摘要：旋转导向钻井技术在国内外已经得到了广泛的运用，随着我国大部分油田进入开发中后期，主力勘探区块勘探程度较高，勘探新区多处于特殊环境，油田在开发过程中大量采用水平井、大位移井、丛式井、高难度定向井等，在这些特殊钻井工艺应用过程中，地质导向技术在引导钻头及控制井眼轨迹的方面起到关键作用，大大提高了钻井成功率。
关键词：旋转导向工具；AutoTrack Curve；AutoTrak G3；应用；探讨
1 前言
近年来，随着我国大部分油田进入开发中后期，主力勘探区块勘探程度较高，勘探新区多处于特殊环境，勘探开发成本不断升高，为了提高油气采收率、降低开采成本，油田在开发过程中大量采用水平井、大位移井、丛式井、高难度定向井等，为了提高特殊钻井工艺钻井成功率，引导钻头及控制井眼轨迹的地质导向技起到关键作用。
旋转导向钻井技术是20 世纪90 年代出现的一项尖端自动化钻井新技术，技术核心是旋转导向钻井系统。其结构主要包括自动导向钻井系统、地面监测系统、及将上述两部分联系在一起的双向通讯而组成。目前旋转导向钻井技术因其施工井眼轨迹规则平滑、水平段延伸能力强、钻速高、成本低、建井周期短等优势，在国内外水平井、大位移井、丛式井油气开发中得到了广泛应用。
2 旋转导向技术简介
旋转导向钻井技术（RSS）主要由地面系统和井下控制系统组成，具体可以分为地面监控系统、通讯系统、随钻测量系统及井下导向工具系统四部分，如下图1所示，其中，井下导向工具系统是一个集机、电、液于一体的自动控制系统，能够控制钻头钻进轨迹，是旋转导向系统的核心所在。旋转导向主要作用是钻井导向、实时监控、双向通讯、连续导向，先进的旋转导向钻井系统具备地质导向、实时可视化、闭环控制及耐温能力强的特点。
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图1 旋转导向系统组成
旋转导向技术根据导向方式不同，可以分为推靠式和指向式两种，其中，指向式旋转导向系统具有摩阻小、水平位移大、钻井质量高等优势，地层适应性好，能够适应各种复杂工况，应用越来越普遍。旋转导向钻井系统结构主要有“静止套+驱动轴”和“全旋转”两种，其中“静止套+驱动轴”具有结构简单、强度好的特点，“全旋转”的结构对井壁没有静止点，适用于复杂的地层环境，钻井极限深度大、速度快，在大位移井、丛式井及其它高难度钻井工艺中具有明显优势。
3 AutoTrak 旋转导向工具原理
Auto Trak是贝克休斯公司开发的旋转闭环钻井系统( AutoTrak Rotory Clo sed Loo p Drilling System) 的商业名称。其主要技术特点是能够在旋转钻进过程中经过地面计算机控制实现地质导向随钻测井及可控制定向钻进。AutoTrak系统可以在钻柱旋转状态下进行任何角度的定向钻井控制。因此, 它改变了传统的靠井下动力钻具带弯节头在滑动钻进状态下进行定向控制的方法, 从而提高钻井效率, 有利于大斜度井、水平井的井眼清洁及钻出具有平滑井壁的井眼,减少粘吸卡钻的可能性和下一步完井的危险性。
3.1AutoTrak Curve旋转导向钻井系统
AutoTrack Curve旋转导向钻井系统是贝克休斯公司生产的导向工具系统，以推靠式导向方式为主，系统的井下偏置导向工具由不旋转外套和旋转心轴两大部分通过上下轴承连接形成一个可相对转动的结构。旋转心轴上接钻柱，下接钻头，起传递钻压、扭矩和输送钻井液的作业。在外套上设置有井下CPU、控制部分和支撑翼肋，不旋转外套上分布着3个支撑翼肋，液压系统为支撑翼肋提供动力，支撑翼肋推靠在井壁上，产生侧向力，3个支撑翼肋的合力控制导向力的大小和方向，达到旋转导向的目的。AutoTrack Curve导向系统能够在一趟钻井过程中完成直井段、造斜段及水平段钻进，钻进速度快、系统工作稳定、轨迹控制精度高。
