【正文】 觀。同時(shí)在老師的指導(dǎo)與監(jiān)督下，我過(guò)完了充實(shí)的一個(gè)學(xué)期，并從中學(xué)到了許多東西。 展望與建議(1)由于本次設(shè)計(jì)時(shí)間有限，僅完成了旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的機(jī)械結(jié)構(gòu)部分的設(shè)計(jì)，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向是一個(gè)很新的研究課題，希望以后可以有機(jī)會(huì)你把整個(gè)部分的設(shè)計(jì)加以完善。第五章 結(jié)論及展望 結(jié)論旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)是國(guó)際石油行業(yè)列為最主要的關(guān)鍵技術(shù)之一，是代表鉆井技術(shù)向信息化、智能化和自動(dòng)化發(fā)展方向的前沿技術(shù)，是鉆井科研攻關(guān)的重大課題之一。(3)減少鉆井工程費(fèi)用2000年，南海西江油田設(shè)計(jì)井深8800m，水平位移超過(guò)7500m的XJ2432A18井，在6871m以下井段使用了POWER DRIVER SRD系統(tǒng)，結(jié)果取得了巨大的成功，節(jié)約了近500萬(wàn)元的鉆井作業(yè)費(fèi)用，由于解決了大位移井導(dǎo)向問(wèn)題，提高了井身質(zhì)量，為油田開(kāi)發(fā)和后續(xù)完井作業(yè)帶來(lái)的間接經(jīng)濟(jì)效益遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)直接經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)于機(jī)械部分而言，無(wú)論在設(shè)計(jì)、制造還是在裝配上都有相當(dāng)高的要求。此時(shí)，彈簧中徑D=26 mm。鉆柱每轉(zhuǎn)一圈時(shí)上盤閥總的有效導(dǎo)通時(shí)間為 T=TT 可得： T (335)由上式可知，液流導(dǎo)通時(shí)間和高壓孔的圓心角成正比，與鉆柱轉(zhuǎn)速成反比。有3個(gè)均布的相位相差120186。正常范圍內(nèi)上盤閥的壓力： （317）4MPa時(shí)的壓力為：8MPa時(shí)的壓力為：12MPa時(shí)的壓力為：N(3)彈簧壓力F工具在井下所受的縱向加速度a=15g，則彈簧預(yù)緊力F： （318）但為了減少盤閥之間的摩擦力，使上下盤閥之間的壓力較小，則。當(dāng)需要在某個(gè)方向?qū)驎r(shí)，在旋轉(zhuǎn)鉆井時(shí)，相位相差120186。在一般情況下，直徑是178mm的鉆具的過(guò)流面積應(yīng)大于直徑是50mm的圓孔面積，即 S= 圖 38 軸承支座由上圖可知軸承支座處的孔過(guò)流面積為 （36）所以S遠(yuǎn)大于S。（1）柱塞的直徑 (32)式中：F是泥漿對(duì)柱塞的推靠力，為12KNP是工作處泥漿內(nèi)外壓力差，為7MP代入計(jì)算得 d= 取50mm（2）柱塞長(zhǎng)度柱塞長(zhǎng)度主要受到鉆具外徑尺寸限定，其長(zhǎng)度越長(zhǎng)，行程越大，鉆具的巴掌的伸縮距離也越大，適用的井眼尺寸范圍也相應(yīng)越廣。根據(jù)《鉆采工藝》第28卷，第5期《旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具液壓分配系統(tǒng)的設(shè)計(jì)》的分析結(jié)論，上盤閥的高壓孔圓弧角θ最優(yōu)為180186。應(yīng)不小于下盤閥相鄰2個(gè)低壓孔的中心角120186。在導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，為了保證導(dǎo)向機(jī)構(gòu)能滿足鉆井要求，必須保證工作液控制分配單元能分配足夠的泥漿流量和有效的控制能力，具體來(lái)說(shuō)就是保證推巴掌有足夠的推靠力大小和作用時(shí)間，但是在鉆井過(guò)程中泥漿的壓力是由地而的泵壓所決定的。圖 31 伸縮塊對(duì)井壁的側(cè)向?qū)蛄Ξa(chǎn)生原理圖 32 工作液控制分配單元偏執(zhí)機(jī)構(gòu)單元由柱塞、柱塞套、巴掌和擋塊組成，結(jié)構(gòu)如圖33. 圖 33 偏執(zhí)機(jī)構(gòu)單元其他部件如下:(1)外筒 是一個(gè)長(zhǎng)約860mm，直徑為176mm的金屬筒，上下兩端由母扣連接如圖34所示；(2)柱塞 有三個(gè)，均布在外筒上，利用鉆具的內(nèi)外壓力差工作，如圖35所示；(3)柱塞套 柱塞在柱塞套內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。