【正文】 （418） 但為了減少盤閥之間的摩擦力，是上下盤閥之間的壓力較小，則. 慣性力： ,為了減少盤閥之間的摩擦力,預(yù)緊力應(yīng)盡量的小，取.(4)上盤閥的總壓力計(jì)算上盤閥的總壓力來自3個(gè)因素。（4）計(jì)算自由高度 （431） =94mm 工作高度?。?彈簧的自由高度去標(biāo)準(zhǔn)值為： 。鉆柱每轉(zhuǎn)一圈時(shí)上盤閥總的有效導(dǎo)通時(shí)間為 可得 （437）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。推力球軸承等效為軸向約束,深溝球軸承等效為徑向約束。選擇各線段, 分別賦予不同的實(shí)常數(shù)值、材料屬性。根據(jù)WYTCHFARM油田開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，鉆大位移井開發(fā)方案比建人工島或海洋平臺(tái)開發(fā)綜合成本降低50%。 （4） 上盤閥高壓孔的圓弧角最佳值為180176。本論文工作的順利進(jìn)行得到了課題組許多老師和同學(xué)的支持和幫助，我完成畢業(yè)設(shè)計(jì)與他們的配合協(xié)作和幫助是分不開的，在一起探討學(xué)習(xí)過程中，我們共同交流發(fā)現(xiàn)、解決問題、克服各種困難，這段時(shí)間的學(xué)習(xí)與工作將留給我深刻的記憶。通過本文，可以得出以下結(jié)論： （1） 從國內(nèi)勘探開發(fā)的現(xiàn)狀來看，開展旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)的研究很有必要，并且是可行，目前旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)仍有許多技術(shù)難題有待解決，有很大的發(fā)展?jié)摿Α? 本次設(shè)計(jì)的導(dǎo)向工具最大的難點(diǎn)是工具本身體積較小，而部件又多，也就是說主要是空間較小的問題，所以裝配起來比普通機(jī)械部件復(fù)雜的多，所以這些因素間接提高了工具的成本。 工況3 , 當(dāng)擊振動(dòng)力指向控制軸上端時(shí), 發(fā)生軸向最大壓縮。圖51穩(wěn)定平臺(tái)單元結(jié)構(gòu) 控制軸的力學(xué)模型在建立控制軸的剛度仿真力學(xué)模型時(shí) ,嚴(yán)格遵循準(zhǔn)確和簡單的原則對實(shí)際結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡化 ,模型 的主要尺寸與實(shí)際結(jié)構(gòu)相同,但簡化了部分工藝結(jié)構(gòu)和與剛度分析無關(guān)的結(jié)構(gòu)。兩個(gè)低壓孔導(dǎo)通時(shí): 。 （1）選取旋轉(zhuǎn)比C: C=10. (2) 根據(jù)強(qiáng)度極限計(jì)算彈簧直徑根據(jù)公式 （428）式中 K—補(bǔ)償系數(shù)根據(jù)強(qiáng)度極限計(jì)算彈簧直徑 （429）作用在彈簧上的最大壓力，為150N。 1 上盤閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算 圖47 上盤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。 盤閥連接螺釘強(qiáng)度校核 參考《機(jī)械設(shè)計(jì)》知 （415） 式中 預(yù)緊力 參考上盤閥的設(shè)計(jì)，下盤閥承受的軸向力：F=。因此高壓孔圓弧角的設(shè)計(jì)原則是在保證偏執(zhí)機(jī)構(gòu)單元中高低壓鉆井液通道輪流導(dǎo)通前提下，巴掌作用在井壁的合力在導(dǎo)向方向的分量應(yīng)該連續(xù)而且其變化范圍盡可能恒定，以實(shí)現(xiàn)工具工作穩(wěn)定，避免對鉆具產(chǎn)生較大的沖擊。在鉆頭每一轉(zhuǎn)過程中, 下盤孔眼都與上盤高壓閥孔相通一次, 與之相接的伸縮塊伸縮一次。通過對側(cè)向力的大小、方向和拍打頻率的調(diào)整，可直接控制該工具的導(dǎo)向狀態(tài)。圖 34 所示為自主開發(fā)的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的三維 CAD 結(jié)構(gòu)圖。工作中平臺(tái)受到的主要力矩包括驅(qū)動(dòng)上盤閥旋轉(zhuǎn)的扭矩、鉆柱旋轉(zhuǎn)帶來的機(jī)械摩擦阻力矩和作為電能發(fā)生器的渦輪發(fā)電機(jī)本身的電磁力矩。導(dǎo)向功能是指當(dāng)需要向某一個(gè)井斜、方位導(dǎo)向時(shí),可由穩(wěn)定平臺(tái)通過控制軸將上盤閥高壓孔的中心即工具面角調(diào)整到與所需導(dǎo)向的井斜、方位相反的位置上,這時(shí)鉆具沿所需的井斜及方位進(jìn)行鉆進(jìn),并由各隨鉆測試儀器隨時(shí)監(jiān)測井眼軌跡。圖23 GeoPilot的導(dǎo)向原理 三種不同方式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)對比 表21 三種不同方式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)對比工作方式代表系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向程度造斜能力鉆井安全性位移延伸能力螺旋井眼適應(yīng)井眼尺寸靜態(tài)偏置推靠鉆頭式Auto Trak RCLS工具系統(tǒng)外筒不旋轉(zhuǎn)176。 20世紀(jì)90 年代中期 ， 在跟蹤調(diào)研國外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上 ， 國內(nèi)少數(shù)研究機(jī)構(gòu)開始進(jìn)行這方面的研究工作 ， 但與國外水平相比存在相當(dāng)大的差距 ． 