旋转导向钻井系统原理简介 (1)

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国内外旋转导向钻井系统导向原理

息与设计数据进行对比，自动产生控制命令；也可按照地面指令来控制液压系统的液压力。 2． 2 Noble Corp． NDT 的 Well Director 和 Express Drill
Well Director 系统的井下工具系统主要由旋转驱动心轴和不旋转外筒 2 大部分组成。不旋转外筒内部设计有井下微处理器，传感器电子短节，液压导向执行机构，其中液压导向执行机构包括控制阀和活塞驱动的导向翼肋，共 4 个导向翼肋。由于 AutoTrak RCLS 系统和 Well Director 系统都源于德国 KTB 项目开发的直井钻井系统，所以这 2 种系统工作原理类似［8］。Express Drill 系统在 Well Director 的基础上做了部分的改进，最大的特点就是实现了结构的模块化，使得该系统更容易拆装和维护保养，更能满足实际钻井的需要。 2． 3 中国海洋石油集团公司的可控偏心器式旋转导向钻井工具系统
2012 年第 39 卷第 9 期
探矿工程（岩土钻掘工程）
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模式与贝克休斯公司的 AutoTrak 旋转闭环钻井工具通过在 3 个翼肋上施加不同的压力形成导向力矢量来控制井眼轨迹的导向控制模式有着本质的差别［9］。
收稿日期： 2012 － 04 － 12 基金项目：国土资源部基金项目“页岩气调查及勘探开发钻井技术研究”（ 2009GYXQ15 － 11 － 03）作者简介：雷静（ 1987 －），男（土家族），湖南人，中国地质大学（北京）硕士研究生，中交四航工程研究院有限公司，钻井工程专业，从事钻探工具设计和工艺研究工作，北京市海淀区学院路 29 号，leijingcugb@ hotmail． com。

旋转导向原理及应用

51旋转导向原理及应用马　速中石化胜利石油工程有限公司钻井工程技术公司【摘　要】旋转导向钻井系统实质上是一个井下闭环变径稳定器与测量传输仪器.它完全抛开了滑动导向方式，而以旋转导向钻进方式，自动、灵活地调整井斜和方位，大大提高了钻井速度和钻转导向钻进方式，轨迹控制精度也非常高。

【关键词】旋转导向；偏置稳定器；推靠式旋转导向；指向式旋转导向迄今为止，定向钻井技术经历了三个里程碑：利用造斜器（斜向器）定向钻井；利用井下马达配合弯接头定向钻井；利用导向马达（弯壳体井下马达弯壳体井下马达）定向钻井。

这三种定向钻井工具的广泛使用，促进了定向钻井技术的快速发展，使得今天人们能够应用斜井、丛式井、水平井、水平分支井技术开发油田。

为了克服滑动导向技术的不足，从20世纪世纪80年代后期，国际上开始研究旋转导向钻井技术，到20世纪世纪90年代初期多家公司形成了商业化技术。

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。

它完全抛开了滑动导向方式，而以旋转导向钻进方式，自动、灵活地调整井斜和方位，大大提高了钻井速度和钻井安全性，轨迹控制精度也非常高，非常适合目前开发特殊油藏的超深井、高难度定向井、水平井、大位移井、水平分支井等特殊工艺井导向钻井的需要。

一、旋转导向钻井系统的特点第一，在钻柱旋转的情况下，具有导向能力；第二，如果需要，可以与井下马达一起使用；第三，配有全系列标准的地层参数及钻井参数检测仪器；第四，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；第五，工具设计制造模块化、集成化；第六，可以在150℃以上的高温井中使用；第七，定向钻井时不需要特殊的钻井参数，以保证准确光滑的井眼轨迹。

二、目前国际上常见的旋转导向钻井系统法国Schlumberger Anadrill公司的R ．L．Monti在在1987年世界石油年世界石油大会上宣读的“Optimized Drilling”论文中，对自动化闭环优化钻井技术第一次做了系统的阐述。

