φ178旋转导向钻井工具设计开题报告

1、本科毕业设计（论文）开题报告题 目： 178旋转导向钻井工具设计 及控制轴动力学分析 学生姓名： 院 （系）： 机械工程学院 专业班级： 指导教师： 完成时间： 2011 年 3 月 8 日 1.课题的意义 为了节约开发成本和提高石油产量，对那些受地理位置限制或开发后期的油田， 通常通过开发深井、超深井、大位移井和长距离水平井来实现， 进而造成复杂结构的井不断增多。目前通行的滑动钻井技术已经不能满足现代钻井的需要。于是，自20世纪 80年代后期， 国际上开始加强对旋转导向钻井技术的研究; 到 90年代初期， 旋转导向钻井技术已呈现商业化。旋转导向系统是一个集机、电、液于一体的闭环自动控制系统

2、， 并以旋转钻井为其技术特征 ， 所以在减少井下摩阻、提高钻深能力和控制精度方面具有独特的优势 ，所以成为大位移井长稳斜段钻井作业的常用工具 ， 也适合于水平井水平段（特别是薄油水层水平井）的钻进与控制作业。目前国内也正在研制开发旋转导向系统 ，从各个油田和区块的应用实例看，旋转导向钻井工具具有在旋转钻进时连续导向的能力，可以提高井眼的清洁度和机械钻速， 减少压差卡钻 ； 还具有井眼轨迹自动控制的能力，从而提高井眼轨迹的光滑度，降低扭矩和摩阻，也就相应地增加了水平井的延伸长度 。 但该系统对设备要求比较高， 要求设备、钻具等能承受高转速、大扭矩、高泵压，在某种程度上加大了对设备、钻具等的损伤，

3、 而且该系统造价比较昂贵，一次性投入较大，并不是每个区块和地层都适用这种钻井技术。2.国内外研究状况2.1 国外旋转导向钻井系统研究与发展现状 国外从20 世纪80年代末期开始旋转导向钻井系统的理论研究。 20 世纪 90 年代世界上多家公司，包括 ： Baker Hughes公司与 ENIAgip 公司的联合研究项目组、英国的 Camco 公司、英国的 CambridgeDrilling Automation 公 司、日 本 国 家 石 油 公 司（JNOC）等分别形成了各自的旋转导向系统样机 ， 并开始进行现场试验和应用。至20 世纪末期 ， 三家大的石油技术服务公司 Schlumberg

4、er 、 Baker Hughes和Halliburton通过各种方式分别形成了其各自商业化应用的 AutoTrak RCLS 、PowerDrive SRD 和Geo Pilot 旋转导向钻井系统。2.1.1 Geo Pilot旋转导向钻井系统Geo Pilot 系统是 Halliburton公司下属的 Speny Sun 公司开发的旋转导向系统 ， 又称 RST （Rotary Steerable Tool）。 其主要特征是下部驱动主轴可在壳体内旋转成一定角度 ， 相当于形成一个可调弯角 ， 可对井斜和方位进行纠正。Geo Pilot 系统采用控制钻柱弯曲特征来实现钻头轴线的有效导控 ，

5、其优点是造斜率由工具本身确定 ， 不受钻进地层岩性的影响 ， 在软地层及不均质地层中效果明显 ， 缺点是钻柱承受高强度的交变应力 ， 钻柱容易发生疲劳破坏。 另外 ， 高精度加工是保证这种系统导向效果的关键。2.1.2 AutoTrak旋转导向钻井系统AutoTrak系统是一套集钻进和随钻测量为一体的定向钻井系统 ， 能够在旋转钻井过程向造斜钻进 ， 主要是因为它有一个独特的非旋转可调扶正器滑套 ， 此扶正器滑套并非真的不旋转 ， 只是相对钻头驱动轴而言它几乎是不旋转 ， 因此在旋转钻进过程中 ， 此扶正器滑套可以保持一种相对静止的状态 ，从而保证钻头沿着某一特定的方向钻进 非旋转扶正器滑套内

