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[摘 要]旋转导向钻井系统技术是现代定向钻井技术的核心技术，是现代导向钻井技术的发展方向，本文对旋转导向钻进系统进行了简要介绍，并对比分析了国内外的研究现状与发展历程。
[关键词]旋转导向;钻井;AutoTrak
中图分类号：TP683 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）14-0185-01
1.旋转导向钻井系统简介
旋转导向钻井系统是在钻柱旋转钻进时，随钻实时完成导向功能的一种导向式钻井系统，是一项尖端自动化钻井新技术，代表了当今世界钻井技术发展的最高水平。这项技术已经成为复杂超深定向井和大位移水平井使用的必备技术，目前仅贝克休斯和斯伦贝谢等国外钻井服务公司拥有此项技术。与国内目前滑动钻进的定向钻井相比较，旋转导向钻井指哪打哪的定向功能更加强大，具有边滑动边旋转的特点，对井眼轨迹的控制能力更加精确，形成的井眼较常规井下马达导向钻具组合钻出的井眼更加光滑，能够有效减少摩阻扭矩和井下复杂情况的发生，提高钻进能力。
2.旋转导向系统的分类
按照导向原理的不同， 可将现有旋转导向钻井系统划分为推靠钻头式 （Push The Bit） 和指向钻头式 （Point The Bit） 两大类。
推靠钻头式是通过偏置机构 （Bias Units） 在钻头附近偏置钻头直接给钻头提供侧向力。指向钻头式是通过偏置机构直接或间接弯曲心轴使钻头指向井眼轨迹控制方向。同时， 偏置机构的工作方式又有2种：静态偏置 （Static Bias） 和动态 （或调制式） 偏置 （Dynamic Bias） 。静态偏置式是指偏置机构在钻进过程中不与钻柱一起旋转， 可在某一方向上固定提供侧向力;动态式是指偏置机构在钻进过程中与钻柱一起旋转， 依靠控制系统使其在某一位置产生定向周期性的侧向力。综合考虑导向方式和偏置方式， 可以更全面、更准确地将旋转导向钻井系统按其井下工具系统的工作方式分为4种：静态偏置推靠式、动态偏置推靠式、静态偏置指向式和动态偏置指向式。目前， 还没有成型的动态偏置指向式系统， 国内外已开发和应用的其他3种旋转导向钻井系统[1]。
3.研究现状
3.1国外研究现状
国外研究单位主要有：Baker Hughes、Schlumberger Anadrill、Sperry-Sun。
为克服滑动导向技术的不足，从20世纪80年代末期，国外就开始了旋转导向钻井系统的理论研究。20世纪90年代初期，多家公司形成了商业化的旋转导向技术，目前有三种比较成熟的导向系统。AutoTrak旋转闭环钻井系统;PowerDrive旋转导向钻井系统;Geo-Pilot旋转导向自动钻井系统。
（1）AutoTrak旋转闭环钻井系统：
1993年，意大利AGIP公司与美国Baker HughesINTEQ公司合作在早期的垂直钻井系统（VDS）和直井钻井装置（SDD）基础上研制了旋转闭环系统（RCLS）。1996年在4口井中试验获得成功，1997年注册Auto Trak，正式推向市场。
（2）PowerDrive旋转导向钻井系统：
1994年英国Camco公司研制的旋转导向钻井（SRD）系统在英格兰Montrose地区井中试验获得成功。1995年5月，Camco公司与美国Schlumberger公司的Anadrill公司合并，SRD系统注册为PowerDrive，2000年改进为PowerDrive Xtra。
（3）Geo-Pilot旋转导向自动钻井系统：
1989年日本国家石油公司（JNOC）开始研究遥控动态定向系统（RCDOS），1993年美国Sperry-Sun公司研制了适合于转盘钻进的自动定向系统（AGS），同年在英格兰Wytch Farm油田首次进行商业应用。1999年，两公司合作以Halliburton公司的名义推出了Geo-Pilot旋转导向自动钻井系统。
3.2国内发展历程
