式的工作机理都是依靠其各自的偏置机构偏置钻头或钻具，产生导向作用。其中偏置机构依据工作方式划分为静态式和动态式。静态偏置式是井下导向工具在旋转钻进中不与钻具一起旋转，而是稳定在某一设计方向上提供导向力；动态偏置式是井下导向工具在旋转钻进中与钻具一起旋转，导向工具在旋转时定时支出向某一设定方向提供导向力。相对比而言，指向式系统具有造斜能力强、应用范围广等优势，能够满足各种复杂情况。二、国外最新的旋转导向系统1.斯伦贝谢公司的PowerDrive系统斯伦贝谢初始的PowerDrive系统是全旋转导向，其井下导向工具具有三个支撑导向棱块。当井下工具开始工作后，地面监控系统通过双向通讯系统向导向工具发送指令需要在某个方向导向时，导向工具每旋转一周三个导向棱块都在该方向的相反方向伸出一次，顶向井壁产生支撑力，使钻头偏向所需固定方向，导向棱块转离该方向后自动收回。斯伦贝谢公司由最初研发的PowerDrive系列工具，后续发展了指向式的PowerDrive Xceed系列旋转导向工具，近期该公司又发布了新型高造斜率的指向式旋转导向工具（PowerDrive Archer）。2.哈里伯顿公司的Geo-Pilot系列哈里伯顿公司研制的Geo-Pilot旋转导向系统属于不旋转套式工具，也即指向式旋转导向工具。其导向效果主要由工具内偏心机构产生，该偏置机构由几个受控制的偏心环组合而成。当井下控制机构接收到地面发送的指令后，该偏置机构在控制机构的控制下进行组合，能够达到使万向轴偏向所需方向，然后固定这种组合于不旋转套筒上，从而达到旋转导向钻进的功能，进而控制井眼轨迹。3.贝克休斯公司AutoTrak系统贝克休斯公司的旋转导向钻井系统以推靠式为主，在其不旋转的外筒上均匀分旋转导向钻井研究现状周尊鹏 中石化胜利石油工程有限公司钻井工程技术公司【摘 要】旋转导向钻井由于钻进过程中钻具始终处于旋转状态，因此具有井眼净化效果好，轨迹控制精度高，井眼延伸能力强等技术优势。本文首先介绍了旋转导向钻井系统的构成、分类，其次针对目前已技术成熟，商业化应用的几家国际石油服务公司的旋转导向系统进行了研究分析，介绍了其各自的特点。【关键词】旋转导向钻井；推靠式；指向式；研究现状布三个支撑肋，支撑肋由独立的液压系统提供动力推靠井壁产生所需要的侧向力，三个支撑肋产生的侧向力之和即为导向工具的导向力，从而实现旋转导向钻进。近年来贝克休斯已改进为推靠和指向复合式。其最新研制的AutoTrak Curve系统可以实现一趟钻完成直井段、造斜段、水平段，使钻井速度更快，系统性能更优越。同时，AutoTrak的优势还在于它集成了先进的LWD系统，从而缩短了底部钻具组合的长度，地质参数传感器更接近钻头，使轨迹控制更加精确。4.威德福公司Revolution系统威德福公司研制的Revolution旋转导向钻井系统是属于指向式。其井下导向工具主要有不旋转套筒、近钻头旋转稳定器、旋转传动轴组成。井下控制系统接收到地面发送的指令后，产生所需的偏移方向和偏移角度，从而使传动轴产生偏移。同时，传动轴旋转带动并引导钻头向既定方向钻进。5.Gyrodata公司的Well-Guide系统Well-Guide旋转导向系统属于指向式。其套筒用反旋转装置防止旋转，内部装有各种传感器，内部的可旋转传动轴来驱动钻头进行导向钻进。三、结论1.旋转导向钻井系统以其技术优势，降低摩阻、提高钻探深度、精确控制轨迹等，将成为各类复杂结构井的重要钻井方式，其应用前景也是非常好的。2.国内旋转导向系统已经在技术上实现了重要突破，试验样机也已在现场应用，并取得了良好的效果。但是还需要针对使用过程中的问题进行科研攻关。参考文献：[1]肖仕红,梁政.旋转导向钻井技术发展现状及展望[J].石油机械,2006,34(4):23-25[2]赵金洲,孙铭新.旋转导向钻井系统的工作方式分析[J].石油机械,2004,32(6):73-75
