發(fā)布時間：2020-11-23 15:44

　　 隨著國家“三深一土”戰(zhàn)略以及大陸科學(xué)鉆探等項目的實施,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)域拓展開來。但隨之出現(xiàn)的問題也愈發(fā)增多,其中井斜問題就是鉆探工作中較為普遍的問題之一。而為了垂直鉆進而采取的傳統(tǒng)的被動防斜打直措施,如鐘擺鉆具及塔式鉆具等又會對鉆井效率產(chǎn)生較大的影響。自動垂直鉆進系統(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的關(guān)鍵手段,也同樣面臨著井斜問題。但由于國外只租不賣、國內(nèi)尚未成熟,且現(xiàn)有垂鉆系統(tǒng)基本上都不能滿足深部地質(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)研制初期對推靠機構(gòu)進行合理設(shè)計與性能測試就顯得尤為重要。本文創(chuàng)新性的采用密封推靠原理對小直徑取心式推靠機構(gòu)進行了設(shè)計,該推靠機構(gòu)能夠滿足深部地質(zhì)鉆探的小直徑及取心等需求。對該推靠機構(gòu)的推靠糾斜原理進行了說明,同時對主要組成部分進行了設(shè)計校核。通過校核分析結(jié)果可知該推靠機構(gòu)在理論上能夠滿足井下的工作需求。針對其工作環(huán)境,進行了受力分析,并對其推靠力及其影響因素進行了分析,從而為后續(xù)對該推靠機構(gòu)進行性能測試提供理論依據(jù)。為在垂鉆系統(tǒng)研制初期對推靠機構(gòu)的性能進行測試,本文通過設(shè)計了一套推靠機構(gòu)試驗系統(tǒng)來對推靠機構(gòu)的性能進行可行性驗證。對試驗系統(tǒng)的主要組成部分進行了設(shè)計說明,并對試驗系統(tǒng)的各個部分進行了設(shè)計、選型及校核,同時初步對該試驗系統(tǒng)進行了可行性驗證,結(jié)果表明,該系統(tǒng)實現(xiàn)了設(shè)計目標,這為下步對推靠機構(gòu)的試驗分析評價奠定了基礎(chǔ)。同時利用試驗系統(tǒng)對推靠機構(gòu)的性能進行了試驗研究,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,并對試驗結(jié)果進行了分析。分析結(jié)果表明:該推靠機構(gòu)達到了設(shè)計目標需求,能夠較好地適用于深部地質(zhì)鉆探,這為后期垂鉆系統(tǒng)的研制奠定了堅實的基礎(chǔ)。
【學(xué)位單位】：中國地質(zhì)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2020
【中圖分類】：P634
【部分圖文】：

4導(dǎo)向塊會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。當發(fā)生井眼偏斜時，控制機構(gòu)會將位于井眼低邊的導(dǎo)向塊的泥漿流道關(guān)閉進而使導(dǎo)向塊收回，鉆頭會在其余導(dǎo)向塊的作用下切削井眼低邊，從而使鉆具逐步恢復(fù)到垂直鉆進狀態(tài)（JonesS，2016；FosterPE，1996）。VDS-5的推靠方式為靜態(tài)推靠，其推靠機構(gòu)動力主要來自電控液壓，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棱塊進行推靠，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，同時對活塞缸的密封性能、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)及推靠機構(gòu)示意圖（2）VertiTrak自動垂直鉆進系統(tǒng)VertiTrak系統(tǒng)是由美國BakerHughes公司研發(fā)出的閉環(huán)垂直鉆進系統(tǒng)。該垂鉆系統(tǒng)的降斜能力最大能達1.5°/30m。其推靠機構(gòu)示意圖如圖1-2所示。該垂鉆系統(tǒng)在井下工作時，當垂鉆系統(tǒng)的傳感器檢測到存在井眼的偏斜趨勢時，該系統(tǒng)的控制機構(gòu)就可以啟動液壓系統(tǒng)向推靠機構(gòu)的1～2個伸縮導(dǎo)向塊輸出液壓力推動其伸出并推靠井眼高邊，通過導(dǎo)向塊的合力矢量推動鉆頭切削井眼低邊進而完成糾斜（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，推靠動力來自電控液壓，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)不能滿足小型化的要求。（3）PowerV垂直鉆進系統(tǒng)PowerV系統(tǒng)是由Schlumberger公司研發(fā)出的動態(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。當井眼軌跡發(fā)生偏斜時，該系統(tǒng)的控制短節(jié)會控制上盤閥旋轉(zhuǎn)并穩(wěn)定到井眼高邊，下盤閥上有與推靠巴掌泥漿通道相對應(yīng)的三個圓孔，當下盤閥上的圓孔轉(zhuǎn)動到井眼高邊時并與上盤閥上的流道連通時，與之對應(yīng)的推靠巴掌會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而回到垂直鉆進狀態(tài)。在鉆桿的帶動下，推靠機構(gòu)會繼續(xù)進行旋轉(zhuǎn)并將第一個推靠巴掌轉(zhuǎn)向井眼低邊，而此時高壓鉆井液會將下一個轉(zhuǎn)動到井眼高邊的第二個推靠巴掌推出并靠向井壁。而此時推靠機構(gòu)的第一個推靠巴掌則會在井壁的作用下縮回到推靠機構(gòu)內(nèi)部。推靠部分一共有三個呈120°周向

5圖1-2VertiTrak系統(tǒng)推靠機構(gòu)示意圖VertiTrak垂直鉆井系統(tǒng)其推靠方式為靜態(tài)推靠，推靠動力來自電控液壓，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)不能滿足小型化的要求。（3）PowerV垂直鉆進系統(tǒng)PowerV系統(tǒng)是由Schlumberger公司研發(fā)出的動態(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。當井眼軌跡發(fā)生偏斜時，該系統(tǒng)的控制短節(jié)會控制上盤閥旋轉(zhuǎn)并穩(wěn)定到井眼高邊，下盤閥上有與推靠巴掌泥漿通道相對應(yīng)的三個圓孔，當下盤閥上的圓孔轉(zhuǎn)動到井眼高邊時并與上盤閥上的流道連通時，與之對應(yīng)的推靠巴掌會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而回到垂直鉆進狀態(tài)。在鉆桿的帶動下，推靠機構(gòu)會繼續(xù)進行旋轉(zhuǎn)并將第一個推靠巴掌轉(zhuǎn)向井眼低邊，而此時高壓鉆井液會將下一個轉(zhuǎn)動到井眼高邊的第二個推靠巴掌推出并靠向井壁。而此時推靠機構(gòu)的第一個推靠巴掌則會在井壁的作用下縮回到推靠機構(gòu)內(nèi)部。推靠部分一共有三個呈120°周向
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本文編號：2894748