進(jìn)入21 世紀(jì) ， 在國家“863”項(xiàng)目的支持下 ， 由中國石化集團(tuán)公司勝利石油管理局鉆井院和中國海洋石油總公司分別牽頭對調(diào)制式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)和靜態(tài)偏置推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究攻關(guān) ， 并在關(guān)鍵技術(shù)方面取得了突破．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，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)上完成開題報(bào)告。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． ?！?6 in ， ，可用常規(guī)鉆井液 ， ，最高耐溫 150 ℃ ， ，流量范圍480 ～ 1900 gpm ， ，最高耐壓20000 psi ， ，其中 ， ，PowerDrive X51100 型最大轉(zhuǎn)速200 r／min ，最大造斜率3176。 到 90年代初期 , 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)已呈現(xiàn)商業(yè)化。分析了旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)的井下鉆井工具系統(tǒng)的測控方式，偏置方式和導(dǎo)向方式。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 ， ，可對井斜和方位進(jìn)行糾正 ．。因?yàn)殂@具沒有產(chǎn)生摩擦的固定部件 ， ，也提高了機(jī)械鉆速 ． 。由中海油與西安石油學(xué)院等研究單位承擔(dān)的國家“863” 課題“旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向三維可控鉆井技術(shù)研究”也取得了突破，研究的可控偏心器式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具系統(tǒng)，為靜態(tài)偏置推靠式系統(tǒng)，目前已進(jìn)行了偏心機(jī)理、井下 BHA 組合力學(xué)性能等一定的理論研究和工具系統(tǒng)各單元樣機(jī)的現(xiàn)場試驗(yàn)，其在陸地和海上油田的現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果表明：在井斜約 60176。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。但是造斜率較低。鉆柱在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下任意一個(gè)或兩個(gè)推板通過某一特定的方位時(shí),借助工作液控制閥所施加的壓力 泥漿壓差 來同步調(diào)整推板的伸出,使其與井壁接觸,并對鉆頭產(chǎn)生一個(gè)側(cè)向力 即利用井壁對推板的反作用力 來推動(dòng)鉆頭改變原方向,達(dá)到改變井斜或方位的目的,從而實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井。當(dāng)上盤閥的高壓孔與下盤閥的某 1 個(gè)或者 2 個(gè)孔相通時(shí) ,高壓泥漿將推動(dòng)偏置執(zhí)行單元的相應(yīng)柱塞 ,并由柱塞推動(dòng)推板 ,將力作用在井壁上 ,該作用力的方向則由上盤高壓孔的位置確定。上、下盤閥均采用硬質(zhì)合金的制造材料或表面噴涂高耐磨性材料。相位時(shí), 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)就處于90176。結(jié)構(gòu)如圖43. 圖43偏執(zhí)機(jī)構(gòu)單元其他部件如下： （1）外筒 是一個(gè)長約860mm，直徑為176mm的金屬筒，上下倆兩端由母扣連接；（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；（3）柱塞套 柱塞在柱塞套內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。； 代入計(jì)算得 T=22s故起裝配圖如圖44.1上控制軸 ； 2泥漿過濾網(wǎng)；3上下盤閥；4柱塞； 5巴掌 圖44 導(dǎo)向裝置裝配圖. 3 巴掌與井壁接觸強(qiáng)度的計(jì)算巴掌與井壁的接觸面積為 （44）巴掌受到的壓強(qiáng) （45）4. 4 盤閥過濾網(wǎng)泥漿過流的有效面積計(jì)算 （1）壓力腔過濾網(wǎng)的有效面積高壓孔的過液面積為 （46）壓力腔泥漿過液面積 （47）由于=所以滿足上盤閥的流量供給要求。同時(shí)上盤閥的高壓孔圓弧角應(yīng)不大于下盤閥相鄰3個(gè)低壓孔的中心角240176。一般情況下，上下盤閥之間的相對轉(zhuǎn)速為：n=4060r/min。的直徑為8mm的孔，用于分配泥漿。 圖413 工具體應(yīng)力分析 （442）所以 由第三強(qiáng)度理論知 （443）因?yàn)?，所以工具體滿足強(qiáng)度要求。在實(shí)際工作中,控制軸自身還將受到?jīng)_擊振動(dòng)力 ,振動(dòng)加速度與上下渦輪發(fā)電機(jī)受到的沖擊振動(dòng)加速度大小相等方向相同,控制軸的結(jié)構(gòu)尺寸和力學(xué)模型如圖 52 所示(圖中長度單位為mm )。 有限元計(jì)算結(jié)果表明發(fā)生最大橫向位移的節(jié)點(diǎn)( 稱為最大位移點(diǎn)) , 位于關(guān)鍵點(diǎn)4 、5之間, 實(shí)際發(fā)生在電子倉中部偏下約3/4 處。POWER DRIVER截至1999年8月，累計(jì)工作時(shí)間1160小時(shí)，總進(jìn)尺47780m。