国内研究单位主要有：中国石油天然气集团公司、中国海洋石油集团公司、中国石化集团公司。
国内开展这方面的研究工作起步较晚，20世纪90年代中期才开始相关的研究工作。近几年，研制出了相应的工具系统，并在关键技术方面取得了突破。但与国外同类型工作相比，在工作性能、自动化程度等方面仍存在一定差距。
（1）中国石油天然气集团公司
CGDS-I是由中国石油集团钻井工程技术研究院主持研发，拥有自主知识产权的第一代近钻头地质导向钻井系统。CGDS-I近钻头地质导向钻井系统研制从1999年5月正式启动，经历6年半时间的努力攻关，先后进行了20余口井的部件和单元现场实验，系统不断得到改进和完善，于2005年底由中国石油集团钻井工程技术研究院北京石油机械厂正式生产并出产。
（2）中国海洋石油集团公司
1997年，中海石油研究中心牵头国家863项目“海底大位移井钻井技术”，与渤海石油公司、西安石油学院三家合作，共同研究开发了用于二维井眼轨迹控制的“井下闭环可变径稳定器”样机，取得初步成果，于2000年11月通过国家科技部组织的验收，获得中国海洋石油总公司科技进步一等奖。2000年，新星石油公司钻井研究所也已立项，对国外旋转自动导向钻井技术及工具、仪器进行调查研究，并专门派团赴国外考察。2001年中石化胜利油田钻井院与西安石油大学合作承担了国家863前沿课题：“旋转导向钻井系统整体方案设计及关键技术研究”。2001年，中海石油研究中心牵头的国家863课题：“可控（闭环）三维轨迹钻井技术”研究中，西安石油學院承担了“旋转导向工具技术研究”，该项目在2005年11月18日完成了海上下井试验，2006年1月5日可控偏心器式旋转导向钻井系统通过国家863计划项目验收。 （3）中国石化集团公司MRSS系统
2001年，由胜利石油管理局钻井院与西安石油大学导向钻井研究所合作，实现了技术上的有事互补。联合承担被列为国家“863”前瞻性研究项目及中国石化集团公司科技攻关项目“调制式旋转导向钻井系统整体方案设计及关键技术研究”，开始研制具有自主知识产权的旋转导向系统。
中国石化集团胜利石油管理局钻井院和西安石油大学导向钻井研究所合作自主研发调制式旋转导向钻井系统MRSS在2006年7月成功实现了地面功能，并于同年8月底在胜利油田营12.斜225井上成功进行了包括旋转导向钻井井下工具系统、MWD随钻测量系统、信息上传系统和地面监控系统在内的整个旋转导向钻井系统的联合现场试验。
目前，样机已通过“863”项目验收，专家组认为其水平居国内领先，部分达国际水平。
4.国内外对比分析
从旋转导向技术的发展现状来看，国外技术已经相当成熟，并且定向服务逐渐向旋转导向转移，其经济效益和社会效益显而易见。
我国关于旋转导向技术发展比较晚，经过多年努力，我国成功研制并成功运用该技术，标志着我国成为全球第四拥有这项技术的国家。同时我国也成为全球第二个同时拥有这两项技术的国家，现已获得很大的经济效益，打破了国外对该项技术的垄断。与国外同类型工具相比，在工作性能、自动化程度等方面仍存在一定差距，但在某些关键技术上已经处于领先地位。
5.旋转导向系统存在的技术难点
国内外都在不断研究旋转导向工具，国外产品已经商业化，而国内也进入了应用阶段，但是目前旋转导向工具仍有许多技术难题有待解决：
目前可变径稳定器仅能对井斜进行微调，适合于大曲率钻井，而在中曲率和小曲率的条件下则不适用;
国内的稳定器大多是有级变径，并且变化次序固定;
稳定器的密封是一项关键技术，国内的导向工具寿命短的主要原因就是密封快速失效。
6.结语
旋转导向钻井系统是一个集机、电、液于一体的闭环自动控制系统， 并以旋转钻井为其技术特征， 旋转导向钻井工具是整个导向系统的核心， 而指向式旋转导向钻井工具是未来的发展趋势， 其在减少井下摩阻、提高钻探能力和控制精度方面具有独特的优势。
参考文献
[1]雷静，杨甘生，梁涛，胡驰.国内外旋转导向钻井系统导向原理[J].探矿工程（岩土钻掘工程），2012，3909：53-58.
