旋转导向技术是一项尖端的自动化钻井技术,对于非常规油气资源的开发,特别是页岩气的开发,对钻井技术的要求越来越高。常规旋转钻井工具已不能满足对大位移井和从式水平井开发,具有造斜能力不足,效率低等问题,为了解决这些问题结合了国家“十三五”项目“高造斜率旋转导向钻井工具”的要求,在参考斯伦贝谢公司的Power Driver Archer旋转导向工具的基础上,进行高造斜率旋转导向工具测控系统研究。论文做了两方面的资料调研,一是国内外对常规及高造斜率旋转导向钻井工具的研究;二是针对常规旋转导向钻井工具在其测量和控制方面所做的研究工作的不足,明确了论文要解决的问题。论文主要开展了三方面工作:(1)论文先分析了高造斜率旋转导向工具的工作原理,并提出了高造斜率旋转导向钻井工具HBR-RSS(High Build Rate-Rotary Steerable System)的结构设计,并利用CAD软件绘出钻井工具整体结构原理图。(2)结合中煤科工集团西安研究院的测斜仪实验,对高造斜率旋转导向钻井工具空间姿态参数测量系统进行了室内实验测试,验证了HBR-RSS工具姿态参数测量系统即“三轴MEMS加速度计+三轴MEMS陀螺仪传感器”组成的惯性体方案可行。(3)对稳定平台进行了受力分析,得出稳定平台控制的动力学方程,利用SolidWorks软件构建高造斜率旋转导向工具三维工具模型,并将其置入ADAMS软件中,进行仿真模拟,得出导向工具造斜过程运动仿真曲线和造斜到稳斜过程运动参数仿真曲线。本文探索性地对高造斜率旋转导向工具测控系统进行了方案设计和室内实验验证,并得出了相应的实验结论。对于HBR-RSS系统的研发和进一步推广应用具有一定的推动作用。