钻头导向旋转导向系统Geo-Pilot.docx

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“钻头导向”旋转导向系统Geo-PilotTM

早期的第一代旋转导向工具时承受“侧推钻头”的方式，利用工具外部的零部件侧推钻头，给钻头施加一个强大的外力，迫使钻头偏离钻具轴心运动而切入地层，从而到达定向钻井的效果。这种工作方式，由于钻头是在强大外力的作用下工作的，钻头受力不均匀，井眼有扩大的趋势，简洁造成井眼螺旋。同时业由于钻头是在强大外力的作用下工作的，还会导致很多问题发生，最主要的一点就是推动钻头侧向运动的零部件往往简洁损坏，同时简洁导致钻头螺旋、涡动、高振动，以及MWD/LWD的非正常损坏。其后果是井眼质量受到限制，清洁井眼、反划眼都要铺张大量的时间，测井、下套管、完井作业困难，难以表达施工效益。

由此Sperry-Sun加强了对系统的不断改进，最终设计制造出了目前世界上性能最为牢靠的钻头定位旋转导向钻井系统Geo-PilotTM。该系统并不是利用系统外部的零部件推动钻头来到达定向效果，取而代之的是一套偏心装置，该偏心装置使钻头驱动轴弯曲，驱动轴弯曲就会使使钻头轴心偏离钻具轴心，从而到达定向钻进的效果。

Geo-PilotTM是美国斯派里森公司〔现为美国Halliburton一分公司〕和日本国家石油JNOC联合开发的产品。相对于第一代“侧推钻头”旋转导向工具而言，该工具是第一代“钻头导向”旋转导向工具。系统的斜向驱动轴局部由JNOC设计，斜向轴外部的旋转导向局部由斯派里森公司设计。在获得JNOC专利授权的状况下，该系统由美国斯派里森公司加工制造并投入商业化运营。

1系统构造

系统主要由驱动轴、外壳、驱动轴密封装置、非旋转设备、上下轴承、偏心装置、近钻头井斜传感器、近钻头稳定器、掌握电路和传感器等部件构成，如以下图1。

驱动轴贯穿整个系统，其两端安装在轴承上，上部和钻具连接，下部和钻头连接，是整个系统的动力传输局部。

外壳是系统的外尾部构造，相对于地层不转动。其上端和系统的非旋转设备连接，下端装有一个近钻头稳定器。

驱动轴 外壳

掌握电路

和传感器偏心环 轴承 居中轴承 密封装置

密封装置 非旋转设备

轴承压力补偿器 近钻头井斜传感器

近钻头稳定器

图1Geo-PilotTM构造示意图

非旋转设备的祖尧组成为弹簧滚柱。弹簧滚柱确保扶正器处于满眼状态，并保持和井壁接触从而使系统的外壳在转动轴转动的状况下不旋转。

轴承分上下两局部。除常规的减阻作用外，上面的轴承可以防止上部扶正器上面的钻具弯曲，下面的滚珠主要是使Geo-Pilot轴心居中，同时还起到一个支点的作用，以使钻头在传动轴略微弯曲的状况下，钻头能产生较大的偏斜效果。

偏心装置是整个系统导向功能的核心(见图2)。偏心装置由两个偏心环组成，掌握两个偏心环运动的机械装置是相互独立的，其转动方向和转动的位置由掌握电路掌握。转动装置为与之连接的凸轴。

不具备造斜力量 造斜力量最强 造斜力量适中

图2两个偏心环相对位置关系和造斜力量示意图

掌握电路和传感器局部是检测和掌握导向工具状态的核心。一方面传感器不断检测系统的工具面位置〔导向系统的工具面方向〕，另一方面，该局部还依据设计的工具面数据，掌握导向系统在钻进过程中对系统产生的工具面偏移进展校正，使系统始终处于稳定的工具面位置施工。

近钻头稳定器主要是起支撑的作用，以确保钻头在驱动轴发生弯曲的状况下，强迫钻头转变轴心方向，到达钻头定向的效果。

近钻头井斜传感器用以测量近钻头井斜和系统的工具面方向。压力补偿器使系统旋转密封部位内的压力略微高于环空压力。2工作原理

Geo-PilotTM旋转导向系统的驱动轴贯穿整个系统，其两端安装在轴承上，上部和钻具连接，下部和钻头连接，是驱动钻头转动的动力传输装置。系统的外壳安装在轴承的外围，相对地层不旋转，以此供给一个相对稳定的工具面。外壳两端的旋转密封装置使驱动轴在旋转的同时，全部运动的零部件都浸泡在外壳里面的润滑油里面，以降低运动摩阻并保护这些零部件。外壳内部有一个传感器组，用以测量近钻头井斜和系统的工具面方向。外壳的中间就是系统的核心部件偏心装置，偏心装置由两个独立的偏心环共同组成。当两个偏心环

的偏心位置正好相反时，此时驱动轴不弯取。当两个偏心环的偏心方向全都时，此时驱动轴弯曲幅度最大〔其导向力量到达最强〕。两个偏心环的偏心位置不在同始终线时，驱动轴的弯曲度介于弯曲幅度最大和不弯曲之间，由此掌握系统不同的造斜力量。偏心环的偏心方向可以通过掌握偏心环凸轮的转动来实现，两个偏心环的偏心方向矢量和可以指向360°范围内的任意方向，其矢量和的大小也可在最大和最小之间调整，由此形成了系统在不同的方向进展导向、造斜力量可以在最大和最小之间进展掌握的特性。

两个偏心环的偏心位置不同时，就会产生转动轴偏斜的效果，偏