SY/T 7885-2025 推靠式旋转导向系统

ICS 75.020 CCS E 13

中华人民共和国石油天然气行业标准

SY/T 7885—2025

推靠式旋转导向系统

Push-the-bit rotary steerable system

2025-12-18发布 2026—06-18实施

国家能源局发布

目次

前言 Ⅲ

1 范围 1

2 规范性引用文件 1

3 术语和定义 1

4 原理及组成 2

4.1 原理 2

4.2 组成 3

4.3 井下仪器规格 3

5 技术要求 4

5.1 外观 4

5.2 安全要求 4

5.3 地面装置环境条件 4

5.4 井下仪器技术性能 4

5.5 地面系统技术要求 5

5.6 供电 6

5.7 连续工作时间 6

6 检验和试验方法 6

6.1 外观检查 6

6.2 安全检查要求 6

6.3 地面装置环境条件检验 6

6.4 井下仪器环境条件试验 6

6.5 近钻头井斜角和工具面角技术参数检验 7

6.6 导向力和导向力方向技术参数检验 8

6.7 最大造斜率试验 8

6.8 工作排量检验 8

6.9 地面装置技术要求检验 8

6.10 供电检验 8

6.11 连续工作时间试验 9

7 合格判定规则 9

7.1 出厂检验 9

7.2 型式检验 9

7.3 判定规则 9

I

8 标志、包装、贮存和运输 10

8.1 总则 10

8.2 标志 10

8.3 包装 10

8.4 贮存 10

8.5 运输 10

参考文献 11

I I

前言

本文件按照GB/T 1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。

请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。

本文件由石油工业标准化技术委员会石油仪器仪表专业标准化技术委员会提出并归口。

本文件起草单位：中海油田服务股份有限公司、中国石油集团测井有限公司、中石化经纬有限公司、四川天石和创科技有限公司、大庆钻探钻井工程技术研究院、大港油田渤海钻井研究院、中科院地质与地球物理研究所、航天深拓(北京)科技有限公司。

本文件主要起草人：尚捷、卢涛、菅志军、李晓军、肖红兵、岳步江、张玉霖、卢华涛、贾建波、王宇飞、郭福祥、陈景旺、杨永友、李雪、张冠祺、丁旭东、孙师贤、朱伟红、孟巍、兰洪波、 李辉、范永涛、庞海波、何新振、吉玲、王红亮、田文、王明辉、张嘉伟。

Ⅲ

1 范围

本文件规定了推靠式旋转导向系统(以下简称“旋导系统”)的原理及组成、技术要求、检验和试验方法、合格判定规则及标志、包装、贮存和运输。

本文件适用于旋导系统的设计、检验和质量评价。

2 规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

GB/T 191 包装储运图形符号标志

GB/T 3836.1 爆炸性环境第1部分：设备通用要求

GB/T 6587 电子测量仪器通用规范

GB/T 13384 机电产品包装通用技术条件

GJB 1801 惯性技术测试设备主要性能试验方法

SY/T 5102 石油勘探开发仪器基本环境试验方法

SY/T 5144 钻铤

3 术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

推靠式旋转导向系统 push-the-bit rotary steerable system

采用推靠井壁的方式实现导向过程中井眼轨迹测量与控制的钻井系统。

3.2

导向短节 steerable drilling sub

旋导系统中具备接收并执行导向指令及轨迹测量功能的短节。包含具备井斜角及工具面角实时测量功能的姿态测量单元、提供导向功能的控制及执行单元。

3.3

柔性短节 wiring flexible sub

旋导系统中可发生弹性弯曲变形的钻铤短节。

3.4

涡轮发电机短节 turbine generator sub

旋导系统中的井下供电单元，同时具备接收地面指令功能。

3.5

导向力 steer force

导向短节产生的导向合力。通常用百分比来表示，最大导向力定义为100%。

3.6

翼肋 rib

导向短节上的部件，用于执行推靠井壁功能，其中标记为1号的翼肋参与导向力方向的计算。 3.7

指令下传装置 command downlink equipment

可用程序控制的用于发送旋导系统控制指令的装置。

3.8

导向短节测力仪 steer force test device for steerable drilling sub

用于测试导向短节输出导向力的装置。

3.9

近钻头井斜角 near bit inclination

导向短节上惯性传感器测量的井斜角。

4 原理及组成

4.1 原理

旋导系统是一种在钻柱旋转过程中实现井眼轨迹控制的钻井仪器。旋导系统通过导向短节上周向分布的若干可伸缩翼肋推靠井壁产生使钻头偏置的侧向力(如图1所示),以此控制钻头按照设定的方向钻进。