旋转导向钻井技术介绍

•1993年，意大利AGIP公司与美国BakerHughes INTEQ公司合作
在早期的垂直钻井系统(VDS)和直井钻井装置(SDD)基础上研制
了旋转闭环系统(RCLS)。
Triple Combo
Non Rotating
•199S7le年ev注e 册为AutoTrak，正式推向市场。
• 用连续旋转钻井方式钻成理想的井斜和方位，既可以精确地按照
Magnitude
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（1）AutoTrak RCLS系统
整体设计
①非旋转固定套筒上装有能够单独操作的、可调的导向筋，导向筋可以在钻头上形成侧向力，以便进行造斜或保持现在的井眼轨迹；
②井下计算机和传感器可连续监测和控制相对于下步目标的当前井眼轨迹，地面与地下的实时双向通信联系。
13
Control principle two way communication
静态偏置式：偏置导向机构在钻进过程中不与钻柱一起旋转，从而在某一固定方向上提供侧向力。
调制式：偏置导向机构在钻进过程中与钻柱一起旋转，依靠控制系统使其在某一位置定向支出提供导向力。
旋转导向钻井系统的工作机理都是靠偏置机构 (Bias Units)偏置钻头或钻柱而产生导向。
两种偏ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ工作方式对比
5
2、旋转导向钻井系统分类
（3）综合考虑导向方式和偏置方式分类
静态偏置推靠式： Baker Hughes Inteq公司AutoTrak RCLS。动态偏置推靠式（调制式）： Schlumberger Anadrill公司
PowerDrive SRD。静态偏置指向式：Halliburton Sperry-sun公司Geo-Pilot系统。

自动旋转导向钻井工具结构原理及特点

自动旋转导向钻井工具结构原理及特点[摘要] 自动旋转导向钻井工具弥补了滑动式导向钻井工具在定向井钻井,特别是在大位移井及长距离水平井的使用中暴露的缺点与不足。

浅显分析国内外在定向钻井工具技术差距,从结构原理和特点上出发阐述了自动旋转导向向钻井工具的。

[关键词] 自动旋转导向钻井工具一.前言现有的滑动式导向钻井工具在定向钻井,特别是在大位移井及长距离水平井的使用中暴露出不少缺点与不足。

自动旋转导向钻井工具可以弥补这些缺点,是目前定向钻井工具发展的一个热点及方向。

笔者据此介绍美国三家公司的自动旋转导向钻井工具的结构原理及特点。

针对现有定向钻井工具的缺点和不足,浅析今后旋转导向钻井工具结构设计的发展趋势。

迄今为止,定向钻井技术经历了三个里程碑:①利用造斜器(斜向器)定向钻井;②利用井下马达配合弯接头定向钻井(造斜率是弯接头弯角、井下马达刚度和地层岩石硬度的函数);③利用导向马达(弯壳体井下马达)定向钻井(弯角点离钻头的距离近得多,因此产生的造斜率大)。

目前这三种定向钻井工具在世界各地被广泛使用,并促进了定向钻井技术的快速发展,使得今天人们能够应用斜井、丛式井、水平井技术开发油田。

二.目前国内定向钻井工具现状随着石油工业的发展,为了获得更好的经济效益,需要开发深井、超深井、大位移井和长距离水平井,而且常常要在更复杂的地层,如高陡构造带钻井。

这些都对定向钻井工具提出了更高的要求。

目前以井下马达为主的定向钻井工具已不能满足现代钻井技术的要求,主要存在以下缺点和不足:(1)利用井下马达导向时是滑动钻进,钻柱弯曲比旋转钻进时严重,井壁与钻柱间的轴向摩擦力大,使钻压很难加在钻头上。

在大延伸井和水平井中这一情况更严重,在极端情况下会造成钻柱屈服,因此它限制了水平井和大斜度井的深度。

(2)在地面对井下马达进行扭方位操作时,旋转摩擦、钻头扭矩、钻杆的扭转弹性变形等都妨碍了工具面的控制,从而影响井下马达在大斜度井和水平井中的使用。

旋转导向钻井技术(简版)