扭方位狀態(tài)實(shí)際上也是全力扭方位狀態(tài)。當(dāng)上盤高壓孔眼在控制機(jī)構(gòu)作用下處于井眼低邊方向時(shí)，該作用力方向就指向井眼低邊方向，井壁的反作用力就指向井眼高邊，此時(shí)，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)就處于全力增斜狀態(tài)。在工作過(guò)程中接受由地面發(fā)出的指令，并通過(guò)穩(wěn)定平臺(tái)單元調(diào)控工作液來(lái)控制分配單元上盤閥高壓孔的位置。上盤閥由穩(wěn)定平臺(tái)控制軸帶動(dòng), 其上開(kāi)有1個(gè)作為工作液泥漿通道的孔, 稱為高壓閥孔, 見(jiàn)圖26( a) 所示；下盤閥固定在偏置機(jī)構(gòu)單元本體內(nèi),上開(kāi)有3個(gè)孔,分別與偏置執(zhí)行機(jī)構(gòu)的3 個(gè)柱塞相通, 見(jiàn)圖26( b) 所示。2個(gè)渦輪發(fā)電機(jī)之間設(shè)置密封電子倉(cāng), 電子倉(cāng)中有控制電路和測(cè)量工具面角、井斜角的三軸重力加速度計(jì)、短程通訊、下傳信號(hào)接受器及其電路等。工具面角的方向上，不斷有類似巴掌的推板伸出并推靠井壁，綜合作用則表現(xiàn)為不導(dǎo)向，亦即穩(wěn)斜鉆進(jìn)。 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井方案的選擇推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)的特點(diǎn)：側(cè)向力大，造斜率高，但旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆出的井眼狗腿大，軌跡波動(dòng)大，不平滑。相對(duì)而言，調(diào)制式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面更為簡(jiǎn)單，小型化趨勢(shì)好，全旋轉(zhuǎn)工作方式使鉆柱對(duì)井壁沒(méi)有靜止點(diǎn)，從而可以保證這種系統(tǒng)更能適合各種復(fù)雜的環(huán)境，鉆井極限井深更深，速度更快，在大位移井、三維多目標(biāo)井及其它高難度特殊工藝井中更具競(jìng)爭(zhēng)力，但工作壽命有待進(jìn)一步提高。/30m；；最大轉(zhuǎn)速250r/min；最大流量4545kg/min；最大鉆壓245kN；鉆井液類型以水基鉆井液為主；最大含砂量2%；(在22Us排量下的計(jì)算值)外觀結(jié)構(gòu)；最大提拉力333kN；上接MWD；地面軟件為INSILE鉆機(jī)信息系統(tǒng)；176。下盤閥固定于井下偏置工具內(nèi)部，隨鉆柱一起轉(zhuǎn)動(dòng)，其上的液壓孔分別與翼肋支撐液壓腔相通。為了獲得測(cè)量及定向數(shù)據(jù)，利用控制單元中的傳感器來(lái)測(cè)量控制單元坐標(biāo)中的重力及磁力矢盒。單級(jí)軸向流體轉(zhuǎn)子也安裝在其上以獲得同心逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。合力矢的大小是為了控制井眼軌跡的變化率。這種模式可使井眼軌跡保持一定的井斜角和方位角。 三種旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征和對(duì)比 Auto Trak旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)Auto Trak旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)系統(tǒng)的井下偏置導(dǎo)向工具由不旋轉(zhuǎn)外套和旋轉(zhuǎn)心軸兩大部分通過(guò)上下軸承連接形成一可相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)心軸上接鉆柱，下接鉆頭，起傳遞鉆壓、扭矩和輸送鉆井液的作用，不旋轉(zhuǎn)外套上設(shè)置有井下CPU，控制部分和支撐翼肋。 