李平飞，王 璐，刘宝林

（1.中国地质大学（北京）工程技术学院，北京 100083；2.自然资源部深部地质钻探技术重点实验室，北京 100083）

0 引言

机械式自动垂直钻具是为及时纠正井眼倾斜而发明的自动垂直钻井设备，当发生井斜时，其偏重机构因其重力作用会始终维持在井眼低边，当垂钻系统旋转至上盘阀的扇形口与下盘阀的导流孔重合时，高压钻井液通过此通道进入活塞缸中，向高边井壁推出活塞使得钻头产生纠斜力，达到纠斜的效果［1-2］。目前国际上已有机械式自动垂钻工具获得了成熟的商业应用，主要为Scout Downhole 和Halliburton 两家公司的产品［3-4］；国内仅有中石化胜利钻井院在该技术领域取得了成功的现场应用［5］。多数学者集中于钻具结构的改进［6-7］，如宋执武利用千斤顶和不倒翁原理设计了一种自动防斜钻具［8-9］，艾才云等研发了一种利用液压的新型垂直钻井工具［10-11］等。

国内外的研究多集中在机械结构的优化［12-13］，缺乏对偏重机构运动规律的研究。在钻进过程中，对偏重机构的位置进行连续监控，可以为实时监控垂钻工具的几何位置和纠斜效果奠定基础，后续可依据偏重机构的旋转角度数据，提出可提升偏重机构稳定性的方法，以达到增加机械式垂钻工具的防斜纠斜目的。本文提出了基于绝对式磁编码器的一种非接触式的角位置测量方法，为机械式垂钻工具结构的优化改进提供依据，也为机械式自动垂直钻具增加电子增力机构奠定了基础。

1 机械式自动垂钻工具结构

机械式自动垂钻工具结构主要为偏重机构、盘阀式液压导向机构、推靠巴掌。……