成功的闭路旋转装置。
图5-6 AutoTrak RCLS系统结构示意图
如下图5-6所示，AutoTrak RCLS系统也是一种静态可调式旋转导向工具，它主要由与钻具一起旋转的传动轴和不随钻具旋转的静态稳定器套组成。静态稳定器套包含一个近钻头
图5-7 AutoTrak RCLS 受力分析
井斜传感器、随钻控制电路以及可由液压控制的三个翼片。三个翼片是相互独立的，流经稳定器的高压流体为翼片伸出或缩回提供动力，各翼片伸出的大小由井下微处理系统根据设计的数据和实时监测的结果来综合控制，以使各翼片与井壁相互作用、受到井壁的作用力的矢量和指向设计轨迹的前进方向，如图5-7所示。当需要稳斜钻进时，各翼片在控制机构的控制下缩回，各翼片不与井壁相互作用，钻具以其自然的对轨迹的影响力工作。
AutoTrak RCLS系统内部微处理器根据实时监测的数据，计算出轨迹沿设计方向行进时各稳定器翼片需要承受的力，确定定向所需要的工具面数据及方向，同时还控制轨迹控制井段的造斜率符合要求。
实钻过程中，由于受地层特性和钻速的影响，非旋转套会出现一定量的偏移。为了补偿该偏移对轨迹控制造成的影响，系统连续监测稳定器套的位置，根据轨迹控制所需要的力及其方向，自动调整各稳定器翼片所受到的力，使钻具始终受到一个与轨迹控制需要一致的恒定合力。
井下工具和地面之间的双向通讯通过泥浆来进行。当从地面需要向下传递信号时，采用
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负脉冲信号技术，而井下数据向上传送则采用正脉冲信号技术。
与AutoTrak RCLS系统配套施工的仪器还包括井下探管。井下探管控制井下各组成部分的工具面位置，实现地面和井下之间的双向通讯。同时该部分还包括施工所需要的定向传感器和钻具振动传感器，同时与近钻头井斜传感器通过超声波进行通讯。方位传感器测量轨迹的方向，近钻头井斜传感器在地层刚打开不久就可测量到轨迹近钻头处的井斜，三维分布的方位和近钻头井斜传感器一起，共同实现轨迹的精确测量和为控制轨迹所需参数提供依据。而振动传感器测量钻具的振动情况，由此判断和控制井下工具安全工作。
AutoTrak RCLS系统可加挂地质导向仪器RNT（The Reservoir Navigation Tool）。RNT系统包括一个多级电阻率传感器MPR（Multiple Propagation Resistivity）和方位伽玛传感器GR（Dual Azimuthal Gamma Ray）。采用双频发射双接收器设计技术，RNT可以测量4种补偿电阻率曲线，可在各种变化不定的条件下精确测量地层的真实电阻率。400 kHz的电磁波可以探测地层深层的测量数据，2 MHz的电磁波可以提高地层的分辨率。在水平段施工，400 kHz的电磁波可以准确分辨地层边界，精确测量高达5.5 m深的地层电阻率，实钻过程中可以提前75m探测到地层的边界，从而精确控制轨迹在产层中穿行。
AutoTrak RCLS系统整体结构如图5-8所示。表5-2是RCLS系统的主要技术参数。
图5-8 AutoTrak RCLS系统整体结构示意图
表5-2 AutoTrak RCLS系统主要技术参数
RCLS 系统尺寸 适用井径 造斜率 工具外径 可调稳定器最大外径 工具长度 重量 上 连接扣型（上） 下 6-3/4\ 8-1/2” standard 0 - 6.5 °/100ft (30 m) 6-3/4” 7-3/4” 38.7 ft (11.8 m) 3,400 lb (1,550 Kg) NC50 Box 4-1/2” API Reg Box 或 6-5/8” API Reg Box 8-1/4\ 12-1/4\ - 6.5 °/100ft (30 m) 8-1/4\ 10-11/16\ 41.7 ft (12.7 m) 6,300 lb (2,860 Kg) 6-5/8\ 6-5/8\ 允许泥浆排量:（标准施工） 370-630 GPM，1400-2380 l/min 530-1100 GPM/2000-4200 l/min 允许泥浆排量:（中等排量） 320-530 GPM，1200-2000 l/min 允许泥浆排量:（低排量） 290-420 GPM，1000-1600 l/min 425-790 GPM/1600-3000 l/min 湿连接方式施工 460-630 GPM，1750-2380 l/min 600-1100 GPM/2300-4200 l/min 允许泥浆排量:（标准施工） 400-530 GPM，1500-2000 l/min 允许泥浆排量:（中等排量） 湿连接方式施工 允许泥浆排量:（低排量） 允许最大钻压 允许最高转速 允许工作扭矩（钻头处）
