【正文】 低壓孔導通時： 可知下盤閥的過流面積與低壓孔得到他個數(shù)有關，并且在時間段內(nèi)的低壓孔導通數(shù)受到了低壓孔導通個數(shù)的影響，即受到高壓孔圓心角的影響?？芍? = = (334)可以認為TT，即下盤閥沒有完全和上盤閥導通時，所通過下盤閥低壓孔的流量和壓強變化對整個導通時間內(nèi)擋塊的推靠力影響不大。鉆柱每轉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，與鉆柱轉速成反比。 盤閥加壓彈簧的設計為了保證上盤閥的平穩(wěn)運行，需要給上盤閥額外加力100N。由于在高溫高壓的條件下振動沖擊，所以選彈簧的材料為Co40CrNiMo，取其直徑為4mm。查《機械設計手冊》，相關資料如下：許用切應力I類：=510MPa；許用彎曲應力：=850MPa；剪切彈性模量：G=87000MPa；彈性模量：E=20000MPa；使用溫度：40186。400186。；(1)選取旋轉比C ：C=10。(2)根據(jù)強度極限計算彈簧直徑根據(jù)公式： (336)式中k補償系數(shù)根據(jù)強度極限計算彈簧直徑 (337）P作用在彈簧上的最大壓力，為150N。根據(jù)彈簧標準直徑，取d=4mm。此時，彈簧中徑D=26 mm。(3)根據(jù)剛度條件計算彈簧圈數(shù)n查得K=15N/mm （338） 取n=6圈。(5)彈簧強度校核極限工作應力取=，則 ==極限工作載荷：P （339）安全系數(shù) n=所以彈簧滿足強度要求。 工具體的校核工具體校核應該考慮三個因素：(1)承受的鉆壓；(2)承受的鉆井的扭矩；(3)承受泥漿的內(nèi)外壓力差的厚壁圓筒。極限工況：最大鉆壓300KN；外壓96MPa；內(nèi)壓101MPa；最大扭矩2000N? m。圖314 工具體受力分析在11面 （340） （341）在22面 （342） （343）因為工具體是材料為35CrMo的合金鋼，本體的承受拉力等于向心力。在315面最外斷點處的正壓力，剪切力最大，在此處取一單元體，如下圖： 圖 315 工具體應力分析 （344） （345）所以 = =由第三強度理論知 （346）因為 ,所以工具體滿足強度要求。第四章 旋轉導向鉆井工具經(jīng)濟性評價 旋轉導向工具的加工成本旋轉導向鉆井技術在國內(nèi)已經(jīng)有了研究，并取得了一定的成果。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。就本次設計的工具本身來說，有一些關鍵部件直接影響著整個工具的成本，比如外殼體，要求為高的強度、較好的耐磨性、較好的柔韌性，還得是無磁的，并且是一個復雜的腔體結構，所以一般的無縫鋼管很難滿足以上要求，給加工帶來很大的困難。本次設計的導向工具最大的難點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械部件復雜的多，所以這些因素間接提高了工具的成本。導向工具的上下盤閥的配合要求特別精密，一些面只能在數(shù)控機床上加工才能達到所需的精度，就連一些螺釘?shù)奈恢镁鹊囊笠彩呛芨叩?。較普通的工具來說，旋轉導向工具的成本就要高一些了。 旋轉導向工具的經(jīng)濟效果(1)海洋油田陸地采收英國在開采北海油田時，近海油田原計劃采用海洋平臺進行開采，最終采用了旋轉導向鉆井技術進行大位移鉆井方式開采，節(jié)約了海洋平臺的制造費用，大大的減少了油田開發(fā)前期的投入，節(jié)約費用近5億美元。根據(jù)WYTCHFARM油田開發(fā)經(jīng)驗，鉆大位移井開發(fā)方案比建人工島或海洋平臺開發(fā)綜合成本降低50%。(2)提高鉆井效率2000年8月，CACT公司在中國南海油田的HZ2223SA側鉆水平井的1400m的定向井段的施工中，應用了AUTOTRAK RCLS系統(tǒng)，結果只用了一天半就完成了用常規(guī)鉆井方式需要10天完成的定向井段的施工，是井身質量大大提高，鉆井成本大大的降低，還提高了開發(fā)效率。(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。(4)為油田提高采收率提供了有效的經(jīng)濟方法特別是在如今油氣資源缺少兒時的人們必須向更深的地層開發(fā)油氣資源時，為節(jié)約成本，復雜結構井技術被提出來了，水平井、大位移井、多底井等復雜結構井提高了油層中井段的長度增加，增加了油層的泄油面積，提高了產(chǎn)量。為難開發(fā)油田提供了有效的方法，從本質上提高了采收率。POWER DRIVER截至1999年8月，累計工作時間1160小時，總進尺47780m。由上可知，旋轉導向工具取得了較好的應用實踐。由于國外鉆井公司及油田公司為了保持自己的技術壟斷和取得超額利潤，只提供技術服務而不出售工具。中國的商業(yè)應用較少，但隨著石油資源的日益減少，價格的不斷上漲，石油公司對鉆井技術的使用也日益增多，該技術在中國和全球有交大的市場。 綜上可知，開發(fā)該系統(tǒng)有很大的前景，雖然開發(fā)費用較高，但是回報是相當可觀的。第五章 結論及展望 結論旋轉導向鉆井技術是國際石油行業(yè)列為最主要的關鍵技術之一，是代表鉆井技術向信息化、智能化和自動化發(fā)展方向的前沿技術，是鉆井科研攻關的重大課題之一。本文結合調(diào)制式旋轉導向鉆井系統(tǒng)研究，重點對偏執(zhí)機構和液壓分配系統(tǒng)進行了設計計算。通過本文，可以得出以下結論：（1）工具的導向原理可概括為：鉆柱在旋轉狀態(tài)下，相位相差120186。