【正文】 最后，我要感謝我的家人和朋友，正是他們一貫的鼓勵(lì)、支持和幫助，才使我有信心和毅力堅(jiān)持到全部學(xué)業(yè)的完成。在此，謹(jǐn)向三位導(dǎo)師近半年來的辛勤指導(dǎo)和無微不至的關(guān)懷表示最真誠(chéng)的感謝。在查閱資料方面，三位導(dǎo)師給予了我們無限的支持和幫助，并提供了良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中給予了耐心的指導(dǎo)和幫助。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 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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)形壓差及柱塞面積決定，方向由穩(wěn)定平臺(tái)控制上盤閥的高壓孔位置決定。 （2） 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120176。本文結(jié)合調(diào)制式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)研究，重點(diǎn)對(duì)偏執(zhí)機(jī)構(gòu)和液壓分配系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算，并對(duì)控制軸進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析。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(bào)是相當(dāng)可觀的。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。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。（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(shí)的人們必須向更深的地層開發(fā)油氣資源時(shí)，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(zhǎng)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(guó)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(guó)在開采北海油田時(shí)，近海油田原計(jì)劃采用海洋平臺(tái)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(tái)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(jì)的工具本身來說，有一些關(guān)鍵部件直接影響著整個(gè)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(gè)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。 第六章 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具經(jīng)濟(jì)性評(píng)估 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(guó)內(nèi)已經(jīng)有了研究，并取得了一定的成果。上渦輪下端、下渦輪上端、最大位移點(diǎn)為3 個(gè)重要位置, 其中上渦輪下端和下渦輪上端與鉆挺間隙只有1mm , 最大位移點(diǎn)允許最大變形量為17mm , 圖54繪出了3 個(gè)重要位置的橫向位移與振動(dòng)加速度的關(guān)系, 顯然, 上渦輪下端、最大位移點(diǎn)2 個(gè)位置的最大位移在允許范圍內(nèi), 而下渦輪上端的最大位移則超出了允許范圍, g時(shí), 下渦輪上端的最大位移在允許范圍, 因此, , 否則, 應(yīng)進(jìn)一步提高控制軸的抗彎剛度。 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(cāng)中部偏下約3/4 處。表52 線段編號(hào)與實(shí)常數(shù)、材料屬性對(duì)照表53 三種工況最大變形量/mm采用有限元軟件計(jì)算出了3種工況的最大變形量（見表53） , 工況1 所反映的是向位移情況, 工況2 、3 所反映的是縱向位移情況。各線段與實(shí)常數(shù)編號(hào)、材料屬性編號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系見表52 。表51實(shí)常數(shù)編號(hào)與對(duì)應(yīng)各參數(shù)編號(hào)12345直徑/mm25304477 3077 60面積/152139481828慣量/18116861089圖52中的，3 、7 、9 的材料為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼, 4 、5 、6的材料為欽合金, 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼和鈦合金的彈性模量分別為和MPa, 。3 種工況所對(duì)應(yīng)的控制軸力學(xué)模型可簡(jiǎn)化為如圖53 所示(圖中的長(zhǎng)度單位為mm ) 的情況。工況2 , 當(dāng)沖擊振動(dòng)力指向控制軸下端時(shí), 發(fā)生軸向最大拉伸。振動(dòng)加速度的最大強(qiáng)度為15g。在用ANSYS有限元分析剛度時(shí), 控制軸將受到3種力的作用：（1） 自身所受到的振動(dòng)力, 作用方向有3 種情況, 垂直于軸、沿軸向下、沿軸向上；（2）渦輪發(fā)電機(jī)所受振動(dòng)力通過軸承施加到控制軸上的力G, 作用方向有3 種情況, 垂直于軸、沿軸向下、沿軸向上, 。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(zhǎng)度單位為mm )。通過以上假設(shè)和等效,控制軸力學(xué)模型可簡(jiǎn)化為9 段不同截面的階梯軸 ,材質(zhì)不同,一端固定 ,一端可軸向動(dòng)的簡(jiǎn)支梁。在承受載荷方面,角接觸球軸承既能承受軸向力又能承受徑向力,深溝球軸承只能承受徑向力。整個(gè)控制軸兩端通過軸承固定在鉆鋌內(nèi)部,所以控制軸剛度分析的邊界約束條件主要由軸承提供 ,其中根據(jù)軸承的不同型號(hào)提供不同的邊界約束 。實(shí)際建模時(shí) ,由于 上渦輪發(fā)電機(jī)和扭矩發(fā)生器與穩(wěn)定平臺(tái)電子倉(cāng)通過螺紋連接 ,故將其看作整體剛性連接?？刂戚S的兩端由軸承固定在鉆鋌的內(nèi)部 ,中間依次為穩(wěn)定平臺(tái)上軸承保護(hù)器及上支撐聯(lián)接 、上渦輪發(fā)電機(jī)、控制電路電子倉(cāng)、下渦輪發(fā)電機(jī) 、下軸承保護(hù)器及下支撐聯(lián)接等 ,其結(jié)構(gòu)如圖 51 所示。旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具控制軸 的作用是傳遞控制扭矩 ,在沒有任何控制作用的情況下 ,它將隨鉆鋌一起旋轉(zhuǎn) 。其中穩(wěn)定平臺(tái)由渦輪發(fā)電機(jī) 、控制電路電子倉(cāng)、扭矩發(fā)生器、軸承支撐及密封部件等組成,這些部件共同組成工具的控制軸 。 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。 極限工況：最大鉆壓300KN；外壓96MPa；內(nèi)壓101MPa；最大扭矩2000NM.圖412工具體受力分析圖在11面處 （438） （439）在22面處 （440） （441）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。 工具體的校核 工具體校核應(yīng)該考慮三個(gè)因素?？芍? （436） 可以認(rèn)為,即下盤閥沒有完全和上盤閥導(dǎo)通時(shí)，所通過下盤閥低壓孔的流量和壓強(qiáng)變化對(duì)整個(gè)導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)擋塊的推靠力影響不大。三個(gè)低壓孔導(dǎo)通時(shí): 。當(dāng)穩(wěn)定平臺(tái)的控制軸在某一工作面時(shí)，上盤閥相對(duì)井壁保持靜止不動(dòng)，下盤閥隨鉆柱一轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn)，則高壓孔的液流導(dǎo)通時(shí)間滿足： （433）當(dāng)n=60r/min時(shí) 當(dāng)n=120r/min時(shí) 下盤閥的一個(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)間滿足如下關(guān)系： （434）當(dāng)n=60r/min時(shí) 由圖可知，上下盤閥的高低壓孔完全導(dǎo)通時(shí)，上盤閥孔的過流面積為 （435）下盤閥低壓孔的總的過流面積為 一個(gè)低壓孔導(dǎo)通時(shí): 。 圖410 下盤閥 上下盤閥導(dǎo)通時(shí)間計(jì)算 上盤閥的圓弧角為，高壓孔寬度為B，弧的半徑為,下盤閥液流通孔直徑為B,假設(shè)轉(zhuǎn)速為n，結(jié)構(gòu)圖如下圖。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(jì) 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(dòng)。（5）彈簧強(qiáng)度校核 極限工作應(yīng)力取，則 極限工作載荷。 （3）根據(jù)剛度條件計(jì)算彈簧圈數(shù)n查得=45N/mm