【正文】 低壓孔導(dǎo)通時： 可知下盤閥的過流面積與低壓孔得到他個數(shù)有關(guān)，并且在時間段內(nèi)的低壓孔導(dǎo)通數(shù)受到了低壓孔導(dǎo)通個數(shù)的影響，即受到高壓孔圓心角的影響?？芍? = = (334)可以認(rèn)為TT，即下盤閥沒有完全和上盤閥導(dǎo)通時，所通過下盤閥低壓孔的流量和壓強(qiáng)變化對整個導(dǎo)通時間內(nèi)擋塊的推靠力影響不大。鉆柱每轉(zhuǎn)一圈時上盤閥總的有效導(dǎo)通時間為 T=TT 可得： T (335)由上式可知，液流導(dǎo)通時間和高壓孔的圓心角成正比，與鉆柱轉(zhuǎn)速成反比。 盤閥加壓彈簧的設(shè)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(jī)械設(shè)計手冊》，相關(guān)資料如下：許用切應(yīng)力I類：=510MPa；許用彎曲應(yīng)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(zhuǎn)比C ：C=10。(2)根據(jù)強(qiáng)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(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)度校核極限工作應(yīng)力取=，則 ==極限工作載荷：P （339）安全系數(shù) n=所以彈簧滿足強(qiáng)度要求。 工具體的校核工具體校核應(yīng)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(yīng)力分析 （344） （345）所以 = =由第三強(qiáng)度理論知 （346）因為 ,所以工具體滿足強(qiáng)度要求。第四章 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具經(jīng)濟(jì)性評價 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具的加工成本旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)在國內(nèi)已經(jīng)有了研究，并取得了一定的成果。對于機(jī)械部分而言，無論在設(shè)計、制造還是在裝配上都有相當(dāng)高的要求。就本次設(shè)計的工具本身來說，有一些關(guān)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(qiáng)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(fù)雜的腔體結(jié)構(gòu)，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(shè)計的導(dǎo)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(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。導(dǎo)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(jī)床上加工才能達(dá)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(zhuǎn)導(dǎo)向工具的成本就要高一些了。 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具的經(jīng)濟(jì)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(jìn)行開采，最終采用了旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)進(jìn)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(cè)鉆水平井的1400m的定向井段的施工中，應(yīng)用了AUTOTRAK RCLS系統(tǒng)，結(jié)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(zhì)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(shè)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(dǎo)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(jì)效益遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過直接經(jīng)濟(jì)效益。(4)為油田提高采收率提供了有效的經(jīng)濟(jì)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(fù)雜結(jié)構(gòu)井技術(shù)被提出來了，水平井、大位移井、多底井等復(fù)雜結(jié)構(gòu)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(zhì)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(jìn)尺47780m。由上可知，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具取得了較好的應(yīng)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(shù)壟斷和取得超額利潤，只提供技術(shù)服務(wù)而不出售工具。中國的商業(yè)應(yīng)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(shù)的使用也日益增多，該技術(shù)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(dāng)可觀的。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。本文結(jié)合調(diào)制式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)研究，重點對偏執(zhí)機(jī)構(gòu)和液壓分配系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計計算。通過本文，可以得出以下結(jié)論：（1）工具的導(dǎo)向原理可概括為：鉆柱在旋轉(zhuǎn)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(cè)向力，推動鉆頭離開該方向，到達(dá)改變井斜或方位的目的。（2）由于偏執(zhí)機(jī)構(gòu)與鉆頭直接相接，導(dǎo)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(dǎo)通時間。 展望與建議(1)由于本次設(shè)計時間有限，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，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向是一個很新的研究課題，希望以后可以有機(jī)會你把整個部分的設(shè)計加以完善。(2)由于旋轉(zhuǎn)導(dǎo)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(shè)計要根據(jù)實際情況，進(jìn)行設(shè)計一分析一校核一再設(shè)計的循環(huán)過程，因而設(shè)計的許多方面還有待改進(jìn)，自己的專業(yè)方面的知識還有待提高。(3)由于旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向裝置為全滾動的方式進(jìn)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(zhuǎn)時相對于井壁沒有靜止點，所以應(yīng)該有較高的密封性和耐磨性。(4)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向裝置的執(zhí)行部分相對比較好設(shè)計與制造，但是控制部分相對較難，應(yīng)進(jìn)行深入研究。 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，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， 2005,33(11)，2429.[13] 馮長青，[J]. 石油機(jī)械， 2006,1416.[14] 彭勇，閏文輝，[J]. 石油鉆探技術(shù)， 34(2):1014.[15] 張紹槐，[J]. 石油學(xué)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(jī)械， 2002,30(3):79.[18] 張家希，連續(xù)旋轉(zhuǎn)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(xué)技術(shù)出版社，2001,173220.[22] 濮良貴，紀(jì)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. 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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)計中給予幫助的老師、同學(xué)、朋友表示衷心的感謝。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。從論文的方向把握、總體思想，到具體的設(shè)計實現(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)計工作得以順利完成。感謝段老師的諄諄教誨和悉心指導(dǎo)，在設(shè)計期間，在老師的幫助下，學(xué)會了使用Solid Edge進(jìn)行三維作圖，也對設(shè)計有了更深的更專業(yè)的理解。同時在老師的指導(dǎo)與監(jiān)督下，我過完了充實的一個學(xué)期，并從中學(xué)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(xué)，在與他們一起進(jìn)行設(shè)計時，感謝他們在課題的分析以及軟件之間的應(yīng)用給予的幫助，使得我可以順利的完成設(shè)計。還有感謝宿舍同學(xué)的悉心指導(dǎo)，使得我在論文和作圖方面的細(xì)節(jié)得以改觀。對此，再次對老師以及同學(xué)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