ICS75.180.10

CCSE92

團體標準

T/CNPCI0014—2023

指向式旋轉導向工具

Point-to-the-bitrotarysteeringdrillingtools

2023-09-01發布2023-10-01實施

中國石油和化工自動化應用協會發布

T/CNPCI0014—2023

前??言

本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規則》給出的規則起

草。

請注意本文件的某些內容可能涉及專利。本文件的發布機構不承擔識別這些專利的責任。

本文件由中國石油和化工自動化應用協會標準化工作委員會提出并歸口。

本文件起草單位：中國石油集團工程技術研究院有限公司、北京石油機械有限公司、中國石油集團渤海鉆

探工程有限公司、中國石油集團川慶鉆探工程有限公司。

本文件主要起草人：彭烈新、禹德洲、丁華華、郭賢偉、滕鑫淼、曹沖、彭浩、孫成芹、史宏江、潘興明、

路一平、毛為民、魏志剛、王鵬、呂海川、陳文藝、劉珂、徐笑鷗、張繼川、馮鑫、奚筱宛、熊昕。

II

T/CNPCI0014—2023

指向式旋轉導向工具

1范圍

本文件規定了指向式旋轉導向工具的組成與功能、技術要求、試驗方法、檢驗規則和標志、包裝、

貯存以及運輸。

本文件適用于指向式旋轉導向工具的設計、制造、檢驗以及質量評價。

2規范性引用文件

下列文件中的內容通過文中的規范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅

該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。

GB/T191包裝儲運圖示標志

GB/T13384-2008機電產品包裝通用技術條件

SY/T5102-2016石油勘探開發儀器基本環境試驗方法

SY/T6907伽馬隨鉆測井儀

3術語和定義

下列術語和定義適用于本文件。

3.1

指向式導向point-the-bitrotarysteering

是指在鉆具連續轉動的同時，將鉆頭指向所需方位而進行定向鉆進的導向方式。工具不是通過扶正

器或其他外在調節工具，而是通過一個內部伺服電機對鉆頭驅動軸的工具面進行連續控制從而實現指向

式導向。

3.2

地面采集控制箱groundacquisitioncontrolbox

由井下脈沖信號采集電路、下傳分流器控制電路、通訊電路組成，實現對井下脈沖信號的調理、數

字化，并將采集數據傳輸給計算機；接收計算機的下傳指令，變為功率信號控制下傳分流器的通斷。

3.3

下傳分流器downstreamsplitter

由旋塞閥、氣動三聯件、分流主體、旁路控制器組成，通過旁通泥漿泵出口流量,改變進入鉆柱內

的流量,產生下傳信號。

1

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3.4

通訊短節communicationsection

由主控電路、下傳泥漿信息處理電路、通訊電路、脈沖發生器組成，將井下要傳輸的數據

轉換為泥漿壓力波信號，實現數據上傳；接收下傳的泥漿脈沖信號，解碼為指令信息。

3.5

供電單元powersupplyunit

由發電機、渦輪、磁耦等組件組成，用于將流體動能轉換為電能，為工具的測控單元和電

動機提供電力。

3.6

定向測量單元directionalmeasurementunit

由重力加速度計、磁力計、采集電路組成，用于實時測量井斜角、方位角和工具面角參

數。

3.7

導向執行短節steeringsection

由大功率電機、減速器、注油腔體、芯軸、鉆頭軸組成。通過對鉆頭驅動軸的操控，指導

鉆頭沿預定的方向鉆進，其核心部件是一個直流伺服電機和由此驅動的一根偏心軸，驅動鉆頭

傳動軸經過偏心軸承發生角度偏移，使其軸線與外部鉆鋌中心線始終保持一個固定的夾角；在

保持夾角不變的情況下，電子系統通過伺服電機使偏心軸指向不同方向，從而使鉆頭在該方向

進行定向鉆進。

4組成與功能

4.1組成

指向式旋轉導向工具由地面系統和井下工具兩大部分組成（如下圖所示）：

——地面系統：由地面采集控制箱、下傳分流器、計算機及外圍設備、打印機和相關軟件組

成；

