Φ178旋转导向钻井工具机械结构设计说明书

旋转导向钻井工具的研制原理作者：成仁杰闫林李鹏来源：《中国科技博览》2015年第33期[摘要]稳定平台单元、工作液控制分配单元和偏置执行机构单元是构成旋转导向钻井工具的主要组成部分。

井眼参数通过旋转导向钻井工具的测试元件测得后，由短程通讯传输到随钻测量仪，地面再接受随钻测量仪传输的信息。

同时，地面对旋转导向钻井工具进行控制，通过稳定平台单元调控工作液，对单元中的上盘阀高压孔的位置进行控制分配。

过滤后的泥浆被工作液控制分配单元按照一定的顺序依次分配到对应的三个柱塞，使推板得到动力及合力，使上盘阀高压孔所对应的位置得到保持，进而形成近钻头处对井壁的侧向力。

工具的导向状态由旋转导向钻井工具对侧向力的大小、方向与拍打频率的调整得到控制。

[关键词]旋转导向钻井工具井眼参数导向控制中图分类号：TE92 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）33-0014-01旋转导向钻井技术是一项自动化钻井新技术，形成于二十世纪九十年代。

旋转导向钻井技术在水平井、大位移井、大斜度井以及三维多目标井中应用较广，不仅使钻井速度得到了提高，而且使钻井中的事故减少了。

同时，使钻井成本得到了降低。

一、旋转导向钻井工具工作原理分析1、旋转导向钻井工具功能分析旋转导向钻井工具具有导向功能与稳斜（不导向）功能。

导向功能指稳定平台把工具面角调整到与所需导向的井斜及方位相反的位置上，实施向需要的井斜或方位导向。

钻具的钻进方向按照需要的井斜及方位实施，随钻测试仪器对井眼轨迹及时监测。

稳斜（不导向）功能指上盘阀在稳定平台的带动下，上盘阀与钻柱按不同的转速进行匀速转动，让推板在360工具面角的方向上，伸出并推靠井壁，综合作用是不导向的，这就是稳斜钻进。

2、旋转导向钻井工具结构及工作原理分析旋转导向钻井工具依据井下工程、地质以及几何参数的监测与要求，根据已经设定好的程序指令，对井斜与方位进行调整。

旋转导向钻井工具的核心部件由推靠柱塞、推板、工作液控制阀以及稳定平台等部件构成，是属于机电一体化的智能导向工具。

旋挖钻具使用说明书一、单开门捞砂斗1、结构特点：锥形筒体，避免孔底抱钻，卸土方便，双层底板单开门，强度高，可实现提斗时关闭斗门，开门方式机动手动一体化，操作都很简单方便，切削齿为耐磨斗齿，适合于偏软地层，下部有超前截齿切削刃，对于钻取大块卵砾石效果较好。

2、适合地层：1）大块卵砾石层，2）风化基岩，3）含水粘土层等3、操作规程及使用注意事项：1）新钻具下孔前首检查钻齿是否齐全及连接牢固，操作时要轻压慢转2）进土量为斗容积的5/6时即可提钻，提钻之前要给压反转1-2圈待斗门关闭后再提3）提钻时如遇卡阻，要在遇卡处上下移动钻具并慢速回转，待解卡后再提钻，切不可强行提钻4）如采取人工开门，开门钩长度不得小于2米，此时绝不允许钻具旋转，机动时压盘下压速度要慢，不可高速冲压打开轴，以免损坏开合机构及斗体，斗门打开后如土砂不能自卸操作手要反复正反转动钻具，直至把土卸完，严禁上下提升或左右摆动撞击其他固定物来卸土5）如发现斗齿已磨损严重或损坏需及时更换，且更换同一种规格的齿6）如孔内发现异物严禁下钻或把钻具充当事故处理工具处理事故二、双开门捞砂斗1、结构特点：锥形筒体，避免孔底抱钻，卸土方便，双层底板双开门，强度高，可实现提斗时关闭斗门，孔底双面吃土，钻具稳定性好不易偏，开门方式机动手动一体化，操作都很简单方便，切削齿为斗齿，适合于偏软颗粒偏细地层。

