發(fā)布時(shí)間：2020-11-23 15:44

　　 隨著國(guó)家“三深一土”戰(zhàn)略以及大陸科學(xué)鉆探等項(xiàng)目的實(shí)施,海洋、極地以及地球深部等領(lǐng)域的研究逐漸增多,鉆探工程的研究方向也逐漸向這些領(lǐng)域拓展開(kāi)來(lái)。但隨之出現(xiàn)的問(wèn)題也愈發(fā)增多,其中井斜問(wèn)題就是鉆探工作中較為普遍的問(wèn)題之一。而為了垂直鉆進(jìn)而采取的傳統(tǒng)的被動(dòng)防斜打直措施,如鐘擺鉆具及塔式鉆具等又會(huì)對(duì)鉆井效率產(chǎn)生較大的影響。自動(dòng)垂直鉆進(jìn)系統(tǒng)在一定程度上有效地解決了傳統(tǒng)的防斜打直技術(shù)措施的犧牲鉆壓換取垂直鉆進(jìn)的做法,在一定程度上能夠有效地提升鉆井的效率以及安全性。深部地質(zhì)鉆探作為深部地層探測(cè)的關(guān)鍵手段,也同樣面臨著井斜問(wèn)題。但由于國(guó)外只租不賣(mài)、國(guó)內(nèi)尚未成熟,且現(xiàn)有垂鉆系統(tǒng)基本上都不能滿(mǎn)足深部地質(zhì)鉆探的應(yīng)用需求,因此迫切需要研制出一種小直徑取心式垂鉆系統(tǒng)。而推靠機(jī)構(gòu)作為垂鉆系統(tǒng)中的主要部分,在垂鉆系統(tǒng)研制初期對(duì)推靠機(jī)構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)與性能測(cè)試就顯得尤為重要。本文創(chuàng)新性的采用密封推靠原理對(duì)小直徑取心式推靠機(jī)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì),該推靠機(jī)構(gòu)能夠滿(mǎn)足深部地質(zhì)鉆探的小直徑及取心等需求。對(duì)該推靠機(jī)構(gòu)的推靠糾斜原理進(jìn)行了說(shuō)明,同時(shí)對(duì)主要組成部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)校核。通過(guò)校核分析結(jié)果可知該推靠機(jī)構(gòu)在理論上能夠滿(mǎn)足井下的工作需求。針對(duì)其工作環(huán)境,進(jìn)行了受力分析,并對(duì)其推靠力及其影響因素進(jìn)行了分析,從而為后續(xù)對(duì)該推靠機(jī)構(gòu)進(jìn)行性能測(cè)試提供理論依據(jù)。為在垂鉆系統(tǒng)研制初期對(duì)推靠機(jī)構(gòu)的性能進(jìn)行測(cè)試,本文通過(guò)設(shè)計(jì)了一套推靠機(jī)構(gòu)試驗(yàn)系統(tǒng)來(lái)對(duì)推靠機(jī)構(gòu)的性能進(jìn)行可行性驗(yàn)證。對(duì)試驗(yàn)系統(tǒng)的主要組成部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)說(shuō)明,并對(duì)試驗(yàn)系統(tǒng)的各個(gè)部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)、選型及校核,同時(shí)初步對(duì)該試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行了可行性驗(yàn)證,結(jié)果表明,該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)目標(biāo),這為下步對(duì)推靠機(jī)構(gòu)的試驗(yàn)分析評(píng)價(jià)奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)利用試驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)推靠機(jī)構(gòu)的性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究,得到了其推靠力、泄漏量以及響應(yīng)情況等相關(guān)關(guān)系曲線(xiàn),并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析。分析結(jié)果表明:該推靠機(jī)構(gòu)達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)需求,能夠較好地適用于深部地質(zhì)鉆探,這為后期垂鉆系統(tǒng)的研制奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
【學(xué)位單位】：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2020
【中圖分類(lèi)】：P634
【部分圖文】：