湿连接方式施工 330-420 GPM，1250–1600l/min 475-790 GPM/1800-3000 l/min 55000 lbs/250 kN 250 rpm 14500 ft.lbs/20 kNm 172
88000 lbs/400 kN 250 rpm 32500 ft.lbs/45 kNm 极限扭矩 允许最大上提拉力 上提拉力极限 允许最高工作温度 可测量温度 产生最大液压压力 最大钻头压降 允许含砂量 允许LCM最大含量 允许狗腿度 允许横向/轴向振动 22000 ft.lbs/30 kNm 109000 lbs/487 kN 578000 lbs/2620 kN 300°F(150°C) 311°F(155°C) 20000 psi/1380 bar 2000 psi/138 bar 低于1% With Rotation:9-11°/100ft 5g /45g 90000 ft.lbs/124 kNm 211000 lbs/936 kN 1514000 lbs/6700 kN 300°F(150°C) 311°F(155°C) 20000 psi/1380 bar 2000 psi/138 bar 低于1% 10 °/100ft 5g /45g 40 ppb（114 Kg/m3），细胡桃核 40 ppb（114 Kg/m3），细胡桃核
SCHLUMBERGER公司的POWERDRIVE旋转导向钻井系统简介
图5-9 Powerdrive旋转导向钻井系统
如图5-9所示，SCHLUMBERGER公司的Powerdrive旋转导向系统是一种动态可调式旋转导向工具，它主要由侧向偏置机构和控制机构两部分组成。侧向偏置机构通过翼片伸出、 以和井壁接触时受到井壁反作用的方式给钻头施加一个侧向力。控制机构通过机械连接方式与侧向偏置机构连接，主要功能是控制侧向偏置机构对钻头产生的侧向力的大小和方向，其动力由工具内部的由涡轮提供动力的传递扭矩的传动轴总成提供。
控制机构包括高压腔、盘状控制阀总成、传递扭矩的传动轴总成、齿轮传动总成、电子线路及近钻头井斜传感器等组件共同组成。图8所示的是控制阀里面的控制翼片伸缩的上、下控制盘，旋转导向钻进时，翼片的伸缩主要是由该控制盘总成控制的。
电子线路及近钻头井斜传感器主要是测量旋转导向工具的状态及接收地面指令、控制侧向偏置机构的工作状态。当需要旋转导向工具导向工作时，地面指令通过脉冲泥浆压力形式传递到井下工具，井下工具接收到地面的信号后，自动摆放侧向偏置机构所需要设置的位置，并打开高压控制阀，使高压腔内充满高压泥浆。当井下工具不需要导向工作时，井下工具接收到地面的信号后，关闭高压控制阀，高压腔内没有高压泥浆，侧向偏置机构的三个活塞全部缩回，工具处于自然工作状态。
高压腔为侧向偏置机构翼片的伸出提供动力，内部的高压由高压控制阀控制。当工具处于导向工作状态时，高压控制阀打开，里面的高压泥浆将压力传递到盘状控制阀总成。 传动轴总成为转动旋转导向工具外壳提供动力、齿轮传动总成控制旋转导向工具是转动还是不转动。
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盘状控制阀总成由上、下两个圆形盘阀共同组成。盘状控制阀总成的上盘阀不随钻具转动，其本体上有3个连通的孔，呈120o分布，其中一个高压孔，两个低压孔。高压孔的轴线方向就是POWERDRIVE旋转导向工具的高边位置，它与高压腔连通，同时低压孔与井眼环空连通。盘状控制阀总成的下盘阀随钻具一起同步转动，它的本体上也有三个孔，呈120o分布都是卸压孔。上、下控制盘在控制阀同轴心中上下放置，上、下控制盘上的孔都是同一轴心距。上、下盘阀的结构示意图如图5-10所示。
图2-10 盘状控制阀总成上、下盘阀的结构示意图