圖14 （a)推靠鉆頭式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具圖14 （b）指向鉆頭式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文的主要內(nèi)容(1)查閱、收集有關(guān)鉆轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的資料，理解鉆轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具原理與結(jié)構(gòu)，了解國(guó)內(nèi)外鉆轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，搞清本次畢業(yè)設(shè)計(jì)所要設(shè)計(jì)的內(nèi)容，在此基礎(chǔ)上完成開(kāi)題報(bào)告；(2)查閱有關(guān)鉆轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的外文資料并選定一篇進(jìn)行翻譯；(3)分析旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其所存在的缺陷，提出鉆轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的的設(shè)計(jì)方案；(4)畫(huà)出結(jié)構(gòu)草圖，并根據(jù)任務(wù)書(shū)所給數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和校核，確定鉆轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的各零部件具體尺寸，如有需要，對(duì)初步方案和草圖進(jìn)行修改，并進(jìn)行整個(gè)工具經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)；(5)畫(huà)出鉆轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的裝配圖和各零部件的零件圖；(6)完成畢業(yè)設(shè)計(jì)論文。其主要特征是下部驅(qū)動(dòng)主軸可在殼體內(nèi)旋轉(zhuǎn)成一定角度，相當(dāng)于形成一個(gè)可調(diào)彎角，可對(duì)井斜和方位進(jìn)行糾正。全旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)可以使用任何類型的鉆井液。Power Drive Xceed系列可以用于裸眼側(cè)鉆、隨鉆擴(kuò)眼或用雙芯鉆頭鉆研磨性地層，其使用參數(shù)與PowerDriveX5系列大致相同，適用的井眼尺寸為838～1712in，可用常規(guī)鉆井液，最高耐溫150℃，流量范圍450～1800gpm，最高耐壓20000psi，最大轉(zhuǎn)速350r／min，其中，176。它還具有GAMMA測(cè)井和電阻率測(cè)井功能。此工具的上傳數(shù)據(jù)采用了己經(jīng)成功應(yīng)用20多年的MWD中的井下遙控脈沖發(fā)射器。(1)Auto Trak旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)AutoTrak系統(tǒng)是一套集鉆進(jìn)和隨鉆測(cè)量為一體的定向鉆井系統(tǒng)，能夠在旋轉(zhuǎn)鉆井過(guò)程向造斜鉆進(jìn)，主要是因?yàn)樗幸粋€(gè)獨(dú)特的非旋轉(zhuǎn)可調(diào)扶正器滑套，此扶正器滑套并非真的不旋轉(zhuǎn)，只是相對(duì)鉆頭驅(qū)動(dòng)軸而言它幾乎是不旋轉(zhuǎn)，因此在旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)過(guò)程中，此扶正器滑套可以保持一種相對(duì)靜止的狀態(tài)，從而保證鉆頭沿著某一特定的方向鉆進(jìn)。全自動(dòng)的井下閉環(huán)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)是從地面人工控制的導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)發(fā)展成的，可實(shí)施井下自動(dòng)側(cè)量、辨別處理、控制的自動(dòng)系統(tǒng)。此外，文獻(xiàn)中有偏置工具后置式系統(tǒng)的介紹，該系統(tǒng)為靜態(tài)偏置外推指向式系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)僅對(duì)其導(dǎo)向性能等做了初步的理論分析研究。在全面完成國(guó)家“863”前瞻性研究攻關(guān)項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，2003年“旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究”被列為國(guó)家“863正式科技攻關(guān)項(xiàng)目。旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井時(shí)的摩阻與扭阻小、鉆速高、鉆頭進(jìn)尺多、鉆井時(shí)效高、鉆井周期短、井身軌進(jìn)平滑，每米進(jìn)尺成本低，是現(xiàn)代導(dǎo)向鉆井的發(fā)展方向。我國(guó)石油產(chǎn)量現(xiàn)居全世界第5至第8位，我國(guó)的鉆井規(guī)摸已躍居全世界第3位，鉆井業(yè)已走出國(guó)門參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)。旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井法是在用轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)鉆柱鉆井時(shí),隨鉆實(shí)時(shí)完成導(dǎo)向功能。鉆井成本低。主要是軌跡控制的精度要求大幅度提高，控制難度明顯增加，同時(shí)又必須盡量保證有足夠的速度以保證鉆井成本的相對(duì)下降。但該系統(tǒng)對(duì)設(shè)備要求比較高，要求設(shè)備、鉆具等能承受高轉(zhuǎn)速、大扭矩、高泵壓，在某種程度上加大了對(duì)設(shè)備、鉆具等的損傷，而且該系統(tǒng)造價(jià)比較昂貴，一次性投入較大，并不是每個(gè)區(qū)塊和地層都適用這種鉆井技術(shù)。的大斜度穩(wěn)斜井段，井斜控制和方位控制都達(dá)到了控制要求，采用的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆具組合還可提高鉆壓，最高可達(dá)240KN，為“十一五”期間旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具系統(tǒng)的進(jìn)一步完善和應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的工程化基礎(chǔ)，在國(guó)內(nèi)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究方面有一定的突破。導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)最初只用在定向井、叢式井，隨油田開(kāi)發(fā)的增多，逐漸用到了大斜度井、水平井、蘭維多目標(biāo)井、大位移井等。到20世紀(jì)90年代中期，美、英、德、意、日五個(gè)國(guó)家的8家大公司進(jìn)行研制并壟斷了其工程應(yīng)用和商業(yè)化技術(shù)服務(wù)市場(chǎng)，例如德國(guó)的自動(dòng)垂直井鉆井系統(tǒng)VDS、美國(guó)Baker Hughes Inteq公司的自動(dòng)直井鉆井系統(tǒng)SDD、Halliburton公司的自動(dòng)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)AGS、美國(guó)能源部資助的自動(dòng)定向鉆井系統(tǒng)ADD、英國(guó)Cameo公司的可導(dǎo)向的旋轉(zhuǎn)鉆井系統(tǒng)SRD、Baker Hughes lnteq公司的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向井下閉環(huán)鉆井系統(tǒng)RCLS及日本提出的RCDOS系統(tǒng)，尤其是Baker Hughes公司的AatoTrak和Schlumberger公司的Power Drive取得了很好的應(yīng)用效果。圖11 AutoTrak內(nèi)部結(jié)構(gòu)Auto Trak結(jié)合了當(dāng)前最為先進(jìn)的MWD，LWD技術(shù)，滿足了地質(zhì)導(dǎo)向和鉆井作業(yè)的雙重需要：同時(shí)結(jié)合MDL、 MNP、MDP等工具，實(shí)現(xiàn)隨鉆測(cè)井的要求。通過(guò)控制三個(gè)支撐翼肋的支出液壓力的大小，可控制偏置力的大小和方向，以控制導(dǎo)向鉆井。當(dāng)需要在某個(gè)方向?qū)驎r(shí)，鉆柱在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，相位相差1200隨鉆柱一起旋轉(zhuǎn)的3個(gè)導(dǎo)向塊中的某一塊，它每一次通過(guò)某一特定的垂向或徑向方位時(shí)，通過(guò)控制系統(tǒng)施加的液壓，使同步導(dǎo)向塊伸出與井壁接觸，并對(duì)鉆頭產(chǎn)生一側(cè)向力，推動(dòng)鉆頭離開(kāi)該方向，達(dá)到改變井斜和方位的目的，轉(zhuǎn)離該方向后，滑塊自動(dòng)縮回。