导向钻井系统

    导向钻井系统主要由导向马达、MWD、PDC钻头组成。本节主要介绍导向马达（DTU）。MWD可参阅本章第五节。

    目前，有三种导向马达，这就是可调弯度的导向马达（AKO）。固定弯度的DTU和单弯马达。

    1．结构和工作原理

    导向钻井系统（Navigation Drilling System。）是目前世界上先进的定向钻井系列工具，使用这种系统，可使工程人员在不起下钻的情况下就能够准确、连续、经济地完成多种定向作业以及复杂的长井段定向作业，即实现连续钻进和连续控制井眼轨迹。因此，八十年代这种连续控制井眼轨迹的技术出现后，很快就得到发展，并被推广应用于各类定向井及水平井中，而取得越来越显著的经济效益。

    （l）结构

    （2）工作原理

    由于万向节外壳在同一平面内呈反向弯曲，使钻头轴线相对于井眼轴线稍微倾斜。反向双弯外壳先以一角度朝一方向弯曲，后在同一平面内以更大的角度朝相反的方向弯曲，两弯曲角度之差就是钻头与中心轴线间的夹角。由导向马达的上稳定器、下稳定器及钻头三个支点，确定一固定圆弧，三点位置一经确定，就具有固定不变的增斜率，即“全角变化率”。

    进行定向作业时，锁住转盘，即和普通的动力钻具一样工作，所钻井眼为一圆弧；稳斜钻进时，转动钻柱，由于钻头偏距和侧向力都很小，钻柱旋转钻出的井眼就是斜直的，达到稳斜的目的。由于配有MWD仪器，可随时监测井眼轨迹，如果再配上耐用的PDC钻头，可实现在不起钻的情况下连续控制井眼轨迹。

    2．导向钻井系统的优点

    导向钻井系统最大的特点是用一套钻具组合实现多种定向作业，这样就节省了大量的起下钻时间，缩短了建井周期，节约了钻井费用，因此对昂贵的海上钻井有特别重要的意义。其主要优点有：

    （l）及时控制井眼轨迹，提高钻井的准确性。采用MWD跟踪监测井眼轨迹，一旦发现轨迹不合要求，便可随时进行方位和井斜的调整，提高井眼轨迹的精度；

    （2）减少起下钻次数，提高钻井效率。由于使用一套井下钻具组合，就能完成多种定向作业，减少了起下钻的次数，从而避免许多井下事故的发生；

    （3）充分发挥钻头潜力，提高机械钻速。由于导向动力钻具的多功能性，减少了为控制井眼轨迹而进行的起下钻，从而得以优化钻头使用效果。钻头受到的侧向力一般较小，也有利于延长钻头寿命和增加钻头进尺。

    （4）利用计算机技术监测与预测井眼轨迹以及导向马达和钻头的工作性能，能及时调整有关可控因素、钻进方式，确保井眼轨迹控制得以安全、准确、迅速、连续地进行。

    3．可控马达DTU与普通马达性能对比

    4．DTU和AKO导向马达的性能参数

    可调弯角的导向马达（AKO），其理论造斜率与弯角之间的关系。在各图中区域，可用作旋转和定向两种模式，超过这一范围，只能用作定向模式，当然调工具面时的慢速平稳转动是允许的。