旋转导向钻井技术现状及发展趋势
旋转导向钻井技术现状及发展趋势
旋转导向钻井技术是一种先进的钻井技术，目前已经在国内外得到了广泛的应用。这种钻井技术的现状和发展趋势可以总结为以下几点：
现状：
旋转导向钻井技术已经在国内外得到了广泛的应用，包括陆地和海洋钻井。
这种技术具有摩阻与扭阻小、钻速高、成本低、建井周期短、井眼轨迹平滑、易调控并可延长水平段长度等特点。
旋转导向钻井系统已经成为当今石油钻井工程领域最重要的前沿装备之一，也是实现石油钻井向数字化、信息化、自动化方向发展的核心技术和重大装备。
发展趋势：
智能化：随着人工智能和机器学习技术的发展，旋转导向钻井系统的智能化程度将越来越高。通过引入智能算法和传感器，可以实现对钻井过程的实时监测和智能控制，提高钻井效率和安全性。
绿色化：在环保压力日益增大的背景下，绿色化成为旋转导向钻井技术的重要发展趋势。通过优化钻井工艺、使用环保材料和设备等措施，可以降低钻井过程中的能耗和排放，减少对环境的影响。
深海化：随着深海石油资源的开发需求不断增加，深海化成为旋转导向钻井技术的重要发展方向。通过研发适用于深海环境的旋转导向钻井系统和设备，可以实现对深海石油资源的有效开发。
极端环境适应性：为了应对极端环境下的钻井挑战，如高温、高压、高盐等环境，需要提高旋转导向钻井系统的极端环境适应性。通过研发适用于极端环境的材料和设备，可以拓展旋转导向钻井技术的应用范围。
总的来说，旋转导向钻井技术在国内外已经得到了广泛的应用和发展，未来将朝着智能化、绿色化、深海化和极端环境适应性等方向发展。
旋转导向随钻测控技术
旋转导向随钻测控技术
作者：王忠良，李金刚，黄川
来源：《石油知识》 2016年第4期
王忠良 李金刚 黄 川
水平井开发作为提高单井产量及采收率的重要手段已在长庆区块普遍应用，而优质、高效地完成薄油层长水平段水平井开发则是其中技术难点。因此，随钻测井（Logging While
Drilling，LWD）技术的作用显得尤为重要。
经过近30年的发展，旋转导向技术已经日趋成熟，国际三大油服企业都推出了性能可靠的选择导向系统，本文以贝克休斯AutoTrak GT4G为例，介绍旋转导向随钻测井技术。
传统随钻测井技术采用的滑动导向系统，在钻长水平段水平井时，由于上部钻柱不旋转，会引起摩阻和扭矩过大、方位漂移失控、井眼轨迹不平滑等问题。计算和实践均证明，水平井的水平段极限延伸能力受到了限制。而贝克休斯旋转导向随钻测控技术，能有效地解决上述难题。
贝克休斯AutoTrak 系统是一套集钻进和随钻测量为一体的随钻测井系统，含有多种自动化旋转钻进模式、三参数全系列随钻测井仪器、实时成像、近钻头测量、上下传输闭环通讯系统、大功率井下发电机、高速脉冲器等多项先进技术，可实现旋转钻进中改变井眼轨迹和全系列测井。
AutoTrak 系统主要由旋转导向头短节、ONTRAK 测量短节、BCPM通讯供电短节和SDN放射性测量短节4部分组成。它测量参数齐全，不仅有工程数据、地面数据、钻井安全指标数据，还有地质导向和测井评价所需的各种数据，如当量循环密度、伽马成像、电磁波电阻率、超声波井径、补偿中子及密度成像等。
AutoTrak 系统有以下技术指标：
①含沙量：小于0.5%
②最大泵压：25000psi
③最小转盘转速：50rpm
④最高钻压：67kN
⑤工作温度：-20～150℃
⑥钻头处最大扭矩：12kNm
⑦狗腿度：旋转：10°/30m；非旋转：30°/30m