标引序号说明：

不 f₂、f——三个翼肋的推力，单位为千牛(kN); 1——井壁岩石;

2 ——推靠翼肋;

3 ——导向短节。

图 1 导向短节产生侧向力图示

2

旋导系统通过指令下传装置向导向短节发送指令，导向短节根据指令及近钻头井斜角、重力工具面角测量结果，形成设定的导向力矢量，推靠并调整钻头姿态，达到设定轨迹目标，实现闭环控制 (如图2所示)。

工具面角

1#翼肋推力

2#翼肋推力

3#翼肋推力

调整钻头姿态近钻头井斜角

导向力大小及方向

预期井斜

图 2 旋导系统闭环控制框图

4.2 组成

旋导系统由地面装置及井下仪器两部分组成(如图3所示)。地面装置由地面工控机、指令下传装置等组成;井下仪器由导向短节、柔性短节、涡轮发电机短节、随钻测量系统等组成。

钻井液循环

指令下传装置

地面工控机

地面装置

涡轮发电机短节随钻测量系统

柔性短节导向短节

图 3 旋导系统组成

4.3 井下仪器规格

旋导系统井下仪器尺寸规格应符合表1的要求。

表1旋导系统井下仪器尺寸规格表

尺寸规格

475型

675型

950型

标称直径 mm(in)

121

(43%4)

172

(63%4)

241

(9'/2)

适用井径 mm(in)

146.05～171.45

(53/4～6³/4)

215.9～269.875

(8/2～10⁵/8)

311.15～660.4

(12%4～26)

下端扣型

3/₂ in REG内螺纹

4/2in REG内螺纹 6%/g in REG内螺纹

65/g in REG内螺纹 75/g in REG内螺纹

5 技术要求

5.1 外观

仪器外壳应无锈蚀，表面光洁，产品编码标志清晰、正确。

5.2 安全要求

5.2.1 地面装置

地面装置应满足：

——地面装置各部位均不应有漏电现象，内部电路与外壳绝缘大于30 MΩ; ——地面装置防爆等级要求应符合GB/T 3836.1中的Ⅱ C 类T5 组别要求。

5.2.2 井下仪器

井下仪器应满足：

——井下仪器钻铤的机械性能应符合SY/T 5144的有关要求;

——井下仪器接头螺纹尺寸应符合SY/T 5144的有关要求。

5.3 地面装置环境条件

地面装置环境条件应满足：

——工作温度：0℃~70℃;

——贮存温度范围：-40℃~70℃。

5.4 井下仪器技术性能

5.4.1 井下仪器条件

井下仪器条件应满足：

——最高工作温度：常温工具150 ℃,高温工具175℃;

——最大耐压：140 MPa;

—最高承受振动：20 grms@10Hz～2 kHz; —最高承受冲击：500g@0.5ms 半正弦;

——贮存温度范围：-40℃~ 70℃。

5.4.2 近钻头井斜角

近钻头井斜角应满足：

——测点位置(距离钻头):不大于2m;

——测量范围：0°~180°;

——测量误差：±0.3°。

5.4.3 工具面角

工具面角应满足：

——测量范围：0°~360°;

——测量误差：±1.5°(井斜角大于5°)。

4

5.4.4 导向力

导向力应满足：

——475型：最大导向力不小于15kN;

675型：最大导向力不小于18kN;

——950型：最大导向力不小于25kN;

——导向力精度：±5%。

5.4.5 导向力方向

导向力方向应满足：

——范围：0°~360°;

——误差：±5°。

5.4.6 造斜能力

造斜能力应满足：

——475型：不小于10°/30 m;

—675型：不小于6°/30m;

——950型：不小于5°/30m。

5.4.7 工作排量

工作排量应满足：

——475型：排量范围470 L/min~1350 L/min; —675型：排量范围1000 L/min ～3400 L/min; ——950型：排量范围1600 L/min ～6100 L/min。

5.5 地面系统技术要求

5.5.1 工业计算机配置

工业计算机配置应满足：

— CPU: 主频2GHz以上;

——内存：4G 以上;

—硬盘：100G以上;

—具备网络接口;

——具备USB接口。

5.5.2 应用程序要求

应用程序要求应满足：

——具备实时采集、控制及处理功能;

——具备井下仪器测试、诊断功能。 5.5.3 指令下传装置

执行下传装置应满足：

——指令下传装置宜采用气动开关方式控制，输入气压范围0.6 MPa～1 MPa;

——指令下传装置耐压应不小于35 MPa。

5.6 供电

供电应满足：

——通过测试口供电，额定供电电压30V±2V、48V±2V 或其他;

