基于偏重原理的旋转导向钻井系统控制机构的设计与计算

摘要

随着低渗透油藏、海洋油气藏、煤层气，页岩气及非常规油气的勘探与开发，在世界范围内水平井、大位移井、分支井等复杂井蓬勃发展，常规钻井技术难以满足需要，必须依靠先进的导向技术才能保证井眼轨迹的精确钻进。旋转导向钻井技术代表着世界先进的钻井技术发展方向，具有提高钻速、降低摩阻和卡钻风险、清洁井眼、提供高质量的井眼和降低钻井成本等诸多优点。为了打破国外对旋转导向钻井技术的长期垄断，提高国内钻井在国际市场中的竞争力，对旋转导向钻井工具的研究与攻关。
　　本论文综述了国际上已经商业化应用的三种旋转导向钻井系统，详细分析了各系统的工作方式和控制方式。综合国内外研究，在PowerDrive导向钻井系统和偏重原理的基础上，文章提出了一种三盘阀控制的旋转导向钻井系统控制机构。并结合CAD、Solidworks软件在给出控制机构整体设计和工作原理的基础上，针对驱动中盘阀回转的偏重块的形状尺寸等进行了优化计算以及材料的优选。然后分析了步进电机对上盘阀的控制，从而实现导向工具增、降斜，扭方位的目的。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及目的

1．2 国内外旋转导向钻井系统研究现状

1．2．1 国外研究进展

1．2．2 国内发展

1．3 论文研究内容

1．4 创新点

第二章 旋转导向钻井系统方案的比较与分析

2．1 导向钻井基本概念

2．1．1 滑动导向

2．1．2 几何导向

2．1．3 旋转导向

2．1．4 地质导向

2．2 旋转导向钻井系统的组成

2．3 旋转导向系统导向方式

2．4 旋转导向系统控制方式

2．5 三种典型的旋转导向系统的比较

2．5．1 Geo-pilot

2．5．2 AutoTrak

2．5．3 PowerDrive SRD

2．5．4 旋转导向钻井系统优缺点对比

2．6 存在的问题与方案的选择

第三章 基于偏重原理旋转导向钻井系统控制机构总体方案设计

3．1 三盘阀旋转导向工具控制机构的总体设计方案

3．2 控制机构的工作原理

3．2．1 调整井斜及工具面角功能

3．2．2 保持井斜与方位功能

第四章 偏重块的设计计算与材料优选分析

4．1 偏重原理

4．2 偏重块的重量分析

4．2．1 用于指示的偏重元件

4．2．2 用作驱动重物旋转的偏重元件

4．3 偏重块的截面形状

4．3．1 巴普斯定理

4．3．2 一类偏重元件的截面形状设计

4．3．3 二类偏重元件的截面形状设计

4．4 心轴偏转角计算

4．5 偏重元件的定向精度

4．6 控制机构关键元件材料优选

4．6．1 常用工程材料种类

4．6．2 工程材料主要性能的比较

4．6．3 钻井作业中特殊环境的工况分析

4．6．4 选材的经济性评价

4．7 本章小结

第五章 步进电机的控制分析及设计

5．1 电机控制系统主要功能

5．2 电机控制系统基本构成

5．3 步进电机的工作原理

5．4 步进电机的选择

5．5 步进电机的特点

5．6 控制系统测量与存储主要参数

第六章 结论及展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

附录 攻读学位期间所发表的论文