【正文】 觀。同時在老師的指導與監(jiān)督下，我過完了充實的一個學期，并從中學到了許多東西。 展望與建議(1)由于本次設計時間有限，僅完成了旋轉(zhuǎn)導向鉆井工具的機械結(jié)構(gòu)部分的設計，旋轉(zhuǎn)導向是一個很新的研究課題，希望以后可以有機會你把整個部分的設計加以完善。第五章 結(jié)論及展望 結(jié)論旋轉(zhuǎn)導向鉆井技術(shù)是國際石油行業(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)減少鉆井工程費用2000年，南海西江油田設計井深8800m，水平位移超過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500萬元的鉆井作業(yè)費用，由于解決了大位移井導向問題，提高了井身質(zhì)量，為油田開發(fā)和后續(xù)完井作業(yè)帶來的間接經(jīng)濟效益遠遠超過直接經(jīng)濟效益。對于機械部分而言，無論在設計、制造還是在裝配上都有相當高的要求。此時，彈簧中徑D=26 mm。鉆柱每轉(zhuǎn)一圈時上盤閥總的有效導通時間為 T=TT 可得： T (335)由上式可知，液流導通時間和高壓孔的圓心角成正比，與鉆柱轉(zhuǎn)速成反比。有3個均布的相位相差120186。正常范圍內(nèi)上盤閥的壓力： （317）4MPa時的壓力為：8MPa時的壓力為：12MPa時的壓力為：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。當需要在某個方向?qū)驎r，在旋轉(zhuǎn)鉆井時，相位相差120186。在一般情況下，直徑是178mm的鉆具的過流面積應大于直徑是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流面積為 （36）所以S遠大于S。（1）柱塞的直徑 (32)式中：F是泥漿對柱塞的推靠力，為12KNP是工作處泥漿內(nèi)外壓力差，為7MP代入計算得 d= 取50mm（2）柱塞長度柱塞長度主要受到鉆具外徑尺寸限定，其長度越長，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越廣。根據(jù)《鉆采工藝》第28卷，第5期《旋轉(zhuǎn)導向鉆井工具液壓分配系統(tǒng)的設計》的分析結(jié)論，上盤閥的高壓孔圓弧角θ最優(yōu)為180186。應不小于下盤閥相鄰2個低壓孔的中心角120186。在導向機構(gòu)的設計過程中，為了保證導向機構(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，具體來說就是保證推巴掌有足夠的推靠力大小和作用時間，但是在鉆井過程中泥漿的壓力是由地而的泵壓所決定的。圖 31 伸縮塊對井壁的側(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)機構(gòu)單元其他部件如下:(1)外筒 是一個長約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，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)往復運動。扭方位狀態(tài)實際上也是全力扭方位狀態(tài)。當上盤高壓孔眼在控制機構(gòu)作用下處于井眼低邊方向時，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，導向機構(gòu)就處于全力增斜狀態(tài)。在工作過程中接受由地面發(fā)出的指令，并通過穩(wěn)定平臺單元調(diào)控工作液來控制分配單元上盤閥高壓孔的位置。上盤閥由穩(wěn)定平臺控制軸帶動, 其上開有1個作為工作液泥漿通道的孔, 稱為高壓閥孔, 見圖26( a) 所示；下盤閥固定在偏置機構(gòu)單元本體內(nèi),上開有3個孔,分別與偏置執(zhí)行機構(gòu)的3 個柱塞相通, 見圖26( b) 所示。2個渦輪發(fā)電機之間設置密封電子倉, 電子倉中有控制電路和測量工具面角、井斜角的三軸重力加速度計、短程通訊、下傳信號接受器及其電路等。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)為不導向，亦即穩(wěn)斜鉆進。 旋轉(zhuǎn)導向鉆井方案的選擇推靠式旋轉(zhuǎn)導向系統(tǒng)的特點：側(cè)向力大，造斜率高，但旋轉(zhuǎn)導向鉆出的井眼狗腿大，軌跡波動大，不平滑。相對而言，調(diào)制式旋轉(zhuǎn)導向工具系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)設計方面更為簡單，小型化趨勢好，全旋轉(zhuǎn)工作方式使鉆柱對井壁沒有靜止點，從而可以保證這種系統(tǒng)更能適合各種復雜的環(huán)境，鉆井極限井深更深，速度更快，在大位移井、三維多目標井及其它高難度特殊工藝井中更具競爭力，但工作壽命有待進一步提高。/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，其上的液壓孔分別與翼肋支撐液壓腔相通。