——通过涡轮发电机供电，需满足系统电压：30V～50V, 供电功率：不小于300W。

5.7 连续工作时间

连续无故障工作时间应不小于250h。

6 检验和试验方法

6.1 外观检查

目测法检查外观质量应符合5.1的要求。

6.2 安全检查要求

6.2.1 地面装置

地面装置检查步骤包括：

——用兆欧表测量绝缘性能，测量结果应符合5.2.1的要求;

——防爆性能检查，结果应符合GB/T 3836.1中的Ⅱ C 类T5 组别要求。

6.2.2 井下仪器

井下仪器钻铤安全检验及接头螺纹尺寸规则应符合SY/T 5144的要求。

6.3 地面装置环境条件检验

地面装置环境条件检验应符合GB/T 6587的规定，检验步骤如下。

——工作温度检验：

·将温度降至工作温度下限，保温时间1h, 测试其性能是否正常;

·将温度升至工作温度上限，保温时间1h, 测试其性能是否正常。

——贮存温度检验：

· 当温度降至极限低温，保温时间4h, 然后自然恢复到室温，测试其性能是否正常;

· 当温度升至极限高温，保温时间4h, 然后自然恢复到室温，测试其性能是否正常。

6.4 井下仪器环境条件试验

6.4.1 温度试验方法应符合SY/T 5102的要求，步骤如下：

a) 从室温逐一升温到每个设定的温度点(+85℃,+105℃,+125℃,+150℃),试验温度的最大值应小于或等于仪器最高工作温度值，升温速率小于或等于3℃/min,在每个温度点保持4h;

b) 到达最高设定温度值自然降温到室温，降温速率小于或等于3℃/min;

c) 仪器做型式试验加温时应循环三次，最高温度点为150℃,循环控制图见图4;

6

温度,℃

10 20 30 40 50 70

时间，h

图 4 温度梯度循环控制示意图

d) 试验开始前，应进行初始检测，按被测仪器的技术标准要求，进行外观检查和机械、电气性能检测;

e) 将检测完毕的仪器置入高温箱内，并辅以绝缘体支承，使仪器与高温箱内壁保持绝缘;

f) 连接地面工控机，使仪器处于上电运行状态，应按照6.6d) 步骤进行在线测试;

g) 按照温度循环要求开始温度循环试验;

h) 试验结束后，温度自然恢复到室温，检验其功能均应符合相关规范的要求。

6.4.2 耐压试验方法应符合SY/T 5102的要求，步骤如下：

a) 当压力逐渐升至5.4.1规定的数值后，恒压保持时间至少30min;

b) 恒压保持时间结束后，逐渐泄压至常压;

c) 检查井下仪器应无泄漏、损坏;

d) 对井下仪器按照6.6d) 步骤进行测试，检验其功能均应符合相关规范的要求。

6.4.3 振动试验方法应符合SY/T 5102的要求，步骤如下：

a) 试验前，检查仪器外观和性能;

b) 将井下仪器固定在振动试验台上，使仪器处于运行状态，按6.6d) 步骤进行在线测试;

c) 试验结束后，检验其功能均应符合相关规范的要求。

6.4.4 冲击试验应符合SY/T 5102的要求，步骤如下：

a) 将井下仪器固定在冲击试验台上，使仪器处于运行状态，按6.6d) 步骤进行在线测试;

b) 试验结束后，检查仪器外观应无损坏;

6.5 近钻头井斜角和工具面角技术参数检验

运用双轴测试转台对井下仪器近钻头井斜角技术参数进行检验，双轴转台性能应满足GJB 1801 的要求，检验步骤如下。

a) 导向短节安装在双轴测试转台上，导向单元轴线与双轴测试转台内框轴平行。

b) 导向短节上电，处于运行状态。

c) 检验近钻头井斜角测量范围和误差。转台外框轴角度从0°开始，以5°步长旋转至180°,再以5°步长旋转至0°,读取并记录导向短节井斜角测量值，测量结果应符合5.4.2的要求。

d) 检验工具面角测量范围和误差。分别在井斜角为5°、30°、75°、90°、125°时，以15°为步长改变转台内框轴角度，使得转台内框轴按0°~180°,再从180°~0°转动一周，读取并记录仪器对应工具面角测量值，测量结果应符合5.4.3的要求。

