可調彎接頭是指彎接頭的彎角大小和方向可根據需要實時調整的壹種井下導向工具，它屬於定向鉆井中的關鍵技術之壹，同時也是本章討論的取心、糾斜同步鉆進方案的核心技術。國內外對可調接頭的研究比較重視，國外已有不少相關產品推向市場，總的來說，按其工作方式可把可調彎接頭分成四大類：靜態偏置推靠鉆頭工作方式、靜態偏置指向鉆頭工作方式、動態偏置推靠鉆頭工作方式、動態偏置指向鉆頭工作方式，如圖6.1所示。
圖6.1 導向工具（可調彎接頭）的分類
6.2.1 國外研究現狀
國外在可控彎接頭的研究工作起步較早，20世紀90年代初，Schlumberger Anadrill鉆井公司技術人員提出了“地面閉環自動控制鉆井系統”方案，從而揭開了可調導向定向鉆進技術發展的新篇章。目前，國外對可調彎接頭的研究已經進入了智能控制的時代，最具代表性的是Baker Hughes推出的Auto Trak不旋轉外筒式閉環自動導向鉆井系統、Schlumberger Anadrill公司的Power Drive全旋轉導向鉆井系統和Sperry-Sun產品服務公司推出的Geo-Pilot旋轉導向自動鉆井系統三者的可調導向工具。
（1）AutoTrak旋轉閉環系統
AutoTrak旋轉閉環系統的井下偏置導向工具由不旋轉外套和旋轉心軸兩大部分通過上下軸承連接形成壹可相對轉動的結構。旋轉心軸上接鉆柱，下接鉆頭，起傳遞鈷壓、扭矩和輸送鉆井液的作用。不旋轉外套上設置有井下CPU、控制部分和支撐翼肋。圖6.2是井下偏置導向工具的導向工具實物和原理示意圖。當軸向均勻分布的三個支撐翼肋分別以不同液壓力支撐於井壁時，不旋轉外套將不隨鉆柱旋轉，同時，井壁的反作用力將對井下偏置導向工具產生壹個偏置合力。所以，通過控制三個支撐翼肋的支出液壓力的大小，便可控制偏置力的大小和方向，控制導向鉆井。
圖6.2 AutoTrak導向工具
（2）PowerDriver旋轉導向鉆井系統
與Auto Trak RClS系統靠獨立的液壓系統為支撐翼肋的支出提供動力來源不同的是，Power Driver SRD系統的支撐翼肋的支出動力來源是鉆井過程中自然存在的鉆柱內外的鉆井液壓差。如圖6.3所示，有壹控制軸從控制部分穩定平臺延伸到下部的翼肋支出控制機構，底端固定上盤閥，由控制部分穩定平臺控制上盤閥的轉角。下盤閥固定於井下偏置工具內部，隨鉆柱壹起轉動，其上的液壓孔分別與翼肋支撐液壓腔相通。在井下工作時，由控制部分穩定平臺控制上盤閥的相對穩定性；隨鉆柱壹起旋轉的下盤閥上的液壓孔將依次與上盤閥上的高壓孔接通，使鉆柱內部的高壓鉆井液通過該臨時接通的液壓通道進入相關的翼肋支撐液壓腔，在鉆柱內外鉆井液壓差的作用下，將翼肋支出。這樣，隨著鉆柱的旋轉，每個支撐翼肋都將在設計位置支出，從而為鉆頭提供壹個側向力，產生導向作用。
圖6.3 PowerDriver導向工具
（3）Geo-Pilot旋轉導向自動鉆井系統
Geo-Pilot旋轉導向鉆井系統也是壹種導向工具，但與AutoTrak系統和Power Driver系統不同的是，Geo-Pilot旋轉導向鉆井系統不是靠偏置鉆頭進行導向，而是靠旋轉外套與旋轉心軸之間的壹套偏置機構使心軸偏置，從而為鉆頭提供了壹個與井眼軸線不壹致的傾角，產生導向作用。其偏置機構是壹套由幾個可控制的偏心圓環組合形成的偏心機構，當井下自動控制完成組合之後，該機構將相對於旋轉外套固定，從而始終將旋轉心軸向固定方向偏置，為鉆頭提供壹個方向固定的傾角，如圖6.4所示。
圖6.4 Geo-Pilot導向工具
根據前面的分類方式，AutoTrak系統的導向工具屬於靜態偏置推靠鉆頭工作方式，PowerDriver系統的導向工具屬於動態偏置推靠鉆頭工作方式，Geo-Pilot系統的導向工具屬於靜態偏置指向鉆頭工作方式。推靠式旋轉導向系統的特點：側向力大，造斜率高，但旋轉導向鉆出的井眼狗腿度大，軌跡波動大，不平滑，鉆頭和鉆頭軸承的磨損較嚴重。指向式旋轉導向系統的特點：能鉆出較平滑的井眼，摩阻和扭矩較小，可以使用較大的鉆壓，機械鉆速較高，有助於發揮鉆頭的性能，鉆頭及其軸承承受的側向載荷較小，極限位移增加，但是造斜率較低。