——井下儀器：由通訊短節、供電單元、定向測量單元、導向控制單元、近鉆頭伽馬測量單

元、導向執行短節組成。

2

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4.2功能

4.2.1地面系統

接收、顯示、存儲井下上傳的定向參數、地質參數，下傳井下工作模式和參數，指導井下工

具按預定軌跡鉆進。

4.2.2井下儀器

實時測量鉆井過程中的地質和工程參數，并將測量數據通過通訊短節實時上傳；接收地面系

統下傳的指令，按指令實時調整工具面，實現導向工具控制軌跡的目標，使導向工具按預定的軌

跡鉆進。

5分類及命名

5.1分類

指向式旋轉導向工具屬于井下控制工程領域的導向工具中的旋轉導向工具，旋轉導向工具又

分為推靠式和指向式，本工具屬于鉆頭指向式旋轉導向工具。

5.2命名

命名規則按“工具類別-適應井眼-廠商自定義”進行編號。例如，標號為“BPRSS-675-XXX”

表示6.75英寸的指向式旋轉導向工具。

3

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6技術要求

6.1地面系統性能要求

6.1.1環境條件

環境條件要求：

a）貯存溫度：－30℃～＋85℃；

b）相對濕度：小于85%；

c）工作溫度：地面采集控制箱、下傳分流器和連接導線為－20℃～＋70℃，計算機及外圍

設備和打印機為0℃～＋35℃。

6.1.2電源

電源要求：

a）交流電壓：220V±20V，50Hz±2Hz；

b）總功耗：小于500W。

6.1.3計算機

6.1.3.1硬件配置

硬件最低配置要求：

a）處理器：主頻3GHz以上；

b）內存容量：8GB以上；

c）硬盤：可用空間500GB以上；

d）網絡接口：1個以上；

e）USB端口：3個以上。

6.1.3.2軟件配置

軟件配置要求：

a）操作系統：適用于Windows7及以上操作系統，中文/英文界面；

b）應用程序：數據處理與測試程序，應滿足數據處理、存儲、輸出和顯示以及井下儀器各單元

測試功能，顯示數據信息應包括井斜角、方位角、重力工具面角、磁工具面角、近鉆頭伽

馬和工具面圖。

6.1.4地面采集控制箱

應能實現泥漿通道信號的調理、采集，并實時傳輸給計算機，接收計算機的下傳指令并轉換

為控制信號。

6.1.5下傳分流器

信號下傳的執行機構，通過改變部分泥漿流向，井底泥漿流量產生變化從而實現下傳信息傳

輸。下傳分流器應能根據控制箱發出的信號，打開或關閉分流器的閥門，改變入口泥漿排量，泥

漿排量的改變量應在15%35%之間可調節，適應的最大立管壓力應不小于40MPa。

4～

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6.2井下儀器要求及技術指標

6.2.1環境條件

6.2.1.1貯存條件

井下儀器貯存條件：

a）溫度：－30℃～＋85℃；

b）相對濕度：小于85%。

6.2.1.2工作溫度與耐壓

井下儀器工作溫度和耐壓：

a）最低工作溫度：-25℃；

b）最高工作溫度與耐壓見表1。

表1井下儀器最高工作溫度與耐壓

工作溫度耐壓

分檔

CMPa

I125100

II150120

III175140

6.2.1.3振動

振動參數要求：

a）頻率循環范圍：10Hz～200Hz～10Hz；

b）掃描速率：1oct/min；

c）加速度：200m/s2；

d）循環次數：3次；

e）共振保持時間：60min。

6.2.1.4沖擊

沖擊參數要求：

a）加速度：500m/s2；

b）脈沖持續時間：11ms±1ms；

c）次數：軸向、徑向各3次（共6次）。

6.2.2供電單元

井下供電單元性能要求：

a）在鉆井液額定排量時，電壓輸出變化范圍應在額定電壓的±15%以內；

b）發電機功率不小于2100W；

c）工作壽命大于2000h。

5

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6.2.3通訊短節

應能實現井下信息通過泥漿信道傳輸到地面及接收下傳泥漿信道信息的功能，通訊短節性能技術

要求：

a）上傳傳輸速率不小于1bit/s;

