【正文】 本論文是在我的指導(dǎo)老師段正勇老師的悉心指導(dǎo)下完成的。由于國(guó)外鉆井公司及油田公司為了保持自己的技術(shù)壟斷和取得超額利潤(rùn)，只提供技術(shù)服務(wù)而不出售工具。圖314 工具體受力分析在11面 （340） （341）在22面 （342） （343）因?yàn)楣ぞ唧w是材料為35CrMo的合金鋼，本體的承受拉力等于向心力。；B=8mm；下盤(pán)閥半徑R=8mm；R=13mm；轉(zhuǎn)速n為40200r/min。 上盤(pán)閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 圖 310 上盤(pán)閥泥漿壓力在柱塞兩邊的壓降在正常條件下按5MPa設(shè)計(jì)，工作時(shí)總有1個(gè)或2個(gè)低壓孔導(dǎo)通。為了增大巴掌的耐磨強(qiáng)度，在巴掌的表面鑲嵌一系列的硬質(zhì)合金鑲塊。時(shí)，始終至少有2個(gè)巴掌伸出，但有3個(gè)巴掌同時(shí)伸出拍打井壁的情況，對(duì)井壁的作用合力為零，工具導(dǎo)向能力也弱；只有當(dāng)120186。下盤(pán)閥和鉆柱一起轉(zhuǎn)動(dòng)，而上盤(pán)閥保持靜止，在這個(gè)過(guò)程中，對(duì)于伸縮的巴掌的力是不變的，在一段時(shí)間內(nèi)存在，在某一段時(shí)間內(nèi)消失，是一個(gè)有沖擊的作用力。相位時(shí)，則導(dǎo)向機(jī)構(gòu)就處于90176。第三章 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具機(jī)械部分設(shè)計(jì) 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的導(dǎo)向原理及組成導(dǎo)向機(jī)構(gòu)是旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)的核心部分，主要由三個(gè)伸縮巴掌和控制系統(tǒng)的控制盤(pán)閥組成。旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具中穩(wěn)定平臺(tái)單元的作用是在鉆井工具中產(chǎn)生一個(gè)不受鉆桿旋轉(zhuǎn)影響、相對(duì)穩(wěn)定的平臺(tái)，從而能夠使鉆柱導(dǎo)向鉆井工具及推板的工具面角在旋轉(zhuǎn)時(shí)保持穩(wěn)定。/30m中中消除~ Auto Track RCLS:位移工作方式、靜止外套、小型化能力差、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等。1) GeoPilot系統(tǒng)井下偏置導(dǎo)向工具的結(jié)構(gòu)原理SperrySun公司的Geo Pilot旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)也是一種不旋轉(zhuǎn)外筒式導(dǎo)向工具，但與Baker Hughes Inteq公司的Auto Trak RCLS系統(tǒng)和Schlumberger Anadrill公司的Power Drive SRD系統(tǒng)不同的是，GeoPilot旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)不是靠偏置鉆頭進(jìn)行導(dǎo)向，而是靠不旋轉(zhuǎn)外筒與旋轉(zhuǎn)心軸之間的一套偏置機(jī)構(gòu)使旋轉(zhuǎn)心軸偏置，從而對(duì)于不旋轉(zhuǎn)外套固定，從而始終將旋轉(zhuǎn)心軸向固定方向偏置，為鉆頭提供一個(gè)方向固定的傾角。控制單元的功能包括：①偏置控制；②提供測(cè)量數(shù)據(jù):鉆頭軸線的實(shí)際井斜角和方位角。這種鉆進(jìn)模式如同利用導(dǎo)向馬達(dá)滑動(dòng)鉆進(jìn)方式，可控制井眼軌跡的變化。還有根據(jù)工具尺寸進(jìn)行分類的，不同的工具尺寸也不盡相同。根據(jù)所獲得的信息，可從井口發(fā)出指令以保持或改變鉆頭軌跡。它適用的井眼尺寸為514～26in，可用常規(guī)鉆井液，最高耐溫150℃，流量范圍480～1900gpm，最高耐壓20000psi，其中，Power DriveX51100型最大轉(zhuǎn)速200r／min，最大造斜率3176。1)地面與井下的雙向通訊系統(tǒng)此系統(tǒng)可使操作者能在不停鉆的情況下，用鉆井液脈沖從地面向井下工具發(fā)出指令改變井眼軌跡、造斜率、方位改變率及降斜率等，指示井底發(fā)射器有選擇地發(fā)送需要的信息。