【正文】 出及控制機(jī)構(gòu)組成?？刂撇糠址€(wěn)定平臺內(nèi)部包括測量傳感器、井下 CPU 和控制電路，通過上下軸承懸掛于外簡內(nèi)，靠控制兩端的渦輪在鉆井液中的轉(zhuǎn)速使該部分形成一個不隨鉆柱旋轉(zhuǎn)的、相對穩(wěn)定的控制平臺。圖5 PowerDrive系統(tǒng)主要組成部分與Auto Trak RClS系統(tǒng)靠獨(dú)立的液壓系統(tǒng)為支撐翼肋的支出提供動力來源不同的是，Power DrIver SRD系統(tǒng)的支撐翼肋的支出動力來源是鉆井過程中自然存在的鉆柱內(nèi)外的鉆井液壓差。如圖6所示，有一控制軸從控制部分穩(wěn)定平臺延伸到下部的翼肋支出控制機(jī)構(gòu)，底端固定上盤閥，由控制部分穩(wěn)定平臺控制上盤閥的轉(zhuǎn)角。下盤閥固定于井下偏置工具內(nèi)部，隨鉆柱一起轉(zhuǎn)動，其上的液壓孔分別與翼肋支撐液壓腔相通。在井下工作時，由控制部分穩(wěn)定平臺控制上盤閥的相對穩(wěn)定性；隨鉆柱一起旋轉(zhuǎn)的下盤閥上的液壓孔將依次與上盤閥上的高壓孔接通，使鉆柱內(nèi)部的高壓鉆井液通過該臨時接通的液壓通道進(jìn)入相關(guān)的翼肋支撐液壓腔，在鉆柱內(nèi)外鉆井液壓差的作用下，將翼肋支出。這樣，隨著鉆柱的旋轉(zhuǎn)，每個支撐翼肋都將在設(shè)計位置支出，從而為鉆頭提供一個側(cè)向力，產(chǎn)生導(dǎo)向作用。它的導(dǎo)向力大小由液壓機(jī)構(gòu)所在井深的鉆柱內(nèi)外壓差決定?？刂茖?dǎo)向塊在某個方向上的伸出時間可調(diào)整井眼曲率，最大造斜率可達(dá)8186。／30m。16PowerDrive 工具把旋轉(zhuǎn)鉆井條件下測得的井斜角、方位角和工具面角等數(shù)據(jù)上傳到地面，地面計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)實鉆井眼與設(shè)計井眼的相對位置來產(chǎn)生改變工具面角等參數(shù)的下傳指令，經(jīng)鉆井液同步傳輸?shù)骄聝x器，微處理器對鉆井液脈沖信號加以識別，與儲存在儀器里的指令對比解釋后，由井下旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具執(zhí)行指令，從而實現(xiàn)鉆柱旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的三維全導(dǎo)向。 井下定向控制單元PowerDrive 工具屬調(diào)制式全旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具，該類工具的控制器、測量傳感器都密封在穩(wěn)定平臺內(nèi)。三軸力反饋加速度計和磁通門傳感器可提供鉆頭傾斜角和方位角以及輸入軸傾角位置信息；與控制器經(jīng)信號連接器接收的地面下行的井眼軌跡調(diào)控指令要求方向進(jìn)行比較，推導(dǎo)出渦輪發(fā)電機(jī)負(fù)載電流大小和通電時間。通過調(diào)節(jié)電流改變渦輪發(fā)電機(jī)繞組回路阻抗，以使攜帶高強(qiáng)度永磁鐵的渦輪葉片與穩(wěn)定平臺內(nèi)的扭矩線圈鍋臺產(chǎn)生不同的電磁轉(zhuǎn)矩和加速度，進(jìn)而使旋轉(zhuǎn)換向閥保持一個相對于井壁的固定轉(zhuǎn)角，即工具面角，實現(xiàn)控制軸在受控狀態(tài)下的運(yùn)動狀態(tài)改變。控制單元的運(yùn)動由地面軟件指令進(jìn)行控制。在帶井下實時通訊工具時，該類工具可以通過編程實現(xiàn)對井斜角和方位角的內(nèi)部自動控制，同時會大大降低信號上傳的要求。 調(diào)制式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具定向控制原理圖 圖7 調(diào)制式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具定向控制原理 PowerDrive 系統(tǒng)的特點(diǎn)⑴ 整個鉆具組合對井眼沒有靜止點(diǎn)，能減小摩阻、利于井眼清洗、優(yōu)化井身質(zhì)量、減小卡鉆風(fēng)險；有利于延長位移。⑵ 內(nèi)部故障診斷和工具維護(hù)指示減小了井下故障發(fā)生的幾率。⑶ 用連續(xù)的鉆井液脈沖波可同步發(fā)送和接收 MWD、LWD 等數(shù)據(jù)，一體化的設(shè)計特色和軟件使其獲得 612bit/s 的數(shù)據(jù)傳輸速度，傳輸質(zhì)量通過提高信噪比得到提高。17⑷ 地面監(jiān)控系統(tǒng)能改善對鉆壓、鉆井泵的控制。通過改變鉆井泵的流量，可改編數(shù)據(jù)傳輸速度，存貯記錄頻率和數(shù)據(jù)幀格式。通過改變數(shù)據(jù)幀，它能隨鉆井和地質(zhì)條件的改變而選擇哪個數(shù)據(jù)實時傳輸和哪個數(shù)據(jù)存貯起來。⑸ 可配套使用特制的 PDC 鉆頭，大幅度提高機(jī)械鉆速。與 GST(地質(zhì)導(dǎo)向工具)、MWD、 LWD 等工具組合使用，能測地層密度、孔隙度、雙電阻率和定向參數(shù)，實現(xiàn)地質(zhì)導(dǎo)向。⑹ 旋轉(zhuǎn)控制閥在垂直井段隨鉆柱一起旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)向塊產(chǎn)生的導(dǎo)向力也不斷變化，會造成井眼擴(kuò)徑和井下鉆具的橫向沖擊與振動。同時由于活塞伸縮頻繁和液壓控制系統(tǒng)的工作介質(zhì)的影響，工具的耐磨損與密封是關(guān)鍵技術(shù)。 GeoPilot 系統(tǒng) SperrySun 公司的 GeoPilot 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)也是一種不旋轉(zhuǎn)外筒式導(dǎo)向工具，但與 Auto Trak RClS 系統(tǒng)和 Power Driver SRD 系統(tǒng)不同的是，GeoPilot 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)不是靠偏置鉆頭進(jìn)行導(dǎo)向，而是靠不旋轉(zhuǎn)外筒與旋轉(zhuǎn)心軸之間的一套偏置機(jī)構(gòu)使旋轉(zhuǎn)心軸偏置，從而為鉆頭提供了一個與井眼軸線不一致的傾角，產(chǎn)生導(dǎo)向作用。