【正文】 （430） =取n=12圈。根據(jù)彈簧標(biāo)準(zhǔn)直徑，取d=4mm。~400176。 查《機械設(shè)計手冊》，相關(guān)資料如下： 其許用切應(yīng)力I類： ； 許用彎曲應(yīng)力：； 剪切彈性模量：G=87000MPa；彈性模量： E=20000MPa。查《零件手冊》知屈服強度為，安全系數(shù)取S=,則許用應(yīng)力為 故，上盤閥滿足強度要求。一般情況下，上下盤閥之間的相對轉(zhuǎn)速為：n=4060r/min。正常工況下，工作液壓差作用在上盤閥的壓力：480至720N.上下盤閥的接觸面積A為 上盤閥對下盤閥的最大壓強： （422）上下盤閥摩擦阻力矩 ； ； ； 。a．上盤閥受到泥漿壓力差所產(chǎn)生的壓力：；b．工作時，上盤閥所帶的附加慣性力：；c．彈簧所產(chǎn)生的預(yù)緊力：。 圖48 上盤閥受力簡圖 上盤閥受到的力： 泥漿壓力 加壓彈簧的力 上盤閥重力 穩(wěn)定平臺傳遞的扭矩 摩擦扭矩（1）由圖47可知上盤閥的重量為 = 故 (2)上盤閥所受的泥漿壓力：鉆頭壓降在4~8MPa，最大壓力為12MPa。加壓彈簧的設(shè)計按振動要求設(shè)計?？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設(shè)計為200176。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)時，滿足上盤閥的高壓孔圓弧角的設(shè)計原則。 120176。同時上盤閥的高壓孔圓弧角應(yīng)不大于下盤閥相鄰3個低壓孔的中心角240176。上盤閥的高壓孔圓弧角的大小與巴掌的作用力有著分廠密切的關(guān)系，角的設(shè)計原則是在保證偏執(zhí)機構(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。 盤閥的結(jié)構(gòu)對巴掌所產(chǎn)生的導(dǎo)向力的大小有決定性的影響。當(dāng)需要在某個方向?qū)驎r，在旋轉(zhuǎn)鉆井時，相位相差120176。選擇螺釘材料，取安全系數(shù)為S=，故螺釘材料的許用壓力為 （416）按螺紋標(biāo)準(zhǔn)（GB19681），選用螺紋的公稱直徑是10mm的螺釘。 擋塊上的螺釘強度校核擋塊所受力為擋塊對巴掌的作用力，則F=13KN （413）螺釘所選的材料是45號鋼，查《機械設(shè)計手冊》知取安全系數(shù)為s=,則 （414）所以，滿足強度要求。故設(shè)計的結(jié)構(gòu)合理，泥漿可以暢通流過，滿足供求要求。在一般情況下，直徑是178mm的鉆具的過流面積應(yīng)大魚直徑是50mm的圓孔面積，即S=軸承支座處的孔過流面積為圖45 軸承支座由上圖可知 （48） = 4721所以遠大于S。； 代入計算得 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 巴掌與井壁接觸強度的計算巴掌與井壁的接觸面積為 （44）巴掌受到的壓強 （45）4. 4 盤閥過濾網(wǎng)泥漿過流的有效面積計算 （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。 是工作處泥漿內(nèi)外壓力差，為5MPa。如公式 （41） 式中： d柱塞的直徑 鉆頭環(huán)形壓差可知主要因素為柱塞瘦泥漿壓力的面積和泥漿泄流得出影響。對于偏執(zhí)機構(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。在導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計過程中，為了保證導(dǎo)向機構(gòu)能滿足鉆井要求，必須保證工作液控制分配單元能分配足夠的泥漿流量和有效的控制能力，具體來說就是保證推巴掌有足夠的推靠力大小和作用時間，但是在鉆井過程中泥漿的壓力是由地面的泵壓所決定的。但是在工作過程中每次可以有倆個巴掌同時伸出，它們的合力是一個連續(xù)的力的分量。在導(dǎo)向工具工作過程中，高壓孔和下盤閥的低壓孔導(dǎo)通一次就驅(qū)動一個巴掌作用于井壁，關(guān)閉時就失去作用力?？刂埔悍峙鋯卧慕Y(jié)構(gòu)和工作方式?jīng)Q定了偏執(zhí)機構(gòu)的工作方式和結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)如圖43. 圖43偏執(zhí)機構(gòu)單元其他部件如下： （1）外筒 是一個長約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，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)運動。 偏執(zhí)機構(gòu)主要由泥漿過濾、液壓分配和執(zhí)行機構(gòu)三部分組成。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。相通時, 伸縮塊伸出。扭方位狀態(tài)實際上也是全力扭方位狀態(tài) 。增方位狀態(tài)。當(dāng)上盤高壓孔眼在控制機構(gòu)作用下處于270176。相位時, 導(dǎo)向機構(gòu)就處于90176。此時, 導(dǎo)向機構(gòu)就處于全力增斜狀態(tài)。