2、适合地层：1）小颗粒卵砾石层，2）含水砂土层，3）冻土层等3、操作规程及使用注意事项：1）新钻具下孔首检查钻齿是否齐全及连接牢固，操作时要轻压慢转2）进土量为斗容积的2/3-4/5时即可提钻，提钻之前要给压反转1-2圈待斗门关闭后再提，一定确保斗门关严后再提钻，因所钻取的土砂颗粒较细且可能掺杂泥水，否则将形成漏失造成取土失败3）提钻时如遇卡阻，要在遇卡处上下移动钻具并慢速回转，待解卡后再提钻，切不可强行提钻4）如采取人工开门，开门钩长度不得小于2米，此时绝不允许钻具旋转，机动时压盘下压速度要慢，不可高速冲压打开轴，以免损坏开合机构及斗体，斗门打开后如土砂不能自卸操作手要反复正反转动钻具，直至把土卸完，严禁上下提升或左右摆动撞击其他固定物来卸土5）如发现斗齿已磨损严重或损坏需及时更换，且更换同一种规格的齿6）如孔内发现异物严禁下钻或把具充当事故处理工具处理事故三、斗齿螺旋钻头1、结构特点：双头单螺，直螺，切削齿为斗齿，采用双头入土稳定性好，尤其是在较软地层不易斜，直螺导向性好，取土量大。

旋转导向工具导向模块部件组成及原理摘要：本文主要对旋转导向钻井工具研发的关键技术之一导向模块的研究情况作了简要介绍，并对目前导向模块的机械设计结构、供电、通讯、控制系统的工作原理、非接触供电部分的试验设计做了详细的说明，确定了存在的技术难点及下一步我们要主攻的研究方向。

关键词：旋转导向工具导向模块非接触供电电磁感应定向控制一、旋转导向结构旋转导向钻井工具由双向通讯系统、MWD随钻测井系统以及导向系统三部分组成。

导向系统是其主要执行机构，是能否实现定向自动控制的重要部件。

导向头设计结构，如图1所示。

图1：导向头结构图导向头从结构上分为旋转轴和不旋转导向外套两大部分。

旋转轴从导向套中间穿过与钻头连接，带动钻头与钻柱一起旋转，导向套与旋转轴之间镶有金刚石耐磨片的硬质合金滑动轴承，以保证相对转动时产生较小的磨损。

三个可伸缩翼肋布置在导向套中，由地面大控制闭环或地下小控制闭环控制其伸缩量以进行方位和井斜的控制。

二、导向头各部件组成与工作原理(一)导向头各部件组成导向头部分由初级电路模块、非接触供电及通讯模块、次级电路及近钻头井斜工具面测量模块、液压模块等组成。

其中初级电路模块、非接触供电的内套部分和中心轴一起旋转，而非接触供电的外套部分、次级电路及近钻头井斜工具面测量模块、液压模块置于不旋转导向套中。

1.初级电路模块包括信号解调电路、信号与能量载波调制电路。

它用于接收上部泥浆发电机向下传递的电能及地面给出的命令信号给出的轨迹井斜方位信号并经过处理后输出。

再通过信号与能量载波调制电路与命令信号、轨迹井斜方位信号进行相应的调制，输出给非接触供电及通讯模块。

2.非接触供电及通讯模块信号与电能的共同传递还会带来信号调制和双向同步传输能量与信号的问题。

信号调制的关键是如何进行优化调制以达到最小的错码率。

双向同时传输的主要问题是在一条通路上如何进行下传150W交流电能的同时上传控制信号。

这些方面都需要进行深入的理论研究及实验。

Φ17８旋转导向钻井工具机械结构设计摘要:旋转导向钻井技术是石油工业工程技术领域的关键技术之一,得到了石油钻井工程界的极大关注,发挥着越来越重要的作用,主要应用于水平井、大位移井、超深井、三维多目标井等复杂结构的井作业。