（3） 由于旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向裝置為全滾動(dòng)的方式進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，內(nèi)部的穩(wěn)定控制平臺(tái)和上盤閥與外部鉆柱是相對運(yùn)動(dòng)的，對其壽命要求較高，但可以保證整個(gè)鉆柱旋轉(zhuǎn)時(shí)相對于井壁沒有靜止點(diǎn)，所以應(yīng)該有較高的密封性和耐磨性。參考文獻(xiàn)[1] 張紹槐,狄勤豐. 用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)鉆大位移井[J ]. 石油學(xué)報(bào),2000 ,21 （(1）):7680.[2] [J ].石油學(xué)報(bào),2003 ,24 （(3）):8285 ,89.[3] 狄勤豐,張小柯,韓來聚,[J ].石油學(xué)報(bào),2004 ,25( 4) :8486 ,91.[4] 狄勤豐,[J].石油學(xué)報(bào),2000 ,21( 4) :8792.[5] 湯楠,霍愛清,崔琪琳. 基于狀態(tài)空間法的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具控制系統(tǒng)研究[J ].石油學(xué)報(bào),2004 ,25( 2) :8992.[6] 楊劍鋒,張紹槐. 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向閉環(huán)鉆井系統(tǒng)[J ]. 石油鉆采工藝,2003 ,25 (1) :15.[7] 韓來聚,孫銘新,[J ].石油機(jī)械,2002 ,30(3) :79.[8] 李繼博，彭勇，李軍強(qiáng)，閆文輝. 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具控制軸剛度分析[J]. 石油鉆探技術(shù),2006,34(6).[9] 閆文輝,彭勇,張紹槐. 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的研制原理[J].石油學(xué)報(bào)，2005，26（5）.[10］肖仕紅 ，梁政 ．旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及展望［J］．石油機(jī)械 ,2006 ， 34(4) ：66 70 ．[11］ 孫銘新 ,韓來聚 ，李作會(huì)．靜態(tài)偏置推靠鉆頭式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)介紹［J］ ． 石油礦場機(jī)械 ，2003 ，32(6) ：4 7 ．[12］ 李松林 ，蘇義腦 ，董海平 ．美國自動(dòng)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具結(jié)構(gòu)原理及特點(diǎn)［J］ ．石油機(jī)械 ，2000 ，28(1)：42 44 ．[13］ 張家希 ．連續(xù)旋轉(zhuǎn)定向鉆井系統(tǒng) ——— Auto Trak RCLS［J］ ．石油鉆采工藝 ，2001 ,23(2) ：4 9 ．[14］ 王土權(quán) ，張荊洲 ，焦延安 ，張文盛 ．旋轉(zhuǎn)地質(zhì)導(dǎo)向系統(tǒng)在中國大陸水平井的首次應(yīng)用［J］．西部探礦工程 ，2006(5) ：210223 ．[15］ 姜偉 ，蔣世全．旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具系統(tǒng)的研究及應(yīng)用［J］．石油鉆采工藝 ， 2008 ， 30(5) ：2125 .[16] 狄勤豐, 張紹槐. 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)控制井眼軌跡機(jī)理研究[J].石油鉆探技術(shù), 1998,26(3):5254.[17] 閆文輝 ，彭勇,施紅勛. 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具液壓分配系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].鉆采工藝 ,2005,28(5):6973.[18] [M].陜西：陜西科學(xué)技術(shù)出版社,1999,1948.[19] 狄勤豐,張小柯, 韓來聚, [ J] . 石油學(xué)報(bào),2004 , 25( 4) : 84 91 .[20] 彭勇,閆文輝, 李軍強(qiáng). 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具執(zhí)行機(jī)構(gòu)推靠力分析[ J].石油機(jī)械, 2005 , 33( 11): 24 27 .[21] 蘇義腦,盛利民,鄧樂,［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2005：4353.[22] （上冊）[M].北京:高等教育出版社,1987.[23] （下冊）[M].北京:高等教育出版社,1987:7484.[24] 劉修善，何樹山，鄒野．導(dǎo)向鉆具幾何造斜率的研究[朋．石油學(xué)報(bào)，2004，25(6)：83～87．[25] [M].西安：陜西科學(xué)技術(shù)出版社，2001，173220.[26] 濮良貴，紀(jì)名剛，陳國定,[M].：高等教育出版社，2006.[27] Sandro Poli，F(xiàn)ranco Donat，Joachim Oppelt，etal．Advanced Tools for Advanced Wells：Rotary Closed Loop Drilling System[J]．SPE 36884．[28] John Edmondson，Rotary Closed—Loop Drilling[J]．Oilfield Review．Vol 12 No．1：18～22．[29] Barr J D，Clagg J M，Russell M K．Steerable Rotary Drilling with Experimental Syst