旋转导向钻井工具结构优化设计和专用涡轮发电机研究

摘要

随着油田开发深井、超深井、大位移井和长距离水平井数量的不断增加，对旋转导向钻井技术的需求日益迫切。旋转导向钻井技术的核心是调制式旋转导向工具。 稳定平台是调制式旋转导向工具的重要组成部分，其作用是保证在钻进时不受钻柱旋转的影响，对工具工具面角随钻实时调控。稳定平台中有一个控制轴，它靠上下涡轮发电机的电磁力矩驱动，控制工具面角的方位，稳定平台中的控制系统按照指令控制上盘阀高压孔圆心角的方位，通过液压分配系统、执行机构等实现旋转导向钻井的功能。 本文以调制式旋转导向钻井工具为研究对象，进行了导向钻井工具执行机构的侧向力规律研究，得出上盘阀高压孔圆心角、侧向力和工具对井壁推靠力的关系式。在此基础上，进行了下盘阀泥浆孔直径的尺寸和泥浆的流动特性对工具导向力的影响分析；进行了钻头与井壁的接触轨迹分析；进行了一个和两个导向块工作效果异同的分析，并对上盘阀高压孔圆心角进行了优化设计；进行了泥浆排量和涡轮发电机转速之间的关系分析；指出了基于泥浆排量和发电机转速控制方程的上涡轮发电机叶片形状的设计方法；根据下涡轮发电机的工作要求，提出其结构设计方法。给出了永磁发电机主要的电磁参数的计算程序。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究背景

1.2旋转导向钻井发展状况

1.3调制式旋转导向钻井工具

1.4计算机仿真在机械行业中的应用

1.5论文的主要研究内容

1.6论文的来源

第二章旋转导向钻井工具结构优化设计

2.1研究对象

2.2上盘阀高压孔圆心角的优化设计

2.2.1泥浆过流孔孔径尺寸对高压孔圆心角的影响研究

2.2.2泥浆的流动特性对高压孔圆心角的影响研究

2.2.3钻头接触井壁的轨迹与高压孔圆心角关系研究

2.2.4理论分析结果与工程应用参数对比分析

2.3结论

第三章专用涡轮发电机涡轮叶片结构设计

3.1稳定平台结构及原理

3.2专用涡轮发电机结构及原理

3.3涡轮叶片形状设计

3.3.1涡轮叶片形状的参数选取

3.3.2涡轮叶片中弧线的数学模型选择

3.3.3叶片中弧线模型方程及系数确定

3.3.4涡轮叶片包络线的生成

3.4上涡轮发电机涡轮叶片结构设计

3.4.1涡轮发电机转子扭矩分析

3.4.2涡轮发电机转子叶片内泥浆的速度矢量分析

3.4.3泥浆排量和转子转速之间的关系

3.5下涡轮发电机涡轮叶片结构设计

3.6结论

第四章专用涡轮发电机电参数设计

4.1研究对象

4.1.1永磁发电机的概述

4.1.2永磁材料的选择原则

4.2涡轮发电机主要电参数计算

第五章结论

5.1 结论

5.2展望

致谢

参考文献

附录