6、有元件 ： 近钻头井斜传感器、电子控制元件、液压控制阀和活塞 ， 见图1通过液压可推动活塞分别对3 个稳定块施加不同的压力 ， 其合力就使钻具沿某一特定方向偏移 ， 从而在钻进过程中使钻头产生1 个侧向力 ， 保证钻头沿这一方向定向钻进 图 1 AutoTrak内部结构2.1.3 Power Drive旋转导向钻井系统斯伦贝谢公司的旋转导向系统主要是指 PowerDrive系统 ， 包括 PowerDrive X5110 、 PowerDrive X5900 、 PowerDrive X5 、 PowerDrive X5675 、 PowerDrive X5475 、 PowerDrive X

7、ceed 900、 Power vorteX ，除了 Power vorteX 是动力式旋转导向系统外 ， 其他均为全旋转式旋转导向系统 ， PowerDrive X5 系列旋转导向工具可通过 PowerPulse 和 TeleScope工具实时测量井下数据 ， 测量近钻头地层状态、钻头振动情况和钻头转速 ， 利用近钻头伽马射线显示地质和井眼成像 ，自动纠斜。它适用的井眼尺寸为5.2526 in ， 可用常规钻井液 ， 最高耐温 150 ， 流量范围480 1900 gpm ， 最高耐压20000 psi ， 其中 ， PowerDrive X51100 型最大转速200 rmin ，最大造斜

8、率3° 100 f t ， PowerDrive X5475 型最大转速 250 rmin ， 最大造斜率 8 °100 f t 。 PowerDrive Xceed 系列可以用于裸眼侧钻、随钻扩眼或用双芯钻头钻研磨性地层 ， 其使用参数与 PowerDrive X5 系列大致相同 ， 适用的井眼尺寸为 8.375 17.5in ， 可用常规钻井液 ， 最高耐温150 ， 流量范围 450 1800 gpm ，最高耐压20000 psi ，最大转速 350 rmin ，其中 ，PowerDrive Xceed 900 型最大造斜率 6.5°100 f t ，Pow

9、erDrive Xceed 675 型最大造斜率 8°100 f t Power vorteX 是一种高性能的导向钻井工具 ， 可以提升所需的井下动力 ， 增加井眼的稳定性 ， 自动纠斜 ， 有智能的高性能动力组件 ， 可适用于 4.75 11in的井眼 ， 最高耐温150 。PowerDrive 调制式旋转导向系统在结构设计方面更为简单 ， 小型化趋势好 ， 全旋转工作方式使钻柱对井壁没有静止点从而可以保证这种系统更能适合各种复杂的环境钻井极限井深更深 ， 速度更快 ， 在大位移井、三维多目标井及其它高难度特殊工艺井中更具竞争力。由于在钻具与井壁间不会产生阻碍钻屑流动的瓶颈所以提高

10、了携屑液流的通过能力。因为钻具没有产生摩擦的固定部件 ， 也提高了机械钻速。 由于没有固定部件或慢速旋转部件与套管、斜向器或井壁接触所以发生机械故障和压差卡钻的几率大幅度下降从而提高了钻具寿命。 全旋转系统可以使用任何类型的钻井液 。斯伦贝谢公司的 Power Drive Xceed 钻具可以解决钻软地层和裸眼侧钻过程中旋转导向钻具所遇到的问题 。 这套系统唯有近钻头稳定器与井壁接触在钻软地层时不再需要借助翼片推靠井壁或慢速旋转钻具来控制方位 。 井下钻具与地面的通讯是借助于 Power Pluse MWD 遥测系统来实现的 ， 它包括一整套随钻电子测量工具。 Power Drive Xcee