4導(dǎo)向塊會(huì)在泥漿壓差的作用下向外伸出并推靠井壁使鉆具能夠居中鉆進(jìn)。當(dāng)發(fā)生井眼偏斜時(shí)，控制機(jī)構(gòu)會(huì)將位于井眼低邊的導(dǎo)向塊的泥漿流道關(guān)閉進(jìn)而使導(dǎo)向塊收回，鉆頭會(huì)在其余導(dǎo)向塊的作用下切削井眼低邊，從而使鉆具逐步恢復(fù)到垂直鉆進(jìn)狀態(tài)（JonesS，2016；FosterPE，1996）。VDS-5的推靠方式為靜態(tài)推靠，其推靠機(jī)構(gòu)動(dòng)力主要來(lái)自電控液壓，適用井眼尺寸約為355.6mm-431.8mm。由于有電控液壓系統(tǒng)以及推靠部分為活塞缸推動(dòng)棱塊進(jìn)行推靠，這就導(dǎo)致VDS-5垂鉆系統(tǒng)的工具結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，耐高溫效果不佳以及工具外徑比較大，同時(shí)對(duì)活塞缸的密封性能、活塞的伸出以及收回都有很高的要求，一旦井底溫度高過(guò)高以及其它原因?qū)е旅芊饧�失效或者活塞受井底的巖屑卡住都會(huì)影響垂鉆系統(tǒng)的正常工作。圖1-1VDS-5垂鉆系統(tǒng)及推靠機(jī)構(gòu)示意圖（2）VertiTrak自動(dòng)垂直鉆進(jìn)系統(tǒng)VertiTrak系統(tǒng)是由美國(guó)BakerHughes公司研發(fā)出的閉環(huán)垂直鉆進(jìn)系統(tǒng)。該垂鉆系統(tǒng)的降斜能力最大能達(dá)1.5°/30m。其推靠機(jī)構(gòu)示意圖如圖1-2所示。該垂鉆系統(tǒng)在井下工作時(shí)，當(dāng)垂鉆系統(tǒng)的傳感器檢測(cè)到存在井眼的偏斜趨勢(shì)時(shí)，該系統(tǒng)的控制機(jī)構(gòu)就可以啟動(dòng)液壓系統(tǒng)向推靠機(jī)構(gòu)的1～2個(gè)伸縮導(dǎo)向塊輸出液壓力推動(dòng)其伸出并推靠井眼高邊，通過(guò)導(dǎo)向塊的合力矢量推動(dòng)鉆頭切削井眼低邊進(jìn)而完成糾斜（楊忠華,2014；楊炳祥，2014；BakerHughesIncorporated，2010；薄和秋，2008）。

5圖1-2VertiTrak系統(tǒng)推靠機(jī)構(gòu)示意圖VertiTrak垂直鉆井系統(tǒng)其推靠方式為靜態(tài)推靠，推靠動(dòng)力來(lái)自電控液壓，主要用于石油鉆井，適用井眼尺寸為203.2mm-711.2mm。由于其內(nèi)部有電液控制部分以及橡膠密封件較多等原因，導(dǎo)致其耐高溫效果不佳。并且其導(dǎo)向塊采用滑塊結(jié)構(gòu)，導(dǎo)向塊的行程受制于內(nèi)部活塞行程要求，這導(dǎo)致該垂鉆系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不能滿(mǎn)足小型化的要求。（3）PowerV垂直鉆進(jìn)系統(tǒng)PowerV系統(tǒng)是由Schlumberger公司研發(fā)出的動(dòng)態(tài)推靠式垂鉆系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1-3所示，該系統(tǒng)主要由控制短節(jié)（CU）及推靠短節(jié)（BU）組成。圖1-3PowerV垂直鉆進(jìn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1-4所示為該系統(tǒng)的工作原理示意圖。當(dāng)井眼軌跡發(fā)生偏斜時(shí)，該系統(tǒng)的控制短節(jié)會(huì)控制上盤(pán)閥旋轉(zhuǎn)并穩(wěn)定到井眼高邊，下盤(pán)閥上有與推靠巴掌泥漿通道相對(duì)應(yīng)的三個(gè)圓孔，當(dāng)下盤(pán)閥上的圓孔轉(zhuǎn)動(dòng)到井眼高邊時(shí)并與上盤(pán)閥上的流道連通時(shí)，與之對(duì)應(yīng)的推靠巴掌會(huì)在泥漿壓力下向外推出并推靠井眼高邊的井壁，使鉆頭切削井眼低邊進(jìn)而回到垂直鉆進(jìn)狀態(tài)。在鉆桿的帶動(dòng)下，推靠機(jī)構(gòu)會(huì)繼續(xù)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)并將第一個(gè)推靠巴掌轉(zhuǎn)向井眼低邊，而此時(shí)高壓鉆井液會(huì)將下一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)到井眼高邊的第二個(gè)推靠巴掌推出并靠向井壁。而此時(shí)推靠機(jī)構(gòu)的第一個(gè)推靠巴掌則會(huì)在井壁的作用下縮回到推靠機(jī)構(gòu)內(nèi)部。推靠部分一共有三個(gè)呈120°周向

