旋转导向钻井工具的研制原理

1、旋转导向钻井工具的研制原理 旋转导向钻井工具的研制原理 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局部。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

2、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：1009-914X33-0014-01 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，使钻井本钱得到了降低。 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

3、钻测试仪器对井眼轨迹及时监测。稳斜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。泥浆通过钻头水眼产生的钻柱内外压差是推板的动力。稳定平台控制调节并稳定工作液控制阀。三个推板之间的相位差应保持120o旋转状态下的钻柱，推板在特定的方

4、位的伸出，必须需要工作液控制阀的压力对其进行同步调整，使推板与井壁接触，产生侧向力推动钻头的方向发生改变，进而使井斜与方位发生改变，到达旋转导向钻井的目的。钻柱导向钻井工具及推板的工具面角在旋转时，旋转导向钻井工具中的稳定平台单元能够使其保持稳定。涡轮发电机、测控电子系统以及电子仓共同构成了稳定平台单元。工作液控制单元是由上、下盘阀两局部构成的开关系统。上盘阀又称为高压阀孔，为弧形长孔状，对高压钻井液作用在推板上的力保持一定的时间，使侧向控制力的作用效果得到保证。柱塞和推靠井壁的推板共同构成了偏置执行单元。 旋转钻井条件下近钻头处的井斜角、方位角和工具面角等参数，由井眼几何参数传感器进行测量，

5、短程通讯元件对其进行传输，随钻测量仪收到数据后再把数据传输到地面。信息智能处理综合决策系统，通过实钻井眼与设计井眼相对位置的偏差，对工具面角参数机械能改变。井下信息处理中心收到泥浆泵排量载波下传的决策代码后，进行识别、解释并处理。然后，井下控制器对稳定平台的控制轴进行调整，工具面角得到调整，导向执行机构推靠井壁的方向同时得到改变，钻柱在连续旋转状态下的三维导向也相应的得到实现。 二、旋转导向钻井工具的结构分析 稳定平台单元、工作液控制分配单元及偏置执行机构三局部构成了旋转导向钻井工具。涡轮发电机、控制电路电子仓、扭矩发生器、轴承支撑以及密封部件等构成了稳定平台单元。上、下盘阀，上盘阀的轴向力调

6、节弹簧与控制轴，以及相应的密封部件共同构成了工作液控制分配单元。带泥浆喷嘴的柱塞和推靠井壁的推板构成了偏置执行机构。 三、旋转导向钻井工具的设计特点 旋转导向钻井工具设计，在复杂的井下工作条件和国内现有的条件下，设计特点有下面几个方面： 稳定平台的上部支撑与下部支撑分别采用圆锥滚子轴承、圆柱滚子轴承与推力圆柱滚子轴承组合。轴承保护器能够把轴承密封在润滑油内，对轴承进行保护，并对轴承之间的游隙进行了详尽的设计，有效的对轴承的工作环境进行了改善，进而提高了轴承的使用时间。 通过实践模拟试验以及理论分析得出，上盘阀高压孔的圆心角为200o比拟恰当。这种设计，对推板在上盘阀相对井壁不动，而下盘阀保持旋

7、转的状态下，保证有一个推板来推靠井壁，进而减少了冲击式推靠力对钻柱的冲击。密封程度与使用时间得到保证的同时，为减少摩擦面积，会在下盘阀外表设计一局部凸起。硬质合金材料或外表喷涂高耐磨性材料经常用于制造上盘阀与下盘阀。 扭矩与负载在稳定平台控制轴的作用下相互适应 较大涡轮发电机定子反扭矩的设计，使稳定平台控制轴的驱动扭矩得到了提高。设计中对工作液控制分配单元上盘阀与下盘阀之间的摩擦扭矩进行降低，使控制轴的转动惯量减小，对负的摩擦轴距降低。 四、结语 稳定平台单元、工作液控制分配单元以及偏置执行机构单元共同构成了旋转导向钻井工具。只有实现了钻井技术信息传输，才能使旋转导向钻井工具具有导向功能与稳斜功能。实际应用中，必须使测试单元、短程通讯与MWD、地面智能处理综合决策系统之间能够保持正常的通信，进而使决策代码形成。工具测试单元必须能够接受与处理泥浆泵排量载波下传的信息指令。偏置执行机构推靠井壁的方向，必须通过调整稳定平台控制轴实施工具面角能够实现。 参考文献 【1】马彬.旋转导向钻井工具调试平台的技术研究D.西安石油大学，2021. 【2】张维乐.旋转导向钻井工具电磁转矩稳定控制理论与方法研究D.