Power vorteX是一種高性能的導(dǎo)向鉆井工具，可以提升所需的井下動(dòng)力，增加井眼的穩(wěn)定性，自動(dòng)糾斜，有智能的高性能動(dòng)力組件，可適用于434in的井眼，最高耐溫150℃。井下鉆具與地面的通訊是借助于Power Pluse MWD遙測(cè)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，它包括一整套隨鉆電子測(cè)量工具。圖13 GeoPilot 主體綜合以上國(guó)外各種旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆具的工作方式，其主要有兩種類型。調(diào)制式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具是依靠工具執(zhí)行機(jī)構(gòu)推靠井壁，使其給鉆頭一反作用側(cè)向力為原理工作的，是當(dāng)今國(guó)內(nèi)外鉆井界已經(jīng)商業(yè)化的3種導(dǎo)向原理之一的鉆井工具。通過(guò)控制三個(gè)支撐翼肋的支出液壓力的大小，可控制偏置力的大小和方向，以控制導(dǎo)向鉆井。保持模式可同時(shí)施加造斜力和變方位力。Power Drive旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)具有自我穩(wěn)定的鉆井液動(dòng)力和密封控制單元，通過(guò)旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定傳感器同步調(diào)整井眼走向。通過(guò)對(duì)內(nèi)部傳感器測(cè)得的方向與在控制系統(tǒng)存貯器中存貯的要求方向進(jìn)行比較可以推導(dǎo)出負(fù)載的控制信號(hào)和逆時(shí)針扭矩信號(hào)。它的直徑為1英寸，具有開(kāi)發(fā)用于更小井眼的Power Drive系統(tǒng)的潛力。圖 22 Power Drive 盤閥控制機(jī)構(gòu)示意圖 GeoPilot旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng) GeoPilot系統(tǒng)是Halliburton公司下屬的Sperry Sun公司開(kāi)發(fā)的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)，又稱RST (Rotary Steerable Tool)。從工作原理和適應(yīng)井下工作環(huán)境方面來(lái)講，三種工作方式的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)各有其特點(diǎn)。/30m中低存在~ 調(diào)制式Power Drive SRD全旋轉(zhuǎn)176。經(jīng)過(guò)反復(fù)的論證和分析，這兩種方案中，推靠式經(jīng)過(guò)了大量的實(shí)踐，其可靠性強(qiáng)，并得到了不斷的技術(shù)改進(jìn)和完善。推板的動(dòng)力來(lái)自于泥漿經(jīng)過(guò)鉆頭水眼后所產(chǎn)生的鉆柱內(nèi)外壓差； 工作液控制閥( 上、下盤閥的相對(duì)位置) 的調(diào)節(jié)和穩(wěn)定則由穩(wěn)定平臺(tái)控制；3 個(gè)推板的相位差為120176。作為力矩發(fā)生器的下渦輪電機(jī)電樞在磁場(chǎng)中也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電磁力矩, 即驅(qū)動(dòng)動(dòng)力矩。液壓控制單元的核心就是在穩(wěn)定平臺(tái)的作用下,控制上盤閥高壓孔的位置(工程上的工具面角)。當(dāng)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)處于工作狀態(tài)時(shí)，控制軸中的流體進(jìn)入開(kāi)關(guān)打開(kāi)，鉆井液由篩孔通向上盤高壓孔眼。降方位狀態(tài)。低壓室與井眼環(huán)空相通，保持低壓室內(nèi)的環(huán)空壓力。在控制液分配單元中下盤閥的高壓孔圓弧角θ是設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵，因?yàn)樯媳P閥的高壓孔圓弧角θ的大小與巴掌的推靠力的大小有很大的關(guān)系。執(zhí)行機(jī)構(gòu)柱塞個(gè)數(shù)可能的數(shù)目為26個(gè)。θ120186。分布。 1上控制軸； 2