φ178旋轉導向鉆井工具機械結構設計畢業設計論文(存儲版)

　　

【正文】 觀。同時在老師的指導與監督下，我過完了充實的一個學期，并從中學到了許多東西。 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。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、智能化和自動化發展方向的前沿技術，是鉆井科研攻關的重大課題之一。(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，結果取得了巨大的成功，節約了近500萬元的鉆井作業費用，由于解決了大位移井導向問題，提高了井身質量，為油田開發和后續完井作業帶來的間接經濟效益遠遠超過直接經濟效益。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。此時，彈簧中徑D=26 mm。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。有3個均布的相位相差120186。正常范圍內上盤閥的壓力： （317）4MPa時的壓力為：8MPa時的壓力為：12MPa時的壓力為：N(3)彈簧壓力F工具在井下所受的縱向加速度a=15g，則彈簧預緊力F： （318）但為了減少盤閥之間的摩擦力，使上下盤閥之間的壓力較小，則。當需要在某個方向導向時，在旋轉鉆井時，相位相差120186。在一般情況下，直徑是178mm的鉆具的過流面積應大于直徑是50mm的圓孔面積，即 S= 圖 38 軸承支座由上圖可知軸承支座處的孔過流面積為 （36）所以S遠大于S。（1）柱塞的直徑 (32)式中：F是泥漿對柱塞的推靠力，為12KNP是工作處泥漿內外壓力差，為7MP代入計算得 d= 取50mm（2）柱塞長度柱塞長度主要受到鉆具外徑尺寸限定，其長度越長，行程越大，鉆具的巴掌的伸縮距離也越大，適用的井眼尺寸范圍也相應越廣。根據《鉆采工藝》第28卷，第5期《旋轉導向鉆井工具液壓分配系統的設計》的分析結論，上盤閥的高壓孔圓弧角θ最優為180186。應不小于下盤閥相鄰2個低壓孔的中心角120186。在導向機構的設計過程中，為了保證導向機構能滿足鉆井要求，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而的泵壓所決定的。圖 31 伸縮塊對井壁的側向導向力產生原理圖 32 工作液控制分配單元偏執機構單元由柱塞、柱塞套、巴掌和擋塊組成，結構如圖33. 圖 33 偏執機構單元其他部件如下:(1)外筒 是一個長約860mm，直徑為176mm的金屬筒，上下兩端由母扣連接如圖34所示；(2)柱塞 有三個，均布在外筒上，利用鉆具的內外壓力差工作，如圖35所示；(3)柱塞套 柱塞在柱塞套內往復運動。扭方位狀態實際上也是全力扭方位狀態。當上盤高壓孔眼在控制機構作用下處于井眼低邊方向時，該作用力方向就指向井眼低邊方向，井壁的反作用力就指向井眼高邊，此時，導向機構就處于全力增斜狀態。在工作過程中接受由地面發出的指令，并通過穩定平臺單元調控工作液來控制分配單元上盤閥高壓孔的位置。上盤閥由穩定平臺控制軸帶動, 其上開有1個作為工作液泥漿通道的孔, 稱為高壓閥孔, 見圖26( a) 所示；下盤閥固定在偏置機構單元本體內,上開有3個孔,分別與偏置執行機構的3 個柱塞相通, 見圖26( b) 所示。2個渦輪發電機之間設置密封電子倉, 電子倉中有控制電路和測量工具面角、井斜角的三軸重力加速度計、短程通訊、下傳信號接受器及其電路等。工具面角的方向上，不斷有類似巴掌的推板伸出并推靠井壁，綜合作用則表現為不導向，亦即穩斜鉆進。 旋轉導向鉆井方案的選擇推靠式旋轉導向系統的特點：側向力大，造斜率高，但旋轉導向鉆出的井眼狗腿大，軌跡波動大，不平滑。相對而言，調制式旋轉導向工具系統在結構設計方面更為簡單，小型化趨勢好，全旋轉工作方式使鉆柱對井壁沒有靜止點，從而可以保證這種系統更能適合各種復雜的環境，鉆井極限井深更深，速度更快，在大位移井、三維多目標井及其它高難度特殊工藝井中更具競爭力，但工作壽命有待進一步提高。