為了獲得測量及定向數(shù)據(jù)，利用控制單元中的傳感器來測量控制單元坐標中的重力及磁力矢盒。單級軸向流體轉(zhuǎn)子也安裝在其上以獲得同心逆時針旋轉(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)導向鉆井系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征和對比 Auto Trak旋轉(zhuǎn)導向鉆井系統(tǒng)Auto Trak旋轉(zhuǎn)導向鉆井系統(tǒng)系統(tǒng)的井下偏置導向工具由不旋轉(zhuǎn)外套和旋轉(zhuǎn)心軸兩大部分通過上下軸承連接形成一可相對轉(zhuǎn)動的結(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)導向鉆井工具圖14 （b）指向鉆頭式旋轉(zhuǎn)導向鉆井工具 畢業(yè)設計論文的主要內(nèi)容(1)查閱、收集有關(guān)鉆轉(zhuǎn)導向鉆井工具的資料，理解鉆轉(zhuǎn)導向鉆井工具原理與結(jié)構(gòu)，了解國內(nèi)外鉆轉(zhuǎn)導向鉆井工具的研究與應用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，搞清本次畢業(yè)設計所要設計的內(nèi)容，在此基礎上完成開題報告；(2)查閱有關(guān)鉆轉(zhuǎn)導向鉆井工具的外文資料并選定一篇進行翻譯；(3)分析旋轉(zhuǎn)導向鉆井工具的結(jié)構(gòu)特點及其所存在的缺陷，提出鉆轉(zhuǎn)導向鉆井工具的的設計方案；(4)畫出結(jié)構(gòu)草圖，并根據(jù)任務書所給數(shù)據(jù)進行計算和校核，確定鉆轉(zhuǎn)導向鉆井工具的各零部件具體尺寸，如有需要，對初步方案和草圖進行修改，并進行整個工具經(jīng)濟性評價；(5)畫出鉆轉(zhuǎn)導向鉆井工具的裝配圖和各零部件的零件圖；(6)完成畢業(yè)設計論文。其主要特征是下部驅(qū)動主軸可在殼體內(nèi)旋轉(zhuǎn)成一定角度，相當于形成一個可調(diào)彎角，可對井斜和方位進行糾正。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測井和電阻率測井功能。此工具的上傳數(shù)據(jù)采用了己經(jīng)成功應用20多年的MWD中的井下遙控脈沖發(fā)射器。(1)Auto Trak旋轉(zhuǎn)導向鉆井系統(tǒng)AutoTrak系統(tǒng)是一套集鉆進和隨鉆測量為一體的定向鉆井系統(tǒng)，能夠在旋轉(zhuǎn)鉆井過程向造斜鉆進，主要是因為它有一個獨特的非旋轉(zhuǎn)可調(diào)扶正器滑套，此扶正器滑套并非真的不旋轉(zhuǎn)，只是相對鉆頭驅(qū)動軸而言它幾乎是不旋轉(zhuǎn)，因此在旋轉(zhuǎn)鉆進過程中，此扶正器滑套可以保持一種相對靜止的狀態(tài)，從而保證鉆頭沿著某一特定的方向鉆進。全自動的井下閉環(huán)旋轉(zhuǎn)導向鉆井系統(tǒng)是從地面人工控制的導向鉆井系統(tǒng)發(fā)展成的，可實施井下自動側(cè)量、辨別處理、控制的自動系統(tǒng)。此外，文獻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)，國內(nèi)僅對其導向性能等做了初步的理論分析研究。在全面完成國家“863”前瞻性研究攻關(guān)項目的基礎上，2003年“旋轉(zhuǎn)導向鉆井系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究”被列為國家“863正式科技攻關(guān)項目。旋轉(zhuǎn)導向鉆井時的摩阻與扭阻小、鉆速高、鉆頭進尺多、鉆井時效高、鉆井周期短、井身軌進平滑，每米進尺成本低，是現(xiàn)代導向鉆井的發(fā)展方向。我國石油產(chǎn)量現(xiàn)居全世界第5至第8位，我國的鉆井規(guī)摸已躍居全世界第3位，鉆井業(yè)已走出國門參與國際競爭。旋轉(zhuǎn)導向鉆井法是在用轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)鉆柱鉆井時,隨鉆實時完成導向功能。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，同時又必須盡量保證有足夠的速度以保證鉆井成本的相對下降。但該系統(tǒng)對設備要求比較高，要求設備、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設備、鉆具等的損傷，而且該系統(tǒng)造價比較昂貴，一次性投入較大，并不是每個區(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到了控制要求，采用的旋轉(zhuǎn)導向鉆具組合還可提高鉆壓，最高可達240KN，為“十一五”期間旋轉(zhuǎn)導向鉆井工具系統(tǒng)的進一步完善和應用奠定了堅實的工程化基礎，在國內(nèi)旋轉(zhuǎn)導向鉆井系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究方面有一定的突破。