的3個柱塞在每次通過某一特定的方位時，在液壓作用下，徑向伸出，并與井壁接觸，對鉆頭產(chǎn)生一側向力，推動鉆頭離開該方向，到達改變井斜或方位的目的。（2）由于偏執(zhí)機構與鉆頭直接相接，導向力的大小由鉆頭處的環(huán)形壓差及柱塞面方向由穩(wěn)定平臺控制上盤閥的高壓孔位置決定。（3）上盤閥高壓孔的圓弧角最佳值為180186。，但是考慮泄流及滯后的影響，選用200186。較為合適，上下盤閥有足夠的導通時間。 展望與建議(1)由于本次設計時間有限，僅完成了旋轉導向鉆井工具的機械結構部分的設計，旋轉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。(2)由于旋轉導向工具的工作環(huán)境惡劣、工作空間有限、工具尺寸受限等原因，設計要根據(jù)實際情況，進行設計一分析一校核一再設計的循環(huán)過程，因而設計的許多方面還有待改進，自己的專業(yè)方面的知識還有待提高。(3)由于旋轉導向裝置為全滾動的方式進行運動，內(nèi)部的穩(wěn)定控制平臺和上盤閥與外部鉆柱是相對運動的，對其壽命要求較高，但可以保證整個鉆柱旋轉時相對于井壁沒有靜止點，所以應該有較高的密封性和耐磨性。(4)旋轉導向裝置的執(zhí)行部分相對比較好設計與制造，但是控制部分相對較難，應進行深入研究。 參考文獻[1] 段正勇，彭勇，[J]. 鉆采工 藝，2007,30(5):102105.[2] 彭勇,閆文輝,[J]. 石油學報，2005， 26(5):949.[3] [J]. ,24 (3)：8289.[4] 蘇義腦，竇修榮，、特性和典型結構[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，國外典型的旋轉導向鉆井系統(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]. 石油機械， 2005,33(11)，2429.[13] 馮長青，[J]. 石油機械， 2006,1416.[14] 彭勇，閏文輝，[J]. 石油鉆探技術， 34(2):1014.[15] 張紹槐，[J]. 石油學報，2000,21 (1):7680.[16] 楊劍鋒，[J]. 石油鉆采工藝，2003,25 (1) :15.[17] 韓來聚，孫銘新，[J]. 石油機械， 2002,30(3):79.[18] 張家希，連續(xù)旋轉定向鉆井系統(tǒng)一Auto Trak [J]. 2001,23(2):49.[19] [M]. 北京:高等教育出版社，2004.[20] 姜偉，[J]. 石油鉆采工藝，2008， 30(5):2125.[21] [M]. 陜西科學技術出版社，2001,173220.[22] 濮良貴，紀名剛，陳國定，[M]. 第八版. 北京:高等教育出版 社，2006.[23] 蘇義腦，盛利民，[M]. 北京:石油工 業(yè)出版社，2005: 4353.[24] 白家扯，[M]. 北京:石油工業(yè)出版社，1990.[25] Dowton G,Hendricks A, Klausen TS,et al. New directions in rotary steering drilling[J], Oilfield Review, 2000, 12(1): 1829.[26)] Colebrook MA, Peach SR, Allen FM. Application of steerable rotary drilling technology to drill extended reach wells[R], SPEIIADC 39327, 1998: 111.[27] SANDRO Poli,FRONCO Donati. Advanced tools for advanced wells: rotary closed loop drilling system results of prototype field testing [J], SPE 36884, 1996.[28] Sandro Poli,Franco Donat,Joachim Oppelt,etal Advanced Tools for Advanced Wells:Rotary Closed Loop Drilling System[J]. SPE 36884.[29] Barr J D,Clagg JM,Russell Rotary Drilling with Experimental System[J]. SPE 29382.[30] Franco Donat,Joachim Oppelt,Detlef Rognitz, Rotary Closed Loop System[J]. SPE 39328. 致 謝在論文即將完成之際，謹向所有關心我的以及在設計中給予幫助的老師、同學、朋友表示衷心的感謝。本論文是在我的指導老師段正勇老師的悉心指導下完成的。從論文的方向把握、總體思想，到具體的設計實現(xiàn)，段老師都給出了重要的富有建設性的啟發(fā)和建議，使得本文的設計工作得以順利完成。感謝段老師的諄諄教誨和悉心指導，在設計期間，在老師的幫助下，學會了使用Solid Edge進行三維作圖，也對設計有了更深的更專業(yè)的理解。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。同時還特別感謝我們同一小組的其他幾位同學，在與他們一起進行設計時，感謝他們在課題的分析以及軟件之間的應用給予的幫助，使得我可以順利的完成設計。還有感謝宿舍同學的悉心指導，使得我在論文和作圖方面的細節(jié)得以改觀。對此，再次對老師以及同學的幫助表示衷心的感謝。對評閱本文的老師以及各位專家表示衷心的感謝。43