斯伦贝谢旋转导向PowerV 原理简介

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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。

而使用泥浆马达在大井斜的长裸眼段滑动钻进时送钻特别困难，经常是上部的钻杆已经被压弯了，而钻压还没有传递到钻头上，还常常引发随钻震击器下击，损害钻头寿命。

三. PowerV 组成部分和工作原理简介

PowerV主要有两个组成部分，它们分别是上端的Control Unit (电子控制部

分，简称CU) 和下端的Bias Unit (机械部分，简称BU)。在两者中间还有一个辅助

部分Extension Sub(加长短接，简称ES)

1. 电子控制部分CU

CU是PowerV的指挥中枢，它内部有泥浆驱动的发电机，还有陀螺、钻柱转

速传感器、流量变化传感器、震动传感器、温度传感器以及电池控制的时钟等等。

它可以独立于外面的钻铤而旋转或者静止不转。

简要工作原理：开泵后，发电机发电，陀螺测量到井底的井斜角和方位角(即高边)，然后按照地面工程师的要求把其内部的电子控制部分固定在某一个方位上(即高边工具面角)，从而实现无论钻柱如何旋转，CU内部的控制轴始终对准在需要的方位上，这个方位加上一个校对值后就是地面工程师所需要的高边工具面角的反方向。

如果需要调整这个控制轴的方位角，可以由地面工程师给PowerV发送命令，

方法是：按照一定的时间编排方式，在不同的时间开不同的工作排量，CU内部的

传感器探测到这个排量的变化后，由其内部的程序对其进行核对，如果与预先设定

的某个指令吻合，就开始执行这个新的工作指令。

2. 机械部分BU

BU是一个纯机械执行装置，主要一个泥浆导流阀和三个由泥浆推动的pad (推

力块或者叫伸缩片)。

这个导流阀与电子控制部分CU的控制轴相连，其方向由控制轴的方位而定。

有2%-5%的泥浆首先经过这个导流阀分流，然后流向转到该方向上的某个推力块

A，推力块A就伸出，推挤井壁，井壁对钻头产生一个反作用力，这就是所谓的钻

头侧向力，从而把钻头推向地面工程师所需要的方位。该推力块A转过这个位置

后，泥浆的液压作用就转向下一个转到这里来的推力块B，从而推力块B伸出。而

推力块A则会在井壁对其的挤压下缩回去，周而复始，由此实现旋转导向功能。

推力块在那个方位伸出、伸出次数的几率(百分比)都是由地面工程师通过电子

控制部分决定的。对井壁推力的大小是由钻头压降决定的，可以由地面人员通过调节排量而进行控制。

3. 加长短接ES：其内部装有一个泥浆滤网，负责过滤分流后驱动机械部分BU 当中推力块(pad)的泥浆。

四. 影响PowerV性能的有关因素和使用参数

1. 泥浆密度：它会影响钻头压降，必须在PowerV下井之前从甲方那里得到下一

趟钻泥浆密度的平均值和可能的范围。其次还要知道进行水力计算所需的塑性粘度和屈服值。

2. 排量：在PowerV下井之前，必须从甲方那里得到井队泥浆泵可以提供的排量

范围。本型号PowerV的工作排量范围通常为38－76升/秒，但每根仪器具体的工作排量由实验室确定。

3. 钻头水眼：根据上述各项数据进行水力计算，在总泵压允许的情况下，按照

PowerV比较理想的工作压降选择钻头水眼，如果可能的话，兼顾钻头水马力。

4. 钻头压降：它决定着推力块对井壁的推力大小。压降太大会降低机械部分的寿

命，甚至破坏机械部分；压降太小会降低PowerV的作用，达不到预期效果。它的工作范围为600－800psi, 650-750psi 之间比较理想。需要根据当时井的具体情况选择一个合理值。一旦仪器下井，通常是通过改变排量来调节钻头压降。

5. 转盘转速。工作范围0－240转/分，转速太低，达不到预期效果；转速太高，

则机械部分BU的磨损加快，需要根据当时井的具体需要而定。

6. PowerV的性能与钻压没有直径关系。

7. PowerV对牙轮钻头的要求比较简单：能够承受高钻压和高转速。

对PDC的要求比较严格：保径部分要短，保径部分上必须要有切削齿，Taper 要短，钻头总长度要短，等等。

以上是本人初次以中文方式编写PowerV的有关说明，其中必有考虑不周之处，敬

请指正，以便下次更正。

斯伦贝谢工程师吕亮