5圖1-2VertiTrak系統(tǒng)推靠機(jī)構(gòu)示意圖VertiTrak垂直鉆井系統(tǒng)其推靠方式為靜態(tài)推靠，推靠動(dòng)力來(lái)自電控液壓，主要用于石油鉆井，適用井眼尺寸為203.2mm-711.2mm。由于其內(nèi)部有電液控制部分以及橡膠密封件較多等原因，導(dǎo)致其耐高溫效果不佳。并且其導(dǎo)向塊采用滑塊結(jié)構(gòu)，導(dǎo)向塊的行程受制于內(nèi)部活塞行程要求，這導(dǎo)致該垂鉆系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不能滿(mǎn)足小型化的要求。（3）PowerV垂直鉆進(jìn)系統(tǒng)PowerV系統(tǒng)是由Schlumberger公司研發(fā)出的動(dòng)態(tài)推靠式垂鉆系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1-3所示，該系統(tǒng)主要由控制短節(jié)（CU）及推靠短節(jié)（BU）組成。圖1-3PowerV垂直鉆進(jìn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1-4所示為該系統(tǒng)的工作原理示意圖。當(dāng)井眼軌跡發(fā)生偏斜時(shí)，該系統(tǒng)的控制短節(jié)會(huì)控制上盤(pán)閥旋轉(zhuǎn)并穩(wěn)定到井眼高邊，下盤(pán)閥上有與推靠巴掌泥漿通道相對(duì)應(yīng)的三個(gè)圓孔，當(dāng)下盤(pán)閥上的圓孔轉(zhuǎn)動(dòng)到井眼高邊時(shí)并與上盤(pán)閥上的流道連通時(shí)，與之對(duì)應(yīng)的推靠巴掌會(huì)在泥漿壓力下向外推出并推靠井眼高邊的井壁，使鉆頭切削井眼低邊進(jìn)而回到垂直鉆進(jìn)狀態(tài)。在鉆桿的帶動(dòng)下，推靠機(jī)構(gòu)會(huì)繼續(xù)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)并將第一個(gè)推靠巴掌轉(zhuǎn)向井眼低邊，而此時(shí)高壓鉆井液會(huì)將下一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)到井眼高邊的第二個(gè)推靠巴掌推出并靠向井壁。而此時(shí)推靠機(jī)構(gòu)的第一個(gè)推靠巴掌則會(huì)在井壁的作用下縮回到推靠機(jī)構(gòu)內(nèi)部。推靠部分一共有三個(gè)呈120°周向
【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前15條

1 韓振;;地質(zhì)勘查及深部地質(zhì)鉆探找礦技術(shù)分析[J];中國(guó)金屬通報(bào);2019年12期

2 張哲;;地質(zhì)鉆探技術(shù)的應(yīng)用及原理思路構(gòu)建[J];智能城市;2019年14期

3 郭翔;;新型環(huán)保地質(zhì)鉆探技術(shù)測(cè)試及應(yīng)用[J];科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào);2019年19期