7

6.6 导向力和导向力方向技术参数检验

运用导向短节测力仪进行导向力和导向力方向技术参数检验，检验步骤如下。

a) 导向短节测力仪安置在导向短节上。

c) 检测导向力大小和精度。设置导向力值为100%,运行3 min后，导向短节测力仪实测数值应符合5.4.4的要求。

d) 检测导向力方向和误差。读取导向短节1号翼肋位置，记为a。设置导向力100%,依次设置导向力方向为a、α+60°、a+120°、a+180°、a+240°、a+300°, 每个导向力方向运行3min, 依次记录导向力方向数值。

e) 将记录的导向力方向数值与设置的导向力方向比较，测量结果应符合5.4.5的要求。

6.7 最大造斜率试验

最大造斜率试验步骤如下：

a) 采用水泥靶或实际钻井的方式进行测试;

b) 设置100%导向力增斜钻进(水泥靶实钻测试不小于15m, 井下实钻测试不小于30m);

c) 通过轨迹数据计算其最大造斜率，其结果应符合5.4.6的要求。

6.8 工作排量检验

工作排量检验应满足：

a) 将旋导系统安装在循环测试系统中;

b) 按照5.4.7规定的排量范围调整循环系统的排量，旋导系统应正常工作。

6.9 地面装置技术要求检验

6.9.1 工控机

工控机各项技术参数应符合5.5.1的要求。

6.9.2 应用程序

应用程序检验方法及步骤应满足：

a) 将井下仪器与工控机连接，运行应用程序;

b) 根据应用程序的功能，按照数据采集、处理、显示、控制等功能进行软件功能操作检查，检查结果应符合5.5.2的要求;

c) 按照应用程序的功能，按照井下仪器配置、刻度、测试、诊断等功能逐项进行软件功能操作检查，结果应符合5.5.2的要求。

6.9.3 指令下传装置

指令下传装置检验方法及步骤应满足：

a) 将指令下传装置连接在循环系统上水管线上，调节气源压力在0.6 MPa～1MPa;

b) 运行循环系统和指令下传程序，测试指令下传装置能否正常发送指令。

6.10 供电检验

供电检验方法及步骤应满足：

8

a) 将井下仪器安装在循环系统中，按照5.4.7要求的排量运行循环系统;

b) 根据地面软件系统读取的实时数据中系统电压的数值判断供电电压是否满足5.6的要求。

6.11 连续工作时间试验

在实验室或实钻条件下，运行旋导系统，连续工作250h 后，旋导系统应工作正常。

7 合格判定规则

7.1 出厂检验

旋导系统出厂检验项目见表2。

表2旋导系统出厂检验项目

检验项目

要求

试验方法

检验类型

出厂检验

型式检验

外观检验

5.1

6.1

●

井斜测量性能试验

5.4.2和5.4.3

6.5

导向性能试验

5.4.4和5.4.5

6.6

温度试验

5.4.1

6.4.1

压力试验

6.4.2

振动试验

6.4.3

O

冲击试验

6.4.4

连续工作时间试验

5.7

6.11

最大造斜率试验

5.4.6

6.7

注：“●”为应验项目;“O”为可不检项。

7.2 型式检验

当出现如下情形时应进行型式检验且检验项目应符合表2的要求：

a) 新产品试制定型鉴定;

b) 产品有工艺、材料、结构方面的重大改变时;

c) 正常生产时，累计产量达到100支时;

d) 出厂检验中，检验结果与规定要求有较大差异时;

e) 国家技术监督部门或上级部门提出型式检验要求时。

7.3 判定规则

型式检验应在合格品中随机抽取进行检验，抽样数目见表3。型式检验中任一项目不合格时，应按原抽样数的两倍重新抽验，若项目仍不合格，则判定该批仪器型式检验不合格。

9

表3抽样试验数目表

累计生产数量

最佳样品数

最大样品数

1～50

1

1～2

>50～100

2～3

>100～200

2～4

8 标志、包装、贮存和运输

8.1 总则

包装、运输、标志应符合GB/T 191的规定。

8.2 标志

旋导系统产品标志应包括：

——产品名称及型号;

——制造商名称;

——产品编号。

8.3 包装

旋导系统产品包装应符合GB/T 13384的规定，内容应包括：

——产品合格证;

——装箱单;

——旋导系统应配备的其他附件等。

8.4 贮存

旋导系统产品应存放在通风、干燥、无腐蚀介质的环境中，存储温度应满足5.4.1的要求。仪器贮存超过6个月应通电检查一次。

8.5 运输

旋导系统产品适用所有交通工具，应避免强烈碰撞、冲击、暴晒和雨雪淋浸。

10

参考 文献

[1] GB/T 228.1 金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法

[2] SY/T 6702—2007 随钻测量仪通用技术条件