其偏置機(jī)構(gòu)是一套由幾個可控制的偏心圓環(huán)組合形成的偏心機(jī)構(gòu)，當(dāng)井下自動控制完成組合之后，該機(jī)構(gòu)將相對于不旋轉(zhuǎn)外套固定，從而始終將旋轉(zhuǎn)心軸向固定方向偏置，為鉆頭提供一個方向固定的傾角（如下圖：井下偏置導(dǎo)向工具結(jié)構(gòu)示意圖 ）。 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向方式的分類綜合上述各種旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具，從導(dǎo)向方式上可以分為兩類：推靠式(Pushthebit)和指向式(Pointthebit) 。其中 Auto Track、Power Drive 屬于推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具；GeoPilot 屬于指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具。 18推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具導(dǎo)向原理圖 指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具導(dǎo)向原理圖 推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向井下工具中，偏置穩(wěn)定器安放在靠鉆頭位置，其后面串接一個或多個鉆柱穩(wěn)定器，為了減小上部的鉆柱力學(xué)性能對底部鉆具組合導(dǎo)向性能的影響，串接了一根柔性鉆具。在旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向過程中，偏置工具的偏心產(chǎn)生的鉆頭側(cè)向力起主要導(dǎo)向作用。這樣導(dǎo)向方式的特點(diǎn)是鉆頭的側(cè)向力大。造斜率高，但旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆出的井眼狗腿大，軌跡波動大，不平滑。指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向井下工具中，偏置穩(wěn)定器安放在兩個穩(wěn)定器之間，為了減小上部的鉆柱力學(xué)性能對底部鉆具組合導(dǎo)向性能的影響，串接了一根柔性鉆具。在旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向過程中，偏置工具的偏心導(dǎo)致其上下兩跨鉆柱發(fā)生彎曲，使鉆頭處鉆柱的軸線和井眼軸線之間出現(xiàn)夾角，當(dāng)然也有側(cè)向力，但主要是由于鉆頭的轉(zhuǎn)角而實現(xiàn)的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向。這樣導(dǎo)向方式的特點(diǎn)是鉆頭的側(cè)向力較小，造斜率較低。但旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆出的井眼狗腿小，軌跡平緩。 推靠式和指向式導(dǎo)向方式的對比圖 圖9 推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具導(dǎo)向原理圖19結(jié) 論（ 1） 由于導(dǎo)向鉆井技術(shù)的原理、施工理念與常規(guī)定向井有較大區(qū)別，一些井隊在應(yīng)用中出現(xiàn)了一些問題，應(yīng)用效果不好，甚至應(yīng)用不成功而否定此項技術(shù)的先進(jìn)性。相反有些井隊?wèi)?yīng)用已成熟，應(yīng)用效果明顯，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。（2）導(dǎo)向鉆井技術(shù)在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于定向井和水平井等特殊井的鉆探,其特有的工藝性能可大幅度提高定向井和水平井的鉆速。在中原油田某些區(qū)塊的定向井、重鉆井、水平井等鉆井中可利用此項新技術(shù),降低鉆井成本,提高經(jīng)濟(jì)效益。（3）綜合考慮導(dǎo)向工具導(dǎo)向方式和偏置方式,目前形成的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)按工作模式可分為三種:靜態(tài)偏置推靠式,調(diào)制式(動態(tài)偏置推靠式),靜態(tài)偏置指向式,從應(yīng)用情況來看,指向式是旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)的發(fā)展趨勢.20致 謝 感謝我的論文指導(dǎo)宋文老師，這篇論文的每個實驗細(xì)節(jié)和每個數(shù)據(jù)，都離不開你的細(xì)心指導(dǎo)。而你嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膫€性和寬容的態(tài)度，幫助我能夠很快的融入論文的寫作當(dāng)中。 在論文即將完成之際，在這里請接受我誠摯的謝意！21參考文獻(xiàn)汪志明，朱益譯，胡湘炯校。水平井現(xiàn)狀及未來。國外鉆井技術(shù)，1992，7（6）19。王磊。隨鉆測井技術(shù)發(fā)展史。石油儀器，2022，15（2）57。MARTIN C A。 PHILO R M。 DECKER D P。 BURGESS T M 等。INNOVATIVE ADVANCES IN MWD (MEASUREMENT WHILE DRILLING)。IADC/SPE DRILLING CONF (DALLAS, 2/1518/94) PROC PP 787796, 1994 (IADC/SPE27516。 4 REFS)，SPE Number: 27516，1994。CAO H S 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