水平井旋转导向技术的概念

  在水平井的钻机过程中，随着位移和井深的不断增加，将会导致摩阻、扭矩过大，方位漂移严重，甚至使钻头失去控制，井眼净化不彻底等问题的产生。从理论和实践中已经证明，滑动导向系统在一定井深极限范围内可以很好地控制井眼轨迹，但是超过这一井深极限后，就必须采用旋转导向技术。旋转导向技术的突出优点是能克服滑动导向系统所遇到的摩阻过大和井眼不清洁等问题，从而可使钻井导向能力得到大幅度提高。但要实现旋转导向，还必须具有一系列的相关实时遥控设备来进行辅助。

 

  井下旋转导向工具是旋转导向钻井系统的核心，它是实现旋转导向的根本，井下实时控制系统或地面监控系统能按照预置或要求的三维井眼轨迹，根据测量信息，对井下工具进行实时控制或遥控，测量与传输系统应能测出近钻头处井眼的空间姿态信息，并能及时传送给井下微电脑以及地面计算机，测量的信号经过处理成为新的控制指令，井下实时控制系统或地面监控系统发出控制指令，使井下旋转导向工具按照控制指令进行动作，从而实现井眼轨迹的旋转导向控制。

 

  导向工具的运作依靠两个系统控制。一是井下闭环控制回路控制。通过地下钻头测量系统测量的数据，经过电脑分析处理后，对控制机构进行控制，控制机构在电脑的指令下在控制钻头。二是由地面监测系统控制。钻头空间姿态测量系统将测量结果传给MWD，在由MWD将数据传送到地面监测系统，地面监测系统对反馈回来的数据进行一定的处理，作出相应的回应，然后传给控制机构，控制机构在接收到指令后进行相应的调整。

 

  实现旋转导向技术的关键是如何在钻柱旋转过程中进行侧向力大小和方向的有效控制，并且具有很好的可靠性。因而旋转导向技术的核心就是研究旋转导向工具的结构及其工作原理。现在提出了一种一可调节式旋转导向工具，其结构主要由三个伸缩翼片以及控制三个翼片伸缩的控制阀组成，伸缩翼片的伸缩由钻井液提供动力并由控制阀分配，当导向机构处于工作状态时，控制轴中的流体进入开关打开，钻井液由筛孔通向上盘高压孔眼，下盘随钻头一起同步旋转。当其中的一个孔眼与上盘高压孔眼位于同一轴线上时，两孔相接，与之相连的伸缩机构被高压钻井液推动，活塞外推，翼片与井壁接触，并给井壁施加一作用力。该作用力的方向则由上盘高压孔眼的位置确定，当上盘高压孔眼在控制机构作用下处于井眼高边方向时，该作用力方向就沿井眼高边方向，井壁对它的反作用力就指向井眼低边。此时，导向机构就处于全力降斜状态。当上盘高压孔眼在控制机构作用下处于井眼低边方向时，该作用力方向就指向井眼低边方向，井壁的反作用力就指向井眼高边。此时，导向机构就处于全力增斜状态。当上盘高压孔眼在控制机构作用下处于90°相位时，导向机构就处于90°，降方位状态。当上盘高压孔眼在控制机构作用下处于270°相位时，则导向机构就处于90°增方位状态。