4 盧月文;;地質(zhì)勘查與深部地質(zhì)鉆探找礦技術(shù)研究[J];中國(guó)金屬通報(bào);2019年09期

5 陳小俊;;煤礦地質(zhì)鉆探中相關(guān)問(wèn)題研究[J];決策探索(中);2017年08期

6 章術(shù);;地質(zhì)鉆探技術(shù)與應(yīng)用研究[J];城市建設(shè)理論研究(電子版);2016年23期

7 孫平賀;趙研;王瑜;王勝;劉天樂(lè);王穩(wěn)石;張杰;;勘探技術(shù)與地質(zhì)鉆探學(xué)國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助分析[J];探礦工程(巖土鉆掘工程);2017年02期

8 王永強(qiáng);;地質(zhì)勘查與深部地質(zhì)鉆探找礦技術(shù)[J];黑龍江科技信息;2016年33期

9 譚虎虎;;論地質(zhì)勘查與深部地質(zhì)鉆探找礦技術(shù)[J];科技創(chuàng)新與應(yīng)用;2017年07期

10 王超技;;煤炭地質(zhì)鉆探中關(guān)鍵問(wèn)題的探討[J];綠色環(huán)保建材;2017年05期

11 徐勇;;地質(zhì)鉆探工藝技術(shù)中的安全管理與生產(chǎn)管理[J];城市建設(shè)理論研究(電子版);2017年20期

12 銀躍華;;煤田地質(zhì)鉆探中孔內(nèi)情況及事故處理措施[J];科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新;2017年28期

13 劉立鵬;;地質(zhì)鉆探技術(shù)與應(yīng)用解析[J];資源信息與工程;2017年05期

14 劉忠偉;;地質(zhì)勘查和深部地質(zhì)鉆探找礦技術(shù)[J];資源信息與工程;2017年05期

15 曾德勇;;地質(zhì)鉆探技術(shù)與應(yīng)用研究[J];科技與企業(yè);2015年24期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 趙廣金;煤田地質(zhì)鉆探員工的可靠性因素測(cè)試及不安全行為的評(píng)估[D];天津大學(xué);2012年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 張耀澎;垂直鉆進(jìn)系統(tǒng)推靠機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及模擬試驗(yàn)研究[D];中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京);2020年

2 吳曄;深部地質(zhì)鉆探鉆柱失穩(wěn)行為研究[D];中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）;2014年

3 肖明;垂直鉆具液壓糾斜機(jī)構(gòu)輸出力的低頻脈寬調(diào)制及其優(yōu)化[D];武漢科技大學(xué);2016年

4 陳瀚;地質(zhì)鉆探管用Φ75管坯軋制模擬仿真研究[D];江西理工大學(xué);2012年

5 丁鵬翔;基于三維諧振觸發(fā)探頭的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)研制與應(yīng)用研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2019年

6 張慧;基于可控型器件負(fù)載的光伏電源防孤島性能測(cè)試裝置模型的研究[D];南昌大學(xué);2019年

7 易育之;面向農(nóng)村信用社應(yīng)用系統(tǒng)的性能測(cè)試模擬器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];南昌大學(xué);2019年

8 蔡豪;正負(fù)剛度并聯(lián)主動(dòng)減振器結(jié)構(gòu)分析與性能測(cè)試[D];華中科技大學(xué);2019年

9 劉馨遙;動(dòng)車(chē)組空調(diào)國(guó)產(chǎn)化及其性能測(cè)試研究[D];中國(guó)鐵道科學(xué)研究院;2019年

10 陸國(guó)棟;汽車(chē)減振器性能測(cè)試與追溯系統(tǒng)開(kāi)發(fā)[D];遼寧工業(yè)大學(xué);2019年

本文編號(hào)：2894748