自动垂直钻井系统-艾才云

一、概
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述
上世纪九十年代后期，防斜打直技术有了新的进 展，VDS是德国智能公司研发的世界是第一个自 动垂直钻井系统，随后国外多家公司又相继开发 了多种自动垂直钻井系统并获得商业化应用，如 斯 伦 贝 谢 公 司 的 Power V 、 贝 克 休 斯 公 司 的 VertiTrak、德国智能公司的ZEB系列等。近10年 来，我国一些石油科研院所和技术企业也相继开 展了自动垂直钻井系统的攻关，并部分进行了现 场试验，取得了一定效果，但均尚未形成商业化 应用。
三、XD-AVDS垂直钻井工具介绍
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4、电能跨界传输 （2）旋转变压器（无接触传输） 由线圈、铁芯、钢体组成。 特点：结构简单，寿命长，能在任何环境工作， 效率较低，造价高。 关键点：频率，线圈匝数，铁芯材料，间隙。
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三、XD-AVDS垂直钻井工具介绍
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11、室内测试 （7）控制系统测试
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三、XD-AVDS垂直钻井工具介绍
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11、室内测试 （7）控制系统测试 ①控制压力测试 目的：测试系统的最大工作压力和压力的追踪 情况。 ②控制策略测试 A：矢量控制模式 目的：在任意井斜角、任意高边工具面角情况 下，系统的控制是否正确。
二、垂直钻井工具的分类
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1、静止推靠：西部钻探XD-AVDS，德国智能的 ZEB系列等、贝克休斯的VertiTrak。 特 点：测控系统和推靠翼不旋转。 工作原理：
二、垂直钻井工具的分类
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2、旋转推靠：胜利钻采院，斯伦贝谢的 POWER-V 。 特 点：测控系统和推靠翼旋转。 工作原理：
5、电源模块 高频交流----48V直流 特点：（1）适应电压宽。 （2）效率高。
三、XD-AVDS垂直钻井工具介绍
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6、测斜模块 由加表传感器、减震装置、模拟信号处理电路 和数字运算电路组成。 特点：（1）小井斜测量。 （2）信号数值化处理。
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三、XD-AVDS垂直钻井工具介绍
9、液压模块 （1）矢量控制模式下的液压模块 由电机、液压泵、溢流阀、伺服阀、柱塞、 压力传感器等组成。 调压原理：控制伺服阀的占空比。 特点：软件调压，方便易行。
电机 液压泵 电机 电机 液压泵 液压泵
伺服阀 溢流阀 柱塞1
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伺服阀 溢流阀
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伺服阀 溢流阀
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压力传感器
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压力传感器
压力传感器 柱塞3
矢量控制 液压系统
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9、液压模块 （2）六点控制模式下的液压模块 由电机、液压泵、溢流阀、换向阀、柱塞、 等组成。 特点：结构和控制简单，但调压困难。
电机 电机 电机
液压泵
液压泵
液压泵
换向阀 溢流阀 柱塞1
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换向阀 溢流阀 柱塞2
11、室内测试
（3）测斜模块的安装误差 测定。 目的：测出测斜模块的安 装误差，便于修订测试数据。 （4）系统不工作的最大泥 浆排量测定。 目的：测出“系统不工作的最 大泥浆排量”便于井下复杂的 处理。
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11、室内测试 （5）系统正常工作的最小泥浆排量测定。 目的：测出“系统正常工作的最小泥浆排量” 便于控制泥浆排量。 （6）系统正常工作的最大泥浆排量测定。 目的：测出“系统正常工作的最大泥浆排量” 便于控制泥浆排量。
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②六（八）点控制模式
工作柱塞 1号柱塞 高边工具 330°-面角 30° 1、2号 柱塞 30°-90° 2号柱塞 90°-150° 2、3号 柱塞 150°-210° 3号柱塞 210°-270° 3、1号 柱塞 270°-330°
二、垂直钻井工具的分类
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3、指向式：斯伦贝谢。 特 点：测控系统旋转，无推靠翼。 工作原理：