b）下傳速率不小于0.1bit/s；

c）傳輸深度不小于5000m。

6.2.4近鉆頭伽馬測量單元

近鉆頭伽馬測量單元技術要求：

a）測量范圍：0API～720API；

b）允許誤差：當測量環境小于等于70API時為±4API，當測量環境大于70API時為±5%；

c）穩定性：當測量環境小于等于70API時,計數率誤差為±3API；當測量環境大于70API時，

計數率誤差為±3%；

d）距離鉆頭不大于2.4m。

6.2.5定向測量單元

定向測量單元應符合工程傳感器技術指標，見表2。

表2工程傳感器技術指標

技術指標井斜角方位角工具面角

測量范圍018003600360

±2.5，當井斜角<5時±2.5，當井斜角<5時

允許誤差±0.1±2.0，當井斜角≥5時±2.0，當井斜角≥5時

6.2.6導向執行短節

導向執行短節技術要求：

a）承受最大鉆壓不小于245kN；

b）承受最大扭矩不小于17kN.m。

6.2.7連續工作時間

井下儀器連續工作時間不少于200h。

6.2.8工具面控制精度

井下儀器工具面動態控制精度為±8°。

7試驗方法

7.1試驗條件

6

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測控單元試驗時，以測斜專用校驗架為中心，半徑5m范圍內不應有磁性物體。

