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自动垂直钻井系统源于联邦德国的大陆超深井计划(KTB计划),其目的是调查地球深层的地壳资源、其物理与化学条件以及地壳的形成过程,因此计划打一口近万米的超深井.常规的钻进方法,钻进一定深度才进行测斜,发现孔斜后再进行纠斜.由于测斜间隔时间较长,孔斜累积量往往较大,因而纠斜工作量大,耗费时间长.随钻测量虽然能及时发现孔斜,但需人工进行纠斜,往往也难以满足高效率钻进的需要.自动控向钻进技术在钻进时随钻测量钻孔的偏斜,发现孔斜后随即给出一纠斜力,使钻孔轨迹能基本沿着设计的方向前进.这种钻进系统用于高陡斜地层保直钻进.在进行深孔硬岩钻进,如科学钻探时,由于所钻岩层多为高硬度、高陡斜、强研磨性的纯结晶岩层,防止钻孔弯曲,保持垂直钻进已成为最大的难题.传统的防斜工具在科学钻探中已难以完成任务,因而德国在大陆科学钻探中研制了垂直钻进系统,BAKER HUGHES公司后来对这一系统进行了改进,98年实验成功了所谓旋转闭环钻进系统,被誉为二十世纪末钻探技术的一次革命,由此开始了信息化、智能化、自动化钻进的新时代.这些新型的智能化钻具或者能在高陡斜的结晶岩层进行垂直导向钻进;或者能在大位移钻井、深海钻进中精确地钻中目标.采用这种技术能完成过去所不能完成的任务,能大量节省过去由于不得不进行纠斜而大量投入的时间与金钱.因而,在科学钻探、海洋及石油钻探、矿井建设中开始发挥重要作用.垂直钻井系统可以用于高陡斜地层保直钻进,可用于液体矿床勘探与开采中钻丛式井以及小直径钻孔,可用于大坝等地质工程中钻倒垂孔,可用于竖井施工中钻先导孔.但这种系统,用费相当昂贵,在德国超深井钻进时使用这种系统,每天租金两万马克.故研制一种能自动控制钻进方向的钻进系统,其重要意义是不言而喻的.垂钻系统是一种不依赖于井下地层,不需要人为干预而自动跟踪预定的井眼轨迹的钻井工具,尽管导向控制完全是自动的,但是井下工具的工作状况必须受到地面的监测,一旦工具失效可以立即取出.有了这些保证才能够达到钻进非常直而且井眼轨迹光滑的垂直井.鉴于以上情况,该课题提出了微机自动控向垂钻系统的基本的设计思想,介绍了微机自动控向垂钻系统的各个部分,并通过试验来验证了各部分的功能.目前该系统在国外还属于技术保密阶段,在中国属于空白阶段,但是在中国的应用前景是很广阔的,研究微机自动控向垂钻系统将产生巨大的市场价值.该课题主要开展以下几个方面的研究:1、根据微机自动控向垂钻系统的基本原理及其各个部分工作特性,提出了试验各个部分的试验方法、试验装置、试验步骤.2、通过对微机自动控向垂钻系统各个部分的测试,找出了该系统出现的问题,并分析了这些问题,提出修改意见及建议.