【正文】 (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。(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。較為合適，上下盤閥有足夠的導(dǎo)通時間。（3）上盤閥高壓孔的圓弧角最佳值為180186。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。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。 綜上可知，開發(fā)該系統(tǒng)有很大的前景，雖然開發(fā)費(fèi)用較高，但是回報是相當(dāng)可觀的。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。POWER DRIVER截至1999年8月，累計工作時間1160小時，總進(jìn)尺47780m。(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。(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。 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(fèi)用，大大的減少了油田開發(fā)前期的投入，節(jié)約費(fèi)用近5億美元。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?。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。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。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。 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。(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。根據(jù)彈簧標(biāo)準(zhǔn)直徑，取d=4mm。；(1)選取旋轉(zhuǎn)比C ：C=10。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。 盤閥加壓彈簧的設(shè)計為了保證上盤閥的平穩(wěn)運(yùn)行，需要給上盤閥額外加力100N。可知： = = (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。；B=8mm；下盤閥半徑R=8mm；R=13mm；轉(zhuǎn)速n為40200r/min。下盤閥應(yīng)該選耐磨材料42SiMn，提高壽命。的直徑為8mm的孔，用于分配泥漿。 下盤閥的設(shè)計下盤閥和上盤閥配合使用，分配泥漿和傳遞壓力使巴掌運(yùn)動。一般情況下，上下盤閥之間的相對轉(zhuǎn)速為:n=40200r/min. = = = (327) 上盤閥傳動軸的校核盤閥傳動軸受力如下 圖312 盤閥傳動軸受力分析上盤閥受到的力: F泥漿壓力 F加壓彈簧的力 F上盤閥重力 M穩(wěn)定平臺傳遞的扭矩 M摩擦扭矩上盤閥所受最大總力為： N=F+F+F =224+100+ = (328)由圖312可知，中間那段為最危險面，由《材料力學(xué)》知最大擠壓強(qiáng)度： (329)最大剪切強(qiáng)度： (330)上盤閥的材料為4SiMn，有較高的硬度和較好的耐磨性，該材料適用于較大截面零件圖，用于中等速度和高載荷的零件，所以滿足上盤閥的使用要求。正常條件下，上盤閥對下盤閥所產(chǎn)生的總壓力最小值： F=F+F+F （320） =112++100 =最大值： F=F+F+F （321） =224++100 =在最大鉆柱內(nèi)外壓差狀態(tài)下： F=F+F+F （322） =336++100 =(5)上下盤閥摩擦阻力矩計算 軸端摩擦力矩計算公式 （323） 式中：f摩擦系數(shù) ； P單位面積上的最大壓強(qiáng)。慣性力F： （319） F200N,為了減少盤閥之間的摩擦力，預(yù)緊力應(yīng)盡量的小，取F=F=100N。圖 311 上盤閥受力簡圖上盤閥受到的力: F泥漿壓力 F加壓彈簧的力 F上盤閥重力 M穩(wěn)定平臺傳遞的扭矩 M摩擦扭矩（1） 由圖311可知上盤閥的重量為 （315） 故 （316）（2）上盤閥所受的泥漿壓力：鉆頭壓降在4 8MPa，最大壓力為12MPa。 上盤閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計計算 圖 310 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，工作時總有1個或2個低壓孔導(dǎo)通。盤閥的運(yùn)動規(guī)律又反過來影響穩(wěn)定平臺的穩(wěn)定運(yùn)動控制系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)。的3個伸縮塊的某一個塊，它每一次通過某一特定位置時，通過上盤閥高壓孔施加的壓力，使相應(yīng)的巴掌伸出與井壁接觸，并施力于井壁，產(chǎn)生一側(cè)向力，推動鉆頭離開該方向，達(dá)到改變井斜和方位的目的，離開該方向后巴掌自動縮回。 液壓盤閥系統(tǒng)的設(shè)計旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)的液壓盤閥系統(tǒng)不僅僅是液流分配機(jī)構(gòu)，同時也是控制伸縮塊所產(chǎn)生導(dǎo)向力大小與方向的控制機(jī)構(gòu)。 盤閥連接螺釘強(qiáng)度校核參考《機(jī)械設(shè)計》知 （313）式Q預(yù)緊力參考上盤閥的設(shè)計，下盤閥承受的軸向力：F=。 巴掌銷釘?shù)膹?qiáng)度校核由于巴掌的推靠力是12KN巴掌的銷釘材料是45Mo，查手冊值=645MPa安全系數(shù)s=則 （38）銷釘?shù)募羟忻娣e為： （39）銷釘所受的應(yīng)力為： （310） 所以， 滿足強(qiáng)度要求。圖39 鉆具本體泥漿過流孔結(jié)構(gòu)由上圖可知： （37）所以S S。 