本文综述了旋转导向钻井工具的国内外现状，闸明了在我国发展旋转导向钻井技术的重要性和必要性，介绍了它的工作原理及结构组成,指出了研制该工具的主要技术特点。

调制式旋转导向钻井工具的导向执行机构是靠内外泥浆液压力差驱动的原理来实现的,这是旋转导向钻井工具能否正常工作的关键。

所以,对其液压盘阀分配系统进行分析计算,及其在井下不同工况下所受的力进行分析计算。

分析了旋转导向钻井系统的井下钻井工具系的偏置方式和导向方式，完成了导向执行机构机械部分的设计。

关键词：旋转导向钻井工具;机械结构设计；压力差；Φ178RｏtaｒｙSｔｅeraｂle DrillｉngＴooｌＭｅchanical Stｒuctｕｒe DｅsignＡbstrａｃｔ:In manｙoil inｄｕstrｙengineering filｅd key tｅchnoｌogｉes,ｒoｔary steerablｅdrilling tｅchnｏlｏｇyｉs oｎe thaｔhas been ｐaid mｕchａttｅｎｔion to iｎｒecent yｅars and exhibits more and moｒe importance ｉn ｏｉl drilｌｉng industry, mａinly ｕseｄiｎｈｏrizoｎtaｌwell,ｅxtenｄed reａch w ｅlｌ,ulｔra－deｅpｗeｌl ,3D mｕlti-ｔarｇet weｌl the compｌex ｓｔrｕcture o ｆｍｕｌti-latｅrａｌｗｅlls ｉn wells operaｔing. Tｈis pａpｅｒreｖiｅws tｈｅdomestic and inｔernational drｉlling tooｌｓｔatuｓ, illustrates tｈｅdevelopmｅnｔｏｆｒotaryｓｔeerable drillｉnｇｔｅcｈｎologｙｏf thｅimporｔａnｃｅanｄｎecesｓｉtｙto inｔroｄuce tｈｅwｏrｋiｎg principlｅand iｔｓcｏｍposition, tｈat thｅdeveｌoｐment of tｈｅmain ｔechnical feat ｕreｓｏf the toｏl．Modulａtｅｄrotary sｔeerableｄrilｌing tool dｒiven by the execｕtｉｎg ａｇency is the ｐrｅssuｒe ｄiｆfeｒｅｎcｅbetｗeen inｓｉde ａnd ｏutsidｅｔhe mud fｌuiｄ-dｒivenｐrｉnciｐｌｅs to aｃhｉeve, whｉcｈis wｈｅthｅｒthe driｌling toolｔｏwork the kｅy. Tｈerｅfｏre,iｔｓhｙdraulｉc diｓｃdistribuｔｉon sｙstｅm ａnalysis aｎｄcaｌculaｔion, and ｉtｓdiｆfeｒeｎt worｋinｇcondｉtions ｉｎunｄeｒgｒounｄａｎａlｙzｉｎｇａndｃalcｕlａtiｎｇthe force.Aｎalysｉsｏf ｄoｗnｈｏlｅｒotary ｓtｅerａｂleｄriｌliｎg ｔoｏl drｉllinｇｓyｓｔeｍorｉeｎｔaｔiｏn biａs wａy．Coｍpleｔｅguidｅthe desｉgｎｏf ｍecｈａｎical ｐaｒts of tｈｅimｐlemeｎting ａgｅncies.Kｅy worｄs：Roｔaｒy steerｉng ｄrillinｇtｏｏl;Mechaｎicａl paｒtｓdesign;Ｐresｓuｒｅｄifferｅnce目录第一章绪论 ........................................................................................ 错误!未定义书签。

（机械制造行业）Φ旋转导向钻井工具机械结构设计说明书Φ178旋转导向钻井工具机械结构设计摘要:旋转导向钻井技术是石油工业工程技术领域的关键技术之一，得到了石油钻井工程界的极大关注，发挥着越来越重要的作用，主要应用于水平井、大位移井、超深井、三维多目标井等复杂结构的井作业。