扩大应用范围
03
旋转导向钻井技术的应用范围不断扩大，不仅适用于直井和斜
井，还可应用于水平井、分支井和多分支井的钻井作业。
旋转导向钻井技术的发展前景
技术创新
随着科技的不断进步，旋转导向钻井技术将不断创新和完善，提高钻井效率和精度。
智能化发展
未来旋转导向钻井技术将与智能化技术相结合，实现钻井过程的自动化和智能化，进一步提高钻井效率和安全性。
操作难度大
旋转导向钻井技术的操作难度较大，需要专业技术人员进行操作和维护。
维护保养成本高
旋转导向钻井技术的维护保养成本较高，需要定期进行检测和维修。
03
技术应用
旋转导向钻井技术在石油工业中的应用
水平井和复杂结构井的钻井
旋转导向钻井技术能够实现水平井和复杂结构井的高效钻井，提高油藏的采收率。
案例概述
某研究机构致力于旋转导向钻井技术的研发，经过多年的研究与实践，成功开发出具有自主知识产权的旋转导向钻井系统。
技术研发
该研究机构在旋转导向钻井技术方面取得了多项突破，包括高精度导航控制、钻头稳定器设计、信号传输技术等关键技术。
成果与效益
该研究机构的旋转导向钻井技术成果得到了广泛应用，为国内外石油公司提供了技术支持与解决方案，推动了该技术的发展与进步。
地热能开发
在地热能开发领域，旋转导向钻井技术有助于实现地热井的高效、精确钻进。
地下水开采
在地下水开采领域，旋转导向钻井技术能够优化井位布局，提高开采效率。
旋转导向钻井技术的未来发展技术将不断进行技术创新和改进，提高钻井精度和效率。
智能化与自动化
分析认为旋转导向钻井技术在该地区油气田开发中取得了良好的应用效果，建议进一步推广该技术，提高油气勘探开发水平。

旋转导向钻井系统RNDS

Ç Ç÷ ÇÇ Ç Ç
2013-8-5 12
¹ ×´ » « ¾ Ä PowerDriveÐ ÐÐòÐÐ Ë Â ±Ð ¹ Ë µ ý × Ð
PowerDrive ÇÇ °Ç ×
2013-8-5 13
二、RNDS系统的组成
旋转导向钻井系统（RNDS），由旋转导向钻井工具（CPD）和MWD测量系统组成，其中MWD系统是成熟的，不进行任何的改造就可以直接应用；旋转导向钻井工具（CPD）与Auto Track井下工具属于同一类型，都是非旋转偏心稳定器结构，但具体的构造不同、控制方式不同，与后者相比结构简单的多；但是CPD也不同于江苏油田的舵板式钻头导向器，它是一个功能强大的井下导向工具，且具有双向通讯功能，与 MWD/FEWD系统可以组成完整的、可靠的旋转导向钻井系统。
热烈欢迎各位领导专家光临指导
2013-8-5 1
地面控制旋转导向钻井系统（RNDS）
Rotary Navigate Drilling System
胜利钻井工程技术公司魏文忠、秦利民
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Copyright 1996-98 © Dale Carnegie & Associates, Inc.
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20世纪80年代末，国外首先研制了遥控变径稳定器（如AGS、Tracks 等），虽然仅是两维旋转导向控制钻井轨迹，但是在完成的许多大位移延伸井的钻井过程中起到了决定性的作用。 1999年胜利钻井技术公司引进了美国SperrySun公司的遥控变径稳定器AGS，在埕北21-平1大位移水平井施工中起到了很好的作用。但是，变径稳定器旋转系统,不能控制方位。
内容：
1、导向钻井技术发展概述 2、 RNDS系统的组成和总体效果 3、 RNDS系统结构原理