/30m；；最大轉速250r/min；最大流量4545kg/min；最大鉆壓245kN；鉆井液類型以水基鉆井液為主；最大含砂量2%；(在22Us排量下的計算值)外觀結構；最大提拉力333kN；上接MWD；地面軟件為INSILE鉆機信息系統；176。下盤閥固定于井下偏置工具內部，隨鉆柱一起轉動，其上的液壓孔分別與翼肋支撐液壓腔相通。為了獲得測量及定向數據，利用控制單元中的傳感器來測量控制單元坐標中的重力及磁力矢盒。單級軸向流體轉子也安裝在其上以獲得同心逆時針旋轉。合力矢的大小是為了控制井眼軌跡的變化率。這種模式可使井眼軌跡保持一定的井斜角和方位角。 三種旋轉導向鉆井系統的結構特征和對比 Auto Trak旋轉導向鉆井系統Auto Trak旋轉導向鉆井系統系統的井下偏置導向工具由不旋轉外套和旋轉心軸兩大部分通過上下軸承連接形成一可相對轉動的結構，旋轉心軸上接鉆柱，下接鉆頭，起傳遞鉆壓、扭矩和輸送鉆井液的作用，不旋轉外套上設置有井下CPU，控制部分和支撐翼肋。 圖14 （a)推靠鉆頭式旋轉導向鉆井工具圖14 （b）指向鉆頭式旋轉導向鉆井工具 畢業設計論文的主要內容(1)查閱、收集有關鉆轉導向鉆井工具的資料，理解鉆轉導向鉆井工具原理與結構，了解國內外鉆轉導向鉆井工具的研究與應用現狀和發展趨勢，搞清本次畢業設計所要設計的內容，在此基礎上完成開題報告；(2)查閱有關鉆轉導向鉆井工具的外文資料并選定一篇進行翻譯；(3)分析旋轉導向鉆井工具的結構特點及其所存在的缺陷，提出鉆轉導向鉆井工具的的設計方案；(4)畫出結構草圖，并根據任務書所給數據進行計算和校核，確定鉆轉導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，并進行整個工具經濟性評價；(5)畫出鉆轉導向鉆井工具的裝配圖和各零部件的零件圖；(6)完成畢業設計論文。其主要特征是下部驅動主軸可在殼體內旋轉成一定角度，相當于形成一個可調彎角，可對井斜和方位進行糾正。全旋轉系統可以使用任何類型的鉆井液。Power Drive Xceed系列可以用于裸眼側鉆、隨鉆擴眼或用雙芯鉆頭鉆研磨性地層，其使用參數與PowerDriveX5系列大致相同，適用的井眼尺寸為838～1712in，可用常規鉆井液，最高耐溫150℃，流量范圍450～1800gpm，最高耐壓20000psi，最大轉速350r／min，其中，176。它還具有GAMMA測井和電阻率測井功能。此工具的上傳數據采用了己經成功應用20多年的MWD中的井下遙控脈沖發射器。(1)Auto Trak旋轉導向鉆井系統AutoTrak系統是一套集鉆進和隨鉆測量為一體的定向鉆井系統，能夠在旋轉鉆井過程向造斜鉆進，主要是因為它有一個獨特的非旋轉可調扶正器滑套，此扶正器滑套并非真的不旋轉，只是相對鉆頭驅動軸而言它幾乎是不旋轉，因此在旋轉鉆進過程中，此扶正器滑套可以保持一種相對靜止的狀態，從而保證鉆頭沿著某一特定的方向鉆進。全自動的井下閉環旋轉導向鉆井系統是從地面人工控制的導向鉆井系統發展成的，可實施井下自動側量、辨別處理、控制的自動系統。此外，文獻中有偏置工具后置式系統的介紹，該系統為靜態偏置外推指向式系統，國內僅對其導向性能等做了初步的理論分析研究。在全面完成國家“863”前瞻性研究攻關項目的基礎上，2003年“旋轉導向鉆井系統關鍵技術研究”被列為國家“863正式科技攻關項目。旋轉導向鉆井時的摩阻與扭阻小、鉆速高、鉆頭進尺多、鉆井時效高、鉆井周期短、井身軌進平滑，每米進尺成本低，是現代導向鉆井的發展方向。我國石油產量現居全世界第5至第8位，我國的鉆井規摸已躍居全世界第3位，鉆井業已走出國門參與國際競爭。旋轉導向鉆井法是在用轉盤旋轉鉆柱鉆井時,隨鉆實時完成導向功能。鉆井成本低。主要是軌跡控制的精度要求大幅度提高，控制難度明顯增加，同時又必須盡量保證有足夠的速度以保證鉆井成本的相對下降。但該系統對設備要求比較高，要求設備、鉆具等能承受高轉速、大扭矩、高泵壓，在某種程度上加大了對設備、鉆具等的損傷，而且該系統造價比較昂貴，一次性投入較大，并不是每個區塊和地層都適用這種鉆井技術。