導向鉆井系統(tǒng)最初只用在定向井、叢式井，隨油田開發(fā)的增多，逐漸用到了大斜度井、水平井、蘭維多目標井、大位移井等。到20世紀90年代中期，美、英、德、意、日五個國家的8家大公司進行研制并壟斷了其工程應用和商業(yè)化技術(shù)服務市場，例如德國的自動垂直井鉆井系統(tǒng)VDS、美國Baker Hughes Inteq公司的自動直井鉆井系統(tǒng)SDD、Halliburton公司的自動導向鉆井系統(tǒng)AGS、美國能源部資助的自動定向鉆井系統(tǒng)ADD、英國Cameo公司的可導向的旋轉(zhuǎn)鉆井系統(tǒng)SRD、Baker Hughes lnteq公司的旋轉(zhuǎn)導向井下閉環(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取得了很好的應用效果。圖11 AutoTrak內(nèi)部結(jié)構(gòu)Auto Trak結(jié)合了當前最為先進的MWD，LWD技術(shù)，滿足了地質(zhì)導向和鉆井作業(yè)的雙重需要：同時結(jié)合MDL、 MNP、MDP等工具，實現(xiàn)隨鉆測井的要求。通過控制三個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，以控制導向鉆井。當需要在某個方向?qū)驎r，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個導向塊中的某一塊，它每一次通過某一特定的垂向或徑向方位時，通過控制系統(tǒng)施加的液壓，使同步導向塊伸出與井壁接觸，并對鉆頭產(chǎn)生一側(cè)向力，推動鉆頭離開該方向，達到改變井斜和方位的目的，轉(zhuǎn)離該方向后，滑塊自動縮回。Power vorteX是一種高性能的導向鉆井工具，可以提升所需的井下動力，增加井眼的穩(wěn)定性，自動糾斜，有智能的高性能動力組件，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遙測系統(tǒng)來實現(xiàn)的，它包括一整套隨鉆電子測量工具。圖13 GeoPilot 主體綜合以上國外各種旋轉(zhuǎn)導向鉆井系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)導向鉆具的工作方式，其主要有兩種類型。調(diào)制式旋轉(zhuǎn)導向鉆井工具是依靠工具執(zhí)行機構(gòu)推靠井壁，使其給鉆頭一反作用側(cè)向力為原理工作的，是當今國內(nèi)外鉆井界已經(jīng)商業(yè)化的3種導向原理之一的鉆井工具。通過控制三個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，以控制導向鉆井。保持模式可同時施加造斜力和變方位力。Power Drive旋轉(zhuǎn)導向系統(tǒng)具有自我穩(wěn)定的鉆井液動力和密封控制單元，通過旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定傳感器同步調(diào)整井眼走向。通過對內(nèi)部傳感器測得的方向與在控制系統(tǒng)存貯器中存貯的要求方向進行比較可以推導出負載的控制信號和逆時針扭矩信號。它的直徑為1英寸，具有開發(fā)用于更小井眼的Power Drive系統(tǒng)的潛力。圖 22 Power Drive 盤閥控制機構(gòu)示意圖 GeoPilot旋轉(zhuǎn)導向鉆井系統(tǒng) GeoPilot系統(tǒng)是Halliburton公司下屬的Sperry Sun公司開發(fā)的旋轉(zhuǎn)導向系統(tǒng)，又稱RST (Rotary Steerable Tool)。從工作原理和適應井下工作環(huán)境方面來講，三種工作方式的旋轉(zhuǎn)導向鉆井系統(tǒng)各有其特點。/30m中低存在~ 調(diào)制式Power Drive SRD全旋轉(zhuǎn)176。經(jīng)過反復的論證和分析，這兩種方案中，推靠式經(jīng)過了大量的實踐，其可靠性強，并得到了不斷的技術(shù)改進和完善。推板的動力來自于泥漿經(jīng)過鉆頭水眼后所產(chǎn)生的鉆柱內(nèi)外壓差； 工作液控制閥( 上、下盤閥的相對位置) 的調(diào)節(jié)和穩(wěn)定則由穩(wěn)定平臺控制；3 個推板的相位差為120176。作為力矩發(fā)生器的下渦輪電機電樞在磁場中也會產(chǎn)生一個電磁力矩, 即驅(qū)動動力矩。液壓控制單元的核心就是在穩(wěn)定平臺的作用下,控制上盤閥高壓孔的位置(工程上的工具面角)。當導向機構(gòu)處于工作狀態(tài)時，控制軸中的流體進入開關(guān)打開，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是設計中的關(guān)鍵，因為上盤閥的高壓孔圓弧角θ的大小與巴掌的推靠力的大小有很大的關(guān)系。執(zhí)行機構(gòu)柱塞個數(shù)可能的數(shù)目為26個。θ120186。分布。 1上控制軸； 2