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1、系统框图及总装图
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2、大功率泥浆涡轮发电机 由导流筒、叶轮、转子、定子、承压筒等组成。 特点：（1）磁耦合动力传输。无动密封。 （2）多级串联。增加功率。 （3）多叶轮。适应不同排量。20L/S--70L/S。
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7、控制模块 特点：（1）数据处理---去伪存真 （2）控制模式 ①矢量控制模式：推靠力的方向与井斜高边一致。 控制原理： Fx=f1-F2Sin30°-F3Cos60° Fy=F3Sin60°-F2Cos30° F= （Fx2+Fy2)1/2 Φ tgφ=Fy/Fx
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12、现场实验 井斜曲线：
纠斜力指向角与高边工具面角对照表
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13、下部计划 增加数据上传系统。 需要解决的问题： （1）数据的跨界短传： ①无线传输。 ②载波传输。 ③滑环传输。 （2）数据上传：脉冲发生器。 （3）地面数据接收、处理、显示。
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11、室内测试 ②控制策略测试 B：六点控制模式 目的：在任意井斜角、特定高边工具面角情况 下，系统的控制是否正确。 特定高边工具面角： 30°±0.5°， 90°±0.5°， 150°±0.5° 210°±0.5°，27 0°±0.5°，330°±0.5° ③控制门限值： 停控井斜角＜0.2° 启控井斜角＞0.35°
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3、整流逆变模块 原理：三相交流-----直流------单相高频交流 特点：（1）适应电压宽。 （2）效率高。
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4、电能跨界传输 （1）滑环传输（有接触传输） 特点：结构简单，效率高，寿命短，不能在泥 浆中工作。
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11、室内测试 （1）泥浆发电机的测试 目的：在不同排量、不同负载、同一涡轮下发 电机的输出电压、功率。 （2）工具的密封试压 目的：检查工具的密封是否可靠、接线是否击 穿。
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中国石油西部钻探工程有限公司
钻井工程技术研究院
自动垂直钻井系统
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汇报内容
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概述
垂直钻井系统分类
垂直钻井系统介绍
一、概
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述
井斜在石油钻井过程中是经常发生的，它的危 害很大。轻者影响钻井速度，增加钻井成本。重 者使井眼报废，造成巨大经济损失。 目前，在国内钻井防斜技术领域，主要采用 “钟摆”、“满眼”和“偏心”钻具组合等被动 式防斜技术。它们用于不同的钻井工况，具有一 定的防斜效果。但在地层大倾角、高陡构造、断 层、地应力等异常地层，受偏心距、钻具刚度以 及转盘转速等参数的限制，其防斜效果非常有限， 不能满足钻井现场防斜打快的需要。
12、现场实验 2012年5月11日～5月18日， “Φ444.5mm自动垂直钻井 系统”在新疆油田HUK22井进行现场试验。井眼尺寸 Φ444.5mm，井深1106—1910m，累计进尺804m，累 计入井时间169h，累计纯钻时间64h，平均机械钻速 12.56m/h，井斜控制在0.4˚以内，试验取得圆满成功。
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11、室内测试
（8）井下工况模拟测试 原理：将液压模块装在试压工装 里，用电缆将它与控制系统相连。通过打压模拟井下泥 浆对液压模块的施压，观察测试面板的数据是否正确。
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换向阀 溢流阀 柱塞3
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六点控制 液压系统
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10、支承系统 由中心管、本体、TC轴承、旁通座、循环系统、 测试台架等组成。
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10、支承系统
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（3）控制门限值： 停控井斜角＜0.2° 启控井斜角＞0.35° 8、储存模块 特点：大容量、高可靠。 储存参数：井斜、高边工具面角、压力、 温度、横振、纵振……
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