【正文】 電路，通過(guò)上下軸承懸掛于外簡(jiǎn)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(gè)不隨鉆柱旋轉(zhuǎn)的、相對(duì)穩(wěn)定的控制平臺(tái)。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(dòng)力來(lái)源不同的是，Power DrIver SRD系統(tǒng)的支撐翼肋的支出動(dòng)力來(lái)源是鉆井過(guò)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(tái)延伸到下部的翼肋支出控制機(jī)構(gòu)，底端固定上盤(pán)閥，由控制部分穩(wěn)定平臺(tái)控制上盤(pán)閥的轉(zhuǎn)角。下盤(pán)閥固定于井下偏置工具內(nèi)部，隨鉆柱一起轉(zhuǎn)動(dòng)，其上的液壓孔分別與翼肋支撐液壓腔相通。在井下工作時(shí)，由控制部分穩(wěn)定平臺(tái)控制上盤(pán)閥的相對(duì)穩(wěn)定性；隨鉆柱一起旋轉(zhuǎn)的下盤(pán)閥上的液壓孔將依次與上盤(pán)閥上的高壓孔接通，使鉆柱內(nèi)部的高壓鉆井液通過(guò)該臨時(shí)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(gè)支撐翼肋都將在設(shè)計(jì)位置支出，從而為鉆頭提供一個(gè)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(gè)方向上的伸出時(shí)間可調(diào)整井眼曲率，最大造斜率可達(dá)8186。／30m。17PowerDrive 工具把旋轉(zhuǎn)鉆井條件下測(cè)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(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)實(shí)鉆井眼與設(shè)計(jì)井眼的相對(duì)位置來(lái)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(duì)鉆井液脈沖信號(hào)加以識(shí)別，與儲(chǔ)存在儀器里的指令對(duì)比解釋后，由井下旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具執(zhí)行指令，從而實(shí)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(lèi)工具的控制器、測(cè)量傳感器都密封在穩(wěn)定平臺(tái)內(nèi)。三軸力反饋加速度計(jì)和磁通門(mén)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(hào)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(shí)間。通過(guò)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(tái)內(nèi)的扭矩線(xiàn)圈鍋臺(tái)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(gè)相對(duì)于井壁的固定轉(zhuǎn)角，即工具面角，實(shí)現(xiàn)控制軸在受控狀態(tài)下的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變?？刂茊卧倪\(yùn)動(dòng)由地面軟件指令進(jìn)行控制。在帶井下實(shí)時(shí)通訊工具時(shí)，該類(lèi)工具可以通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)對(duì)井斜角和方位角的內(nèi)部自動(dòng)控制，同時(shí)會(huì)大大降低信號(hào)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(gè)鉆具組合對(duì)井眼沒(méi)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(xiǎn)；有利于延長(zhǎng)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(jì)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(guò)提高信噪比得到提高。18⑷ 地面監(jiān)控系統(tǒng)能改善對(duì)鉆壓、鉆井泵的控制。通過(guò)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(guò)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(gè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸和哪個(gè)數(shù)據(jù)存貯起來(lái)。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(cè)地層密度、孔隙度、雙電阻率和定向參數(shù)，實(shí)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(huì)造成井眼擴(kuò)徑和井下鉆具的橫向沖擊與振動(dòng)。同時(shí)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(gè)與井眼軸線(xiàn)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(gè)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(dòng)控制完成組合之后，該機(jī)構(gòu)將相對(duì)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(gè)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(lèi)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(lèi)：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。 19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(gè)或多個(gè)鉆柱穩(wěn)定器，為了減小上部的鉆柱力學(xué)性能對(duì)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(guò)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(dòng)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(gè)穩(wěn)定器之間，為了減小上部的鉆柱力學(xué)性能對(duì)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(guò)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(xiàn)和井眼軸線(xiàn)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(shí)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(duì)比圖 圖9 推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具導(dǎo)向原理圖20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(duì)在應(yīng)用中出現(xiàn)了一些問(wèn)題，應(yīng)用效果不好，甚至應(yīng)用不成功而否定此項(xiàng)技術(shù)的先進(jìn)性。相反有些井隊(duì)?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(guó)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(xiàng)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(dòng)態(tài)偏置推靠式),靜態(tài)偏置指向式,從應(yīng)用情況來(lái)看,指向式是旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì).21致 謝 感謝我的論文指導(dǎo)宋文老師，這篇論文的每個(gè)實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)和每個(gè)數(shù)據(jù)，都離不開(kāi)你的細(xì)心指導(dǎo)。而你嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膫€(gè)性和寬容的態(tài)度，幫助我能夠很快的融入論文的寫(xiě)作當(dāng)中。 在論文即將完成之際，在這里請(qǐng)接受我誠(chéng)摯的謝意！22參考文獻(xiàn)汪志明，朱益譯，胡湘炯校。水平井現(xiàn)狀及未來(lái)。國(guó)外鉆井技術(shù)，1992，7（6）19。王磊。隨鉆測(cè)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 。OVERPRESSURE PREDICTION USING SURFACE SEISMIC, VSP AND LWD (LOGGINGWHILEDRILLING)。14TH ASEG ET AL INT CONF (PERTH, WESTERN AUSTRALIA, 3/1216/2022) PAP ABSTR。 PREVIEW NO 84, P 73, FEB 2022 (ISSN 14432417。 ABSTRACT ONLY) (AO)。ISSN: 14432417。2022。王振光等。 《水平井井眼軌跡控制技術(shù)研究報(bào)告》 。 “八五”國(guó)家重點(diǎn)科技項(xiàng)目（攻關(guān)）計(jì)劃項(xiàng)目科學(xué)技術(shù)報(bào)告。石油鉆采工藝。1998 年（第 20 卷）增刊。HALLIBURTON 公司產(chǎn)品介紹（資料） 。SPERRYSUN 公司產(chǎn)品介紹（資料） 。BAKERHUGHES INTEQ 公司產(chǎn)品介紹（資料）