探讨石油定向井钻井中的旋转导向技术

探讨石油定向井钻井中的旋转导向技术
石油定向井钻井是一项关键的技术，它可以在地下岩层中定位和探测石油储层，并为石油开采提供准确的方向和轨迹。

在石油定向井钻井过程中，旋转导向技术起着重要的作用。

本文将探讨旋转导向技术在石油定向井钻井中的应用。

旋转导向技术是一种通过旋转钻杆来改变钻头方向和轨迹的方法，它能够增加井眼的弯曲程度，从而使钻头进一步定向。

旋转导向技术主要包括旋转底部驱动(MWD)和测量底部驱动(LWD)两种主要类型。

旋转底部驱动技术是一种通过安装在钻头下部的传感器来测量钻杆的旋转角度和方向的方法。

这些传感器能够测量井壁的压力、流量、温度等参数，并传输到地面设备上进行实时监测和分析。

通过这种方式，钻井工程师可以根据井壁的物理情况和岩层的性质来调整钻头的方向和轨迹，从而实现更精确的定向钻井。

除了测量底部驱动技术和测量底部驱动技术，还有其他一些辅助技术可以辅助旋转导向技术的实施。

方位传感器可以帮助钻井工程师确定钻杆的方位角度，从而提供更准确的定位数据。

流量控制阀可控制钻杆内部的流体流量，从而实现更好的动力和控制效果。

还有一些其他的传感器和控制装置，例如测量底部驱动系统和数据采集系统等，也可以用于优化旋转导向技术的实施。

旋转导向技术在石油定向井钻井中具有重要的作用。

通过测量底部驱动和测量底部驱动技术，钻井工程师可以实时监控钻头的运动和地层特性，从而调整钻头的方向和轨迹，实现更精确的定向钻井。

其他辅助技术也可以增强旋转导向技术的效果。

通过不断的研究和改进，旋转导向技术将继续为石油定向井钻井提供更高效、安全和可靠的解决方案。

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。

旋转导向钻井系统原理

旋转导向钻井系统原理旋转导向钻井系统原理是：旋转钻井是从顿钻钻井演变而来的，它的应用最为广泛。

转盘钻井是通过一套地面设备，即钻机、井架以及一套提升系统，通过提升系统将井下钻具提起、下放、靠转盘转动。

钻具转动带动下边钻头转动，钻头转动时就可破碎岩石，破碎了的岩屑被泥浆泵泵人井内的泥浆循环带到地面。

钻头磨损了，再将钻具起出来换上新钻头，再下钻钻进，这样井不断加深直到将井钻到预计井深。

石油和天然气埋藏在地下几十m到几km深度不等的有孔隙、裂缝或溶洞的岩石中，为了寻找和开采石油天然气，从地面向地下的油气层之间，钻凿出一个通道的过程称之为石油天然气钻井。

其工序为：①钻井前，要在地面确定钻井的位置，然后在井位处打好安装钻机的基础并安装井架和钻机。

②钻井作业时，依靠钻机带动钻杆和钻头旋转，钻头逐次向下破碎岩层，形成一个井眼（钻井井眼尺寸的大小是由钻头大小来决定的）。

钻头在破碎岩层的同时，通过空心的钻杆向地下注人钻井液，将钻头破碎地层而产生的大量岩屑由循环的钻井液带到地面。

地面的固控装置将钻井液中的岩屑清除后，通过钻井泵再次将钻井液打入井内。

③钻达设计深度后，要在井眼内下入专用仪器进行测井作业，目的是确定井下地层岩性和各个油、气、水层的位置。

然后再下入小于钻井井眼的套管，并在套管与井壁缝隙间内注入水泥浆将套管固定在井壁上。

④最后一道工序是对油层位置的套管进行射孔，形成一个井下油气流人套管内的孔道。

油气的地层压力高时可自行流出地面，这种井称为自喷油气井r油气压力较低时借助外力从井下抽吸，这种井称之为非自喷井。

钻井时要有一套配套完整、功能齐全的钻机，有质量优异不易发生事故的钻杆、套管和钻头，有性能优良和钻遇地层岩性相匹配的钻井液等。

总之，石油天然气钻井的目的就是要凿穿岩石，发现和保护好油气层，并钻成一个通道确保石油和天然气通畅地流到地面。

斯伦贝谢旋转导向PowerV 原理简介

54 7࣪ ᄝᇕPowerVၮ؏一. PowerV 简介和应用范围旋转导向系统的产品名称，它只是斯伦贝PowerV是斯伦贝谢公司发明的一种旋转导向系统旋转导向系统谢旋转导向系统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。

