一、成果概述：

旋转导向钻井技术始创于 20 世纪 90 年代初，其技术核心为旋转导向系统（ Rotary Steerable Systems，简称 RSS）。RSS 是在钻柱旋转钻进时完成井眼轨迹控制的一种导向式钻井系统，其作用是为钻头施加侧向推靠力或者改变钻头指向从而改变井眼轨迹。目前主流的旋转导向系统有Schlumberger 研发的 Power Drive 系列，Baker Hughes 的 Auto Trak，Halliburton 研发的 GeoPilot，中海油 Welleader 系统等，近年来旋转导向钻井因其技术优势在我国被越来越广泛地应用，全球范围内的旋转导向服务井数快速增长，将来极有可能成为一项主流技术。但目前旋转导向系统性轨迹控制能力有待于进一步提高，工作寿命有待于进一步延长且钻井速度有待进一步提升。推靠式旋转导向系统是目前通用的导向系统，也是未来最有可能主流停用的系统，对其上述三项性能进行提升既有重要工程意义。现有推靠式旋转导向系统实现将工具推靠力转移到钻头的基本原理是“速度杠杆”，由于原理限制导致钻头所获推靠力小于工具输出推靠力，钻头转向与推靠力方向相反且随着钻速提高轨迹控制能力下降。若能突破该原理的限制，研究一种新型的旋转导向方法，即可放大工具推靠力给钻头、又使得钻头指向与推靠力方向相同且提高钻头破岩效率，则同时实现提高轨迹控制能力，延长工具工作寿命及进一步提高钻井速度三个目的有望实现，这对发展自主知识产权的高效旋转导向系统具有极大的重要意义。为此，提出了基于“省力杠杆”原理的反向推靠式旋转导向钻井系统，与常规推靠式旋转导向钻井系统的钻头所获侧向推靠力、钻头指向角及钻进趋势角三个指标进行对比研究发现：常规推靠式旋转导向钻井系统钻头推靠力小于导向工具输出推靠力且钻头推靠力与钻头指向方向相反是导致其轨迹控制能力难于提升的核心因素；反向推靠式旋转导向钻井系统可实现将工具推靠力提升数倍施加于钻头的目标，可达到协同钻头推靠与指向作用控制井眼轨迹的目的，且为不影响轨迹控制能力及工具寿命基础上提速工具的安装提供可空间，该方法的提出为旋转导向钻井系统同时实现强

轨迹控制能力、长工具使用寿命和提高钻井速度提供了可行性方案。

二、技术特点及技术指标：

综合上述对比分析，可以看出基于“省力杠杆”原理的反向推靠式旋转导向钻井系统具有以下

特点：

1）轨迹控制能力更强：新型导向系统采用省力杠杆原理，实现导向翼肋到钻头推靠力的放大，形成推靠式和指向式联合造斜的方式，能够实现了轨迹控制能力的大大提升；

2）旋转导向钻井工具寿命长：导向翼肋输出的推靠力大小决定工具的寿命，由于钻头获得相同推靠力的情况下，新型导向系统较常规导向系统推靠力大幅降低，减小了导向翼肋工作负载，可以减少翼肋的磨损，从而延长工具寿命。

3）可以为进一步提高钻井速度提供条件：由于新型导向系统采用省力杠杆原理，新型导向系统的导向翼肋和扶正器之间长度可以进一步延长，且工具轨迹控制能力还可以得到保障，导向翼肋和扶正器之间长度延长给提速装置的安装提供了空间，从而为进一步提高钻井速度提供了保障。基于“省力杠杆”原理的反向推靠式旋转导向钻井系统与常规导向系统相比，在井斜角 0°，45°，90°下，工具输出推靠力相同时，新型导向系统相比常规导向系统钻头获得推靠力提高 3.7， 4，5.3 倍。钻头获得相同推靠力下，工具仅需施加常规导向系统的 0.23，0.1，0.05 倍的推力即可实现相同推靠效果，这为旋转导向钻井工具使用寿命的延长提供了保障。基于“省力杠杆”原理的新型旋转导向系统与常规导向系统相比，在近钻头处提供出来 5 m 左右空间，留出的空间足够安装提速工具，且安装上 5m 长提速工具后，轨迹控制能力依然高于常规导向系统。这为进一步提高钻井速度提供了条件。

三、应用领域：

针对于石油钻井行业，主要是一种旋转导向钻井系统。