侧向偏置机构的核心是三个可伸缩的翼片和控制3个翼片伸缩的活塞。系统处于导向方式工作时，高压控制阀被打开，高压泥浆进入高压腔室，高压腔室与高压孔连通。控制阀中的下盘阀与钻具一起转动。当下盘阀上的一个孔转到与高压孔重叠的状态时，高压孔中的高压流体进入该孔，推动与该孔连通的活塞向外推进，从而将与活塞连接的翼片推出。当该孔转到与上盘阀的高压孔连通的同时，下盘阀上的另外两个孔也同时与上控制盘的低压孔连通，这两个孔内的活塞没有受到内、外的压力，在里面弹簧的作用下，带动翼片缩回。由于上控制盘是不动的，下控制盘上的每一个孔转动到与上控制盘上的高压孔同轴时，该下控制盘孔所对应的翼片伸出，其它两翼片缩回。由此随着钻具的转动，翼片就在上控制盘高压孔处轮流固定伸出。
当翼片伸出时，翼片与井壁接触，相当于给井壁施加了一个外力，根据作用力与反作用力相等的原理，翼片给井壁施加外力的同时，导向工具也受到了大小与该力相等、但方向相反的力，这个力就是翼片伸出时钻具受到的侧向力，其方向与高压孔的位置正好相反，大小与导向工具控制轴的方向有关。
图5-11 是POWERDRIVE 旋转导向工具处于导向工作方式时的状态示意图。
图5-11 Powerdrive 旋转导向工具处于导向工作方式时的状态示意图
由此，调整高压孔的位置，钻头就可受到一个方向与高压孔位置相反的力。由于该工具的高边位置与上盘阀的高压孔一致，因此翼片伸出的方向与高压孔的方向相反，翼片施加给
井眼 环空
伸出的 翼片 侧向偏置机构 钻头受到的侧向力方向 方向控制阀
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井壁的力也与高压孔的方向相反，根据作用力与反作用力间的相互关系，钻头受到的力的方向就与高压孔的方向一致，既高边方向就是钻头受到的侧向力方向，如图5-11所示。这样，当调整高压孔处于高边位置（0°）时，钻头受到的侧向力方向向上，此时相当于全力增井斜。当调整高压孔处于90°时，钻头受到的侧向力方向指向井眼法面90°方向，此时相当于全力增方位。当调整高压孔处于180°时，钻头受到的侧向力方向指向井眼法面180°，此时相当于全力降井斜。当调整高压孔处于270°时，钻头受到的侧向力方向指向井眼法面270°，此时相当于全力降方位。
Powerdrive 旋转导向工具对轨迹的控制是通过由地面向井下工具传递泥浆压力脉冲 的形式来控制的，地面计算机监视由地面向井下工具传递的脉冲序列，然后显示出导向工具的新状态以便地面进一步确认工具的位置是否正确。
Powerdrive旋转导向系统可MWD/LWD组合施工，实现实时几何导向或地质导向。 表5-3 是Powerdrive的技术规范。
表5-3 Powerdrive的技术规范
Powerdrive 工具类型 转速范围 Powerdrive Xtra 40-220 RPM Powerdrive 40-220 RPM 排量范围 对于 8 3/8“到9 7/8”井眼 360-650 GPM 对于12 1/4“--- 14 3/4” 井眼，. 600- 1200 GPM 对于大排量工作方式，800-1900 GPM 360-650 GPM 任何角度，0°-144°已经成功测量 井斜测量范围 可以从直井段开始施工 任何角度，0°-144°已经成功测量 可以从直井段开始施工 导向能力 I8 3/8- 9 7/8“井眼施工，可满足10°/100 采用柔性钻具结构，可满足11°/100 ft 造斜率 ft 造斜率。 12 1/4---14 3/4“井眼施工，可满足不采用柔性钻具结构，可满足8°/100 ft 造斜率 9°/100 ft 造斜率。 能和MWD进行实时通讯 能和MWD进行实时通讯 提供工具的摆放位置及井斜、方位 实现地面、井下双向通讯 提供工具的摆放位置及井斜、方位 实现地面、井下双向通讯 实时通讯 8 3/8”, 8 1/2“, 9 1/2?, 9 7/8“, 12 1/4”, 8 3/8”, 8 1/2“, 9 1/2”, 9 7/8“, 12 适用井眼尺寸 14 3/4“ 1/4”, 14 3/4“
4、旋转导向钻井技术井下钻具的构成
旋转导向钻井技术井下钻具主要由旋转导向工具和其它配套钻井工具共同构成。 钻具组合一般为：钻头+旋转导向工具+MWD/LWD随钻测井短节+上部钻具。 图5-12 为最初的旋转导向钻具组合。该钻具组合采用可变径稳定器在转动钻进的同时实现轨迹小范围内的上下控制，对轨迹方向的控制无能为力。由于旋转导向钻井技术是在该钻井技术的基础上发展起来的，因此有人将该钻具组合列为是最原始的旋转导向钻具组合。
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