探讨石油定向井钻井中的旋转导向技术

探讨石油定向井钻井中的旋转导向技术
随着现代油气勘探技术的发展，石油定向井钻井技术得到了广泛应用。

石油定向井钻井指针是沉积岩、地层变形区、构造复杂区或固井区等区域内为了实现钻井目标而采用的一种钻井取向技术。

旋转导向技术是其中一种关键技术，通过利用旋转钻头的力量来影响钻杆弯曲，从而实现井身的变向和定向。

旋转导向技术原理是基于受力平衡原理，使用旋转钻杆和锚定钢索来控制钻头和钻井液的方向和位置，以便实现沿着目标区的预定方位和角度进行钻进。

旋转导向技术对于提高钻井操作的安全性，提高井筒质量，降低成本和提高钻进效率等方面具有重要意义。

旋转导向工具主要包括下列几个方面：第一类工具为测量工具，它们实时地测量井身的倾角和方位角，并回传这些信息给地面控制室。

第二类工具为控制工具，它们可以通过调节驱动装置、变换钻头形状或改变钻井液的压力来控制井身方向。

第三类工具为辅助工具，用于安装在钻头上提高控制效果。

例如，弯曲钻头、旋转稳定器、齐平手段和喷雾器等。

在使用旋转导向技术时，需要对其进行合理地设计和选择，根据不同的情况采取不同的控制策略，以提高钻进效率和钻井质量。

在选择旋转导向系统时需要根据研究区域的地质构造来确定设计方案，确保旋转导向系统能够最大限度地适应地质条件。

在维护旋转导向设备时，也需要经常进行检查并及时更换设备。

另外，还需要与钻头的其他部件紧密配合，确保系统的整体效果并保证系统的安全可靠性。

总的来说，旋转导向技术的应用已经广泛，它可以提高钻井效率、降低成本和提高钻井质量，使得石油勘探开发变得更加安全和可靠。

随着技术的不断发展和改进，它的应用前景将更加广阔。

旋转导向系统介绍

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。

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。

旋转导向钻井技术介绍

旋转导向钻井技术介绍引言近十几年来，水平井、大位移井、多分支井等复杂结构井和“海油陆采”的迅速发展。

为了节约开发成本和提高石油产量，对那些受地理位置限制或开发后期的油田，通常通过开发深井、超深井、大位移井和长距离水平井来实现，进而造成复杂结构的井不断增多。

目前通行的滑动钻井技术已经不能满足现代钻井的需要。

于是，自20世纪80年代后期，国际上开始加强对旋转导向钻井技术的研究；到90年代初期，旋转导向钻井技术已呈现商业化。

国外钻井实践证明，在水平井、大位移井、大斜度井、三维多目标井中推广应用旋转导向钻井技术，既提高了钻井速度，也减少了钻井事故，从而降低了钻井成本。

旋转导向钻井技术是现代导向钻井技术的发展方向。

旋转导向钻井技术旋转导向钻井法是在用转盘旋转钻柱钻井时随钻实时完成导向功能。

钻进时的摩阻与扭阻小、钻速高、钻头进尺多、钻井时效高、建井周期短、井身轨迹平滑易调控。

此外，其极限井深可达15 km，钻井成本低。

旋转导向钻井技术的核心是旋转自动导向钻井统，如图1所示。

它主要由地面监控系统、地面与井下双向传输通讯系统和井下旋转自动导向钻井系统3部分组成。

1、地面监控系统旋转导向钻井系统的地面监控系统包括信号接收和传输子系统及地面计算存储分析模拟系统，有的还具有智能决策支持系统。