作者简介
李云龙，出生年月：1988年11月17，性别：男，籍贯： 辽宁省抚顺市，毕業院校：华北电力大学科技学院，职称：助理工程师，目前从事工作： 随钻仪器维修。
[关键词]旋转导向;钻井;AutoTrak
中图分类号：TP683 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）14-0185-01
1.旋转导向钻井系统简介
旋转导向钻井系统是在钻柱旋转钻进时，随钻实时完成导向功能的一种导向式钻井系统，是一项尖端自动化钻井新技术，代表了当今世界钻井技术发展的最高水平。这项技术已经成为复杂超深定向井和大位移水平井使用的必备技术，目前仅贝克休斯和斯伦贝谢等国外钻井服务公司拥有此项技术。与国内目前滑动钻进的定向钻井相比较，旋转导向钻井指哪打哪的定向功能更加强大，具有边滑动边旋转的特点，对井眼轨迹的控制能力更加精确，形成的井眼较常规井下马达导向钻具组合钻出的井眼更加光滑，能够有效减少摩阻扭矩和井下复杂情况的发生，提高钻进能力。
2.旋转导向系统的分类
按照导向原理的不同， 可将现有旋转导向钻井系统划分为推靠钻头式 （Push The Bit） 和指向钻头式 （Point The Bit） 两大类。
推靠钻头式是通过偏置机构 （Bias Units） 在钻头附近偏置钻头直接给钻头提供侧向力。指向钻头式是通过偏置机构直接或间接弯曲心轴使钻头指向井眼轨迹控制方向。同时， 偏置机构的工作方式又有2种：静态偏置 （Static Bias） 和动态 （或调制式） 偏置 （Dynamic Bias） 。静态偏置式是指偏置机构在钻进过程中不与钻柱一起旋转， 可在某一方向上固定提供侧向力;动态式是指偏置机构在钻进过程中与钻柱一起旋转， 依靠控制系统使其在某一位置产生定向周期性的侧向力。综合考虑导向方式和偏置方式， 可以更全面、更准确地将旋转导向钻井系统按其井下工具系统的工作方式分为4种：静态偏置推靠式、动态偏置推靠式、静态偏置指向式和动态偏置指向式。目前， 还没有成型的动态偏置指向式系统， 国内外已开发和应用的其他3种旋转导向钻井系统[1]。
3.研究现状
3.1国外研究现状
国外研究单位主要有：Baker Hughes、Schlumberger Anadrill、Sperry-Sun。
为克服滑动导向技术的不足，从20世纪80年代末期，国外就开始了旋转导向钻井系统的理论研究。20世纪90年代初期，多家公司形成了商业化的旋转导向技术，目前有三种比较成熟的导向系统。AutoTrak旋转闭环钻井系统;PowerDrive旋转导向钻井系统;Geo-Pilot旋转导向自动钻井系统。
（1）AutoTrak旋转闭环钻井系统：
1993年，意大利AGIP公司与美国Baker HughesINTEQ公司合作在早期的垂直钻井系统（VDS）和直井钻井装置（SDD）基础上研制了旋转闭环系统（RCLS）。1996年在4口井中试验获得成功，1997年注册Auto Trak，正式推向市场。
（2）PowerDrive旋转导向钻井系统：
1994年英国Camco公司研制的旋转导向钻井（SRD）系统在英格兰Montrose地区井中试验获得成功。1995年5月，Camco公司与美国Schlumberger公司的Anadrill公司合并，SRD系统注册为PowerDrive，2000年改进为PowerDrive Xtra。
（3）Geo-Pilot旋转导向自动钻井系统：
1989年日本国家石油公司（JNOC）开始研究遥控动态定向系统（RCDOS），1993年美国Sperry-Sun公司研制了适合于转盘钻进的自动定向系统（AGS），同年在英格兰Wytch Farm油田首次进行商业应用。1999年，两公司合作以Halliburton公司的名义推出了Geo-Pilot旋转导向自动钻井系统。
3.2国内发展历程
国内研究单位主要有：中国石油天然气集团公司、中国海洋石油集团公司、中国石化集团公司。