此時, 導(dǎo)向機構(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)向機構(gòu)處于工作狀態(tài)時, 控制軸中的流體進入開關(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。主要功能是根據(jù)軌跡控制要求，向鉆頭提供不同大小和方向的側(cè)向力。為了提高穩(wěn)定平臺控制軸的驅(qū)動扭矩 ,采用了較大渦發(fā)電機定子反扭矩的設(shè)計原理 ,同時盡量降低工作液控制分配單元上、下盤閥之間的摩擦扭矩 ,減小控制軸的轉(zhuǎn)動慣量 ,降低負的摩擦扭矩。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。,以確保了上盤閥相對井壁不動而下盤閥保持旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的情況下始終存在一個推板來推靠井壁 ,防止沖擊式推靠力對鉆柱的沖擊。為了改善軸承的工作環(huán)境 ,提高其使用壽命 ,特設(shè)計了軸承保護器 ,將軸承密封在潤滑油中 ,同時精心設(shè)計了軸承的游隙。偏置執(zhí)行機構(gòu)主要由帶泥漿噴嘴的柱塞和推靠井壁的推板 組成。穩(wěn)定平臺單元主要由渦輪發(fā)電機、控制電路電子倉、扭矩發(fā)生器、軸承支撐及密封部件等組成。圖 33 　旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)信息傳輸流程 3 　旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的結(jié)構(gòu)特點旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具主要由穩(wěn)定平臺單元、工作液控制分配單元及偏置執(zhí)行機構(gòu) 3 部分組成。由旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具中的井眼幾何參數(shù)傳感器測得旋轉(zhuǎn)鉆井條件下近鉆頭處的井斜角、方位角和工具面角等參數(shù) ,并通過短程通訊元件將上述參數(shù)傳輸?shù)诫S鉆測量儀 ,再繼續(xù)由隨鉆測量儀的上傳通道將數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛?。圖 32 　上盤閥和下盤閥結(jié)構(gòu)　　旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具中的偏置執(zhí)行單元主要由柱塞和推靠井壁的推板組成 ,在工作液控制單元的控制下 ,依次將高壓泥漿通向柱塞 ,再由柱塞將力施加給推板 ,使其與井壁接觸 ,避免柱塞直接與井壁接觸而造成鉆具卡死或井壁擠毀。當(dāng)上盤閥的高壓孔與下盤閥的某 1 個或者 2 個孔相通時 ,高壓泥漿將推動偏置執(zhí)行單元的相應(yīng)柱塞 ,并由柱塞推動推板 ,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。下盤閥固定在偏置機構(gòu)單元本體內(nèi) ,上開有 3 個孔 ,分別與偏置執(zhí)行機構(gòu)的 3 個柱塞相通 ,見圖 32 b 所示。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)定平臺控制機構(gòu)由渦輪發(fā)電機、控制電路、檢測電路、通訊電路和驅(qū)動電路等 6 大部分組成。作為力矩發(fā)生器的下渦輪電機電樞在磁場中也會產(chǎn)生一個電磁力矩 ,即驅(qū)動動力矩。為了使穩(wěn)定平臺在旋轉(zhuǎn)的鉆柱內(nèi)維持穩(wěn)定 ,必須使施加到控制軸上的力矩平衡。下渦輪發(fā)電機是扭矩發(fā)生器 ,其旋轉(zhuǎn)方向為逆時針。穩(wěn)定平臺單元由上、下 2 個渦輪發(fā)電機、測控電子系統(tǒng)及電子倉組成。鉆柱在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下任意一個或兩個推板通過某一特定的方位時,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)生一個側(cè)向力 即利用井壁對推板的反作用力 來推動鉆頭改變原方向,達到改變井斜或方位的目的,從而實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井。工作液控制閥上、下盤閥的相對位置 的調(diào)節(jié)和穩(wěn)定則由穩(wěn)定平臺控制。它是一種機、電一體化智能導(dǎo)向工具 ,靠近鉆頭的推靠柱塞和推板、工作液控制閥以及穩(wěn)定平臺是它的核心部件。旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)原理如圖31所示。穩(wěn)斜功能 不導(dǎo)向 是使穩(wěn)定平臺帶動上盤閥,使其和鉆柱以不同的某一轉(zhuǎn)速作勻速轉(zhuǎn)動 如 20～40 r/ min ,這時在360176。 ②穩(wěn)斜或不導(dǎo)向功能。旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)由五部分組成： （1）電源部分 給整個工具供電，包括測量單元、控制單元、通訊單元、信息處理單元提供工作電源的電源管理模塊及渦輪發(fā)電機輸出穩(wěn)定模塊； （2）測量部分 主要是測量穩(wěn)定平臺所在位置處的井斜角、方位角和工具面角，以滿足控制所需； （3）控制部分 完成工具面角的控制，包括工具面角（上盤閥高壓孔）的穩(wěn)定控制和調(diào)節(jié)控制； （4）短程通訊部分 包括信息的篩選、編碼和譯碼，完成MRGCLT與MWD之間的信息傳遞； （5）執(zhí)行機構(gòu)部分 完成旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向的機械動作，包括高低壓孔的連接和柱塞的伸出與縮回。而指向式控制較難，偏心機構(gòu)的彎軸及兩個偏心環(huán)的設(shè)計較難，執(zhí)行機構(gòu)的控制較推靠式有一定的難度，并且導(dǎo)向能力比較弱，不能滿足大位移、定向鉆井等鉆井作業(yè)，因此，我選擇了動態(tài)偏置推靠鉆頭式的全旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)為自己的設(shè)計方向。但是造斜率較低。鉆頭和鉆頭軸承的磨損較嚴(yán)重。GeoPilot：鉆柱承受高強度的交變應(yīng)力,鉆柱容易發(fā)生疲勞破壞。/30m中中消除~Auto Track RCLS：位移工作方式、靜止外套、小型化能力差、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等。/30m中低存在~動態(tài)偏置推靠鉆頭式Power Drive SRD全旋轉(zhuǎn)176。圖22 GeoPilot的結(jié)構(gòu)其主要特點：外筒不旋轉(zhuǎn)，改變角度導(dǎo)向其導(dǎo)向原理如圖23。導(dǎo)向原理如圖21。 Power Drive 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)產(chǎn)品特點：系統(tǒng)是全旋轉(zhuǎn)式的。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。旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)按偏置機構(gòu)的工作方式又可分為靜態(tài)偏置式(Static Bias) 和動態(tài)偏置式(Dynamic Bias ,即調(diào)制式(Modulated) ) 二種。；（6）完成畢業(yè)設(shè)計論文。；（4）畫出結(jié)構(gòu)草圖，并根據(jù)任務(wù)書所給數(shù)據(jù)進行計算和校核，確定鉆轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的各零部件具體尺寸，如有需要，對初步方案和草圖進行修改，并進行整個工具經(jīng)濟性評價。；（2）查閱有關(guān)鉆轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的外文資料并選定一篇進行翻譯。由于美國實行的技術(shù)封鎖，國內(nèi)缺少國外先進的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)實物樣機作為參考，加之研發(fā)費用高，在關(guān)鍵技術(shù)方面還是存在著重重困難，樣機現(xiàn)場試驗效果與國外技術(shù)相比還存在較大的差距，目前還無法形成應(yīng)用于現(xiàn)場的能力。2006年5月30日該工具系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向可控偏心移交器單元樣機在長慶油田 Ning3732 井進行了鉆井試驗，國內(nèi)首次利用具有自主知識產(chǎn)權(quán)的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向可控偏心器鉆井技術(shù)實現(xiàn)成功鉆井 60 m。2002 年至 2005 年上半年，該工具系統(tǒng)的隨鉆電阻率、自然伽馬測量工具單元樣機進行了 7 次陸地油田鉆井試驗，主要技術(shù)指標(biāo)達到了最高耐壓 140 MPa，最高工作溫度 150℃，連續(xù)工作時間 200 h，實現(xiàn)了國內(nèi)首次對隨鉆電阻率和地層自然伽馬的測量；2005 年 1 月，該工具系統(tǒng)的井下工程參數(shù)測量短節(jié)在四川 MP37 井下井試驗，鉆井作業(yè) h，鉆井進尺 320 m，取得了較好的試驗效果。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)，目前已進行了偏心機理、井下 BHA 組合力學(xué)性能等一定的理論研究和工具系統(tǒng)各單元樣機的現(xiàn)場試驗，其在陸地和海上油田的現(xiàn)場試驗結(jié)果表明：在井斜約 60176。在全面完成國家“863”前瞻性研究攻關(guān)項目的基礎(chǔ)上，2003 年“旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究”被列為國家“863”正式科技攻關(guān)項目。21 世紀(jì)初國家科技部和中石油、中石化