7.2試驗設備

試驗設備（測試儀器范圍）包括：

——測斜專用測試臺架（要求準確度：方位角±0.1o，井斜角±0.01o）；

——高低溫（交變）試驗箱（溫度范圍：－40℃～＋200℃）；

——高低溫（交變）試驗槽（溫度范圍：－40℃～＋200℃）；

——恒定濕熱試驗箱；

——恒定濕熱試驗槽；

——振動試驗臺；

——沖擊試驗臺；

——無磁高溫高壓試驗裝置；

——流體循環壓力測試裝置；

——數字萬用表（四位半型）；

——數字示波器；

——直流穩壓電源（輸出電壓：0V～32V，輸出電流：0A～3A）；

——大功率高壓直流穩壓電源（輸出電壓：0V～400V，輸出電流：0A～8A）

——可編程交流可調電源（滿足輸出相電壓：220V±20V，輸出頻率：50Hz±2Hz）；

——負載電阻（50Ω/3000W）；

——伽馬刻度器；

——高壓試驗倉；

——循環綜合試驗臺架；

——通訊裝置。

7.3地面系統試驗

7.3.1環境條件試驗

7.3.1.1貯存溫度試驗

按以下程序進行：

a）將井下儀器各單元分別放入高低溫（交變）試驗箱；

b）按6.1.1a）規定的最低和最高溫度，SY/T5102-2016第4章低溫試驗和第5章高溫試驗規定

的方法分別進行試驗；

c）試驗持續時間4h；

d）試驗結束后，按7.3.3運行，各部件應符合相關技術要求。

7.3.1.2貯存濕度試驗

按以下程序進行：

a）將地面系統分別放入恒定濕熱試驗箱；

b）按6.1.1b）規定相對濕度，SY/T5102-2016第8章恒定濕熱試驗規定的方法進行試驗；

c）試驗持續時間12?h；

d）試驗結束后，按7.3.3運行，各部件應符合相關技術要求。

7

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7.3.1.3工作溫度試驗

按以下程序進行：

a）將地面系統分別放入高低溫（交變）試驗箱，并用測試電纜和其他部件相連接；

b）按6.1.1c）規定的最低、最高工作溫度，SY/T5102-2016第4章低溫試驗和第5章高溫試驗

規定的方法分別進行試驗；

c）按7.3.3運行，在溫度每變化10?℃，進行性能測試，低溫試驗時，溫度降到最低值，或高

溫試驗時，溫度升至最大值時，各持續2?h；

d）試驗過程中，地面系統各項指標符合相關技術要求，下傳分流器僅測試電磁閥開合，不做

流量測試。

7.3.2電源

試驗方法如下：

a）地面系統由可編程交流可調電源供電；

b）調整供電電壓范圍在200V240V之間變化，頻率范圍在48Hz52Hz之間變化；

c）按7.3.3運行，地面系統各項指標符合相關技術要求。

～～

7.3.3地面系統性能試驗

試驗方法：

a）連接地面采集控制箱、下傳分流器、計算機及外圍設備和打印機；

b）分別運行計算機、打印機自診斷程序，應能夠工作正常；

c）分別運行數據處理與解碼和下傳指令程序，測試地面采集控制箱與計算機之間數據發送與

接收應正常，下傳分流器應能正常開關，計算機應正確顯示模擬設置的井斜角、方位角、

重力工具面角、磁工具面角、方位伽馬、平均伽馬數據以及工具面圖。

7.4井下儀器試驗

7.4.1環境條件試驗

7.4.1.1貯存溫度試驗

按以下程序進行：

a）將井下儀器各單元放入高低溫（交變）試驗槽；

b）按6.2.1a）規定的最低和最高溫度，SY/T5102-2016第4章低溫試驗和第5章高溫試驗規定

的方法分別進行試驗；

c）試驗持續時間4h；

d）試驗結束后，運行相關單元試驗程序，各部件應符合相關技術要求。

7.4.1.2貯存濕度試驗

按以下程序進行：

a）將井下儀器各單元分別放入恒定濕熱試驗箱；

b）按6.2.1b）規定相對濕度，SY/T5102-2016第8章恒定濕熱試驗規定的方法進行試驗；試

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驗持續時間12h；

c）試驗結束后，運行相關單元試驗程序，各部件應符合相關技術要求。

7.4.1.3工作溫度試驗

按以下程序進行：

a）將井下儀器設置為穩斜工作模式，放入高低溫（交變）試驗槽，外部驅動電機輸出軸連接井

下儀器發電機轉動軸；

b）按6.1.1c）規定的最低、最高工作溫度，SY/T5102-2016第4章低溫試驗和第5章高溫試驗

規定的方法分別進行試驗；

c）在溫度每變化10℃，進行性能測試，低溫試驗時，溫度降到最低值，或高溫試驗時，溫度

升至最大值時，各持續2h；

d）試驗結束后，讀出試驗數據，應符合相關技術要求。

7.4.1.4振動試驗

振動試驗步驟要求如下：

a）將井下儀器各單元分別安裝在振動試驗臺上；

b）按6.2.1.3規定的振動條件，SY/T5102-2016第13章振動（正弦）試驗規定的方法進行試

驗；

c）試驗結束后，檢查被測單元外觀并測試其性能，被測單元應能正常工作。

7.4.1.5沖擊試驗

沖擊試驗步驟要求如下：

a）將井下儀器各單元分別安裝在振動試驗臺上；

b）按6.2.1.4規定的振動條件，SY/T5102-2016第14章沖擊試驗規定的方法進行試驗；

c）試驗結束后，檢查被測單元外觀并測試其性能，被測單元應能正常工作。

7.4.1.6高溫高壓試驗

高溫高壓試驗步驟要求如下：

a）根據6.2.1.2b）規定的相應分檔的最高工作溫度和耐壓，SY/T5102-2016第7章高溫高壓試

驗規定的方法進行試驗；

b）將合格的井下儀器各單元密封后放入無磁高溫高壓試驗裝置內；

c）試驗結束后，運行相關單元試驗程序，各單元應符合相關技術要求。

7.4.2供電單元試驗

試驗步驟如下：

a）將供電單元安裝在循環綜合試驗臺架上，外接2100瓦電阻負載（當額定電壓為350V時、負載

電阻為58歐姆）；

b）開啟水泵，排量保持在10升/秒，檢查并確保整套管線連接無滲漏；

c）將排量分別穩定在24升/秒、28升/秒、32升/秒，排量波動應不大于2升/秒。不同排量下，

供電短節應能正常工作，輸出功率應符合6.2.2要求。

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7.4.3通訊短節試驗

試驗步驟如下：

a）將通訊短節地面系統、下傳分流裝置安裝在循環綜合試驗臺架上；

b）開啟水泵，排量保持在10升/秒，檢查并確保整套管線連接無滲漏；

c）將排量分別穩定在24升/秒、28升/秒、32升/秒，排量波動應不大于2升/秒。不同排量下，

通訊短節應能正常工作，脈沖器可以正常開關動作，上位機應能收到并解調出正確的上傳

信號。傳輸速率應符合6.2.3要求。

d）將排量分別穩定在24升/秒、28升/秒、32升/秒，排量波動應不大于2升/秒，開啟下傳通

信。不同排量下，通訊短節應能正常解碼。傳輸速率應符合6.2.3要求。

7.4.4近鉆頭伽馬測量單元試驗

試驗方法步驟如下：

a）按照SY/T6907的5.5條試驗方法進行試驗；

b）試驗前，連接近鉆頭伽馬測量單元和所需的測試設備，運行數據處理與測試程序；