初級(jí)導(dǎo)向鉆井是利用彎外殼螺桿鉆具，在造斜段(或降斜段)、穩(wěn)斜段分別實(shí)行滑動(dòng)鉆進(jìn)和旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)。1991年，西安石油大學(xué)張紹槐教授組織力量進(jìn)行了“井眼軌跡制導(dǎo)技術(shù)”的中國(guó)石油天然氣總公司(CNPC)“九五”立項(xiàng)調(diào)研；1994年，西安石油大學(xué)張紹槐教授等又開(kāi)展了井下旋轉(zhuǎn)自動(dòng)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)RCLD(Rotary CloseLoop Drilling System)的研究，并以國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目為依托研究了井身軌跡控制技術(shù)、鉆井智能信息與模擬技術(shù)以及隨鉆地震技術(shù)(SO)等。到90年代初期，國(guó)外旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)已呈現(xiàn)商業(yè)化。中國(guó)古代鉆井技術(shù)被稱為中國(guó)古代文明的第五大發(fā)明。21世紀(jì)初國(guó)家科技部和中石油、中石化、中海油都紛紛立項(xiàng)研究旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)，西安石油大學(xué)參加了這些研究項(xiàng)目并于2002年初建立了我國(guó)第一個(gè)多學(xué)科的導(dǎo)向鉆井研究所。地面人工控制的導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)是使用變徑穩(wěn)定器加螺桿鉆具，采用遙控方式，通過(guò)改變井下穩(wěn)定器的直徑來(lái)改變井下動(dòng)力鉆具的力學(xué)特性，進(jìn)行造斜(或降斜)和穩(wěn)斜鉆進(jìn)，但在造斜段(或降斜段)同樣需要滑動(dòng)鉆進(jìn)。為了能使地面指令向下傳輸，開(kāi)發(fā)了一項(xiàng)通過(guò)在井上調(diào)制排量來(lái)向下傳遞命令的新技術(shù)：立管上安裝一個(gè)旁通觸發(fā)器，可在地面把部分鉆并液送回鉆井液池，相應(yīng)的流盆變化導(dǎo)致井下發(fā)電機(jī)的電壓變化，這樣加載了信息的排量變化順序就送到井下并在井下得到解釋。／100ft，PowerDriveX5475型最大轉(zhuǎn)速250r／min，最大造斜率8176。鉆具內(nèi)部的電子測(cè)量工具會(huì)自動(dòng)調(diào)整鉆具的位置，使鉆具在不與井壁接觸的情況下始終處于井眼的高邊，但工作壽命有待進(jìn)一步提高。MRST主要采用偏置鉆頭、旋轉(zhuǎn)外筒式，其傳感器為靜止式。須設(shè)里導(dǎo)向塊產(chǎn)生合力矢的大小和方向兩個(gè)參數(shù)?？刂茊卧倪\(yùn)動(dòng)由地面軟件進(jìn)行控制。2) GeoPilot總體外觀和參數(shù)介紹圖23 GeoPilot 主體如圖23所示，GeoPilot系統(tǒng)有關(guān)結(jié)構(gòu)和工作參數(shù)如下：公稱直徑171mm；上部外徑194mm；；連接上扣(母扣)；連接下扣(REG母或公扣)；造斜、降斜5176。Power Drive SRD:鉆頭和鉆頭軸承的磨損較嚴(yán)重，工作壽命有待進(jìn)一步提高。穩(wěn)定平臺(tái)單元由上、下2個(gè)渦輪發(fā)電機(jī)、測(cè)控電子系統(tǒng)及電子倉(cāng)組成。主要功能是根據(jù)軌跡控制要求，向鉆頭提供不同大小和方向的側(cè)向力。增方位狀態(tài)。但是在工作過(guò)程中每次可以有倆個(gè)巴掌同時(shí)伸出，它們的合力是一個(gè)連續(xù)的力的分量。θ240186。圖47 執(zhí)行機(jī)構(gòu)單元巴掌結(jié)構(gòu)巴掌與井壁的接觸而積為 （33）巴掌受到的壓強(qiáng) 盤(pán)閥泥漿過(guò)流的有效面積計(jì)算(1)壓力腔過(guò)濾網(wǎng)的有效面積高壓孔的過(guò)液面積為 （34）壓力腔泥漿過(guò)液面積 （35）由于 所以滿足上盤(pán)閥的流量供給要求。