国内开展这方面的研究工作起步较晚，20世纪90年代中期才开始相关的研究工作。近几年，研制出了相应的工具系统，并在关键技术方面取得了突破。但与国外同类型工作相比，在工作性能、自动化程度等方面仍存在一定差距。
（1）中国石油天然气集团公司
CGDS-I是由中国石油集团钻井工程技术研究院主持研发，拥有自主知识产权的第一代近钻头地质导向钻井系统。CGDS-I近钻头地质导向钻井系统研制从1999年5月正式启动，经历6年半时间的努力攻关，先后进行了20余口井的部件和单元现场实验，系统不断得到改进和完善，于2005年底由中国石油集团钻井工程技术研究院北京石油机械厂正式生产并出产。
（2）中国海洋石油集团公司
1997年，中海石油研究中心牵头国家863项目“海底大位移井钻井技术”，与渤海石油公司、西安石油学院三家合作，共同研究开发了用于二维井眼轨迹控制的“井下闭环可变径稳定器”样机，取得初步成果，于2000年11月通过国家科技部组织的验收，获得中国海洋石油总公司科技进步一等奖。2000年，新星石油公司钻井研究所也已立项，对国外旋转自动导向钻井技术及工具、仪器进行调查研究，并专门派团赴国外考察。2001年中石化胜利油田钻井院与西安石油大学合作承担了国家863前沿课题：“旋转导向钻井系统整体方案设计及关键技术研究”。2001年，中海石油研究中心牵头的国家863课题：“可控（闭环）三维轨迹钻井技术”研究中，西安石油學院承担了“旋转导向工具技术研究”，该项目在2005年11月18日完成了海上下井试验，2006年1月5日可控偏心器式旋转导向钻井系统通过国家863计划项目验收。 （3）中国石化集团公司MRSS系统
2001年，由胜利石油管理局钻井院与西安石油大学导向钻井研究所合作，实现了技术上的有事互补。联合承担被列为国家“863”前瞻性研究项目及中国石化集团公司科技攻关项目“调制式旋转导向钻井系统整体方案设计及关键技术研究”，开始研制具有自主知识产权的旋转导向系统。
中国石化集团胜利石油管理局钻井院和西安石油大学导向钻井研究所合作自主研发调制式旋转导向钻井系统MRSS在2006年7月成功实现了地面功能，并于同年8月底在胜利油田营12.斜225井上成功进行了包括旋转导向钻井井下工具系统、MWD随钻测量系统、信息上传系统和地面监控系统在内的整个旋转导向钻井系统的联合现场试验。
目前，样机已通过“863”项目验收，专家组认为其水平居国内领先，部分达国际水平。
4.国内外对比分析
从旋转导向技术的发展现状来看，国外技术已经相当成熟，并且定向服务逐渐向旋转导向转移，其经济效益和社会效益显而易见。
我国关于旋转导向技术发展比较晚，经过多年努力，我国成功研制并成功运用该技术，标志着我国成为全球第四拥有这项技术的国家。同时我国也成为全球第二个同时拥有这两项技术的国家，现已获得很大的经济效益，打破了国外对该项技术的垄断。与国外同类型工具相比，在工作性能、自动化程度等方面仍存在一定差距，但在某些关键技术上已经处于领先地位。
5.旋转导向系统存在的技术难点
国内外都在不断研究旋转导向工具，国外产品已经商业化，而国内也进入了应用阶段，但是目前旋转导向工具仍有许多技术难题有待解决：
目前可变径稳定器仅能对井斜进行微调，适合于大曲率钻井，而在中曲率和小曲率的条件下则不适用;
国内的稳定器大多是有级变径，并且变化次序固定;
稳定器的密封是一项关键技术，国内的导向工具寿命短的主要原因就是密封快速失效。
6.结语
旋转导向钻井系统是一个集机、电、液于一体的闭环自动控制系统， 并以旋转钻井为其技术特征， 旋转导向钻井工具是整个导向系统的核心， 而指向式旋转导向钻井工具是未来的发展趋势， 其在减少井下摩阻、提高钻探能力和控制精度方面具有独特的优势。
参考文献
[1]雷静，杨甘生，梁涛，胡驰.国内外旋转导向钻井系统导向原理[J].探矿工程（岩土钻掘工程），2012，3909：53-58.
作者简介
李云龙，出生年月：1988年11月17，性别：男，籍贯： 辽宁省抚顺市，毕業院校：华北电力大学科技学院，职称：助理工程师，目前从事工作： 随钻仪器维修。