旋转导向钻井系统的主要功能通过闭环信息流监视并随钻调控井身轨迹，其关键技术是从地面发送到井下的下行控制指令系统。

2、地面与井下双向传输通讯系统目前已提出的信号传输方式有4种，即钻井液脉冲、绝缘导线、电磁波和声波。

通过比较分析，笔者发现这4种传输方式各有优缺点和应用局限，如表1所示。

3、井下旋转自动导向钻井系统井下旋转自动导向钻井系统是旋转自动导向系统的核心，它主要由3部分构成，即测量系统、导向机构、CPU和控制系统。

（1）测量系统测量系统主要用于监测井眼轨迹的井斜、方位及地层情况等基本参数，使钻井过程中井下地质参数、钻井参数和井眼参数能够实时测量、传输、分析和控制。

旋转导向钻井研究现状

25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）。

旋转导向钻井技术应用研究及其进展

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。

旋转导向钻井技术及其应用

152旋转导向钻井技术是在井下旋转导向工具作用下控制轨迹和实施钻进，其轨迹几何导向和轨迹地质导向分别通过MWD和LWD实现。

该技术不再采取滑动钻进方式，在旋转钻进的过程中也能实时控制轨迹，相对于地质导向钻井技术，有着更低的风险、更高的整体效益，也避免了一些缺陷，在油气资源开发中具有重要意义。

1 旋转导向钻井技术工作原理旋转导向钻井技术是在井下旋转导向工具的作用下对钻井进行控制，使钻具产生轴线偏心，以此来将侧向力施加到钻头，对轨迹实现旋转控制。

对于下部钻具，在不受作用时的前进轨迹为直线，将大小为F 的钻压施加到钻头。

偏心装置的作用下在某一点发生弯曲，与轴线的角度为α，施加到钻头的钻压就会分解为两个方向钻压，垂直井壁的侧向力࡯ ൌ Ƚ沿钻具轴向的力࡯ ൌ Ƚ钻头受到的侧向力会随着偏心装置所处的井下位置不同而不同。

在偏心控制装置作用下，能随意调整偏心装置的摆放位置，在井眼垂直剖面的360º范围内，侧向力可以实现任意方向的控制，以此来全方位控制轨迹。

2 旋转导向钻井工具该技术所涉及的工具主要是旋转导向工具，其他还包括对应的配套工具等。

根据实现钻具偏心机理的区别可将旋转导向工具分为两类：动态调节式旋转导向工具和静态调节式旋转导向工具，动态调节式会随钻具旋转，静态调节式则不会随钻柱旋转。

配套工具主要包括扶正器、高性能钻头、震击器、定向接头、井下加力器、加重钻杆、无磁钻杆、柔性钻铤、短钻铤、钻铤、短无磁钻铤、井下仪器MWD悬挂短节、单向阀等。

2.1 动态可调式动态可调式旋转导向工具要在转动的钻具作用下才能伸处稳定器翼片。

导向控制装置可对动态调节式旋转导向工具实现控制。

在导向控制装置的作用下使钻具工作状态为导向工作时，对导向轴的方向进行调整，可将钻具导向既定的工位。

施工过程中，高压流体在导向轴的控制下流进高压腔，作为动力来伸出翼片，翼片的伸缩通过控制阀来控制，类似于将一个侧向力施加到钻具上，以此来达到旋转导向钻进目的。

探讨石油定向井钻井中的旋转导向技术

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控制井身旋转方向和角度的钻井方法，用于在油气井勘探和开发中穿越复杂地层、获得更多储层信息以及提高井眼质量。