c）試驗結果應符合6.2.4要求。

7.4.5定向測量單元試驗

試驗方法步驟如下：

a）將定向傳感器單元置于滿足7.1要求的測斜專用校驗架上；

b）用測試電纜連接定向測量單元與地面系統，運行數據處理與測試程序；

c）調整測斜專用校驗架在方位90°、傾角4°的條件下，旋轉定向傳感器單元沿工具面角一

周，每隔45°測量一次，每組共測得9組數據；

d）再分別調整測斜專用校驗架在方位90°、傾角8°和12°的條件下，重復上述測量，測量結

果均應符合6.2.5的要求。

7.4.6導向執行短節試驗

試驗方法步驟如下：

a）將導向執行短節安裝在循環綜合試驗臺架上，固定好導向執行短節外鉆鋌，用安裝平面滑

動軸承的液壓缸頂住鉆頭軸；

b）用測試電纜連接導向執行短節及測試電路，施加6.2.6要求的最大鉆壓，鉆頭軸應能正常轉

動；

c）收回液壓缸，在鉆頭軸端面連接萬向節，萬向節另一端固定在循環綜合試驗臺架旋轉軸

上，施加6.2.6要求的最大扭矩，鉆頭軸應能正常轉動。

7.4.7連續工作時間試驗

按儀器的操作規程進行現場試驗或模擬現場環境試驗，累計連續工作時間應符合6.2.7的要求。

7.4.8工具面控制精度試驗

試驗方法步驟如下：

a）將井下儀器固定在循環綜合試驗臺架上，導向滑環套在鉆鋌上。

10

T/CNPCI0014—2023

b）用測試電纜通過導電滑環連接井下儀器及高壓穩壓電源和計算機。

c）啟動裝置轉動開關，使鉆鋌分別以60、90、120rpm速度轉動，通過計算機設定工具面為

0°、90°、180°和270°，鉆頭軸工具面的指向應符合6.2.8的要求。

8檢驗規則

8.1型式檢驗

8.1.1檢驗規則

凡有下列情況之一時，應進行型式檢驗：

——新產品試制鑒定；

——累計生產30套；

——功能改進較大；

——國家技術監督部門、上級部門和用戶提出型式檢驗要求。

8.1.2檢驗項目

型式檢驗項目見表3

表3檢驗項目

檢驗方法

檢驗項目技術要求試驗方法

型式檢驗出廠檢驗

地面系統環境條件試驗6.1.17.3.1●○

電源試驗6.1.27.3.2●○

地面系統性能試驗6.1.4,6.1.57.3.3●●

井下儀器環境條件試驗6.2.17.4.1●○

供電短節試驗6.2.28.4.2●●

通訊短節試驗6.2.37.4.3●●

近鉆頭伽馬測量單元試驗6.2.47.4.4●●

定向測量單元試驗6.2.57.4.5●●

導向執行短節試驗6.2.67.4.6●●

連續工作時間試驗6.2.77.4.8●○

工具面控制精度試驗6.2.87.4.8●●

a“●”為應檢驗項目；

b“○”為可選檢驗項目。

8.1.3檢驗抽樣方案

型式檢驗應在合格品中隨機抽取，抽樣方案見表4，當型式檢驗中出現故障時，應停止檢

驗，查明原因。若為偶然發生故障，經整改后可重新進行型式檢驗。若為設計、制造質量問題，

則判為產品型式檢驗不合格。

表4型式檢驗抽樣方案

累計生產數量抽樣樣品數

1～3套全部

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4～16套4

＞16套5

8.1.4判定規則

指向式全旋轉導向工具型式檢驗項目有一項不合格時，應按原抽樣數的2倍重新抽驗，若該項目

仍不合格，則判定該批產品型式檢驗不合格。

8.2出廠檢驗

8.2.1檢驗規則

指向式全旋轉導向工具出廠應進行出廠檢驗，出廠檢驗項目見表3。

8.2.2判定規則

指向式全旋轉導向測量系統出廠檢驗項目若有不合格指標時，需經過返修后重新進行出廠檢

驗，經檢驗合格后，方可出廠。

9標志、包裝、運輸、貯存

9.1產品標志

指向式旋轉導向工具的標志應包括：

——產品型號及規格；

——產品名稱；

——制造單位名稱；

——商標；

——制造日期及出廠編號。

9.2包裝箱標志

包裝箱標志應符合GB/T191的規定。

9.3產品包裝

指向式旋轉導向工具包裝應符合GB/T-13384-2008的規定。出廠隨帶技術文件包括產品說明

書、合格證、裝箱清單及附件清單等。產品包裝前所有外露螺紋應涂抹防銹油脂，并帶上護絲，工

具兩端放置在V型木上，并固定牢固，有防潮措施。

9.4運輸

指向式旋轉導向工具運輸前應將包裝箱平放至運輸車輛上，工具兩端做好填充防止工具竄動，

包裝箱運輸中應用纜繩固定防止運輸過程中竄動或移動。運輸途中應做好防雨防潮措施和避免磕

碰。

9.5貯存

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指向式旋轉導向工具應存放在通風、清潔、干燥、無腐蝕性物質的環境中，貯存溫度符合

7.1.1a）要求。長期貯存定期進行通電檢查，間隔一般不大于6個月。

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目次

前言...................................................................................................................................................................II

1范圍...................................................................................................................................................................1

2規范性引用文件...............................................................................................................................................1

3術語和定義.......................................................................................................................................................1

4組成與功能.......................................................................................................................................................2

4.1組成.........................................................................................................................................................2

4.2功能.........................................................................................................................................................2

5分類與命名.....................................................................................................................................................3

5.1分類.........................................................................................................................................................3

5.2命名.....................................................................................................................................................3

6技術要求...........................................................................................................................................................4

6.1地面系統性能要求.................................................................................................................................4

6.2井下儀器要求及技術指標.....................................................................................................................4

7試驗方法.......................................................................................................................................................6

7.1試驗條件.................................................................................................................................................6

7.2試驗設備.................................................................................................................................................6

7.3地面系統試驗.........................................................................................................................................7

7.4井下儀器試驗.........................................................................................................................................8

8檢驗規則...........................................................................................................................................................10

8.1型式檢驗.................................................................................................................................................9

8.2出廠檢驗...............................................................................................................................................11

9標志、包裝、運輸、貯存.............................................................................................................................12

9.1產品標志...............................................................................................................................................12

9.2包裝箱標志...........................................................................................................................................12

9.3產品包裝...............................................................................................................................................12

9.4運輸......................................................................................................