AutoTrack Curve工具的理论造斜能力为45°/100m，它的近钻头井斜零长为2m，伽马零长为3.74m，井斜与方位零长为6.81m，从数据显示该类型工具的造斜能力比较强，它也是贝克休斯专门结合陆地情况设计的工具。
AutoTrack Curve旋转导向钻井系统造斜率高，能够一趟钻完成直井段、造斜段、水平段钻进，减少了起下钻时间，大大节约了钻机工作时间。该系统轨迹控制精度高，能够准确实时的地质导向，保证钻头准确的在目的层中穿行，保证了砂岩钻遇率。该系统造型曲率半径小，允许更深的造斜点，增加了井眼与储层的接触面积，同时井身质量好，有利于大规模体积压裂，提高单井产量。
3.2AutoTrak G3 工具
该工具属于第三代旋转导向工具，它的理论造斜能力为20° /100m，它的近钻头井斜零长为1.2m，伽马零长为5.54m，井斜与方位零长为8.54m，该类型的工具除了提供另外两种工具的功能和作用外，它也能够进行相关的测量工作。此外， 值得注意的是Baker Hughes 和AGIP 公司推出AutoTrak RCLS 的钻井系统也是AutoTrak 旋转导向工具的重要项目，它主要采用静态偏制推靠钻头式进行工作，目前已经投入到商业应用当中。AutoTrak RCLS 系统的旋转导向程度为外筒不旋转，其造斜能力为6.5° /30m，相比以上三种工具和系统，它的造斜能力比较低。AutoTrak RCLS 系统工具的构成也比较复杂，主要由传动轴和静态稳定器套构成（如图2），在实际的钻井过程中，该系统工具的安全性属于中等程度。
4 发展趋势
为了满足油气资源开发中高难度定向井要求，旋转导向技术造斜率会不断提升。在轨迹控制方面，为了提高命中目标靶区的能力，旋转导向技术必然朝着提高井眼轨迹精度的方向发展。为了满足复杂地层及恶劣工况要求，实现一趟钻完成定向钻井作业，旋转导向技术必须提升工作的可靠性及耐高温高压能力。为了提高钻速，减少作业时间，旋转导向结合井下马达，提高机械钻速。随钻测量结合多种工程及地质参数，在常规测量参数的基础上，丰富地层参数，同时集成传感器，使传感器力钻头更近。提高井下与地面的双向传输能力，实现井下信息高速上传，便于及时掌握井下情况。不断提高导向工具的自动化及智能化程度，实现远距离控制及无人智能钻进作业。加大与其它技术的集成应用，进一步发挥旋转导向技术优势。
5 结束语
旋转导向技术因在大位移井及水平井中取得较好的应用效果，目前应用越来越普遍。随着旋转导向技术的不断发展，机械钻速不断提高、钻井可靠性得到改进，在恶劣环境中，旋转导向技术能够更灵活、可靠的钻进复杂井眼。随着井下处理系统及随钻测井技术的不断发展，旋转导向技术与地质导向技术结合，实现地质导向闭环控制的旋转导向钻进，旋转地质导向钻进系统在复杂油气藏及非常规油气藏开发方面发挥越来越重要的作用，为油气田地质开发提供有力技术保障。
参考文献：
[1] 李增科, 赵哲. 旋转导向钻井技术的应用与探讨[J]. 江汉石油职工大学学报,2015.
[2] 雷静, 杨甘生, 梁涛. 国内外旋转导向钻井系统导向原理[J]. 探矿工程,2012.
[3] 李才良. 旋转导向钻井技术及钻井工具应用研究[J]. 石油矿场机械,2014.
[4] 徐天文, 杨峰, 赵建国. AutoTrack 旋转导向工具现场应用分析[J].西部探矿工程,2016,06:11-13.