本文综述了旋转导向钻井工具的国内外现状，闸明了在我国发展旋转导向钻井技术的重要性和必要性，介绍了它的工作原理及结构组成，指出了研制该工具的主要技术特点。

调制式旋转导向钻井工具的导向执行机构是靠内外泥浆液压力差驱动的原理来实现的，这是旋转导向钻井工具能否正常工作的关键。

所以，对其液压盘阀分配系统进行分析计算，及其在井下不同工况下所受的力进行分析计算。

分析了旋转导向钻井系统的井下钻井工具系的偏置方式和导向方式，完成了导向执行机构机械部分的设计。

关键词:旋转导向钻井工具；机械结构设计；压力差；Φ178 Rotary Steerable Drilling Tool MechanicalStructure DesignAbstract:In many oil industry engineering filed key technologies,rotary steerable drilling technology is one that has been paid much attention to in recent years and exhibits more and more importance in oil drilling industry, mainly used in horizontal well,extended reach well,ultra-deep well ,3D multi-target well the complex structure of multi-lateral wells in wells operating. This paper reviews the domestic and international drilling tool status, illustrates the development of rotary steerable drilling technology of the importance and necessity to introduce the working principle and its composition, that the development of the main technical features of the tool. Modulated rotary steerable drilling tool driven by the executing agency is the pressure difference between inside and outside the mud fluid-driven principles to achieve, which is whether the drilling tool to work the key. Therefore,its hydraulic disc distribution system analysis and calculation, and its different working conditions in underground analyzing and calculating the force. Analysis of downhole rotary steerable drilling tool drilling system orientation bias way. Complete guide the design of mechanical parts of the implementing agencies.Key words: Rotary steering drilling tool；Mechanical parts design；Pressuredifference目录第一章绪论 (1)1.1 本论文研究的目的、价值和意义 (1)1.2 国内外研究状况及趋势 (2)1.2.1 国内旋转导向钻井系统研究与发展现状 (2)1.2.2 国外旋转导向钻井系统研究与发展现状 (3)1.3 毕业设计论文的主要内容 (9)第二章旋转导向钻井装置的方案对比分析 (10)2.1 旋转导向钻井工具的分类 (10)2.2 三种旋转导向钻井系统的结构特征和对比 (10)2.2.1 Auto Trak旋转导向钻井系统 (10)2.2.2 Power Drive旋转导向钻井系统 (11)2.2.3 三种不同旋转导向方式对比 (15)2.3 旋转导向钻井方案的选择 (15)2.4 旋转导向钻井工具工作原理 (15)第三章旋转导向钻井工具机械部分设计 (18)3.1 导向机构的导向原理及组成 (18)3.2 上盘阀高压孔圆弧角的确定 (22)3.3 柱塞的相关计算 (22)3.4 巴掌结构 (23)3.5 盘阀泥浆过流的有效面积计算 (24)3.6 巴掌销钉的强度校核 (26)3.7 挡块上的螺钉强度校核 (26)3.8 盘阀连接螺钉强度校核 (27)3.9 液压盘阀系统的设计 (27)3.9.1 上盘阀的结构设计计算 (37)3.9.2 上盘阀传动轴的校核 (30)3.9.3下盘阀的设计 (31)3.9.4上下盘阀导通时间计算 (32)3.10 盘阀加压弹簧的设计 (34)3.11 工具体的校核 (35)第四章旋转导向钻井工具经济性评价 (38)4.1 旋转导向工具的加工成本 (38)4.2 旋转导向工具的经济效果 (38)第五章结论及展望 (40)5.1 结论 (40)5.2 展望与建议 (40)参考文献 (41)致谢 (43)第一章绪论1.1 本论文研究的目的、价值和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、超深井和长距离水平井来实现，进而造成复杂结构的井不断增多，这就要加快旋转导向钻井工具研究的步伐。

浅谈旋转导向钻井工具实验台的夹具设计【摘要】随着以旋转导向钻井系统为核心的钻井技术的发展，旋转导向钻井工具实验台能够模拟旋转导向钻井工具在井下的正常工作情况下，改变旋转导向工具的旋转速度，测量在不同的旋转速度下的压力、流量等参数，并通过控制面板上的压力表和流量表来测量出具体的数据，加以分析。

本文很好地的解决了旋转导向钻井工具在实验台的夹持固定，确保了实验的顺利进行。

【关键词】旋转导向钻井工具；实验台；夹具0.引言井下旋转导向工具是旋转导向钻井系统的核心，它是实现旋转导向的根本。

井下实时控制系统或地面监控系统能按照预置或要求的三维井眼轨迹，根据测量信息，对井下工具进行实时控制或遥控。

测量与传输系统应能测出近钻头处井眼的空间姿态信息，并能及时传送给井下微电脑以及地面计算机。

测量的信号经过处理成为新的控制指令。

井下实时控制系统或地面监控系统发出控制指令使井下旋转导向钻井按照控制指令进行动作，从而实现井眼轨迹的旋转导向控制。

目前，旋转导向钻井工具试验台的研究方面已经取得了一定的突破，出现了一些试验设备，由于旋转导向钻井工具的在实验台上夹持固定所限制，试验台的技术还不是很成熟，仍然处在发展阶段。

1.实验台夹持装置整体布局设计用实验的方法来测量模拟的现场旋转导向钻具的工作情况来测定旋转导向钻井工具在不同转速的工作情况是的压力、流量。

由于旋转的动力来源是电机通过减速器，带动皮带轮传递扭矩；而液体的来源主要靠电机带动离心泵用液体的压力差抽水，所以此实验属于液压实验的范畴，目前国内已经有这方面的研究，但由于钻具的刚度和其它技术方面所限制所以在技术上还有待进一步的发展。

根据旋转导向钻井工具的数据要求，参照以往此类实验台的数据，和有关旋转导向钻井工具的性能、工作原理，以下思整体够思如图（1.1）所示：图1.1 旋转导向钻井工具实验台图中的支撑架、旋转导向钻井工具支撑板、辅助支架、以及底座都是辅助机构。

其中整体支架和底座是最基本的构件之一，它的作用是支撑整个实验仪器，以及固定传动构件如：电机、离心泵、水箱、支撑板等实验仪器，并把实验仪器稳定的放在地面上。