以上3種導向結構都是應用於商業市場的成熟技術，其中Geo-Pilot旋轉導向自動鉆井系統在我國渤海灣應用廣泛，僅2005年和2006年兩年時間該系統就完成了20多眼定向井（水平分支井）的施工，不管是增斜鉆進、降斜鉆進還是穩斜鉆進，該系統都表現出了良好的性能。
上述3種導向工具的***同特點就是電子結構復雜，最高使用溫度大多在250°以下，在超深井的應用中，還需要解決系統的高溫等復雜工況的適用性問題。另外，孔底鉆頭和泥漿泵的性能也在很大程度上影響到上述系統在超深井中的應用。
6.2.2 國內研究現狀
對於可調導向工具的研究，國內起步較晚，與國外差距較大。九十年代末，國內研制出具有劃時代意義的“井下可控導向工具”，如：可變徑穩定器、流場變向器、可控偏心器等，它們為實現“井下閉環導向智能鉆井系統”提供了必要和充分的客觀條件。目前，國內西安石油大學、勝利油田、中國地質大學等研究機構都在從事該方面的研究，部分研究成果已經進入現場使用階段，下面對部分研究成果做簡單介紹。
（1）地面遙控可調彎接頭
該成果屬於中國石油天然氣集團公司“九五”攻關項目，其結構如圖6.5所示。
圖6.5 可調式彎接頭結構示意圖
該結構的工作原理為：當改變鉆井液的排量時，就改變了鉆鋌內外鉆井液的壓差，從而改變了作用在上花鍵軸端面的力，在彈簧產生的力的***同參與下，就能使上花鍵軸產生向下和向上的運動。由於上花鍵筒、上花鍵軸、下花鍵軸端部具有斜面結構的特點，就使得上花鍵軸向下和向上運動時，上花鍵筒會與下花鍵筒產生相對轉動。由於上、下花鍵筒的回轉中心線與它們的外表面成壹角度，所以當上花鍵筒和下花鍵筒之間發生相互轉動時，它們的外表面就會產生角度的變化，即所需要的角度。這就達到了本發明的目的：在地面用鉆井液排量的改變來控制井底彎接頭角度的改變。與之先相關的“井眼軌跡遙控技術”，已獲國家發明專利，但並未能進入商業應用。
（2）基於旋轉導向鉆進方式的可控彎接頭系統
西安石油大學機械工程學院中原油田第三采油廠在CNPC鉆井工程重點實驗室的支持下，對可控彎接頭導向機構基本原理進行了探索性研究，研制出原理性樣機，取得了初步的成果，如圖6.6所示。
圖6.6 可控彎接頭導向結構示意圖
（3）動態推進式旋轉導向工具
該工具由勝利油田承擔國家“863”計劃“旋轉導向鉆井系統關鍵技術研究”後，與西安石油大學聯合開發，原理與斯倫貝謝的PowerDrive基本壹樣，如圖6.7所示。該工具隨西安石油大學的旋轉導向鉆具進行了20多次的地面試驗，2006年8月在營122斜225井上進行了整個旋轉導向鉆井系統的聯合現場試驗，獲得了成功，目前已基本成熟，但還未進入商業市場。
圖6.7 動態推進式旋轉導向工具
（4）國內其他研究成果
1）可控偏心器旋轉導向工具。該工具由中海石油研究中心、西安石油大學及中海油田服務股份有限公司聯合研制。導向原理與貝克休斯基本壹樣，液壓動力來源於鉆井液。2005年11月分別在長慶油田西28-022井、寧37-32井和渤海油田LD5-2-A1井進行了現場鉆井作業試驗。
2）動態指向式旋轉導向工具。由海洋石油工程股份有限公司及西南石油大學，結合了哈裏伯頓的Geo-Pilot的指向式結構和斯倫貝謝的Power Drive的隨鉆的下盤閥結構，提出了動態指向式旋轉導向鉆井工具的設計思想，目前還停留在理論階段。
3）指向式旋轉導向工具。中國地質大學對指向式旋轉導向鉆井工具的動力學分析和工作性能研究，且做出了偏置導向機構的實驗樣機，原理類似於Geo-Pilot，如圖6.8所示。
圖6.8 指向式旋轉導向工具
綜合國內關於可調彎接頭的研究情況可以看出，各個研究機構的研究成果還基本處於室內研究和試用的階段，離形成成熟產品應用於鉆井工程還有很長的路要走，更不要說應用於未來超深井工程中。