的大斜度穩斜井段，井斜控制和方位控制都達到了控制要求，采用的旋轉導向鉆具組合還可提高鉆壓，最高可達240KN，為“十一五”期間旋轉導向鉆井工具系統的進一步完善和應用奠定了堅實的工程化基礎，在國內旋轉導向鉆井系統關鍵技術研究方面有一定的突破。導向鉆井系統最初只用在定向井、叢式井，隨油田開發的增多，逐漸用到了大斜度井、水平井、蘭維多目標井、大位移井等。到20世紀90年代中期，美、英、德、意、日五個國家的8家大公司進行研制并壟斷了其工程應用和商業化技術服務市場，例如德國的自動垂直井鉆井系統VDS、美國Baker Hughes Inteq公司的自動直井鉆井系統SDD、Halliburton公司的自動導向鉆井系統AGS、美國能源部資助的自動定向鉆井系統ADD、英國Cameo公司的可導向的旋轉鉆井系統SRD、Baker Hughes lnteq公司的旋轉導向井下閉環鉆井系統RCLS及日本提出的RCDOS系統，尤其是Baker Hughes公司的AatoTrak和Schlumberger公司的Power Drive取得了很好的應用效果。圖11 AutoTrak內部結構Auto Trak結合了當前最為先進的MWD，LWD技術，滿足了地質導向和鉆井作業的雙重需要：同時結合MDL、 MNP、MDP等工具，實現隨鉆測井的要求。通過控制三個支撐翼肋的支出液壓力的大小，可控制偏置力的大小和方向，以控制導向鉆井。當需要在某個方向導向時，鉆柱在旋轉狀態下，相位相差1200隨鉆柱一起旋轉的3個導向塊中的某一塊，它每一次通過某一特定的垂向或徑向方位時，通過控制系統施加的液壓，使同步導向塊伸出與井壁接觸，并對鉆頭產生一側向力，推動鉆頭離開該方向，達到改變井斜和方位的目的，轉離該方向后，滑塊自動縮回。Power vorteX是一種高性能的導向鉆井工具，可以提升所需的井下動力，增加井眼的穩定性，自動糾斜，有智能的高性能動力組件，可適用于434in的井眼，最高耐溫150℃。井下鉆具與地面的通訊是借助于Power Pluse MWD遙測系統來實現的，它包括一整套隨鉆電子測量工具。圖13 GeoPilot 主體綜合以上國外各種旋轉導向鉆井系統旋轉導向鉆具的工作方式，其主要有兩種類型。調制式旋轉導向鉆井工具是依靠工具執行機構推靠井壁，使其給鉆頭一反作用側向力為原理工作的，是當今國內外鉆井界已經商業化的3種導向原理之一的鉆井工具。通過控制三個支撐翼肋的支出液壓力的大小，可控制偏置力的大小和方向，以控制導向鉆井。保持模式可同時施加造斜力和變方位力。Power Drive旋轉導向系統具有自我穩定的鉆井液動力和密封控制單元，通過旋轉穩定傳感器同步調整井眼走向。通過對內部傳感器測得的方向與在控制系統存貯器中存貯的要求方向進行比較可以推導出負載的控制信號和逆時針扭矩信號。它的直徑為1英寸，具有開發用于更小井眼的Power Drive系統的潛力。圖 22 Power Drive 盤閥控制機構示意圖 GeoPilot旋轉導向鉆井系統 GeoPilot系統是Halliburton公司下屬的Sperry Sun公司開發的旋轉導向系統，又稱RST (Rotary Steerable Tool)。從工作原理和適應井下工作環境方面來講，三種工作方式的旋轉導向鉆井系統各有其特點。/30m中低存在~ 調制式Power Drive SRD全旋轉176。經過反復的論證和分析，這兩種方案中，推靠式經過了大量的實踐，其可靠性強，并得到了不斷的技術改進和完善。推板的動力來自于泥漿經過鉆頭水眼后所產生的鉆柱內外壓差； 工作液控制閥( 上、下盤閥的相對位置) 的調節和穩定則由穩定平臺控制；3 個推板的相位差為120176。作為力矩發生器的下渦輪電機電樞在磁場中也會產生一個電磁力矩, 即驅動動力矩。液壓控制單元的核心就是在穩定平臺的作用下,控制上盤閥高壓孔的位置(工程上的工具面角)。當導向機構處于工作狀態時，控制軸中的流體進入開關打開，鉆井液由篩孔通向上盤高壓孔眼。降方位狀態。低壓室與井眼環空相通，保持低壓室內的環空壓力。在控制液分配單元中下盤閥的高壓孔圓弧角θ是設計中的關鍵，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系。執行機構柱塞個數可能的數目為26個。θ120186。分布。 1上控制軸； 2