加壓彈簧的設(shè)計(jì)按振動(dòng)要求設(shè)計(jì)，在30004500m處振動(dòng)等級(jí)取15g。當(dāng)穩(wěn)定平臺(tái)的控制軸在某一工作面時(shí)，上盤(pán)閥相對(duì)井壁保持靜止不動(dòng)，下盤(pán)閥隨鉆柱一轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn)，則高壓孔的液流導(dǎo)通時(shí)間T滿足： = (331)當(dāng)n=40r/min時(shí)， T= 當(dāng)n=200r/min時(shí) T=下盤(pán)閥的一個(gè)低壓孔從高壓孔導(dǎo)通到該低壓孔完全導(dǎo)通經(jīng)歷的時(shí)間T滿足如下關(guān)系： T= = (332)當(dāng)n=40r/min時(shí)， T=由圖可知，上下盤(pán)閥的高低壓孔完全導(dǎo)通時(shí)，上盤(pán)閥孔的過(guò)流面積為 (333) =2RθR下盤(pán)閥低壓孔的總的過(guò)流面積為 一個(gè)低壓孔導(dǎo)通時(shí)： 兩個(gè)低壓孔導(dǎo)通時(shí)： 三個(gè)低壓孔導(dǎo)通時(shí)： 可知下盤(pán)閥的過(guò)流面積與低壓孔得到他個(gè)數(shù)有關(guān)，并且在時(shí)間段內(nèi)的低壓孔導(dǎo)通數(shù)受到了低壓孔導(dǎo)通個(gè)數(shù)的影響，即受到高壓孔圓心角的影響。在315面最外斷點(diǎn)處的正壓力，剪切力最大，在此處取一單元體，如下圖： 圖 315 工具體應(yīng)力分析 （344） （345）所以 = =由第三強(qiáng)度理論知 （346）因?yàn)?,所以工具體滿足強(qiáng)度要求。中國(guó)的商業(yè)應(yīng)用較少，但隨著石油資源的日益減少，價(jià)格的不斷上漲，石油公司對(duì)鉆井技術(shù)的使用也日益增多，該技術(shù)在中國(guó)和全球有交大的市場(chǎng)。從論文的方向把握、總體思想，到具體的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，段老師都給出了重要的富有建設(shè)性的啟發(fā)和建議，使得本文的設(shè)計(jì)工作得以順利完成。 參考文獻(xiàn)[1] 段正勇，彭勇，[J]. 鉆采工 藝，2007,30(5):102105.[2] 彭勇,閆文輝,[J]. 石油學(xué)報(bào)，2005， 26(5):949.[3] [J]. ,24 (3)：8289.[4] 蘇義腦，竇修榮，、特性和典型結(jié)構(gòu)[J]. 石油 ,25 (4):58.[5] 方朝亮，[M]. 北京:石油工業(yè)出 版社，2006.[6] 張紹槐，[J]. ,22 (6): 6368.[7] 趙金海，國(guó)外典型的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)[J]., 18(11): 3336.[8] 李松林，蘇義腦，[J]. 石油 , 28 (1):4244.[9] 肖仕紅，[J]. 石油機(jī)械，2006, 34(4):6670.[10] 孫桓，[M]. :高等教育出版社，2000, 8.[11] 閏文輝，彭勇，[J]. 鉆采工藝， 2005，28 (5):6972.[12] 彭勇，閏文輝，[J]. 石油機(jī)械， 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SPE 39328. 致 謝在論文即將完成之際，謹(jǐn)向所有關(guān)心我的以及在設(shè)計(jì)中給予幫助的老師、同學(xué)、朋友表示衷心的感謝。由上可知，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具取得了較好的應(yīng)用實(shí)踐。極限工況：最大鉆壓300KN；外壓96MPa；內(nèi)壓101MPa；最大扭矩2000N? m。設(shè)計(jì)的下盤(pán)閥如下圖： 圖:312 下盤(pán)閥 上下盤(pán)閥導(dǎo)通時(shí)間計(jì)算上盤(pán)閥的圓弧角為θ，高壓孔寬度為B，弧的半徑為R，下盤(pán)閥液流通孔直徑為B，假設(shè)轉(zhuǎn)速為n，結(jié)構(gòu)圖如下圖： 圖313 上盤(pán)閥剖面圖 由上圖可知：θ=200186。上盤(pán)閥的高壓孔圓弧角θ的大小與巴掌的作用力有著密切的關(guān)系，θ角的設(shè)計(jì)原則是在保證偏執(zhí)機(jī)構(gòu)單元中高低壓鉆井