动态指向式旋转导向钻井工具设计探讨

万方数据

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第３８卷第２期李俊．等：动态指向式旋转导『；Ｊ钻井Ｔｎ设汁探讨

并对方位和倾角进行测量等。

图ｌ全旋转导向工具稳定平台结构

旋转导向钻井工具中稳定平台的作用足保证在钻进时不受钻柱旋转的影响。而能够实现导向作用的动态稳定系统。能够同步配合旋转导向钻井系统的指令系统对导向工具面角随钻井下实时调控。３．１．２偏置机构

偏置结构由ｌ套由几个可控制的偏心圆环组合形成，如图２。偏置结构中装有ＣＰＵ检测装置、电子马达等检测与驱动元件，偏置机构中串接了１根柔性钻具，通过稳定平台计算机检测到的井斜与方位变化的信号结果。将检测到的信号输送给偏置装置中的ＣＰＵ，当需要调整角度时，装置中的ＣＰＵ驱动控制系统中的动力模块电子马达，在旋转导向过程中，偏置工具的偏心导致其上、下２跨钻柱发生弯曲，使钻头处钻柱的轴线和井眼轴线之间出现夹角，由于钻头的转角而实现旋转导向。

图２井下偏置导向工具结构

３．１．３导向方式

本研究采取偏置内推指向方式，如图３。工作方式为外筒内有一靠机械力使之变形弯曲的内轴迫使钻头有角位移，以使钻头定向造斜，如图４。指向式系统不需爱翼叻推靠井擘来改变方向，因此其导向效果不受地层不完整或井眼扩径的影响。从而指向式系统在软地层或扩径的井眼中比推靠式效果好。指向式系统可钻出更规则的井眼，减少螺旋和突起。能够更好地对井斜和方位进行控制。具有更长寿命，与钻头选择无关，降低卡钻和失效等风险，提供了作业上的优势。

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图３旋转导向工具偏置内推指向方式示意

图４旋转导向钻井Ｔ具系统指向方式示意

３．２设计重点、难点及解决方案

在钻井过程中，由于钻井工具处在井下高温、高压的工作环境中。有钻井液及地层流体的腐蚀；有含碎屑的钻井液在高压、高速流动时带来的冲蚀；有钻柱在高速旋转、钻头切削地层和钻井液压力波动产生的严重振动等，其工作环境和工作条件异常恶劣，给井下工具的设计带来一定的难度。针对目前旋转导向钻井工具设计现状存在的不足，提出了今后的研究方向。

３．２．１旋转导向驱动稳定平台主轴扭矩系统优化拇１０］稳定平台无论在导向或稳定状态下。均需靠扭矩发生器的电磁力矩来驱动控制轴从而控制：ｌ＝具面角的位置，由于工具结构的限制。不可能在井下设计大功率离扭矩的扭矩发生器，因此扭矩的供需应达到平衡设计。过大不可能．同时也会引起较大压力损失；过小，将无法驱动控制轴，整个稳定平台中驱动扭矩是扭矩发生器所产生的扭矩，而阻力矩包括：涡轮发电机产生的电磁力矩、稳定平台主支撑轴承的摩擦阻力扭矩、涡轮发电机和扭矩发生器上２个涡轮支撑轴承的摩擦阻力扭矩、控制主轴旋转时的惯性扭矩等。因此，要求扭矩发生器所提供的扭矩必须大于上述阻力矩总和。在扭矩发生器的功率、扭矩受限的条件下，降低控制轴的阻力矩则成为工具设计的一个主攻目标。

解决方案：①轴承优选；②主轴精确制造和安装优化；③全部旋转件的惯性矩合理化优化等方面研究。

３．２．２旋转导向稳定平台主轴整体刚度

稳定平台控制轴的结构比较复杂，由多段联接而成，轴上还有２个涡轮以６００～１２００ｒ／ｍｉｎ转速旋转，它自身还以２０～１２０

ｒ／ｍｉｎ的速度旋转，加之万方数据

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