在鉆井中，泥漿的主要作用是排屑，因此鉆具應(yīng)有足夠的過流面積。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。 1上控制軸； 2泥漿過濾網(wǎng)； 3上下盤閥； 4柱塞 ； 5巴掌圖36 導(dǎo)向裝置裝配圖 巴掌結(jié)構(gòu)巴掌是與井壁直接接觸，施加導(dǎo)向力的零件。由此，在鉆具尺寸允許的條件下，取其最大值。如公式 F = dP （31） 式中：d柱塞的直徑 P鉆頭環(huán)形壓差 可知主要因素為柱塞泥漿壓力的面積和泥漿泄流的影響。 柱塞的相關(guān)計算對于偏執(zhí)機(jī)構(gòu)單元來說，其擋板所能否產(chǎn)生足夠的鉆頭推靠力，是設(shè)計的主要問題。分布?？紤]柱塞伸出和縮回的滯后影響及下盤閥低壓孔直徑的影響時，使下盤閥低壓孔實際導(dǎo)通角不等于上盤閥的高壓孔圓心角，會改變巴掌作用合力的作用形式，根據(jù)實際經(jīng)驗，上盤閥的高壓孔圓弧角θ設(shè)計為200186。時，滿足上盤閥的高壓孔圓弧角的設(shè)計原則。時，始終至少有2個巴掌伸出，但有3個巴掌同時伸出拍打井壁的情況，對井壁的作用合力為零，工具導(dǎo)向能力也弱；只有當(dāng)120186。θ120186。同時上盤閥的高壓孔圓弧角θ應(yīng)不大于下盤閥相鄰3個低壓孔的中心角240186。根據(jù)巴掌合力連續(xù)的要求，偏執(zhí)機(jī)構(gòu)在工作過程中，任何時候至少應(yīng)有1個巴掌對井壁作用，同時任何時候最多只有2個巴掌對井壁作用，因此，在不考慮柱塞伸出和縮回的滯后影響及下盤閥低壓孔直徑的影響時，上盤閥的高壓孔圓弧角。執(zhí)行機(jī)構(gòu)柱塞個數(shù)為奇數(shù)時，同時滿足上盤閥高壓孔圓心角θ=180176。執(zhí)行機(jī)構(gòu)柱塞個數(shù)可能的數(shù)目為26個。所以在設(shè)計過程中，工作液控制分配單元分配泥漿的時間，在不考慮穩(wěn)定平臺和外部轉(zhuǎn)速的情況下，導(dǎo)通時間主要由上盤閥的高壓孔圓弧角θ所決定。因此高壓孔圓弧角θ的設(shè)計原則是在保證偏執(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，以實現(xiàn)工具工作穩(wěn)定，避免對鉆具產(chǎn)生較大的沖擊。下盤閥和鉆柱一起轉(zhuǎn)動，而上盤閥保持靜止，在這個過程中，對于伸縮的巴掌的力是不變的，在一段時間內(nèi)存在，在某一段時間內(nèi)消失，是一個有沖擊的作用力。在控制液分配單元中下盤閥的高壓孔圓弧角θ是設(shè)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。 圖34 執(zhí)行機(jī)構(gòu)本體圖35 柱塞 由旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井的原理和工作過程可知，其核心部件為導(dǎo)向偏置機(jī)構(gòu)，而導(dǎo)向偏執(zhí)機(jī)構(gòu)主要由控制液分配單元和偏執(zhí)機(jī)構(gòu)單元組成。工作液控制分配單元由盤閥加壓彈簧、上盤閥和下盤閥、上盤閥控制軸和相應(yīng)的密封部件組成，結(jié)構(gòu)如圖32。伸縮翼片對井壁的作用是在鉆頭每一轉(zhuǎn)的過程中獲得動態(tài)實現(xiàn)，并不象靜止式導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的伸縮翼片相對井壁的周向位置保持不變，這正是調(diào)節(jié)式導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的特點所在。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。研究表明，對于RSDS系統(tǒng)來講，90176。相位時，則導(dǎo)向機(jī)構(gòu)就處于90176。降方位狀態(tài)。當(dāng)上盤高壓孔眼在控制機(jī)構(gòu)作用下處于90176。此時，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)就處于全力降斜狀態(tài)。該作用力的方向則由上盤高壓孔眼的位置確定。當(dāng)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)處于工作狀態(tài)時，控制軸中的流體進(jìn)入開關(guān)打開，鉆井液由篩孔通向上盤高壓孔眼。上下盤閥泥漿控制分配單元將過濾后的泥漿依次分配到三個柱塞，給巴掌提供推靠動力，并使該推靠力的合力方向始終保持在上盤閥高壓孔的位置，在近鉆頭出形成拍打井壁的側(cè)向力。如圖41原理圖所示，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的導(dǎo)向力直接來源于工具執(zhí)行機(jī)構(gòu)柱塞推靠井壁所產(chǎn)生的反作用力推靠力，該力在導(dǎo)向方向的分量稱為導(dǎo)向力，同時產(chǎn)生的與導(dǎo)向方向垂直的分量，稱為擴(kuò)徑力，該擴(kuò)徑力使井徑較之鉆頭有所擴(kuò)大。第三章 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具機(jī)械部分設(shè)計 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，主要由三個伸縮巴掌和控制系統(tǒng)的控制盤閥組成。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)。上盤閥孔為弧形長孔狀,能使高壓鉆井液作用在推板上的力具有一定的作用時間，以保證側(cè)向控制力的作用效果,鉆井液通過過濾網(wǎng)再流向上盤高壓閥孔。旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具中的工作液控制單元是一個盤閥開關(guān)系統(tǒng),由上、下盤閥2 部分組成。按照其功能, 穩(wěn)定平臺控制機(jī)構(gòu)由渦輪發(fā)電機(jī)、控制電路、檢測電