11、d与 Power Pluse相互结合 ， Power Drive Xceed 就可以在钻进过程中向井口提供钻具面、井斜角、方位等实时测量数据。根据所获得的信息 ， 可从井口发出指令以保持或改变钻头轨迹。钻具内部的电子测量工具会自动调整钻具的位置 ， 使钻具在不与井壁接触的情况下始终处于井眼的高边 。但工作寿命有待进一步提高 。2.2国内旋转导向钻井系统研究现状20世纪90 年代中期 ， 在跟踪调研国外先进技术的基础上 ， 国内少数研究机构开始进行这方面的研究工作 ， 但与国外水平相比存在相当大的差距 。 进入21 世纪 ， 在国家“863”项目的支持下 ， 由中国石化集团公司胜利石油管理局钻井

12、院和中国海洋石油总公司分别牵头对调制式旋转导向钻井系统和静态偏置推靠式旋转导向钻井系统进行了系统的研究攻关 ， 并在关键技术方面取得了突破。3.毕业设计（论文）的主要内容（1）查阅、收集有关钻转导向钻井工具的资料，理解钻转导向钻井工具原理与结构，了解国内外钻转导向钻井工具的研究与应用现状和发展趋势，搞清本次毕业设计所要设计的内容，在此基础上完成开题报告。（2）查阅有关钻转导向钻井工具的外文资料并选定一篇进行翻译。（3）分析钻转导向钻井工具的结构特点及其所存在的缺陷，提出钻转导向钻井工具的的设计方案和对控制轴进行动力学理论分析。（4）画出结构草图，并根据任务书所给数据进行计算和校核，确定钻转导向

13、钻井工具的各零部件具体尺寸，如有需要，对初步方案和草图进行修改，并进行整个工具经济性评价。（5）画出钻转导向钻井工具的装配图和各零部件的零件图。（6）完成毕业设计论文。4.所采用的方法、手段及步骤等本次设计主要采用的方法是文献研究法，通过查阅和收集有关钻转导向钻井工具原理结构和在油田应用方面的论文、专利、期刊和书籍，了解钻转导向钻井工具的原理、结构以及存在的问题，提出自己的更好的方案。具体步骤如下：（1）查阅和收集有关钻转导向钻井工具在油田应用方面的资料，了解钻转导向钻井工具的原理、结构；（2）分析钻转导向钻井工具存在的缺陷，提出钻转导向钻井工具的设计方案；（3）根据方案画出结构草图，并进行计

14、算、校核和必要的修改，确定钻转导向钻井工具的各零部件具体尺寸；（4）画出钻转导向钻井工具的装配图和各零部件的零件图。5.阶段进度计划这次毕业设计的时间为2011年2月21日至2011年6月15日，结合导师的要求和自身的实际情况，决定以下设计进度：第一阶段：1周 - 2周 熟悉论文题目，查找与钻转导向钻井工具相关的资料；第二阶段：3周 - 4周 完成开题报告和英文翻译；第三阶段：5周 - 6周 完成钻转导向钻井工具的初步结构草图；第四阶段：7周 -14周 进行各种数据计算以及完成设计图纸，撰写论文；第五阶段：15周-16周 准备答辩。参考文献1 闫文辉 ， 彭勇 ， 张绍槐 旋转导向钻井工具的研

15、制原理J 石油学报 ， 2005 ， 26(5) ： 94-97 2 肖仕红 ， 梁政 旋转导向钻井技术发展现状及展望J 石油机械 ， ， 34(4) ： 66-70 3 李俊 ， 倪学莉 ， 张晓东 动态指向式旋转导向钻井工具设计探讨J 石油矿场机械 ， 2009 ， 38(3) ： 63-66 4 孙铭新 ， 韩来聚 ， 李作会 静态偏置推靠钻头式旋转导向钻井系统介绍J 石油矿场机械 ， 2003 ， 32(6) ： 4-7 5 李松林 ， 苏义脑 ， 董海平 美国自动旋转导向钻井工具结构原理及特点J 石油机械 ，2000 ， 28(1) ： 42-44 6 罗廷 ， 赵锦栋 AutoTrak 旋转闭环钻井系统在西江油田的应用J 石油钻探技术 ， 2002 ， 30(