在石油定向井钻井中，旋转导向技术是一种重要的控制井身旋转方向和角度的方法，具有以下几个方面的特点和优势。

旋转导向技术可以实现更大范围的井斜和方位控制。

井斜是指井眼所占的垂直深度与水平投影长度之间的比值，方位则是指井眼在水平平面上的位置。

旋转导向技术通过控制钻具的旋转，能够在钻井过程中随时改变井眼的方位和井斜，从而满足不同油气藏的需求。

这对于穿越复杂地层和避开干扰层具有重要意义。

旋转导向技术可以提高井眼质量和井壁稳定性。

旋转导向钻头经过特殊改进，使得钻头在钻井过程中可以自动调整导向角度，并能够保持稳定的动力，从而能够在不同地层条件下实现高效稳定的钻井。

旋转导向技术还可以通过控制钻头的旋转速度和方向，对井壁进行控制，避免井眼塌陷等问题的发生。

旋转导向技术可以提高钻井效率和降低成本。

由于旋转导向技术可以实现更大范围的井斜和方位控制，能够穿越更多储层和取样，从而获得更多的地质信息。

这对于勘探和开发来说是非常重要的，可以提高勘探成功率和生产效率。

与传统的垂直钻井相比，旋转导向技术可以减少钻井时间和成本，提高钻井效率。

旋转导向技术还可以应对环境保护和安全生产的需求。

由于旋转导向技术可以实现精确的方位和井斜控制，避免了频繁的方位调整和重复施工，从而减少钻井过程中对环境的影响，减少了地表和地下资源的损害。

旋转导向技术可以提高钻井过程的安全性，减少事故和故障的发生，提升施工人员的安全意识和操作技能。

旋转导向技术在石油定向井钻井中具有重要的应用价值和理论意义，可以提高钻井效率和质量，降低成本和风险，推动油气勘探和开发的进展。

在未来的发展中，旋转导向技术有望进一步完善和推广，为石油工业的可持续发展做出更大的贡献。

旋转导向钻井系统原理简介 (1)

“指引钻头”式旋转导向钻井系统
“侧推钻头”式旋转导向钻井系统
Bias the bit
导向钻井
第四类旋转导向系统的原理
工具4的轨迹控制并不是三点定圆几何理论，而是由钻头方向独立确定的。钻头设计成侧切能力很小，并有一个柔性联结，该柔性联结把钻头与钻柱的弯矩隔开。这种轨迹控制机理可以在小井眼内提供比其他机理更高的造斜率。
导向钻井系统的发展史
向有工线具导和螺弯杆接钻头具钻无测线量随导向马达钻旋井转系导统向
导向钻井
第一口定向井
1933年
滑动导向钻井的存在问题
滑动钻进旋转钻进
导向钻井
滑动钻进时的存在问题：
1. 滑动困难； 2. 需保持定向； 3. 井眼不清洁； 4. 钻速很低； 5. 井眼扭曲； 6. 环空压力波动； 7. 钻柱粘卡；
AUTO-TRACK
非旋转套依靠反向电机驱动，使之相对于井眼不旋转，保持侧推钻头的力的方向不变。非旋转套并非绝对不旋转，但工具自己可以测得非旋转套筒的旋转，并随时调整三个“翼块”给出的侧推力的方向。
AUTO-TRACK
关键部分：非旋转套整个钻柱在旋转，如何保证非旋转套不旋转？非旋转套的内部，装有井下计算机、井斜传感器、液压控制、支撑块机构等部分；
钻柱
柔性铰接
钻头轴
钻头
第四类旋转导向系统的原理
指引钻头式系统的井眼曲率计算：令：
1 (D d ) 2
则：cos
R R L sin R
二式联立，可得：
L R 2
2
2
一种新的短半径旋转钻井系统
全机械式，无井下马达，无电子系统，可精确地钻出9～18米曲率半径的短半径水平井。弯曲段钻进需要8～24小时，垂深误差在 ±60cm以内。钻弯曲段组合结构如图所示，包括： Amoco专利的抗涡动的偏心PDC钻头，钻头短节，信息环，非旋转的偏心柔性套筒，下扭矩壳，球销，上扭矩壳。造斜原理是：钻头总是指向井眼曲率的切线方向，即“指引钻头”（pointing the bit）原理。两个接触点，一个在钻头上，一个在柔性套筒的“耐磨板(Wear Pad)”上，两点控制着钻头的倾角。钻头短节可以调节两点之间的距离，从而控制井眼曲率。